主厂房空间框架中考虑楼板作用的有限元分析

建立了一套在空间框架中考虑楼板刚度的有限元计算模型,使用该模型分析比较了平面框架、不考虑楼板的空间框架和考虑楼板作用的空间框架三种情况下梁、柱内力的差别,从而论证楼板及框架的空间效应。将有限元模型计算所得的楼板内力分布与常规设计计算方法所得结果进行比较,得出考虑空间框架与楼板联合作用后对楼板设计的影响。

考虑RC楼板作用的组合节点抗震性能参数分析

为研究钢筋混凝土(RC)楼板对组合节点抗震性能的影响,设计5个1/2缩尺组合节点试件,考虑了楼板作用、节点构造等因素,进行其在柱端轴力和水平低周往复荷载联合作用下的试验研究。同时,考虑钢管内混凝土的约束效应、混凝土损伤与刚度恢复特性等,建立了组合节点非线性有限元模型,在验证模型有效性的基础上,研究了拓展参数对组合节点受力性能和初始刚度的影响规律。结果表明:楼板作用有利于提高组合节点的承载力和初始刚度,同时也会导致组合节点的破坏形态由梁端破坏转为柱端破坏,因此,楼板作用在组合节点研究中不容忽视;柱轴压比、楼板厚度、柱截面含钢率、梁柱线刚度比在一定范围内均会提高组合节点的抗弯承载力和初始刚度;梁柱线刚度比是影响组合节点破坏形态的关键参数,为了避免发生柱端破坏,带楼板的组合节点梁柱线刚度比建议为1.0左右,此时节点受力性能也较好。

混凝土楼板对钢框架梁柱节点抗震性能影响的试验研究

为了研究节点区混凝土楼板对钢框架梁柱节点抗震性能的影响,完成了4个不同构造形式的节点试件在低周循环荷载下的破坏试验,分析了节点构造与混凝土楼板配筋率等因素对节点承载力、转动刚度、极限转动能力、耗能能力、延性和极限破坏状态的影响。对节点破坏模式和滞回曲线的分析表明,保证焊接质量是避免节点脆性破坏的重要措施。采用长焊接孔的节点,使钢梁发生了局部屈曲破坏,既可减少局部应力集中,又可提高节点的延性,提高配筋率可以显著增强节点的抗弯承载力。另外,混凝土楼板的存在使节点在构造上存在不对称性,应该在节点设计中给予考虑。

结构概念设计在结构布置中的应用

结合工作经验,对结构概念设计提出了自己的理解,并从四个方面介绍了结构概念设计在结构布置中的应用:楼板的作用、结构两个主轴方向的动力特性宜相近、通过分析荷载传递路径优化结构布置、计算假定与实际受力情况相一致。了解结构概念设计知识,可以提高结构工程师对结构的理解,拓宽结构工程师在进行结构布置时的思路。

等代框架法在非规则楼板分析中的应用

等代框架法是一种近似的、偏于安全的混凝土楼板分析方法,它是目前分析设计混凝土楼板最为常用的方法,已为许多规范采用.本文讨论了该方法在竖向荷载作用下的非规则楼板分析设计中的应用,并提出了一些简化处理建议.

考虑周边结构约束影响的RC框架结构防连续倒塌性能研究

为了考察周边结构约束对钢筋混凝土(RC)框架结构防连续倒塌承载能力的影响,该文通过QianK等进行的中柱移除的框架子结构拟静力试验,校核了论文中ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性。模拟所得的荷载位移曲线与试验曲线吻合良好,较好地模拟了中柱移除至子结构破坏的全过程。在成功进行模型校核的基础上,通过改变平面框架两侧边跨的约束情况,分析了两侧边跨约束对所研究子结构防连续倒塌承载力的影响;其次通过对比考虑楼板与不考虑楼板的单层空间结构的承载力,分析了楼板在结构防连续倒塌受力过程中对提高压拱阶段和悬链线阶段承载力的作用,讨论了楼板对连续倒塌各个受力阶段不同的影响;最后建立了多层空间框架结构模型,研究框架底层柱移除过程中结构的承载能力,分析发现楼层数的增加,成倍地提高框架结构承载力,并对连续倒塌各个受力阶段产生不同的影响。

异型布置剪力墙结构体系理论分析及试验研究

本文提出一种异型布置钢筋混凝土剪力墙高层结构体系,建立了三维异型布置剪力墙模型。考虑空间作用效应、楼板连梁延性影响,对这种新型结构进行了三维抗震非线性有限元分析,并与试验结果进行了比较研究。结果表明,与传统双肢剪力墙结构相比,新型异型布置剪力墙结构同时具有整体抗侧刚度大、抗震能力强、使用空间大等优点,是一种结构性能、建筑性能、经济技术优良的新型剪力墙,工程应用前景广阔。

传统纤维模型的一些新发展

纤维模型是结构体系模拟技术发展中的重要里程碑,它具有简单、高效、通用的特点,近年来得到了广泛应用,但其基本假定决定了其在许多结构体系关键效应的模拟方面存在显著缺陷。该文综述了研究团队近7年来针对若干体系计算的关键难点对传统纤维模型进行的大量改进和发展工作。首先在通用有限元程序MSC.MARC平台上开发完成了传统纤维模型并将其拓展至组合框架结构的模拟。随后针对四个体系模拟的关键难点,包括组合框架的楼板空间组合作用、核心筒连梁的非线性剪切和滑移效应、构件端部锚固纵筋滑移效应和钢筋混凝土梁柱构件开裂全过程行为,在对机理和规律充分研究的基础上,分别提出了考虑楼板空间组合作用的纤维模型、考虑剪切和滑移非线性的连梁纤维模型、考虑端部锚固纵筋滑移效应的纤维模型和裂缝宽度全过程定量预测的纤维模型等四个新型纤维模型。这些模型既保持了传统纤维模型的优点,同时能够较准确地考虑上述复杂效应,模拟结果得到了大量试验数据和精细有限元的充分验证。基于上述成果,团队同时开发了一套涵盖钢筋混凝土结构、钢结构以及组合结构等工程常用结构形式的非线性分析程序COMPONA-MARC,为结构体系的精细化模拟提供了强大的平台和工具。

RCS空间框架与平面框架的对比分析

钢梁-混凝土柱(RCS)框架结构受楼板空间组合作用的影响较大,为了研究楼板空间组合作用对RCS框架的具体影响,在ETABS程序中建立5层RCS空间框架和RCS平面框架,对比分析了它们在自振周期、地震剪力、结构侧移、层间位移、结构内力和侧向刚度等方面的不同。得出结论,忽略楼板空间组合作用时,会影响结构设计,不利于提高建筑物的经济性,并且会影响最大层间位移所在楼层位置的判断。

圆钢管混凝土柱-钢梁混合框架抗震性能影响因素分析

随着经济和建筑科学技术的发展,钢管混凝土柱-钢梁混合框架结构在工程中得到大量应用。但国内还未对楼板空间作用对钢管混凝土柱-钢梁混合框架结构的具体影响进行相关深入的研究,整个钢-混凝土组合结构的抗震性能体系尚不完善。以圆钢管混凝土柱-钢梁混合框架为例,利用SAP2000有限元分析软件建立考虑楼板空间作用的结构三维模型,对结构模型进行Pushover分析,探讨混凝土强度等级、梁柱线刚度比、楼板厚度等因素对圆钢管混凝土柱-钢梁混合框架结构抗震性能的影响。

地震激励下钢筋混凝土框架结构楼层损伤研究

地震激励将诱引建筑结构损伤,且损伤会由于荷载循环次数的增加而不断累积。在分析总结国内外关于楼层地震损伤模型研究成果的基础上,得出结构损伤从构件维度上考虑比从整体结构维度上考虑更能合理反映损伤演化规律。采用"预损法"并利用有限元软件ABAQUS模拟框架结构在构件各主要设计参数(如楼板作用、轴压比)变化时所引起的损伤,揭示各类构件损伤对楼层损伤的影响规律,建立往复荷载作用下钢筋混凝土框架结构楼层损伤模型。

方钢管混凝土柱-H形钢梁螺栓连接节点受力性能试验研究

进行了考虑压型钢板-混凝土组合楼板组合作用的方钢管混凝土柱-H形钢梁螺栓连接节点的静力性能试验研究。分别对无楼板、楼板受压、楼板受拉的3个足尺节点试件进行了静力加载试验,通过对比分析,考察了节点在单调荷载作用下的受力性能,包括初始转动刚度、极限承载能力等,研究了正、负弯矩作用下楼板组合作用对其受力性能的影响。研究结果表明:无板节点试件梁端位移延性系数达到2.2以上,满足抗震设计要求;组合节点和无板节点受力性能差别明显,相比于纯钢梁,组合梁横截面中和轴上移,组合节点的初始转动刚度、承载力与无楼板节点相比均有大幅度提高;组合节点螺栓开始滑移的荷载增大,最大滑移量减小;节点核心区剪切变形可忽略不计。

方钢管混凝土柱-H型钢梁螺栓连接组合节点参数分析

利用ABAQUS软件建立方钢管混凝土柱-H型钢梁螺栓连接组合节点的三维有限元数值分析模型,通过变化节点参数,共设计3组7个试件,对节点试件进行非线性有限元数值仿真模拟,研究此类节点在静力荷载作用下的荷载-位移曲线,分别考察正负弯矩作用下楼板组合作用对其受力性能的影响,确定影响其极限承载力、延性及初始转动刚度的主要因素及其影响规律。研究结果表明:组合节点的极限承载力、延性及初始转动刚度等,随着压型钢板-混凝土组合楼板板厚、配筋率的增大而逐渐增大,随着抗剪栓钉布置数量的减少而降低。

多高层钢-混凝土组合框架结构体系弹塑性分析模型

以通用有限元软件MSC.MARC(2005r2)为平台,建立了纤维梁单元和分层壳单元的混合有限元模型,用于完全剪力连接多高层钢-混凝土组合框架在竖向荷载和单调水平荷载作用下的整体弹塑性分析,并得到试验和算例验证。给出了钢梁、钢柱以及混凝土楼板的有限元建模方法以及相关参数的取值建议,并就楼板和钢梁的协同工作以及半刚性梁柱节点在模型中的实现展开讨论。算例表明:节点半刚性和楼板的空间作用是影响结构性能的关键因素,而已有的相关模型并未同时解决这一问题。建议的模型忽略了钢梁与混凝土楼板之间的滑移效应,算例表明滑移效应对结构体系的整体计算结果影响不大,但能有效简化建模,提高计算效率。

RC梁-圆钢管混凝土柱节点环梁承载力设计方法

结合静载、低周往复及拟动力等历次环梁节点的试验结果,总结了环梁节点的破坏形态,提出了基于试件破坏面极限平衡的节点环梁承载力设计方法。该方法综合考虑了环梁环筋和箍筋的相互作用及框架梁、环梁截面尺寸的影响。利用三维有限元分析了在框架梁端弯矩作用下环梁的应力分布,比较了楼板的存在对环梁环向、径向以及竖向应力的影响,从而考虑楼板对环梁承载力的有利作用。在此基础上进一步提出了节点环梁实用的承载力计算公式,由框架梁梁端的配筋可直接求得环梁的配筋,极大地简化了设计计算工作。该计算公式与试验数据符合良好,可用于工程设计。

抗拔不抗剪连接件在钢-混凝土组合框架结构中的应用

抗拔不抗剪连接件能有效地释放混凝土板与钢梁之间的组合作用,降低负弯矩区混凝土板的拉应力,在桥梁结构中得到了广泛的应用。为研究该类连接件在建筑结构中的适用性,以一典型组合框架结构为例,在梁端负弯矩区附近采用抗拔不抗剪连接件取代普通剪力连接件,基于组合结构体系非线性分析程序COMPONA-MARC对结构进行了活载下的舒适度分析、静力弹塑性推覆分析和动力弹塑性时程分析,对比了采用不同连接件的结构的自振频率、挠度、层间位移、开裂情况、出铰情况等指标。分析结果表明,在梁端采用抗拔不抗剪连接件后,结构的舒适度基本不受影响,梁端楼面板内钢筋的拉应力明显降低。同时,由于梁端局部释放了组合作用,降低了结构的整体刚度,结构的抗震性能与传统结构相比有一定的提升,并且由于混凝土板的开裂得到了有效地控制,结构在大震后的可修复性能大大提高。