考虑楼板效应的钢结构地震反应对比分析

以10层钢结构为研究对象,在罕遇地震作用下,通过ANSYS有限元数值方法,对纯框架结构及偏心耗能支撑结构在考虑楼板作用与不考虑楼板作用情况下结构的地震响应进行了比较分析,结果表明:在考虑楼板作用下纯框架结构顶层位移X、Y方向分别减小了31.3%和33.9%;结构顶层加速度X、Y方向分别增大了39.7%和45.2%.由于楼板的约束效应,结构的整体刚度增加,自振周期减小.考虑比不考虑楼板作用同样的耗能结构耗能能力减小了,在分析耗能结构时不能忽略楼板作用.分析结果为钢结构抗震设计提供了参考.

考虑楼板效应的装配式自复位钢框架节点弯矩-转角理论研究

装配式自复位钢框架结构体系在地震中能够有效耗散地震能量、控制结构损伤,震后残余变形小易修复,但由于震时自复位钢框架节点开口的特性带来了装配式自复位钢框架自身膨胀效应,使得传统的楼板体系不适用于该类结构体系。基于课题组提出的带新型滑动次梁的楼板体系和考虑带新型滑动次梁楼板体系后自复位框架梁各轴向力的计算式和自复位钢框架节点弯矩-转角关系。通过一个算例量化分析了8度设防、8度罕遇和8度罕遇(0. 3g)三个地震动水准下楼板效应对自复位钢框架节点开口后弯矩-转角的影响程度。

考虑楼板效应的钢结构罕遇地震反应分析

以10层钢结构为研究对象,在罕遇地震作用下,通过ANSYS有限元数值方法,对纯框架结构及不同支撑结构在考虑楼板作用与不考虑楼板作用的情况下结构的地震响应进行了比较分析,结果表明:同种结构在楼板作用下耗能能力降低,结构的整体刚度增加,自振周期减小,地震反应增强。

组合楼板效应对带低屈服点钢耗能梁段高强钢框筒结构滞回性能影响分析

含剪切型耗能梁段高强钢框筒结构(简称HSS-FTS-RSL)具有良好的抗侧、抗扭刚度以及耗能能力,为研究楼板组合效应对结构抗震性的影响,针对大震下楼板过早与裙梁脱开问题,提出了相应构造措施加以改善.采用ABAQUS建立HSS-FTS-RSL子结构模型进行滞回分析,以连接件构造措施、楼板厚度、混凝土强度和耗能梁段长度为参数,分析其对子结构滞回性能的影响规律.结果表明:设置T型连接件可以在裙梁错动位移较大时延缓栓钉从RC楼板中拔出,并且T型连接件腹板宜沿跨度方向布置;考虑楼板组合效应可以提升结构的初始刚度和承载力,楼板越厚、混凝土强度越高以及耗能梁段越短,提升幅度越大,但楼板的存在会一定程度上限制耗能梁段的转角,从而影响耗能梁段的塑性发展;基于分析结果,提出了设计建议:耗能梁段长度不宜过长也不宜过短,耗能梁段长度比取值范围宜在0.95~1.25内,在满足结构性能需求及连接件构造要求的前提下,尽量选择厚度较薄的楼板,且混凝土强度等级不宜超过C30.

考虑楼板组合效应的装配式SRC柱-钢梁中节点非线性分析

为研究考虑楼板组合效应时装配式SRC柱-钢梁中节点的抗震性能,基于拟静力试验结果,运用ABAQUS软件对装配式SRC柱-钢梁节点进行有限元分析,通过对比有限元与试验的滞回曲线和骨架曲线,验证模型可靠性。在该模型基础上,分析轴压比分别为0.15,0.25,0.40和0.60时,对考虑楼板组合效应的装配式SRC柱-钢梁节点抗震性能的影响,结果表明:增大轴压比可使考虑楼板组合效应的节点试件承载力提高,但由于柱端钢板变形和螺栓滑移,考虑楼板组合效应的节点试件的破坏形态为柱端破坏,在地震作用下的耗能能力降低;轴压比越大,前期节点刚度退化越大,但后期退化平缓,表明节点具有较强的抗侧移能力。

考虑楼板效应的盖板加强型延性节点钢框架节点区震损与应变发展的对比分析

对考虑楼板效应的盖板加强型延性节点钢框架(CPF)和普通节点钢框架(NSF)振动台试验模型设计、有限元三维分析的关键技术,以及在罕遇地震和超大震作用下节点区的震损、沿不同路径的应变发展进行对比分析。结果表明:采用多精度壳单元并通过耦合楼板与钢梁上翼缘结点的平动和转动自由度来考虑压型钢板钢筋混凝土组合楼盖作用的有限元分析结果与试验结果吻合较好;节点区的震损现象和等效应变发展规律的对比分析结果显示,CPF钢框架能有效地降低梁端应力水平,并把梁端塑性铰外移至远离梁端焊缝部位,实现强柱弱梁、强节点弱构件的梁铰破坏机制,增加结构的耗能能力与承载力。

考虑楼板效应的外环板式梁柱节点抗弯承载力

楼板的存在对梁柱节点的局部受力影响显著,在梁柱节点设计中,若仅仅把楼板与钢梁的组合效应作为安全储备,可能会产生结构由'强柱弱梁'转变成'强梁弱柱'的颠覆性结果,因此忽略混凝土楼板对节点承载力及刚度的影响是造成破坏的重要原因.基于已完成的带楼板的T型梁柱节点低周往复荷载试验,建立了非线性有限元分析模型.为了更加全面地了解钢梁-楼板组合节点的工作机制,进一步补充完善试验研究的不足,模型考虑了楼板与钢梁之间的栓钉连接以及材料非线性等因素,模型的计算结果与试验结果具有高吻合度.在此基础上,通过有限元参数分析,详细分析了构件尺寸效应、轴压比、楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比共五个参数对考虑楼板影响的外环板式梁柱节点抗震性能的影响.结果表明尺寸效应、轴压比对梁端抗弯承载力及刚度的影响小到可以忽略,楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比对梁端抗弯承载力有显著影响.结合理论分析进一步提出了考虑楼板影响的外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力计算公式,通过对比公式计算结果与试验、有限元分析结果可得,该计算公式可较好的计算带楼板外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力.

考虑组合效应对钢结构厂房刚度性能影响分析

为研究楼板与钢梁的组合效应对钢结构厂房刚度性能的影响,通过YJK软件参考实际项目图纸进行参数化建模,建立不考虑楼板组合效应的模型和按规范考虑楼板组合效应的模型。分析了考虑楼板组合效应对钢结构厂房模态和地震动力响应的影响,并在刚性楼板和组合梁的模型中研究不同板厚对组合效应发挥的影响。研究表明,我国规范考虑楼板作用的刚度放大系数偏小,不适用于钢结构工业厂房结构;楼板的组合效应可提高结构刚度,减少结构层间位移,提高结构抗震能力;随着板厚增大,组合效应发挥的作用相对减小,在板厚较小的时候考虑组合效应有更好的经济效益。

塑性铰法分析现浇楼板钢筋混凝土框架结构抗震性能

为提高建模和分析效率,提出通过修改梁端塑性铰属性来模拟楼板效应的方法。塑性铰法采用杆系单元建模,由梁与楼板的共同受力特性推导出梁端转角和弯矩承载力的关系,并以塑性铰属性的方式赋予整体杆系分析模型。应用该方法对1个典型的2层钢筋混凝土框架结构进行抗震性能分析,将计算结果与直接建立楼板的分析模型计算结果进行比较。研究结果表明:本文提出的塑性铰法能够有效的对楼板的作用效应进行模拟。

楼板作用的装配式型钢混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

为研究楼板组合效应对装配式型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)柱-钢梁节点抗震性能的影响,基于拟静力试验,运用ABAQUS软件对栓焊混合连接形式的装配式边节点进行有限元验证,在有效模型的基础上,对装配式SRC柱-钢梁及其考虑楼板组合效应的节点的抗震性能进行系统地对比分析;进而研究楼板厚度、宽度两个参数对节点抗震性能的影响规律。结果表明:数值模拟所得的节点模型的骨架曲线、承载特性及刚度退化与试验结果一致,所建模型可较好地模拟节点的实际受力情况;楼板与钢梁的结合使节点试件承载力和刚度均显著提升,破坏时H型钢梁下翼缘连接板屈曲变形明显,提高了上翼缘的局部稳定性,延性系数和等效黏滞阻尼系数均减小,环线刚度退化明显,强度退化不明显;增加楼板厚度使装配式SRC柱-钢梁节点试件的承载力以及刚度和耗能能力得到提升,而且会减缓刚度退化速度;在600~1000 mm范围内,楼板有效宽度的增加对节点承载力、初始刚度及耗能能力均有较明显的提升,但其延性有所降低。楼板设计时应合理选取各参数。研究成果可为装配式SRC框架节点实际工程应用提供理论支持。

带混凝土楼板钢梁—钢筋混凝土柱节点抗震研究

采用ANSYS软件,对影响混凝土楼板组合效应的节点性能因素作了分析,以楼板配筋率、混凝土强度、有效宽度为参数,在梁端进行了低周反复加载,通过有限元模型的验证,分析了节点试件的破坏特征和承载力以及混凝土楼板的有效宽度,得出了一些有意义的结论。

钢-混凝土主梁-次梁节点受力性能试验研究

通过对2个足尺节点试件的静载试验,验证了其可靠性,并研究了次梁配筋方式(U型钢内部是否配有贯穿钢筋)对这类新型节点破坏形态、承载力、变形性能、应变分布等的影响。研究结果表明,两个节点试件表现出良好的变形能力,且破坏形态相同,均是在次梁交界面形成弧形贯通裂缝而破坏。贯穿钢筋可略提高节点承载力,但会增加次梁对外套型钢的“杠杆”效应,使外套型钢下翼缘应力集中增强,导致结构延性下降。试验考虑了楼板效应,因此能很好地反映主梁-次梁节点的真实受力状态,对主梁-次梁节点的设计与应用具有重要参考价值。

竖向荷载下足尺半刚性连接组合框架试验研究

为研究半刚性连接组合框架在静载作用下的力学性能,进行了竖向荷载下两榀足尺的两层两跨半刚性连接组合框架试验。组合框架由H型钢柱和压型钢板混凝土组合梁组成,钢节点由焊接到钢梁端部的平端板通过螺栓与钢柱翼缘连接。为了解半刚性连接组合框架的结构性能和破坏特征,考察不同荷载水平作用下半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架结构整体性能的影响,重点分析框架整体性能、节点性能和梁性能。试验表明:平端板型组合节点为半刚性连接、部分强度节点,具有较高的强度和刚度,其极限转角可满足不小于30mrad的延性设计要求;半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架的强度、刚度和延性有较大影响,设计时应加以考虑。试验结果可为今后半刚性连接组合框架理论研究和工程实际应用提供参考。

竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计方法(Ⅰ)——梁柱节点设计

虽然在钢框架结构设计中考虑半刚性连接和楼板的组合效应会产生良好的结构经济性,但是在实际工程中仍很难应用,主要原因是缺乏合适简便的设计方法。本文在国内外研究的基础上,结合我国钢结构设计规范GB50017-2003,给出了竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计建议方法。设计建议方法包括满足两个极限状态的节点、梁、柱设计,较好地解决了梁挠度和柱有效长度系数计算中节点连接刚度的合理选取、半刚性特征对梁挠度和柱计算长度的影响。该方法不仅反映了节点和框架的实际性能,而且简便实用,符合工程师对普通钢框架的设计习惯。本文为全文的第一部分,介绍了梁柱节点设计。

无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析:(Ⅰ)柱的有效长度系数方程

本文基于钢结构设计规范GB50017-2003,利用三柱子框架模型,考虑了连接的非线性弯矩-转角关系和楼板组合效应的影响,推导了无侧移半刚性连接组合框架柱的有效长度系数方程式,同时考虑了梁端和柱远端不同约束情况对有效长度系数的影响。另外,分析了GB50017规范附录D表D-1求解的精确性。研究表明,当柱远端刚接时,推导的方程式类似于GB50017规范附录D表D-1给出的无侧移刚接框架柱的有效长度系数计算公式;对于三柱子框架模型,当柱远端铰接时,用GB50017规范附录D表D-1得到的有效长度系数设计柱是不安全的,但最大误差只有11%。

竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计方法(Ⅱ)——梁与柱设计及算例

虽然在钢框架结构设计中考虑半刚性连接和楼板的组合效应会产生良好的结构经济性,但是在实际工程中仍很难应用,主要原因是缺乏合适简便的设计方法。本文在国内外研究的基础上,结合我国钢结构设计规范GB50017-2003,给出了竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计建议方法。设计建议方法包括满足两个极限状态的节点、梁、柱设计,较好地解决了梁挠度和柱有效长度系数计算中节点连接刚度的合理选取、半刚性特征对梁挠度和柱计算长度的影响。该方法不仅反映了节点和框架的实际性能,而且简便实用,符合工程师对普通钢框架的设计习惯。本文为全文的第二部分,介绍梁与柱设计。并通过一个算例,说明竖向荷载下半刚性连接组合框架的实用设计过程及经济性。

有侧移半刚性连接组合框架柱的有效长度系数

利用三层柱的框架模型,考虑了节点的非线性弯矩-转角关系、楼板的组合效应、梁端和柱远端不同边界情况等因素对柱的有效长度系数的影响,推导了有侧移半刚性连接组合框架柱的有效长度系数方程式,并分析了GB50017-2003规范附录D求解的精确性,最后用两个实例:门式组合框架和三层两跨组合框架,研究了荷载大小和非线性弯矩-转角关系对柱有效长度系数的影响。研究表明,对于有侧移半刚性连接组合框架柱,当柱远端处于不同边界条件时,用GB50017-2003规范附录D求得的有效长度系数设计柱偏于安全;节点初始刚度对有效长度系数影响较明显。研究结果可供工程设计参考。

面向体系非线性分析的钢管混凝土柱-组合梁节点多尺度高效数值模型

基于组合结构非线性分析软件COMPONA-MARC V1.2,提出面向体系非线性分析的钢管混凝土柱-组合梁节点多尺度高效数值模型,该模型能准确反映梁端、柱端以及节点域的耗能特征。首先建立模型的总体框架,采用较为简洁的多尺度连接方案,并从节点传力机理的角度证明其合理性。其次,在单向地震作用下楼板空间组合效应模型的基础上,通过对极限正弯矩有效宽度进行折减,提出双向地震作用下考虑楼板空间组合效应的组合梁纤维模型。随后,选取基于裂缝带模型的组合节点域混凝土单轴受拉软化模量计算公式,重点讨论平均裂缝间距这一关键参数的取值方法,给出与开裂应变相关的剪力传递系数计算方法的建议。最后采用本模型对一系列平面和空间组合节点的抗震性能试验进行模拟,充分证明本模型的准确性与合理性。

竖向荷载下半刚接组合框架的有限元分析

为了分析连接弯矩-转角关系和荷载大小对组合框架性能的影响,该文采用有限元方法,考虑了连接弯矩-转角关系、楼板的组合效应和几何非线性的影响,通过引入能直观反映连接刚度的端部约束系数来修正现有刚接框架的结构刚度矩阵和杆件固端力。研究表明:连接弯矩-转角关系对框架内力和位移影响较明显;在半刚接阶段0.143<r0<0.727,荷载大小对框架弯矩和挠度影响不明显。在钢框架设计中,应考虑半刚性连接和楼板组合效应的影响。该文编制的有限元分析程序可应用于实际工程。

现浇板钢筋混凝土框架结构梁端弯矩-转角曲线计算

在分析钢筋混凝土框架结构破坏模式的过程中,是否正确考虑现浇楼板对框架梁端抗弯承载力的提高效应,对破坏模式的判定具有很大的影响。采用实体单元建立整体模型的方法可以考虑楼板效应,但存在建模复杂且分析耗时等缺点。为了简化分析模型并提高计算效率,通过研究楼板和梁的协同受力特征,推导出梁端转角和弯矩承载力之间的关系,并拟合出适用的简化计算公式。应用简化计算公式对不同配筋条件下楼板-梁组合结构的弯矩-转角曲线进行计算,并将计算结果与实体建模的有限元分析结果做比较,结果表明,通过简化计算公式得到的梁端弯矩-转角曲线,与有限元分析结果十分吻合。