带滑动次梁的装配式自复位空间钢框架数值模拟与分析

为了适应装配式自复位空间钢框架的节点开口和框架整体膨胀效应,提出一种带滑动次梁构造的装配式自复位空间钢框架。采用ABAQUS软件对装配式自复位空间钢框架进行有限元数值模拟对比分析,并在数值模拟基础上完成了新型滑动次梁的可行性分析。结果表明:数值模拟结果在节点开口、滞回曲线、索力变化和应变等方面均与试验结果吻合良好,验证了采用有限元方法研究的可行性;新型滑动次梁的设计有效地放松了楼板对装配式自复位空间钢框架的约束作用,达到了新型滑动次梁与自复位节点同步开口的目标,顺利实现了开口-闭合机制。

空间钢框架几何非线性分析的新梁-柱单元

基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理,在其势能项中引入了全部六个应力分量,考虑了结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连带弯矩影响及弓形效应,采用可计入单元剪切变形影响的三次多项式插值函数,详细推导了考虑剪切变形及力矩转动属性的空间钢框架梁-柱单元几何非线性切线刚度矩阵.利用框架节点的平衡条件对单元刚度矩阵进行简化,得到了结构整体的几何刚度矩阵.并通过算例证明了本方法的精确度和有效性.

空间钢框架二阶弹塑性稳定极限承载力分析

采用非线性连续介质力学的有限变形理论和内力屈服面塑性流动理论，对空间钢框架结构体系进行了二阶弹塑性稳定极限承载力分析，同时分析了主弯曲、非对称水平荷载对空间钢框架极限承载力的影响．经算例分析得知：如果非对称水平荷载比在0．5～2．0之间，则水平荷载的非对称性对结构的极限承载力影响很小；主弯曲对钢框架整体极限承载力的影响随结构层数的增加而减小．

空间钢框架结构的改进双重非线性分析

为了探讨三维结构的高等分析方法,给出基于UL法的严格三维单元虚功增量方程,详细推导了考虑剪切变形影响的三维梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵和基于三维单元简化塑性区模型的双重非线性刚度方程,并编制空间钢框架结构的双重非线性分析程序。使用包括几何与材料双重非线性的数值算例来验证方法和计算机程序的可行性、精确度与有效性。利用该程序,只需一个单元/构件即可准确预测空间钢框架结构的极限承载力与失稳模态,提高了结构的非线性分析效率。

空间钢框架连续倒塌拟静力试验

为考察钢框架结构中一根框架柱失效后,剩余结构在倒塌过程中的受力和变形情况,采用MTS和千斤顶配合的方法对二层空间钢框架结构进行了拟静力试验。试验结果显示,在倒塌过程中,框架梁的受力方式从受弯为主向受拉为主转变,当竖向位移达到200mm时,失效区域部分框架梁全截面受拉;当竖向位移接近250mm时,梁柱连接节点处焊缝发生断裂。目前应用比较广泛的H型钢全焊接刚性连接节点延性不够好,在梁形成明显的悬链线效应之前即发生破坏。采用显式动力法以准静态的加载方式对试验过程进行了模拟,建议在对含有H型钢全焊接刚性连接节点的钢框架结构进行连续倒塌分析时,采用较精确的节点模型以真实反应节点的受力。

空间钢框架精细塑性铰法高等分析

几何非线性单元的精度主要决定于单元恢复力的计算方法，刚度矩阵对单元精度的影响很小。建立了考虑剪切变形影响的精细塑性铰法空间梁柱单元。单元二阶效应由稳定函数考虑，采用精细塑性铰模型考虑材料非线性，可考虑截面的逐渐屈服以及由残余应力引起的分布塑性对单元刚度的削弱。单元刚度矩阵包含了轴向、弯曲和扭转位移之间的耦合效应。利用ANSYS软件的用户可编程特性（UPFs）编写了单元程序，通过连接将用户单元添加到ANSYS软件单元库中。算例分析结果表明，采用作者提出的单元时，每根杆件用一个单元模拟分析可达到很高精度，而采用ANSYS中BEAM189单元时，每根柱需3-4单元模拟才能达到合适的精度。分析结果还表明，多高层框架结构中构件剪切变形的影响不可忽略。

空间钢框架结构的简化柱梁模型及其弹塑性动力分析

高层钢结构本身构件众多,又要考虑材料非线性和几何非线性等因素影响,使得计算非常复杂,这样就非常有必要对其进行简化。多质点系剪切模型在多层平面框架的抗震分析中已得到了广泛的应用,但这种模型不能考虑钢框架结构梁柱的强度比和刚度比、节点域变形、柱附加轴力引起的弯曲变形和梁间塑性铰对地震响应的影响。本文介绍的简化柱梁模型考虑以上因素,对高层平面钢框架结构和空间结构进行了有效的简化,并进行了钢框架的二阶弹塑性动力分析。

半刚性连接空间钢框架在地震作用下的侧移分析

利用有限元软件ANSYS建立10个层数为2层、6层和10层空间框架结构模型进行了时程分析。对比了层数、连接相对刚度以及不同地震波对于框架结构楼层位移和层间位移角的影响;同时对刚性连接和半刚性连接框架柱的剪力变化情况进行了对比分析。结果表明在地震作用下梁柱连接节点半刚性的存在在一定程度上增加结构的侧移,但同时使结构的内力有所降低。

空间钢框架结构的二阶渐进弹塑性分析

给出了空间钢框架结构几何非线性有限元列式,可以直接考虑单元的轴向扭转屈曲效应;在此基础上采用塑性流动理论并应用Orbison屈服面方程,得到了空间钢框架塑性铰分析的弹塑性刚度矩阵,用以对空间钢框架结构进行二阶弹塑性分析并可以考虑单元内塑性的发展和内力的重分布;在单元内部采用截面内力跟踪技术以考虑单元内部形成塑性铰的情况. 给出的几个算例,说明该方法计算效率高,精度可靠,可以用于大型空间钢框架结构的高等结构分析.

基于组合楼板影响的空间钢框架连续倒塌分析

建筑结构在意外事件情况下的连续倒塌问题,已成为国内外土木工程学科的研究热点。钢与混凝土组合楼板作为目前钢结构常用的楼板形式,对结构的抗连续倒塌能力影响较大。采用拆除构件法对不带楼板、带钢筋混凝土楼板和带组合楼板的9层空间钢框架进行了连续倒塌仿真计算,分析比较了不同框架的自振周期、破坏模式、相邻构件内力变化与失效机制等,研究了组合楼板对结构抗连续倒塌能力的影响。研究表明,考虑组合楼板后空间钢框架结构的抗连续倒塌能力得到显著提高,且提高程度大于钢筋混凝土楼板。

翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能

为研究翼缘削弱型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对普通节点和翼缘削弱型节点的空间钢框架模型进行有限元模拟,对2种钢框架模型的破坏形式、承载力、滞回性能、耗能能力、强度及刚度退化性能等进行了对比分析。结果表明:翼缘削弱型节点可使梁端塑性铰外移至梁端翼缘削弱处,避免梁端焊缝处应力集中导致脆性破坏;翼缘削弱型节点等效粘滞阻尼系数与普通节点空间钢框架相比有明显的提高,进入屈服阶段后由于应力重分布,其刚度及承载力退化速度较普通节点空间钢框架慢,翼缘削弱型节点钢框架具有梁铰延性破坏机制,抗震性能较好。

考虑剪切和翘曲变形影响的空间钢框架塑性铰模型

采用更新的拉格朗日列式,推导了一种较为精确的用于空间钢框架非线性分析的集中塑性铰模型.利用考虑剪切变形效应的插值函数推导了空间钢框架结构梁柱单元二阶弹性分析的刚度矩阵.在矩阵推导的过程中,引入了基于薄壁构件的Kollbrunner-Hajdin修正约束扭转理论,应用此理论产生的翘曲扭转插值函数可计及二次剪应力对翘曲变形的影响;结合可以考虑残余应力影响的CRC切线模量,利用扩展的Orbison屈服面模型,推导了一种能反映塑性沿构件截面扩展的二阶非弹性分析的梁-柱单元,可用于多种空间钢框架结构的双重非线性分析,具有较强的通用性.最后通过算例证明了本文提出梁-柱单元的精度和有效性.

空间钢框架结构弹塑性稳定的综合离散分析法

本文采用综合离散化分析方法进行空间钢框架结构的弹塑性稳定计算。该方法既采用了有限元法处理离散结构的便利,又通过力学途径来减少所需求解的未知量。算例结果表明,本文方法不仅有很高的计算精度,且省时省空间,是一种空间钢框架结构稳定分析的实用方法。

腋板加强型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能研究

为对比分析普通节点和腋板加强型节点钢框架的抗震性能,采用ANSYS有限元分析软件对两种不同节点形式的钢框架建立三维空间计算模型,进行了低周反复荷载作用下的有限元模拟。对比分析了两种节点钢框架模型的破坏形态、滞回性能、承载力、耗能能力、强度及刚度退化性能。分析结果表明,腋板加强型节点钢框架能有效地提高钢框架的承载力,达到塑性铰外移的目的,滞回曲线饱满,具有较强的耗能能力,退化性能较普通节点钢框架更缓慢。研究内容可为工程应用和理论分析提供参考。

半刚性连接空间钢框架结构的二阶非弹性分析

将有限单元法与梁柱法相结合,建立了半刚性连接的空间钢框架结构的二阶弹塑性分析方法。该法综合考虑了几何、材料和半刚性连接效应。基于非线性连续介质力学理论和考虑剪切效应的稳定插值函数建立的严格三维梁柱单元刚度方程,包含了轴向、剪切、双向弯曲与扭转及其各耦合效应。三维单元简化塑性区模型可模拟塑性扩展,利用梁单元两端抗转弹簧来模拟半刚性连接效应。使用包括几何、材料和连接非线性的数值算例来检验文中方法和所编计算机程序的可行性、有效性与精确度。算例表明,利用该程序,每个构件只需一个单元即可准确预测三维结构的极限荷载与失稳模态,可提高结构非线性空间性能的分析效率。该程序可用于三维结构的多重非线性全过程分析,为建立高层钢结构的高等分析方法奠定了基础。

空间钢框架修正精细塑性铰法理论研究

建立了考虑剪切变形及二阶效应影响的空间梁柱单元,可考虑截面的逐渐屈服,以及残余应力引起的分布塑性对单元刚度的影响.单元刚度矩阵包含了轴向、弯曲和扭转位移之间的耦合效应、弯扭屈曲以及结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连带弯矩影响.采用C++编制了高等分析程序,通过几何、材料非线性算例证明了本文研究方法的精确度和有效性.

巨型空间钢框架结构的二阶实用分析

为了探讨巨型空间钢框架结构二阶分析的实用方法,从简化结构的计算模型入手,采用连续化概念和刚度等效原则,将立体格构式巨型构件等效为三维实腹式构件,在对巨型梁柱的节点域进行等效后获得巨型钢框架结构的三维等效模型,据此建立结构的二阶分析刚度方程,并用数值算例检验了该方法的实用性与可靠性。方法可供结构方案设计或初步设计时参考。

考虑节点域剪切变形的空间钢框架结构分析

根据节点域的变形特点，提出了一种考虑节点域剪切变形影响的空间钢框架结构的分析方法。并应用该方法对纯框架、支撑－框架体系进行了分析比较。算例表明，该方法简单易行．便于程序实现，计算结果可靠。

基于序列线性规划的空间钢框架优化

基于序列线性规划和对偶仿射尺度法,以结构用钢量最低为优化目标,以截面尺寸为优化变量,推导了空间钢框架结构整体优化有限元模型。通过编程实现结构在包括杆件强度、稳定,节点位移,结构层间位移角的多种约束条件下的优化设计。以一个简单不规则钢框架算例验证了优化程序的可行性;通过收缩约束条件验证了程序主动控制不同应力、位移约束的效果。对一个主次梁体系结构进行优化设计,同时考虑规范对构件、结构的多项限值,验证了优化算法和程序能够满足工程实际的需要。

腹板开孔型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能研究

采用ABAQUS有限元分析软件对普通节点和腹板开孔型节点两种不同的节点形式建立三维的空间钢框架模型,进行有限元的模拟。对比分析了两种钢框架模型的破坏形式、承载力、滞回性能、耗能能力、强度及刚度退化性能。研究表明,腹板开孔型节点可使梁端塑性铰外移至梁端腹板开孔处,避免梁端焊缝处应力集中导致发生脆性破坏,增加了结构延性,但同时会降低结构承载能力;腹板开孔型节点等效粘滞阻尼系数与普通钢框架相比有明显的提高,进入屈服阶段后由于应力重分布,其刚度及承载力退化速度较普通节点钢框架较慢,腹板开孔型节点钢框架具有梁铰延性破坏机制,抗震性能较好。研究内容可为腹板开孔型节点在空间钢框架的应用和理论分析提供参考。