开槽侧板加强型连接梁柱节点子结构抗连续倒塌性能研究

为了优化侧板加强型节点的抗连续倒塌性能,提出了一种开槽侧板加强型梁柱连接节点形式。通过静力加载试验,得到了新型节点子结构的破坏模式、竖向抗力发展机制、应变分布、延性水平和动力承载力等。试验结果表明:钢梁翼缘在盖板附近首先开裂并向腹板外排螺栓中部延伸贯穿,导致竖向承载力快速下降为峰值荷载的20%左右。相比传统侧板加强型和圆弧扩盖板型梁柱节点,新型节点的峰值承载力分别提高了62.1%和19.6%,塑性弦转角分别提高了203.6%和25.8%。通过有限元分析得到了试件的断裂路径发展过程,进一步地通过参数化分析发现:扩大过焊孔构造对改善峰值后塑性弦转角及残余强度提升无明显作用;随着螺栓群远离钢梁翼缘起始断裂位置,最小残余强度比不断增大,但峰值后塑性弦转角呈先增大后减小的趋势;当螺栓群内移45mm时,峰值后塑性弦转角及最小残余强度比分别达到0.149rad和0.88,提高了38.2%和200.8%。

考虑钢筋桁架楼承板的钢管混凝土框架抗连续倒塌性能

利用ABAQUS/Explicit对边柱移除工况下钢管混凝土柱-钢梁-钢筋桁架楼承板体系的抗连续倒塌性能进行研究。在确定材性选择、损伤定义以及建模方法的准确性的基础上,分析模型的竖向承载力与破坏模式、楼承板混凝土损伤云图、关键钢构件轴向应力,探究体系内梁柱的传力规律,并量化地分析主梁抗弯机制、主梁悬链线机制、楼承板机制所提供的竖向抗力。结果表明:在边柱移除工况下,钢管混凝土柱-钢梁-钢筋桁架楼承板体系表现了较好的抗连续倒塌能力;楼承板混凝土受拉损伤和钢筋桁架拉应力主要集中在上表面的负弯矩区和下表面的正弯矩区;镀锌钢底板拉应力和梁柱约束反力占比的变化过程侧面反映了抗力由破坏位置向非破坏位置传递的机制;加载前期G6主梁的压拱效应强于G1、G2主梁,但由于边柱失效工况的边界条件对G6梁的拉结较差,在加载中后期G6梁无法充分发挥悬链线作用;加载初始主梁抗弯机制和楼承板机制提供主要抗力,而当竖向承载力达到最大值时,主梁抗弯机制、主梁悬链线机制、楼承板机制抗力占比分别为42.7%、23.8%、33.5%。钢筋桁架楼承板对框架抗连续倒塌能力的贡献是不可忽略的,始终占总承载力的30%左右。

山地典型掉层框架结构抗连续倒塌性能分析

山地结构的受力性能与普通结构有显著差别。基于LS-DYNA的截面纤维模型,通过与一榀4跨3层平面框架在移除中柱后的拟静力倒塌试验结果进行对比,验证了纤维模型的合理性。采用拆除构件法中的非线性动力法对普通框架结构和掉层层数、掉层跨数各不相同的掉层框架结构共6个算例进行了抗连续倒塌性能分析,研究普通框架结构与掉层框架结构抗连续倒塌性能的差异以及掉层层数、掉层跨数对掉层框架结构抗连续倒塌能力的影响。结果表明:悬链线效应对于RC框架结构抗连续倒塌性能有显著的提升作用;掉层框架结构上、下接地层的抗连续倒塌性能差异大;下接地层区域,掉层框架结构抗连续倒塌性能低于普通框架结构,上接地层区域则相反;随掉层层数增加,掉层框架结构抗连续倒塌性能减弱;随掉层跨数增加,掉层框架结构抗连续倒塌性能增强。

大跨度弯曲空间网格结构抗连续倒塌性能研究

该文以某机场航站楼为对象,研究了大跨度弯曲空间网格结构桁架。首先提出了一种改进的概念分区判断方法,其次通过灵敏度分析确定了关键组,最后采用非线性动力学方法分析了剩余结构的结构响应,对其相关参数进行分析,从而得到了网格构件截面尺寸的影响因素。根据研究结果可知,该文提出的方法能有效避免遗漏关键部件;大跨度空间结构应重点关注最大垂直位移为10 m的悬臂端;上、下和弦的抗拉强度和横截面积应增加20%,以增强结构的抗连续倒塌能力。

强震作用下铝合金蜂窝板组合网壳的连续倒塌性能研究

为了提高铝合金蜂窝板组合网壳的计算效率,分别采用引入接触单元的耦合法(简称接触模型)和完全协调法建立了有限元分析模型,并且将有限元分析结果与铝合金蜂窝板组合网壳承载力试验结果进行了对比分析,然后基于两种有限元分析方法建立了大跨铝合金蜂窝板组合网壳模型,并且提出了引入折减系数的完全协调法作为铝合金蜂窝板组合网壳的简化计算方法。基于上述简化计算方法,采用ANSUYS软件建立了有限元分析模型,探究了铝合金蜂窝板组合网壳在不同矢跨比(1/4、1/5、1/6)、不同跨度(40,50,60 m)和不同板厚(5,10,15 mm)下结构自振频率的变化规律。对铝合金蜂窝板组合网壳进行了时程分析,对结构的动力位移响应和进入塑性的杆件比例进行了全面的研究,得出了网壳发生破坏时的加速度幅值,探讨了不同矢跨比、不同跨度和不同板厚对铝合金蜂窝板组合网壳在强震作用下的抗连续倒塌性能的影响。结果表明:当板厚折减20%时,按完全协调法的有限元分析结果与试验结果之间的误差为5.87%,误差在合理范围内。故提出了引入折减系数为0.8的完全协调法作为铝合金蜂窝板组合网壳的简化计算方法,并且应用于组合网壳的自振频率分析以及在强震作用下组合网壳的倒塌性能研究。通过对组合网壳进行模态分析,发现:随着模态阶数的提高,组合网壳的自振频率有小幅度的增大。矢跨比的减小会引起组合网壳的自振频率的减小;跨度的减小和板厚的增大会引起组合网壳的自振频率的增大。通过对组合网壳进行时程分析,发现:随着加速度幅值的不断增大,不同矢跨比、不同跨度和不同板厚的铝合金蜂窝板组合网壳的最大节点位移和进入塑性的杆件比例都在逐渐增大;当加速度幅值为325,375,400 m/s^(2)时,矢跨比1/4、1/5、1/6的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏;当加速度幅值为300,350 m/s^(2)时,40 m和50 m跨度的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏;当加速度幅值为225,575 m/s^(2)时,5 mm和15 mm板厚的组合网壳在El Centro波作用下依次发生连续倒塌破坏。矢跨比的减小、跨度的增加以及板厚的增加会引起组合网壳在El Centro波作用下发生破坏时的加速度幅值的提高,进而证实了铝合金蜂窝板组合网壳的抗连续倒塌性能的提高。

现浇与装配整体式混凝土空间框架子结构的抗连续倒塌性能试验对比研究

为研究装配整体式混凝土空间框架结构抗连续倒塌性能与现浇结构的异同,设计并制作了3个2/3缩尺、3梁4柱的混凝土空间框架子结构试件,对中柱进行了力-位移控制的静力加载试验。其中一个试件是现浇混凝土(RC)结构,另外2个试件是装配整体式混凝土(PC)结构,梁柱节点构造分别采用90°弯钩连接及锚固板焊接连接两种形式。根据抗力、位移、应变、裂缝发展及破坏形态等试验结果对试件的受力变化及抗力机制进行了分析。结果表明:PC试件梁端的裂缝发展更集中,而RC试件的梁端裂缝分布更均匀,这对结构受力更有利。RC试件的抗连续倒塌能力优于PC试件,在压拱阶段两者差别不大,但在悬链线阶段,RC试件的荷载最大值为167 kN,分别为90°弯钩节点构造形式和锚固板焊接节点构造形式的PC试件的1. 57倍和1. 22倍,并且RC试件钢筋断裂更晚,具有更好的塑性发展空间。

考虑全填充墙作用的钢筋混凝土框架抗连续倒塌性能分析

为探究钢筋混凝土(RC)全填充墙框架在边中柱失效情况下的抗连续倒塌性能及其承载力计算方法,基于已有试验和有限元程序OpenSees建立宏观有限元数值模型展开研究。数值模型中的梁柱采用基于力的纤维梁单元模拟,填充墙则转化为等效斜撑并用桁架单元进行表征。填充墙宏观模型涉及等效斜撑的宽度、数量和相应材料属性的确定,为此对比了不同等效斜撑模型的适用性,确定了一种连续倒塌工况下全填充墙的宏观模拟方案。进而利用验证的数值模型,揭示全填充墙框架防倒塌的荷载传递机制,并研究了层数和填充墙砌体抗压强度对抗倒塌性能的影响。结果表明:全填充墙框架荷载主要通过墙体对角传递且全填充墙会与周围框架形成一种桁架机制;随填充墙砌体抗压强度降低,结构抗力峰值呈下降趋势。最后,以填充墙和周边框架竖向承载刚度比为基本参数,建立了通过求得填充墙和框架刚度以及纯框架理论弯曲承载力,便可快速评估规则RC填充墙框架防倒塌能力的回归模型。

多道抗震防线下高层建筑连续抗倒塌性能分析

为提升高层建筑结构的稳定性,研究基于多道抗震防线的高层建筑连续抗倒塌性能。选取建筑结构试件,计算试件节点域屈服承载力与极限承载力,判断建筑结构抗震能力,计算建筑结构弹性模量,获取高层建筑结构连续抗倒塌性能相关系数,判断连续抗倒塌性能。研究结果表明:高层建筑在受到破坏时,受损框架抗剪承载力与完整框架之间的差异性较小,当最大基底剪力在耗能梁段遭受破坏时,屈服型耗能梁段框架抗剪承载力会相应升高,框架遭受破坏对高层建筑结构支撑框架抗剪承载力影响较低。

方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能试验研究

为了研究组合梁对方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能的影响,设计了带有混凝土现浇楼板方钢管混凝土柱-组合梁框架(CFSTCBF)及不带楼板的方钢管混凝土柱-钢梁框架(CFSTSBF),采用拆除构件法对两个试件的抗连续倒塌性能进行竖向加载试验研究,对其在中柱失效工况下的破坏模式、受力机理以及主要的抗力机制进行分析,同时对现浇混凝土楼板和节点在连续倒塌过程中的性能进行探讨。研究表明:两个试件的破坏均是由正弯矩区钢梁破坏引起,结构的倒塌阶段可分为弹塑性阶段、塑性阶段、过渡阶段和悬链线阶段,压拱机制和悬链线机制均能改善结构的抗倒塌性能;混凝土楼板可以有效增强结构的承载能力,提高结构的初始转动刚度,但在改善结构变形能力方面的作用较弱。

钢-混凝土组合框架子结构动态倒塌性能试验研究

为了研究中柱失效后钢-混凝土组合框架结构的动态倒塌性能,对2个1/3缩尺的组合框架子结构试件进行了抽柱试验研究。研究结果表明:当在组合框架梁上分别悬挂30 kN和60 kN的配重时,2个试件在中柱处的最大动态位移至少为振动停止后静态位移的1.34倍;在中柱抽除后,剩余结构仍处于弹性受力阶段且阻尼比较小;采用栓钉抗剪连接件的组合框架梁具有较大的加速度响应和动态位移响应;组合梁中采用开孔板连接件的框架子结构具有较好的整体刚度,其受倒塌荷载动力冲击作用的影响相对较小;随着中柱竖向位移的增加,组合框架倒塌荷载动力增大系数(DIF)呈现两阶段的变化规律。基于试验研究,建立了组合框架倒塌荷载DIF的数学计算模型。该研究成果可为钢-混凝土组合框架结构的倒塌性能分析提供参考。

爆炸荷载作用下建筑结构连续倒塌分析与防连续倒塌设计研究进展

连续倒塌是结构局部某个关键构件的破坏导致相邻构件失效继而引发更多构件破坏,最终导致结构整体倒塌或者产生与初始触因很不相称的大面积倒塌的连锁反应.爆炸荷载作为一种非常规荷载,具有传播迅速、峰值大、作用时间短等特点,是造成建筑结构连续倒塌的主要原因之一.本文在建筑结构连续倒塌已有研究的基础上,提出了结构连续倒塌分析的分类方法;并进一步根据结构连续倒塌分析的目的,将结构连续倒塌分析方法分为结构抗连续倒塌性能评价方法和结构连续倒塌全过程分析方法.通过文献综述,详细介绍了结构抗爆炸连续倒塌性能评价方法和结构抗爆炸连续倒塌全过程分析的最新研究进展;给出了建筑结构防爆炸连续倒塌的概念设计方法和构造措施,提出了建筑结构防爆炸连续倒塌设计的步骤和方法.

子结构模型对钢管混凝土组合框架抗连续性倒塌能力的影响

为提高钢管混凝土结构抗连续倒塌分析效率,采用子结构的静力试验和有限元方法进行研究,但是子结构模型的选取对分析结果影响较大。为此,利用ABAQUS显式模块对不同子结构模型的钢管混凝土组合框架进行抗连续倒塌性能分析。在验证材料本构和建模方法合理的基础上,建立单柱双半跨、三柱双跨、四柱三跨和五柱四跨平面子结构模型,以分析不同子结构模型对钢管混凝土平面框架抗连续倒塌性能的影响;对比单柱四半跨、五柱四跨和2×2跨的钢管混凝土空间子结构模型的抗连续倒塌性能,并分析混凝土楼板和层数对其影响。结果表明:不同子结构模型的选取决定了不同的边界约束条件,进而对钢管混凝土组合框架抗连续倒塌性能影响较大;单柱双半跨平面子结构和单柱四半跨空间子结构的边界强约束使其前期荷载较大,但整体变形能力较差;由于失效柱相邻柱的约束增强,四柱三跨、五柱四跨平面子结构的极限弦转角和峰值荷载较三柱双跨子结构明显提高,其中有楼板平面子结构的提高更明显;由于角柱的约束和楼板整体性的提高,有楼板单层2×2跨空间子结构的极限弦转角和峰值荷载均高于五柱四跨空间子结构,但无楼板单层2×2跨和五柱四跨空间子结构相差不大;无论楼板存在与否,随着层数的增加,空间子结构模型的极限弦转角和峰值荷载均大幅提高。

带大跨悬挑桁架的武林美术馆超限结构设计

武林美术馆建筑外形独特,其下部5层为钢框架-混凝土筒体结构,顶部3层为钢桁架-混凝土筒体结构。结构存在平面不规则、楼板不连续和竖向不规则等多项不规则,是一种较为新型的大跨空间结构体系。从结构抗震性能化设计、楼板应力分析、抗连续倒塌性能、楼板舒适度和关键节点分析这五个方面阐述了本工程的设计思路和分析过程。对于分析过程中的技术难点,提出了相应的解决方案。结果表明,该结构安全合理,抗震性能良好。

环形交叉索桁结构的静力性能分析(英文)

基于平面索桁结构提出了一种新型的空间索杆结构,命名为环形交叉索桁结构.该结构可以显著改善车辐式索桁结构抗连续倒塌性能较弱的不足.基于ANSYS软件,采用非线性弧长法,分析了环形交叉索桁结构的静力性能.分析中考虑了满跨均布荷载、半跨均布荷载以等多种工况组合以及预应力变化对结构性能的影响.研究结果表明环形交叉索桁结构具有整体刚度好、内力分布合理等优势,预应力变化对结构刚度影响显著.环形交叉索桁结构的提出可为其它索杆结构的改良提供参考.

青岛胶东国际机场航站楼结构设计

介绍了青岛胶东国际机场航站楼的结构体系、设计方法、分析结果及构造处理措施,阐述了航站楼混凝土结构设缝选型对比分析,航站楼结构采用减震措施的设计,针对超长混凝土结构的设计处理措施,以及上部钢结构设计及大跨钢结构防连续倒塌性能设计;对高铁和地铁穿越航站楼带来的振动舒适度问题进行了减振设计,并对钢管混凝土柱的耐火性能进行了试验研究并指导工程实践。

中国建筑西南设计研究院有限公司机场航站楼结构设计实践

回顾了中国建筑西南设计研究院有限公司在机场航站楼结构设计的实践,重点介绍了成都双流国际机场T1,T2航站楼、重庆江北机场T3航站楼、青岛胶东国际机场航站楼的设计,对机场航站楼结构设计涉及的主要技术问题,如超长混凝土结构设计、超长钢结构设计、复杂曲面钢屋盖结构设计、防连续倒塌性能设计等进行了探讨。

体育场马鞍面单层索网屋盖结构方案分析

为满足某体育场屋盖采用马鞍面单层索网结构的需求,提出轮辐式单层索网结构和无内环单层索网结构两种方案。基于方案的外形、构件和节点设计信息,比较两种方案下的拉索、索端锚具和大型索夹节点用量等经济指标。利用有限元分析软件Midas/Gen建立模型,分析两种方案在静力荷载作用下的位移和索力,对比两种方案的结构整体刚度、索力大小和索力分布均匀性。利用有限元分析软件Ansys/Ls-dyna建立模型,采用拆除构件法分析两种方案断索后的动力响应,研究两种方案抗连续倒塌性能。结果表明:无内环方案的拉索、索端锚具、大型索夹节点用量均显著少于轮辐式方案的,经济性更好;无内环方案的刚度较大,整体性好,索力较小且索力分布更均匀;无内环方案断索后仍保持形状稳定且索力损失不明显,抗连续倒塌性能更好。