基于CTM和Beam-Column Joint Element的梁柱节点核心区抗剪仿真

为研究基于CTM和Beam-Column Joint Element单元的钢筋混凝土梁柱节点核心区抗震仿真计算,本文先分析了CTM的计算原理和局限性,并对原计算模型进行调整;之后通过试验数据验证了调整前后模型的正确性,并通过参数分析得出调整前后CTM在不同参数下核心区抗剪强度的变化规律;最后通过对比理论计算与试验下核心区抗剪强度变化规律,证明调整后模型更为准确。

钢筋混凝土板柱节点冲切性能研究进展

为提高板柱节点冲切性能从而促进其工程应用,比较了各类抗冲切元件的不同布置形式、形状尺寸、几何参数以及组合形式对节点抗冲切承载力的影响,概括了受损板柱节点修复与加固的研究现状,梳理了不同开洞尺寸、距离、数量、形状及偏心荷载作用下开洞板柱试件抗冲切性能的研究成果,归纳了有无抗冲切钢筋和配置型钢剪力架板柱节点的抗冲切承载力计算方法以及基于机器学习的板柱节点冲切承载力预测方法。结果表明:各类抗冲切元件可通过改变布置形式、形状尺寸、几何参数以及元件组合从而改善板柱节点的冲切性能;板件开洞的尺寸越大、距离越远、数量越多,对节点的抗冲切性能越不利;基于数值模拟和规范改进得出的冲切承载力计算公式仅对特定试验有较高的预测精度,尚未形成较为统一的承载力计算公式,而基于机器学习的冲切承载力预测模型是未来研究的重点;需进一步开展关于受损板柱节点修复与加固方法的研究,对完善板柱节点抗冲切性能研究理论体系具有重要意义。

钢筋混凝土梁柱边节点滞回性能数值模拟

为准确模拟梁柱边节点在地震条件作用下的滞回响应,建立考虑黏结退化机制的梁柱边节点有限元模型。基于ANSYS有限元平台,采用Voce-Chaboche混合强化模型定义钢筋的循环本构关系,开发组合弹簧单元实现往复荷载作用下钢筋与混凝土间的黏结退化机制,根据损伤理论提出往复荷载作用下黏结滑移本构关系预测模型。有限元计算得到的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、应力云图与试验结果的对比表明:混合强化本构能更好地描述往复荷载作用下钢筋的滞回响应,组合弹簧单元成功地反演了往复荷载作用下钢筋与混凝土的黏结退化特征,往复荷载作用下节点梁中塑性铰的发育导致梁塑性伸长,将对边节点柱造成不利影响,梁柱边节点数值模拟结果与试验结果吻合良好,为准确模拟梁柱边节点的滞回性能提供了理论基础和技术平台。

RPC外包方钢管混凝土柱轴压受力性能研究

为了研究活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,RPC)外包方钢管混凝土柱的轴压受力性能,以RPC厚度和长细比为参数,对6根构件开展轴压试验研究,探讨该类组合柱的破坏模式、受力机理、套箍效应和承载力。试验结果表明:外层RPC可为内部方钢管混凝土柱提供较强的约束力,在受力后期套箍效应凸显。随着RPC厚度的增加,组合柱的承载力逐渐提高;随着组合柱长细比的增大,虽然其弹性刚度和承载力逐渐降低,但延性改善。采用ABAQUS软件建立RPC外包方钢管混凝土柱的有限元模型,分析RPC强度、RPC厚度、钢管强度等级、含钢率、内部混凝土强度和长细比等参数对组合柱承载力的影响规律,可得方钢管混凝土柱发挥系数的变化幅值为0.78~1.01。在试验研究、有限元参数分析和理论探讨的基础上,借鉴钢管混凝土结构技术规范,提出了RPC外包方钢管混凝土轴压短柱和长柱的承载力简化计算方法,公式计算值与已有数据样本吻合良好。

圆钢管超高性能混凝土短柱偏压力学性能研究

为研究钢管超高性能混凝土短柱的偏压性能,以荷载偏心率和钢管径厚比为变化参数,设计了12个圆钢管UHPC短柱试件并对其进行偏心受压加载试验,分析了该类构件的破坏模式、荷载-挠度曲线、钢管应变和变形系数等,考察了主要因素对短柱偏压性能的影响规律。结果表明:试件的破坏特征为钢管屈服和核心混凝土压坏;荷载-挠度曲线有较明显的峰值点,偏心率越大和径厚比越小,曲线的下降段越平缓;达到60%峰值荷载时,钢管开始产生明显的约束作用,达到90%峰值荷载时,截面变形不再符合平截面假定;偏心率增大使试件的承载力和刚度下降,而径厚比减小可降低这种不利影响。在试验基础上,结合数值模拟对短柱的N-M曲线进行分析,建立了临界偏心率和套箍系数的关系表达式,并基于此提出短柱偏压承载力实用计算方法,理论与试验结果吻合较好。

四面受火状态下木-H型钢-混凝土方截面组合柱温度场数值模拟

目的 提出一种新型的木-H型钢-混凝土方截面组合柱,研究火灾下组合柱的温度场分布规律。方法 应用ABAQUS有限元分析软件建立组合柱的热传递模型,采取ISO-834标准升温曲线进行升温,研究混凝土厚度、再生粗骨料取代率和螺栓对组合柱内木材温度场和炭化的影响。结果 木材的温度场呈双向对称分布;混凝土厚度每增加10 mm,螺栓孔处木材的炭化深度平均减少25.43%,初始炭化时间平均延后22.82%;再生粗骨料取代率每增加20%,木材炭化深度平均减小6.34%,初始炭化时间平均延后5.60%;螺栓的存在会加剧木材的炭化,螺栓孔处的木材的炭化深度多出57.13%。结论 在火灾作用下,组合柱内部的木材炭化后仍有较大的有效剩余截面;H型钢腹板有木材包裹,强度劣化速度缓慢;木-H型钢-混凝土组合柱的抗火性能良好。

UHPC加固RC柱的轴压性能试验及有限元模拟分析

超高性能混凝土(UHPC)因其优异的力学性能和耐久性能,广泛应用于钢筋混凝土结构的加固中。对UHPC加固钢筋混凝土短柱轴心受压进行试验研究,利用ABAQUS有限元分析软件建立UHPC加固钢筋混凝土短柱轴心受压的有限元模型,峰值荷载模拟值与试验值吻合良好。分析长细比对加固柱荷载及塑性变形性能的影响,每组5个试件长细比分别为2,4,6,8和10,共6组30个试件。结果表明:相同长细比下UHPC加固钢筋混凝土柱能较大提升柱的承载力和延性;随着长细比L 0/d增大,加固柱的承载力降低,破坏时试件的极限位移明显增大;当长细比进一步增大,试件极限承载力降低趋势开始变缓,峰值荷载对应的位移增大,抵抗塑性变形能力变差,该研究为UHPC加固钢筋混凝土柱工程应用提供参考。

木塑空心柱轴压力学性能试验与有限元分析

为探究木塑复合材料用作低密度装配式建筑承重柱的可行性,通过材性测试和轴压试验评估共挤出木塑空心柱的轴压力学性能,并利用ABAQUS有限元分析软件模拟探究木塑空心柱壁厚、长细比和内置薄壁圆钢管壁厚对其极限承载力、变形能力和破坏模式的影响。模拟分析结果与试验测试数据高度一致,验证了模拟方法的有效性。试验研究表明,木塑空心柱主要通过局部压溃破坏,并表现出明显的弹塑性阶段。有限元分析结果表明,增加壁厚能提高木塑空心柱的初始刚度和极限承载力,其中8 mm厚度在成本、重量及承载能力方面具有最佳性价比。随着长细比的增加,木塑空心柱的承载力和刚度逐渐降低,破坏模式也从强度破坏转向失稳破坏。内置3 mm薄壁钢管显著增强了木塑空心柱的承载力和延性,其力学性能能够满足建筑对抗压承重构件的要求。

预应力薄壁圆钢管约束混凝土短柱轴压性能初探

为提高薄壁钢管混凝土柱轴心受压性能,提出了预应力薄壁圆钢管约束混凝土柱,即采用对拉螺栓对薄壁圆钢管施加环向预应力,形成对内部混凝土初始约束围压,以提高内部混凝土的轴心抗压强度及承载力性能。为探究其轴向受压性能提升效果,进行了预应力薄壁圆钢管约束混凝土短柱轴心受压试验;并采用ABAQUS有限元计算软件建立了相应的非线性有限元数值模型,基于试验所获得荷载-位移数据,验证了模型的可靠性。在合理可靠试验模型的基础上,进行了不同预应力度(k=0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)和不同钢管厚度(t=1.5mm、2.0mm、2.5mm和3.0mm)情况下的轴心受压性能影响分析。结果表明:采用对拉螺栓对薄壁圆钢管混凝土柱施加环向预应力,可有效提高其轴心抗压强度、刚度和延性;在合适预应力范围内,预应力度(k=0~0.4)越大,预应力薄壁钢约束混凝土短柱轴心受压性能提升越明显;但较大的预应力度(k=0.5)会让构件在达到峰值荷载后,其承载力降低较为明显,从而使构件延性降低;当预应力度k不变,构件的轴心受压性能随钢管厚度t的增大而增大。

高强螺栓工字钢连接混凝土梁柱节点的抗震性能研究

目的提出一种以高强螺栓工字钢连接混凝土梁柱节点的连接方法,研究该节点抗震性能,为工程设计提供依据。方法采用ABAQUS有限元软件模拟节点的受力过程,研究后浇混凝土强度、节点区长度、工字钢翼缘厚度等参数对节点抗震性能的影响。结果与现浇结构相比,新型节点承载能力更高,其屈服荷载和峰值荷载相较于现浇试件的屈服荷载和峰值荷载分别提升2.08倍和2.64倍;提高后浇混凝土强度等级、增加节点区的长度对承载能力影响较小;提高工字钢翼缘厚度、工字钢屈服强度,节点的承载能力提高较明显。结论采用高强螺栓工字钢连接混凝土梁柱节点的连接结构满足承载力要求,且工字钢翼缘厚度、工字钢屈服强度对结构的承载能力影响较大。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱滞回性能非线性有限元分析

基于圆钢管型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验研究,采用OpenSees软件对该组合柱进行了滞回性能数值分析,获取了组合柱的滞回曲线及抗震性能指标,并与试验结果进行了比较,验证了组合柱数值模型的合理性。在此基础上,对组合柱的滞回性能开展了参数影响分析。结果表明:再生骨料取代率从0增大到100%,组合柱的峰值荷载下降了7.78%,延性略有降低;提高再生混凝土强度、型钢强度及圆钢管强度,对于提升组合柱的承载力及刚度是有利的,但却使组合柱的脆性增大;随着轴压比的增大,组合柱的承载力呈现先上升后下降的趋势,而延性逐渐变差;型钢配钢率从5.54%增至9.99%,组合柱的峰值荷载提高了24.34%,但对于改善组合柱的延性不明显;增大钢管壁厚对组合柱的承载力和延性均是有利的。

钢筋混凝土不等肢L形单向偏心受压柱参数分析

本文运用了ABAQUS有限元软件,设计了14个有限元试件进行参数分析,具体分析了钢筋混凝土不等肢L形单向偏心受压柱的承载力及变形能力受混凝土强度、纵筋配筋率、偏心率等因素的影响规律。

高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能

为了研究高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能,通过有限元软件ABAQUS建立模型,并与已有试验结果进行验证,吻合良好。研究表明:钢管高强混凝土柱的黏结应力随着温度的升高呈现出先增加后减小的趋势;黏结应力随着混凝土强度的增大而增大,随着径厚比的增大而减小;长径比在2.74~7.72的范围内,随着长径比的增加,黏结力逐渐增加;黏结界面破坏的速度随温度的增加而减缓;随着温度的增加耗能因子呈现先增大后减小的趋势。

工业厂房皮带廊结构改造托梁换柱加固技术

随着城市更新的推进,针对一些大型工业建筑,不仅要满足结构受力需要,而且更需满足现代城市生活功能。针对已报废停产的工业厂房皮带廊项目,为了满足城市园区交通需求,需拔除旧厂房皮带廊项目跨中的混凝土立柱。最后采用钢托梁替代原混凝土梁的方式,改变了结构传力路径,通过ANSYS进行结构受力验算,最终提出托梁换柱的加固改造方法,现场安装临时支撑千斤顶进行结构卸载,该方法不仅满足了原设计拆除部分支撑柱的要求,同时也实现了结构原状和其历史风貌保护。

用于振荡水柱波浪发电系统的高效永磁发电机仿真分析与试验验证

针对空气透平的运行特性及系统在宽转速和宽功率范围高效运行的要求,初步设计内置式永磁同步发电机关键参数,建立其二维有限元模型并进行优化。根据有限元优化后的电机尺寸,完成样机研制并分析测试其主要电磁性能。仿真分析和测试结果证明样机适合用于振荡水柱波浪能发电系统。

基于新型环保气体的断路器温升特性

由于SF_(6)断路器具有严重的温室效应,基于新型环保气体断路器的研究受到了广泛关注。现有关于新型环保气体C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的研究大多集中在灭弧、绝缘性能等方面,对其温升特性的研究不够深入,但是绝缘气体的温升特性对断路器的载流能力设计和运行状态监测具有重要意义。为探究新型环保气体断路器的温升特性,本文基于40.5kV瓷柱式断路器样机搭建了温升实验平台,并建立了电磁-热-流多物理场耦合的仿真模型,对断路器温升特性开展研究。结果表明:断路器灭弧室内温升呈左右对称、上高下低的阶梯状分布,热量主要集中在导体和内部绝缘气体顶部;灭弧室内流场分布较为稳定,导体附近的气体由于受热产生了自然对流现象,气体流速随着温度的升高逐渐增大,最大流速出现在喷口位置;在一定条件下,瓷柱式断路器的导体回路、瓷套管外壳和喷口等典型测点处的温升均随着负荷电流的增大而增加,且喷口和导体处的温度上升速率远高于瓷套管外壳;基于不同气体的瓷柱式断路器温升场具有相似的分布规律,其中C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体表现出良好的散热能力,且随着混合气体中C_(4)F_(7)N气体比例的增加,导体温升逐渐减小;各种气体环境下灭弧室内的流场分布也大致相似,气流速度与灭弧室温度和气体黏度密切相关。研究结果可为新型环保气体C_(4)F_(7)N在瓷柱式断路器中的应用提供理论依据,对新型环保绝缘气体在高压断路器温升方面替代SF_(6)具有重要意义。

螺栓连接装配式梁柱节点抗火性能分析

目的研究一种新型螺栓连接装配式梁柱节点抗火性能,分析其高温下应力分布规律及破坏形式,为螺栓连接装配式梁柱节点抗火设计提供理论依据。方法采用ABAQUS有限元分析软件建立螺栓连接装配式梁柱节点模型,并采用顺序热力耦合方法对不同工况下螺栓连接装配式梁柱节点进行数值模拟;探讨梁端荷载比、混凝土保护层厚度以及受火方式等因素对螺栓连接装配式梁柱节点抗火性能影响。结果当混凝土保护层厚度由25 mm增加到30 mm时,节点耐火极限小幅增加;当混凝土保护层厚度由30 mm增加到35 mm时,节点耐火极限增加显著;与四面受火相比,三面受火时节点梁端位移受梁端荷载比、混凝土保护层厚度等参数的影响更明显;当梁端荷载比由0.7减小到0.5时,节点耐火极限增加了61%~68%;当混凝土保护层厚度由25 mm增加到35 mm时,节点耐火极限增加了10%~20%。结论节点耐火极限主要受节点区域内梁构件耐火极限影响;当梁端荷载比增加时,节点耐火极限减小;三面受火时节点耐火极限明显大于四面受火时节点耐火极限,故对梁上表面进行隔火处理可大幅度提升节点的耐火极限。

除尘器箱体立柱稳定性增强方法研究

除尘器箱体立柱主要的破坏方式是丧失稳定性。为提高其承载能力,优化除尘装备结构设计,研究箱体立柱稳定性增强构造方法。采用非线性有限元方法,针对除尘器箱体加劲钢墙板—H型钢立柱结构体系,考虑初始缺陷影响,研究箱体立柱失稳机理。受墙板蒙皮作用,立柱呈现为前翼缘与腹板组成前半部分截面整体弯扭与腹板局部鼓曲相伴发生的相关失稳,且失稳发生在邻近柱顶的高压应力区域。针对失稳特征提出立柱稳定性增强构造措施,即在顶部区域立柱前翼缘两侧加焊加固钢板,加固钢板上、下边界与L形横隔板焊接连接。考察了加固钢板宽度、厚度,L形横隔板厚度以及加固钢板布置范围等因素对于立柱稳定承载力的影响,在此基础上提出了立柱稳定性增强构造的合理设计方法。采取该稳定性增强构造措施后,立柱稳定承载力得以明显提高。

外包式柱脚传力机理及内力分布研究

为探究外包式柱脚的传力机理及内力分布状况,基于塑性损伤理论建立了外包式柱脚有限元仿真模型。通过模拟数据分析了钢柱在加载过程中各截面内力变化,研究了钢柱与外包层之间的相互作用机制及内力传递机理;对有、无栓钉外包式柱脚的内力分布进行了对比,研究了栓钉在内力传递过程中的作用及影响。研究结果表明,内力通过钢柱与外包层之间界面的接触应力及栓钉的作用力进行传递,在柱脚底部截面钢柱已将大部分内力传递给外包层;栓钉在内力传递过程中发挥了积极的作用,促进了钢柱将内力传递给外包层;布置栓钉有利于减轻钢柱底板下面混凝土的局部承压,改善锚栓的受力状况。

带肋方钢管混凝土轴压短柱承载性能有限元分析

带肋方钢管混凝土是一种具有卓越性能被广泛应用的结构材料。使用ABAQUS有限元软件,对方钢管混凝土短柱进行了有限元分析,得出了方钢管混凝土短柱在轴向压力下的荷载-位移全过程关系曲线。增加加劲肋的设计,可以有效提高方钢管混凝土短柱的承载能力;随着加劲肋个数和钢管厚度的增加,构件的极限承载力也得到了提高。