考虑动力效应的箱型截面钢柱火灾下屈曲温度与临界温度研究

通过参数分析研究考虑动力效应的箱型截面钢柱火灾下的屈曲温度与临界温度。考虑转动约束刚度比、轴向约束刚度比、荷载比,建立约束钢柱有限元模型,并采用文献中的试验进行验证。研究结果表明,约束钢柱静力分析和显式动力分析的屈曲温度几乎一致,而由静力分析得到的临界温度略小于由显式动力分析得到的临界温度,差别在30℃以内。随着转动约束刚度比的增大,屈曲温度与临界温度均上升,并且转动约束刚度比对临界温度的影响更大。随着轴向约束刚度比和荷载比的增大,约束钢柱的屈曲温度和临界温度均出现明显下降。基于参数分析的结果,在已有文献中关于钢柱屈曲温度和临界温度计算公式的基础上,提出新的屈曲温度和临界温度计算公式,提出的计算公式预测结果与本文有限元模拟结果吻合较好,利用试验数据对提出的屈曲温度和临界温度计算公式的有效性做进一步的验证,对比结果表明提出的计算公式可以很好地预测钢柱的屈曲温度和临界温度。

设置BRB的双柱式桥墩弹塑性地震反应分析

为研究防屈曲支撑(buckling-restrained brace,简称BRB)对双柱式桥墩抗震性能的影响,在双柱式桥墩间设置5种BRB布置方案以提高桥墩的抗侧刚度,并与原桥墩对比研究其抗震性能。首先,进行桥墩拟静力分析,通过与文献试验数据对比,验证数值模拟方法的正确性;其次,开展桥墩的抗震性能研究,通过对6种模型在不同地震动(0.2g,0.4g,0.8g)作用下的非线性时程分析,得到桥墩的损伤、内力和变形计算结果。经对比研究,提出一种最佳的BRB布置方案。研究表明:双柱式桥墩设置BRB可以有效提高桥墩的抗侧刚度,减小桥墩在地震作用下的墩顶位移响应,降低桥墩的损伤,减少钢筋屈服和桥墩塑性铰区域,大幅减小墩底弯矩,但不同的BRB设置有时会导致墩底剪力有所增加。

外置耗能器与复位器的自复位桥墩抗震性能研究

为发展易于实现损伤控制的摇摆自复位(rocking self-centering,RSC)桥墩,选取防屈曲支撑(buckling restrained brace,BRB)作为外置耗能器,弹簧作为外置复位器,设计外置防屈曲支撑与弹簧的自复位(BS-RSC)桥墩。利用Opensees有限元软件建立BS-RSC桥墩的数值分析模型,并验证模型正确性,分析BRB屈服强度、弹簧刚度及轴压比对BS-RSC桥墩滞回性能的影响;进行动力时程分析,研究不同参数对最大墩顶位移角、残余位移角的影响。研究结果表明:BS-RSC桥墩滞回曲线饱满,BRB可显著提升BS-RSC桥墩的耗能能力,控制弹簧刚度可在不影响整体耗能下控制残余位移;进行动力时程分析,在罕遇地震下,桥墩残余位移角处于低值,最大墩顶位移角随着BRB屈服强度的提高而显著降低,说明BS-RSC桥墩是各构件协调工作、功能明确且具有优秀耗能能力与自复位能力的新型桥墩。

某超限医疗建筑结构设计研究

对于医疗类超限高层建筑,如何协调2021年9月颁布实施的《建设工程抗震管理条例》中要求的保证发生本区域设防地震时能够满足正常使用要求的目标和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2015]67号)中要求的抗震设防目标是结构设计面临的新问题。本工程采用屈曲约束支撑减震技术,以满足设防地震正常使用要求为抗震设防目标进行超限结构设计。从性能化设计、抗倾覆、极限受力状态以及节点有限元分析等多角度验证关键构件V形转换柱的可靠性。通过减震分析可知,屈曲约束支撑对楼层剪力、位移角等指标减震效果显著,对楼层加速度的减震介于6.6%~26.6%之间,顶部两层的楼面加速度略超参考限值,需要采取进一步措施。

河海大学新校区图书馆SRC斜柱-BRB组合转换结构抗震设计

河海大学新校区图书馆外立面下部为一圈波浪形转换斜柱,上部为普通框架,整体结构下刚上柔,属于规则性超限高层建筑。采用RC框-剪结构时,小震、中震弹性计算所得结构各项指标均可满足规范要求,但大震弹塑性时程分析结果显示,楼板和剪力墙均出现了重度损伤。通过研究抗侧力构件各楼层剪力变化,发现刚度突变导致上部楼层水平地震作用放大,剪力墙地震作用通过楼板向转换斜柱转移,是导致结构重度损伤的主要原因。通过对比分析,最终采用外立面为SRC斜柱-BRB组合转换结构,内部为RC框架-BRB支撑结构的混合结构方案,所选结构与RC框-剪结构相比,中震弹性分析时,薄弱部位的楼板剪力减小约25%,大震弹塑性时程分析时,由于BRB屈服耗能,薄弱部位楼板剪力减小约66%,整体结构仅发生轻度损伤。按超限高层建筑性能设计的要求,对结构进行各地震作用水准下的受力分析,结果表明,该结构抗震性能良好。

异形柱组合框架-屈曲约束钢板剪力墙抗震性能试验研究

为探索异形柱组合框架-屈曲约束钢板剪力墙的抗震性能,设计制作了1个缩尺比为1∶1.5的单跨单层试件以及1个非加劲对比试件,对其进行水平低周往复加载下的抗震性能试验。结果表明,异形柱组合框架-屈曲约束钢板剪力墙抗侧承载力较大,延性较好,极限位移角达1/25,塑性变形能力较强;试件的破坏模式、屈服承载力、峰值承载力、延性系数、耗能能力以及应变水平等有较好的提高与改善。

阿房宫文化馆项目结构设计

阿房宫文化馆属于单层空旷结构,位于高烈度区,框架结构难以满足抗震要求,又没有合适的位置布置剪力墙。根据建筑功能布置和结构特点主体结构采用了钢筋混凝土框架-钢支撑结构体系,钢支撑采用屈曲约束支撑(BRB),既能防止支撑屈曲,又能在设防地震、罕遇地震下耗散能量,提高结构的抗震性能。根据BRB支撑-框架结构体系特点,提出层间位移角限值。通过钢吊柱、摇摆柱等结构措施,满足建筑功能布置、控制结构构件尺寸,达到了满意的效果。

板柱-支撑结构在土建冷库中的应用

本文提出了在高烈度地区多高层土建冷库采用板柱-屈曲约束支撑结构形式的可行性。通过对板柱-抗震墙结构及板柱-屈曲约束支撑结构两种结构形式的成本分析,得出了在高烈度地区,多高层土建冷库采用板柱-屈曲约束支撑结构更具有经济性,并总结板柱-支撑结构设计要点。

箍筋尺寸对复合约束短柱的轴压性能影响分析

为分析不同箍筋尺寸对内置方形箍筋的复合约束短柱轴压力学性能的影响,采用大型有限元分析软件对复合约束短柱进行了建模分析,研究了箍筋参数对短柱破坏模式、承载能力和延性等力学性能的影响,研究结果表明,提高箍筋直径和内置钢筋笼的边长对短柱的破坏现象影响较小,但能有效提高短柱的复合约束作用,进而提高短柱的承载能力和延性。

约束PEC柱轴力变化规律及影响因素

为考察火灾下相邻构件约束对PEC柱轴力的影响,应用有限元软件ABAQUS建立了标准升温条件下约束PEC柱的数值分析模型,并用试验数据验证该模型。应用模型分析火灾荷载比、轴向/转动约束刚度比、长细比、偏心率对约束PEC柱轴力变化系数的影响规律。分析表明:约束导致柱轴力出现不同程度的增长;轴向约束刚度比、偏心率越大,轴力变化系数的峰值越大;荷载比越大,轴力变化系数的峰值越小;长细比、转动约束刚度比对轴力变化系数影响较小。

轴心受压约束钢管柱温度应力试验研究

为揭示轴心受压钢构件温度应力的变化规律,利用自行研制的专用设备,采用恒载连续升温试验方法,设13级约束刚度,3级初应力,6种长细比,对215根Q345钢管柱进行试验研究。结果表明:①温度应力是最重要的作用效应,在钢结构耐火设计与评估中必须考虑。升温后期温度应力虽下降,但此前试件已经失效。②约束刚度和长细比越大,温度应力越大,试件的破坏温度越低,反之相反;约束刚度越大,长细比越小时,温度应力-温升曲线塑性平台越长。③长细比影响试件的破坏特征:长细比较大时,破坏后侧向残余变形较大,轴向变形较小,为失稳破坏;反之相反,为强度破坏。④不同的初应力下在温升初期曲线基本重合,斜率相同;初应力越低,温度应力越大,曲线从初始重合曲线上分离越晚,反之相反。⑤随温升增大,曲线呈现4个阶段:温升较小时,温度应力与温升呈线性关系;随后应力增长变缓,呈非线性关系;温升继续增大,温度应力保持不变,试件进入塑性阶段;最后随温升增大而温度应力变小,试件失效破坏。

采用屈曲约束纵筋的钢筋混凝土短柱轴压性能试验研究

中、高烈度区钢筋混凝土结构的抗地震倒塌性能,近年来成为国内外学术界关注的问题之一。由于地震作用下结构发生倒塌破坏的成因与机制非常复杂,仅仅通过概念设计难以满足日益多样化和复杂化的工程结构对抗倒塌性能的需求。针对纵向钢筋发生屈曲失稳破坏后框架柱丧失竖向承载力、结构竖向传力路径中断可能导致的局部倒塌或者连续倒塌,提出屈曲约束纵筋技术,对考虑了多个设计参数的一组屈曲约束钢筋试件以及4根钢筋混凝土短柱进行轴压试验,初步检验屈曲约束套管在防止钢筋受到高轴压力时发生屈曲失稳的有效性,比较不同箍筋用量和屈曲约束套管布置方式对短柱轴压性能的影响。试验结果表明,屈曲约束钢筋受压时能表现出与受拉时大体相同的力学特性,屈曲约束套管能有效防止钢筋混凝土柱在混凝土保护层严重开裂和剥落后发生纵筋屈曲失稳破坏,避免柱突然失去轴向承载力。

轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱受火性能分析

针对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱受火性能进行了分析.结果包括各参数对约束钢柱轴力—温度关系曲线,跨中弯矩—温度关系曲线,约束钢柱破坏温度,无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差,以及约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差等的影响.主要结论为:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小,约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大;轴向约束减小钢柱的破坏温度,并随约束刚度的增加,钢柱的破坏温度逐渐减小,但是存在临界轴向约束刚度比,当大于该临界约束刚度比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的屈曲温度影响很小;随着轴向荷载比和弯矩荷载比的增加,约束钢柱的破坏温度减小;端部弯矩比对约束钢柱的破坏温度影响较小.

火灾下防火涂料破损后约束柱的稳定承载力

为考察地震破坏防火涂料后钢柱的抗火性能,根据势能驻值原理推导了约束钢柱两端防火涂料破损后稳定承载力计算方法。分别讨论了防火涂料的破损长度、钢柱的升温以及端部转动约束刚度对稳定承载力的影响。结果表明:破损长度对约束柱稳定承载力影响较大;温度较低时,温度对稳定承载力影响不大,而端部约束刚度对稳定承载力影响较大,温度超过500℃以后,温度对稳定承载力有较大影响,而转动约束刚度对稳定承载力影响变小。

室内爆炸与火灾联合作用下约束钢柱损伤评估

结构体系提供的约束刚度和附加质量会显著影响钢柱在爆炸下的动力响应,同时火灾下结构对热膨胀的约束会导致钢柱内产生附加轴力,受力特性与无约束柱明显不同。采用引入损伤的Johnson-Cock强度模型分析了约束钢柱在室内爆炸荷载作用下的损伤情况,建立了评估约束钢柱在爆炸与火灾联合作用下破坏情况的压力-冲量-时间曲面图及表达式。为了说明结构约束的影响,将计算结果与无约束钢柱在爆炸与火灾联合作用下的破坏时间进行对比,并进一步分析了超压时程曲线形状、约束刚度及钢柱几何尺寸对P-I-t曲面图的影响。结果表明,当爆炸荷载强度较小时,约束钢柱的破坏时间早于无约束钢柱,当爆炸荷载强度较大时,约束钢柱的破坏时间晚于无约束钢柱;超压时程曲线形状参数越大,约束钢柱在爆炸作用下越易破坏;约束刚度对钢柱在爆炸与火灾联合作用下的破坏时间基本无影响;当爆炸损伤较小时,钢柱壁厚对破坏时间影响很小,当爆炸损伤较大时,钢柱壁厚度越大,钢柱越易破坏,但在压力-冲量-时间空间中,仍为壁厚越小、柱高越高的钢柱越易破坏。

轴力作用下的约束钢柱受火性能参数分析

利用经过试验验证的有限元模型对轴力作用下约束钢柱火灾下的受力性能进行了参数分析.分析结果包括各参数对钢柱轴力—温度关系曲线、钢柱跨中弯矩—温度关系曲线、约束钢柱破坏温度、无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差、约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差的影响等.参数分析表明:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小;约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩的共同作用下;轴向约束减小约束钢柱的破坏温度,但是存在一个临界轴向约束刚度比,当大于该临界比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的破坏温度影响很小.

轴向约束钢柱的抗火性能分析

应用ANSYS软件计算了钢柱在标准的升温模式下的温度场,然后利用ANSYS的耦合分析,将温度场导入结构分析中,分析了火灾下两端简支的轴心受压钢柱随温度升高时的力学性能并与理论计算结果进行了比较。对柱的轴向约束刚度以及荷载比对轴心受压柱受力性能的影响作了进一步的分析,阐述了轴向约束钢柱在火灾下的变形及轴向附加荷载的一些规律,可为钢柱的抗火设计提供一定的参考价值。

碳纤维约束混凝土压弯构件承载力计算方法研究

通过 17个碳纤维布 (以下简称CFRP ,即CarbonFiberReinforcedPolymer)约束混凝土短试件在一次加载情况下的实验研究 ,考察含FRP率和荷载偏心率对FRP约束混凝土压弯构件强度承载力的影响规律。在以往对CFRP约束混凝土压弯构件力学性能理论分析结果的基础上 ,推导了CFRP约束混凝土压弯构件承载力相关方程 ,计算公式形式简单 ,概念明确 ,便于实际应用。简化公式计算结果与理论分析结果和实验结果均吻合较好。

约束PEC柱(强轴)抗火性能试验研究

为了研究轴向约束对部分包裹型钢混凝土组合柱(PEC柱)抗火性能的影响,开展了轴向约束PEC柱的抗火性能试验研究和有限元分析.考虑轴压和绕强轴压弯两种受力形式,进行了两根ISO-834标准火灾作用下四面受火轴向约束PEC柱的抗火性能试验.测试了试件截面温度场分布、轴向及侧向变形和耐火极限,观察了试件的破坏过程.试验结果表明:施加柱端弯矩的约束PEC柱侧向变形速率大,其破坏形态与轴压约束柱明显不同,为绕强轴的弯曲破坏;相同荷载比下有柱端弯矩的约束PEC柱耐火极限比轴压约束柱略长,总体而言两者的耐火极限均较短.有限元分析结果与试验结果吻合较好,具有较高的精度,可用于进一步的参数分析.

基于子结构模型的约束PEC柱抗火性能

利用有限元软件ABAQUS建立了包含部分梁、柱的约束PEC柱子结构温度场和力学分析模型,应用约束PEC柱的抗火试验数据验证了模型的合理性。对轴力作用下子结构在火灾下的受力性能进行了参数分析,分析了轴力比、轴向约束刚度、约束梁跨度、柱长度以及材料强度对子结构轴向位移和轴力的影响规律。结果表明:随着轴力比的增加,柱轴向变形峰值和轴力变化系数峰值减小;随着轴向约束的增加,柱轴力变化系数峰值增大,轴向位移峰值减小,高温压缩阶段的轴向位移趋于平缓;随着柱长度的增加,轴向位移峰值和轴力变化系数峰值略有增加;约束梁跨度、型钢屈服强度和混凝土抗压强度对柱轴向位移和轴力变化系数影响很小。