带高位大悬挑的多塔连体结构超限分析与设计

武汉全球公共采购交易服务总部基地项目6~8号楼是三塔多重复杂连体结构,各塔间刚性连接体跨度25.2m,顶部两层南侧和东侧分别设置悬挑8.4m和6.0m的高位长悬挑结构,是具有6项不规则项的超限高层建筑。工程混合采用混凝土结构、钢结构和组合结构体系,并使用预应力技术。本文介绍了该项目抗震性能化设计过程,采用多种软件对小震、中震和大震作用下的结构及构件性能进行分析。对以下重点问题进行专项分析:采用时程法和反应谱法得出6度区连体和悬挑结构的最小竖向地震作用系数;分析温度作用下超长结构的楼板应力,分析悬挑结构在其上下层引起的楼板应力,验算大震作用下连接体楼板的抗剪承载力;验算连接体楼盖舒适度。结合分析结果和工程特点,采取相应加强措施,实现了良好的抗震效果。

温度应力对机场道面板疲劳损伤的影响

目前,中国机场水泥混凝土道面设计中并未单独计算温度应力。参考传热学研究成果在道路工程和场道工程中的应用,采用华北地区某机场实例及其气象数据,建立有限元模型模拟道面结构温度场,并计算分析该机场道面板温度场和温度应力情况。结果表明,温度荷载造成的板底应力曲线与气温、辐射曲线之间存在较大的相位差,板底最大拉应力出现在19—20时。将随时间变化的温度应力与随横向位置变化的飞机轮载应力叠加,并将轮载作用次数按横向、月度、时刻分布,计算机场道面板的累计损伤和剩余寿命。结果表明,采用该方法预测的机场跑道剩余寿命与钻芯取样检测、FAARFIELD软件预测结果,以及跑道实际继续运营时长较为接近。可通过所提方法计算厚度较大的机场道面板的温度应力,对既有机场水泥混凝土道面结构的剩余寿命进行预测评估,并为大尺寸机场水泥混凝土道面板的研究和设计提供参考。

CRTSⅡ型轨道板-CA砂浆界面离缝高度可靠度分析

轨道板与CA砂浆层间离缝损伤是CRTSⅡ型板式无砟轨道的主要损伤形式之一。通过分析轨道板与CA砂浆离缝产生机理,提出温度作用下轨道板与CA砂浆层间离缝高度功能函数;基于轨道板与CA砂浆层间内聚力模型,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道多层结构体系层间离缝高度计算有限元模型;将一维减维点估计与有限元方法结合求解功能函数的前四阶矩,并基于高阶矩法计算可靠度指标;在不同离缝损伤形式下,分析温度梯度对离缝高度可靠度指标的影响规律。研究结果表明:整体升温时,轨道板中心离缝高度可靠度指标随正温度梯度增加而减小;整体降温时,轨道板板角离缝高度可靠度指标随负温度梯度增加而减小;在极端温度条件下轨道板与CA砂浆层离缝高度超限的概率较大,建议加强CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的养护维修。

大跨度双T板屋盖结构体系抗震性能研究

通过有限元软件对27m跨的双T板屋盖粮库结构体系建立整体模型,模拟地震作用下的结构地震响应。分别研究在水平地震作用下及竖向地震作用下,结构各构件的位移变化。

考虑周边结构约束影响的RC框架结构防连续倒塌性能研究

为了考察周边结构约束对钢筋混凝土(RC)框架结构防连续倒塌承载能力的影响,该文通过QianK等进行的中柱移除的框架子结构拟静力试验,校核了论文中ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性。模拟所得的荷载位移曲线与试验曲线吻合良好,较好地模拟了中柱移除至子结构破坏的全过程。在成功进行模型校核的基础上,通过改变平面框架两侧边跨的约束情况,分析了两侧边跨约束对所研究子结构防连续倒塌承载力的影响;其次通过对比考虑楼板与不考虑楼板的单层空间结构的承载力,分析了楼板在结构防连续倒塌受力过程中对提高压拱阶段和悬链线阶段承载力的作用,讨论了楼板对连续倒塌各个受力阶段不同的影响;最后建立了多层空间框架结构模型,研究框架底层柱移除过程中结构的承载能力,分析发现楼层数的增加,成倍地提高框架结构承载力,并对连续倒塌各个受力阶段产生不同的影响。

裂缝吸水对泥页岩强度的影响

从物理化学作用和力学作用两个方面分析了裂缝吸水后对泥页岩强度的影响。由于泥页岩粘土矿物具有吸水特征,并遇水软化和水化膨胀。从泥页岩微观结构分析了水分子进入岩体基质后降低矿物颗粒间的相互胶结作用,并建立了含水量对泥页岩黏聚力和内摩擦角关系。进一步从力学角度研究水分子进入裂缝对裂纹尖端的颗粒施加液压使颗粒受到拉伸应力,从而使微裂纹起裂,并结合岩石力学、细观断裂力学理论计算出初裂强度。与实验结果进行对比得出相关结论。

火灾下组合楼板薄膜效应分析的改进方法

介绍火灾作用下压型钢板组合楼板薄膜效应的发生和发展过程,以及组合楼板的薄膜效应能够大大提高高温下楼板承载力的现象。介绍楼板薄膜效应的研究历史,总结近几十年来国内外学者对楼板薄膜效应的理论研究工作。在李国强等的五参数模型的基础上加以改进,对楼板的破坏模型和部分参数进行新的假定和修正;在对Cardington试验和真实火灾的观察基础上,对极限状态下楼板的边界条件进行合理的简化和假设;通过求解力平衡方程和弯矩平衡方程得到适用于四边简支的组合楼板薄膜效应计算的方法。将理论计算结果与国内外试验结果进行比较,证明改进后的考虑薄膜效应的组合楼板抗火计算方法的有效性。

组合楼板受火薄膜效应试验研究

为了验证火灾作用下压型钢板组合楼板的受拉薄膜效应,观察楼板破坏现象,了解受火后组合楼板的温度场、位移及钢筋和混凝土的应变状态,本文进行了4个足尺压型钢板组合楼板受火性能试验。在试验过程中,对试验炉温、楼板温度、钢筋温度、钢筋应变、混凝土应变及楼板中心挠度进行了测量,对试验现象进行了解释。通过试验中采集的温度、位移以及应变等数据,对试验结果进行分析,证实了火灾作用下楼板受拉薄膜效应的存在及其在高温下维持楼板承载力的作用。根据试验分析结果得出,由于楼板的薄膜效应的产生,可不对压型钢板组合楼板及板区内的次梁进行防火保护。

考虑楼板影响的钢框架结构节点域数学模型

为研究混凝土楼板对钢框架结构节点域受力性能的影响,在有限元分析基础上,确定影响节点域性能的楼板有效宽度.根据对弹性和塑性阶段节点域的受力分析,提出了考虑组合效应的节点域数学模型,推导出相应的抗剪刚度和强度计算公式,并与有限元结果进行对比分析.研究结果表明:该数学模型能够很好地模拟考虑楼板影响的节点域的受力性能;在梁端弯矩相同情况下,作用在考虑楼板影响的节点域上的剪力比不考虑楼板影响的情况小.

静载作用下钢筋混凝土梁板结构的面力效应(Ⅰ)——理论模型

当钢筋混凝土结构的边界受到一定程度的约束时,其承载力由于面力的作用而显著提高,这种现象即为面力效应现象。为了系统研究钢筋混凝土梁板结构的面力效应,本文针对现有的最大面力设计方法(简称MMFM)的几点不足,提出了五项改进措施,并通过一系列分析推导,建立了一种新的理论计算模型。该理论模型采用全量应变塑性理论与增量应变塑性理论相结合的方法,能够推导出静载作用下考虑面力效应的钢筋混凝土梁板结构承载力—跨中变形全过程曲线的显式计算公式,相比于MMFM方法,本文所提出的理论计算模型更加准确合理。

静载作用下钢筋混凝土梁板结构的面力效应(Ⅱ)——试验研究及主要影响参数讨论

为验证文献[1]中提出的钢筋混凝土梁板结构面力效应的理论计算方法的正确性,本文采用计算机-试验机联机系统,对一系列边界受到约束的钢筋混凝土梁试件进行静力加载试验,并采用理论计算方法对主要影响参数进行讨论。试验研究结果及与理论计算结果比较分析表明:与MMFM方法相比,本文所提出的计算方法与试验数据吻合更好;钢筋混凝土结构边界受到的约束越强,结构中所产生的面力越大,承载力也就越大;配筋率越低,结构承载力的提高程度越大;受压区钢筋对结构的承载力有一定影响,较高压区钢筋率时不能忽略压区钢筋的作用。

基于弹性理论的顺层边坡溃屈失稳分析

在建立考虑自重、地震作用和地下水共同作用的二维顺层岩质边坡的简化力学模型的基础上,根据弹性薄板的稳定理论,利用能量法探讨顺层岩质边破溃屈失稳机理,并推导了相应的计算公式,通过实例计算,比较了本文所述方法的分析结果与只考虑了岩板自重作用的弹性板分析结果,且经现场勘察,证明了本方法用于溃屈失稳分析的可行性。同时表明地震作用和地下水作用在顺层岩质边坡稳定性计算中是不可忽视的因素。

钢筋混凝土双向板耐火性能研究

利用有限元软件ABAQUS对高温下钢筋混凝土双向板三维瞬态温度场和三维力学性能进行非线性分析,数值模拟结果与文献结果吻合较好。在此基础上,分析影响钢筋混凝土双向板耐火性能的主要参数,包括跨高比、保护层、荷载比、配筋率、混凝土的抗压强度和抗拉强度。研究结果表明:保护层、荷载比、配筋率和抗拉强度对钢筋混凝土板耐火极限影响较大;混凝土板在高温时产生的张拉薄膜效应对耐火性能的提高有很大的有益作用;控制荷载比、提高配筋率、适当加大保护层厚度和提高混凝土的抗拉强度是提高钢筋混凝土板耐火性能的有效措施。

火灾下钢结构楼板的薄膜作用

通过对真实火灾中的足尺火灾试验和观察显示,含组合楼板和承载钢梁的建筑物的结构承载力比现行抗火设计方法的建议值高出许多。因此规范中规定所有承载钢梁都要添加被动防火保护足不必要的。现行设计方法和实际结构性能之间产生这种差异是由于设计方法中忽略了楼板的薄膜作用。本文根据国外有关资料给出了几种简单计算方法,允许在钢结构抗火设计中考虑楼板的薄膜作用。从而可以更精确地评估火灾下建筑物的真实承载能力,在给定的耐火时间内能减少相当数量钢梁的防火保护。

GFRP筋混凝土板在拱效应下的挠度计算

针对美国混凝土结构设计规范(ACI440.1—06)未考虑玻璃纤维复合增强塑料筋(GFRP筋)混凝土板中拱效应的作用,挠度往往被高估的问题,对17块端部受到约束的混凝土板带进行跨中集中荷载破坏性试验,以获得更准确的挠度计算方法.结果发现:试件开裂后,拱效应作用逐渐明显.挠度的变化可分为开裂前、开裂时突变和拱效应形成后3个阶段.根据17块混凝土板的试验结果和前人的试验,量化混凝土板中拱效应的影响,结合虚功原理推导出GFRP筋混凝土板的挠度计算方法.板带挠度为净跨的1/800和1/350时,根据ACI规范,按简支板计算的预测荷载为试验值的0.388和0.411倍;所推导方法预测荷载与试验值之比为0.969和1.044.推导方法的预测结果与现行规范计算值进行对比,与试验值吻合得更好。

钢筋混凝土楼板火灾反应数值计算模型

基于退化壳原理,考虑火灾下板壳截面的不均匀温度场分布而引入分层模型,同时在每分层上考虑材料在不同温度下的热力弹塑性本构关系,建立了火灾下钢筋混凝土板壳结构的有限元数值计算模型。另外,通过全拉格朗日方法考虑了大位移的几何非线性影响。最后通过一钢筋混凝土板在高温下的试验进行了验证,并分析了配筋率和保护层厚度的影响。结果表明:提出的火灾下钢筋混凝土壳单元数值计算模型的计算结果与试验结果吻合较好,可以用来分析火灾下钢筋混凝土框架结构楼板的反应。

剪力墙结构中钢筋混凝土楼板膜效应试验研究

以剪力墙结构中的连续楼板为研究对象,设计了12个剪力墙约束钢筋混凝土单向板试件,试验研究了侧向约束条件下楼板的承载力.试验结果表明,受压力膜效应影响,当侧向约束刚度与试件自身刚度之比为0.022∶1时,试件的极限承载力较上限方法计算的结果平均提高了38.3%.在试验结果的基础上,对比研究了支座与中间板带的刚度比、支座轴压力、跨高比、配筋率以及侧向约束力等参数对试件受力性能的影响,得到了压力膜效应和拉力膜效应临界点与跨中挠度的对应关系.

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。

轨道板与CA砂浆间拍打作用研究

因温度和列车动荷载等因素影响,CRTSⅠ型轨道板与CA砂浆间易产生离缝及拍打作用。采用瞬态动力分析方法研究轨道板与CA砂浆间的拍打速度,利用碰撞模拟两者间的拍打作用。研究结果表明:拍打速度随轴重呈线性增加关系,且在250 km/h时速下拍打作用最大,拍打速度为0.581 m/s;接触应力随拍打速度呈线性增加关系,随CA砂浆弹模的增加,在200 MPa前增加较快,大于200 MPa时,增加变缓,建议采用弹模小于200 MPa的CA砂浆或在离缝和脱空区域内填充弹模较小的材料。

拱效应下GFRP筋对混凝土板力学性能的影响

受到外围约束的混凝土板会在内部产生拱效应,为了研究其中玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的作用,对10块板带进行了破坏性试验,发现:板带开裂后拱效应逐渐明显,受拉区GFRP筋的作用相当于拱脚间的弹簧,筋材等效弹簧刚度增加,拱效应减弱;反之,拱效应增强.筋材配置过少或配置在板厚中间均不利于挠度和裂缝宽度控制,配筋适当时GFRP筋与拱效应共同作用,可以缩小适筋板带与超筋板带之间正常使用性能的差距,配筋情况决定裂缝分布及板带破坏模式,对极限承载力影响较小.此外,文中还对GFRP筋的作用进行了量化分析,考虑了拱效应的设计方法所预测的筋材应变比规范计算值更接近试验结果.