基于高温组件模型的火灾下钢框架结构连续倒塌分析

为探究火灾下钢框架结构的整体行为反应和连续倒塌机制,对一个1∶2缩尺钢框架结构开展了角部房间受火工况下的连续倒塌试验,获得了火灾发展全过程的空气温度-时间曲线、构件温度-时间曲线和框架位移-时间曲线,以及火灾下钢框架结构的连续倒塌破坏模式.基于组件法构建了栓焊节点的高温组件模型,推导了高温下栓焊节点弯矩-转角曲线的双折线数学模型.在此基础上,建立了包含栓焊节点高温组件模型的火灾下钢框架结构连续倒塌有限元分析模型,通过与连续倒塌试验结果进行对比,验证了有限元分析模型的准确性,并揭示了火灾下钢框架结构的连续倒塌机制.研究结果表明,钢框架结构在角部房间受火工况下,角柱虽然应力比最低,但由于受到的轴向约束远小于内柱和边柱,将率先丧失承载能力,并退出工作,引发钢框架结构连续倒塌破坏.

钢框架梁柱腹板连接梁翼缘对接焊缝的破坏机理

考虑材料、几何和状态三重非线性,对钢框架梁柱腹板连接在循环荷载作用下的滞回性能进行了有限元模拟。计算结果分析表明,梁翼缘对接焊缝在循环荷载作用下脆断破坏的原因是焊缝两端存在着严重的应力集中,且焊缝处于三向受力状态。最后提出了设计建议。

栓焊混接梁柱刚性节点加固的设计与分析

在美国北岭地震和日本阪神地震中,很多钢结构框架的梁柱栓焊混接节点都发生了不同程度的破坏;震后国外对受损节点的修复和加固进行了深入研究,而我国在这方面的研究还相对滞后。本文简要介绍了栓焊混接梁柱刚性节点破坏的主要原因和现在国外常用的加固方法;并根据国外的试验结果,通过一个算例分析,比较了国内外规范和加固前后设计计算栓焊混接节点的不同之处。计算结果显示,对节点的适当加固能够有效地提高节点的抗震性能,有限元计算结果证实了这一点。

钢框架梁柱弱轴连接节点地震下的断裂行为

钢框架梁柱弱轴连接同强轴连接一样普遍,其理论分析和设计更为困难,研究其节点的性能具有重要的理论意义和重大的工程应用价值.考虑几何、材料和接触3种非线性因素,选用ANYSYS有限元软件对钢框架梁柱弱轴连接节点在循环荷载作用下的断裂行为进行研究,结果表明:通过对接焊缝沿梁高度和宽度2个方向的开裂指数分析,在循环荷载作用下对接焊缝是断裂最易发生的薄弱环节,而脆断的主要原因是焊缝两端存在严重的应力集中及焊缝处于三向受力状态.并提出了节点脆性断裂的预防措施.

火灾下高强钢栓焊连接节点力学性能试验研究

通过栓焊连接节点足尺试验,对比分析Q690和Q9602种强度的高强钢栓焊连接节点在常温和火灾高温下的力学性能。将试验获得的节点承载力与美国、欧洲和中国的现有规范进行对比,验证现有规范对高强钢栓焊连接节点的适用性,并提出高强钢栓焊连接节点的设计建议。最后,对比分析高强钢端板连接节点和栓焊连接节点抗火性能的异同,结果表明高强钢栓焊连接节点抗火性能相对优于高强钢端板连接节点。

桥隧过渡段实腹式RC拱桥上无缝线路纵向力分布特征

以西成高铁52 m实腹式RC拱桥为例,建立考虑CRTS I型双块式无砟轨道结构的钢轨-道床板-实腹式钢筋混凝土拱桥三维实体模型,研究其无缝线路纵向力分布特征;在此基础上,探讨隧道的遮挡作用下钢轨、道床板的纵向温差对无缝线路纵向力的影响;以及长期收缩徐变作用下主拱圈分层施工对桥上无缝线路纵向力的影响。研究结果表明:拱桥伸缩力最大值出现在跨中,且数值较大,为主要控制性荷载;桥梁两端隧道遮挡作用对钢轨应力影响明显,不同道床板纵向温差条件下,钢轨应力增幅为1.0%～5.5%,钢轨纵向位移最大增幅14.8%;钢轨纵向温差条件下,钢轨应力与纵向位移较大,设计时应予以重视;考虑混凝土10 a收缩徐变的影响,主拱圈分层施工与一次浇筑相比,钢轨压应力减小20.6%,钢轨纵向位移减小14.9%。

弱轴栓焊连接梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

栓焊连接是钢结构建筑中常用的节点形式之一,该节点的受力性能和破坏方式与钢框架结构的抗倒塌性能密切相关。针对栓焊连接节点,采用备用荷载路径法,选择两跨三柱型梁柱子结构作为研究对象,对3个不同跨度比(1:0.6、1:1.0、1:1.4)的弱轴栓焊连接梁柱子结构试件进行单调静力加载试验,对比分析了连续倒塌条件下3个试件的破坏模式、力学性能和抗力机制。试验结果表明:3个试件的破坏过程均为梁端受拉翼缘先后发生断裂,进而断裂截面部分内力转由腹板螺栓传递,且梁端受压翼缘屈曲,最终由于梁柱节点处梁腹板螺栓孔发生剪切破坏或梁腹板、节点板断裂使试件丧失承载力。通过分析试件的失效机理可知,3个试件的抗力机制发展过程经历了梁机制阶段、梁机制向悬链线机制转变的过渡阶段、悬链线机制阶段。弱轴栓焊连接节点具有较高的冗余度,当受拉翼缘断裂后节点仍具有一定的转动能力,剩余结构通过梁柱之间可靠的拉结力及梁端产生的较大转角保证悬链线效应能够充分发挥,且在之后的大变形中起主导作用,而梁柱节点变形的快速增大有利于梁柱子结构通过梁柱构件间的协同工作继续承担荷载。对不等跨弱轴栓焊连接梁柱子结构试件,其初始断裂部位往往位于跨高比较小的短梁,且短梁相比长梁的悬链线效应更为显著。

火灾下高强钢栓焊连接节点力学性能数值研究

采用ABAQUS对高强钢栓焊连接节点火灾下的力学性能进行模拟,通过经验证的模型对高强钢栓焊连接节点进行参数分析。结果表明:温度升高,节点的极限抗弯承载力M_(max)、节点塑性抗弯承载力M_(y)和节点的初始刚度K_(ini)均降低;强度较低钢材的节点匹配较厚的梁柱翼缘和腹板比强度较高钢材的节点匹配较薄的梁柱翼缘和腹板,可获得相近的节点塑性抗弯承载力以及相近或更高的节点转动能力,从而实现节点优化设计。

不同构造形式节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点抗震性能分析

首先采用ABAQUS有限元软件,结合国内已通过试验验证的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接以及已有的焊接节点试验,验证了有限元模拟的有效性。在通过有限元软件ABAQUS模拟几种不同构造形式的削弱型节点,并与标准型节点在单调荷载作用下的承载力、循环荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线、强度与刚度退化曲线、断裂指数等方面进行了对比分析,研究结果表明:节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接节点局部削弱可以改善节点的破坏形态,实现塑性铰的外移,防止节点脆性断裂;当采用节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的节点形式,由于弱轴方向本身抗侧刚度较大,同时考虑建筑功能要求、抗震效果及经济性等指标,弱轴方向宜采用削弱型节点,其中腹板开孔型节点承载力及刚度没有过多的下降,且滞回曲线饱满,耗能性能及延性较好。而狗骨削弱型节点存在侧向失稳的问题,因此建议节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点应采用腹板开孔型节点。

钢框架梁柱腹板连接粱翼缘对接焊缝的破坏机理

考虑材料、几何和状态三重非线性，对钢框架梁柱腹板连接在循环荷载作用下的滞回性能进行了有限元模拟。根据对计算结果的分析，认为梁翼缘对接焊缝在强震中脆断破坏的原因是焊缝两端存在着严重的应力集中，且焊缝处于三向受力状态，最后提出了设计建议。

钢框架梁柱栓焊混合连接计算方法的探讨

翼缘焊接腹板栓接的梁柱栓焊混合刚性节点是钢框架梁柱现场连接的主要形式之一,该节点需满足“强节点”的设计原则。传统的栓焊混合节点计算仅考虑翼缘抗弯和腹板抗剪,《高层民用建筑钢结构设计规范》(JGJ 99—2015)借鉴日本规范,给出了钢梁腹板承担梁端弯矩的计算方法。基于常用的热轧型钢截面,对比了考虑翼缘与腹板均参与抗弯的栓焊节点新算法与仅考虑翼缘抗弯的传统算法之间的差别。结果表明:腹板对梁柱节点的极限抗弯承载力提高有限,腹板抗弯承载力占梁柱连接的极限抗弯承载力的比值为8%~14%;对常用HN型钢,即便考虑腹板抗弯,仍然无法满足《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99—2015)公式(8.2.1-1)Mj u≥αMp,还需要采用加强型连接或狗骨式节点。由于腹板螺栓的抗弯中心距明显小于翼缘的抗弯中心距,用腹板螺栓抗弯不太经济。腹板配置受弯螺栓数量远超抗剪所需螺栓,并造成连接板尺寸过大,相比单纯加强翼缘反而更浪费材料。梁柱节点需进行小震弹性和极限承载力的两阶段设计,实际工程案例表明,跨高比较大的钢梁腹板螺栓一般由弹性设计控制,跨高比较小时由极限承载力控制。

栓焊刚性节点先拧后焊施工性能的试验研究

本文研究了焊接对栓焊混用节点连接性能的影响!通过依靠摩擦传递外力板的有限元分析,得出了焊接作用下栓焊节点域的应力分布。并通过试验测定了焊接时节点域的温度分布,高强度螺栓预拉力变化和节点板的收缩变形。最后即对高强度螺栓预拉力影响问题提出了施工建议。

箱形钢梁内腹式焊锚连接施工技术

为保证大跨度箱形钢梁分段吊装后的连接质量,提出一种箱形钢梁内腹式焊锚连接施工技术并介绍了其工艺流程。该技术在连接处预留上翼缘盖板,在内部通过高强螺栓连接后再对拼缝进行焊接。在内腹处对下翼缘拼缝进行焊接,极大地降低了传统仰焊的不合格风险,同时焊锚双重连接更有效地保证了箱形钢梁的整体性、安全性,具有极大的推广意义。

用于钢框架连续性倒塌分析的梁柱栓焊节点模型研究

该文以冷成型方钢管柱-H形梁栓焊节点子结构连续性倒塌性能试验为基础,采用有限元软件ABAQUS对试验结果进行了精细化有限元模拟,较为准确的再现了中柱失效条件下包含梁下翼缘断裂在内的节点全过程受力性能;在此基础上基于组件法和反推法构建了可反映节点内力性态演化过程、断裂及裂后路径发展等非连续变形效应的节点简化模型,同时有效降低了计算成本;将该节点简化模型应用于某5层4跨钢框架结构的非线性动力连续性倒塌分析,计算结果表明竖向位移响应对于是否考虑节点断裂可能具有相当的敏感性,应在抗倒塌性能评估中予以足够的重视。