基于重要杆件失效网架结构连续倒塌动力试验研究

在网架结构模型中,基于杆件轴力与应变能变化响应的杆件重要性评估方法确定初始破坏杆件并引入失效装置,进行了基于杆件失效的结构连续性倒塌试验。在试验过程中,利用动态应变仪、拉线式位移和加速度传感器,获取网架结构模型因初始破坏引发的动态过程总的应变、位移和加速度时程曲线,揭示网架结构连续性倒塌的破坏过程及破坏机制。仿真分析和试验结果表明,支座之间及其相邻腹杆是网架结构关键杆件,其初始破坏失效后,会造成网架结构的连续性倒塌,在实际设计过程中要加强其构件承载力。

钢板加固螺栓球节点力学性能试验研究

针对螺栓球节点高强螺栓漏拧、少拧的情况,实际工程中常采用焊接钢板加固螺栓球节点来保障螺栓球节点承载力。为探究钢板加固螺栓球节点的破坏形式及极限承载力规律,对三组高强螺栓拧入深度0.5d(d为螺栓直径)螺栓球节点采用钢板加固并进行受拉承载力试验。试验结果表明,钢板加固螺栓球节点虽能提高节点的承载力,但试件高强螺栓和钢板变形很难协调,共同受力不理想,易发生局部破坏。故对原有加固方法进行改进,并进行加固后螺栓球节点拉伸破坏试验。结果表明,改进后的钢板加固螺栓球节点力学性能得到很好的提升,可为螺栓节点加固提供保障。

基于有限质点法的单层柱面网壳冲击作用下动态响应

为了探究单层柱面网壳结构受冲击作用下的动态响应,验证有限质点法模拟网壳结构冲击动态响应的准确性,建立了7个冲击工况的有限质点法模型,采用以对称罚函数为基础的双球碰撞模型为冲击模型,根据能量守恒定律确定冲击模型中碰撞刚度系数,引入Cowper-Symonds本构模型,获取结构动力响应,并将模拟结果与试验结果对比。结果表明:1)有限质点法得到的冲击力时程变化曲线与试验结果相近;2)由于未考虑结构损伤因素,有限质点法所得节点位移略小于试验值,但所获得的结构失稳动量与试验一致;3)冲击产生的网壳应变能更易沿着网壳斜杆传递,同时冲击区杆件,刚度较大区域如支座附近的杆件为结构的主要受力构件。有限质点法可以较为准确的判断单层柱面网壳结构受冲击作用的动态响应,可为提高相关结构抗冲击性能提供理论依据。

拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁框架静力性能研究

为解决传统钢结构梁柱节点焊缝过多、现场施工复杂等问题,提出一种全螺栓现场拼接节点。采用该新型拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁装配式半刚性节点,设计和制作了一个单层单跨门式框架,并完成了梁跨中静力加载试验和有限元分析,考察框架荷载-位移曲线、应变发展规律、破坏模式和承载机制,并通过有限元参数分析,研究带肋角钢厚度及长边尺寸、框架柱距、梁上荷载分布形式、柱轴压比对框架静力性能的影响规律。结果表明:钢框架试件遵循“梁跨中-梁端部-柱及节点区”的变形和破坏顺序。梁跨中应变最大,发生严重屈曲,梁端部及节点区除局部出现轻微变形外,总体应变较小。增设带肋角钢可使梁端塑性铰外移,有效地保护节点区各部件,其上加劲肋的设置是影响框架整体静力性能的关键因素,而带肋角钢厚度及长边尺寸对承载力的提高效果有限。框架柱在高轴压比下,受压侧壁应力较大,建议对该部位进行重点关注并适当采取加强措施。

单层柱面网壳冲击试验研究

通过单层柱面网壳模型在冲击物作用下试验,研究单层柱面网壳在冲击作用下的动力响应和动力稳定性。利用动态应变仪和力、位移和加速度传感器,获取柱面网壳模型在冲击物作用下的冲击力、杆件应变、位移及加速度时程曲线。根据不同冲击力幅值与测点位移的对应关系,对网壳模型失效形式和破坏形态进行了动力稳定性分析并确定其稳定承载力。结果表明,实验测得的冲击荷载为三角脉冲荷载形式,持续作用的时间为15~35 ms,幅值和脉宽随冲击力增大而增大且与网壳结构的刚度性能有关。柱面网壳在冲击荷载作用下存在全局敏感性和局部敏感性杆件,模型具有较大的后屈曲抗冲击能力,在顶点垂直冲击下没有发生连续断裂。基于ANSYS/LS-DYNA建立了精细化试验模型,模拟单层柱面网壳的失效模式并与试验结果对比,验证了数值模拟方法的有效性。

方钢管柱-H型钢梁半刚性连接钢框架静力性能有限元分析

为了更好地研究新型方钢管柱-H型钢梁装配式节点框架的力学性能,在足尺寸节点试验和整体框架受力试验的基础上,通过有限元模拟研究了柱距、柱轴压比、梁上荷载分布形式三个整体参数,以及节点刚度对方钢管柱-H型钢梁半刚性连接钢框架静力性能的影响.结果表明:钢框架在柱距较大时节点区和框架柱可以保证更高的可靠度;轴压比对半刚性钢框架受力状态的影响主要集中在柱上,而对框架梁和节点区各部件的影响很小;框架梁承受跨中集中荷载时半刚性钢框架的内力和变形比承受均布荷载时要大;节点刚度对钢框架的变形和内力的影响有临界值.

螺栓球节点受拉承载力数值模拟研究

针对螺栓球节点安装时存在的部分高强度螺栓假拧问题,利用ABAQUS建立3D螺纹升角螺栓球节点实体模型,对具有假拧缺陷的螺栓-球形接头部分的承载性能进行初步研究.根据材料性能试验结果,推导出材料本构关系模型,并设置材料损伤参数以分析节点的断裂失效形态.共设置了5组不同直径的高强螺栓球节点,每组设置6种螺栓拧入深度,得出螺栓球节点的荷载-位移响应曲线,并与节点抗拉承载力和破坏形态进行比较.研究结果表明,随着高强螺栓直径的增加,螺栓球节点的承载力升高;随着假拧程度增加,螺栓球节点的承载力降低.拟合的高强螺栓不同拧入深度的螺栓球节点受拉承载力公式,可为在役网架结构螺栓球节点受拉承载力的评价提供依据.

复掺钢渣细集料混凝土力学及耐久性研究

以C60普通混凝土为基准,将部分细集料采用钢渣进行替换,胶凝材料由不同比例的矿物掺合料复掺代替,组成复掺钢渣细集料混凝土。通过对复掺钢渣细集料混凝土与基准混凝土强度的比较,将强度优选组与基准混凝土进行抗侵蚀及抗冻性能的测试。结果表明:延长复掺钢渣细集料混凝土的养护时间,可以提高其抗压性能;普通混凝土与复掺钢渣混凝土强度优选组,在6个月硫酸盐与镁盐侵蚀条件下的抗折、抗压侵蚀系数均大于0.8;强度优选组中抗冻性能可达到F150的要求,而GFKS-1则可以满足F200的要求。

大直径长距离输水管沉管施工技术研究

以徐州中运河原水管道沉管工程施工为例,系统分析了大型输水管施工特点及应对措施。将整个输水管化整为零,在岸边分段制作,并建构水上可控浮箱、吊装和支撑平台的原位制管沉放系统,对分段制作大型输水管道实现水上运输、拼接和沉放施工。

硫酸盐腐蚀混凝土构件损伤检测研究

采用化学分析、微观结构观察及超声检测等技术对混凝土腐蚀厚度进行测定,结合连续损伤原理对混凝土均匀腐蚀的损伤度进行了初步定义.提出了以化学分析结果为基准对超声检测混凝土腐蚀厚度结果进行修正的思路,研究了不同腐蚀厚度混凝土的超声检测与化学分析结果之间的关系.结果表明:超声平测法检测腐蚀厚度较小时误差较大(L0<75 mm时),对声速突变测距L0>75 mm时检测结果与化学分析结果相近,表明超声平测法可以用来检测不同介质分界面位置;通过对超声波在不同腐蚀厚度混凝土中的传播速率变化,发现超声声速与混凝土腐蚀层厚度有关,表明随着混凝土腐蚀厚度增加其内部结构密实性降低.

方钢管柱-H形钢梁拼接外套筒式中节点静力性能研究

钢结构节点形式存在传力路径不明确以及现场焊接施工影响节点质量等问题,为此,提出了一种拼接外套筒式节点,该节点采用高强螺栓快速安装,能加快施工进度且保证施工质量。通过对两个足尺中节点进行近似同步对称单调静力加载试验和有限元数值模拟,研究静载作用下试件的弯矩-转角关系、受力特征、破坏过程、极限承载能力以及节点域范围内应力分布,对比分析不同外套筒厚度对节点的极限承载能力和初始转动刚度的影响。结果表明：该类节点的受剪性能较好,静载作用下梁柱相对转角分别达到0.08 rad和0.06 rad以上,具有较好的转动能力和延性。同时,该类节点的受弯承载力和刚度主要受外套筒和柱壁的影响较大,外套筒的存在能够增强柱壁的刚度,进而提高柱截面的受弯承载能力。

新型梁柱拼接外套筒式节点抗震性能研究

为解决传统方钢管柱-H型钢梁连接节点焊缝量较大、装配不便和抗震性能较差等问题,提出了一种新型梁柱拼接外套筒式节点.通过足尺寸拟静力试验和ABAQUS有限元模拟,考察了节点的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线和耗能性能等,并分析了轴压比、角钢及加劲肋板厚、外套筒板厚3个参数对其抗震性能的影响.结果表明:该节点在循环加载后期梁端出现了塑性铰,符合"强柱弱梁,强节点弱杆件"的设计原则;节点滞回曲线较为饱满,延性系数达到9.06,耗能系数为0.264~0.328,新型节点抗震性能良好;角钢及加劲肋板厚是影响节点抗震性能的重要因素,在12 mm厚度时得到最优线位移延性系数为11.24.