预制装配式型钢混凝土梁抗剪承载力的智能模型研究

通过建立计算预制装配式型钢混凝土(PSRC)梁抗剪承载力的智能模型,在一定程度上提高了计算精度与适用性。基于BP人工神经网络算法,通过对影响PSRC梁抗剪承载力的相关参数进行梳理,选取14个主要影响参数作为输入层,以试算法确定隐含层节点数为5,初步构建了3层结构人工神经网络系统;以收集的76组试验数据作为学习样本,对构建的神经网络系统进行训练,建立了对PSRC梁及SRC梁抗剪承载力计算的N14-5-1智能模型。使用智能模型对6个PSRC梁构件及6个SRC梁构件进行抗剪承载力计算,并通过与规范公式计算结果、试验结果的对比分析,证明了智能模型具有良好的计算精度及较好的泛化能力,具有一定的工程参考意义。运用Garson算法对输入参数进行敏感性分析,结果表明箍筋间距、型钢屈服强度、箍筋屈服强度、型钢腹板含钢率对抗剪承载力影响较大。随着研究试验的开展,在收集更多具有代表性的试验数据以扩充学习样本后,可对智能模型进一步优化。

外伸端板半刚性钢结构连接节点的弯矩-转角智能模型研究

为了寻找一种耗费人力更少、预测效果更好的外伸端板半刚性钢结构连接节点的弯矩-转角(M-θr)关系模型,提出将智能模型引入对该种半刚性连接节点M-θr曲线的预测。首先对现有钢结构梁柱半刚性连接节点M-θr关系经典模型进行了评述,采用其中的幂函数模型对一组试验做了计算并与试验结果进行对比;然后用非线性有限元法对外伸端板半刚性钢结构连接节点进行了计算,并把分析所得M-θr曲线与试验曲线做了比较分析;基于大量试验数据,研究确定了对该种半刚性连接节点M-θr性能影响较大的11个主要参数,并用MATLAB数值计算软件建立了智能模型,对外伸端板半刚性钢结构连接节点的M-θr关系进行了预测,将预测结果与试验值对比。最后发现智能模型不论是定性的曲线变化趋势、还是定量的数值大小,都优于现有幂函数模型和非线性有限元分析,具有更好的可靠性、实用性。所得结论,可为该类半刚性钢结构连接节点M-θr关系研究提供新的思路。

高强钢管高强混凝土短柱力学性能智能模型研究

为研究超出规范范围材料强度的高强钢管高强混凝土短柱承载力在规范范围外拓展应用的相关问题,搜集61组试验及有限元数据,利用神经网络智能技术研究了在不同的截面尺寸、高强材料、含钢率、偏心率和长细比等影响因素下的高强钢管高强混凝土短柱的极限承载力及荷载-位移曲线,将承载力预测结果与规范EC4、规范ACI及规范GJB 4142—2000的计算结果进行了对比分析,并预测了试件的荷载-位移曲线,对各阶段各模型的切线刚度进行了分析研究。研究结果表明:所述规范可以在一定程度上继续延伸使用,而神经网络智能模型不仅与试验数据吻合度较高、精确度高,还考虑了规范没有考虑的约束效应减弱及两种材料强度匹配程度对承载力的影响,承载力会随着混凝土强度和钢材强度的提高而减缓增强速度;神经网络智能模型非常适合用于预测高强钢管高强混凝土短柱承载力,可以为实际工程和规范延伸拓展提供设计参考;神经网络智能模型相比于现有组合构件应力-应变理论公式会更加简便准确,以切线刚度的对比结果可知,其可以更加准确地反映和再现轴压作用下高强钢管高强混凝土短柱荷载-位移曲线的特征,对构件的力学性能研究有一定的参考作用。

圆钢管约束型钢再生混凝土短柱抗震性能

针对圆钢管约束型钢再生混凝土短柱的抗震性能进行研究,在验证了分析模型合理性的前提下,考虑了圆钢管径厚比、再生粗骨料取代率和轴压比等设计参数对试件力学性能的影响规律,获取了试件滞回曲线、骨架曲线、延性系数、等效黏滞阻尼系数等抗震性能指标和试件的峰值承载力,并与已有试验进行了对比分析。结果表明:在再生混凝土取代率、轴压比、含钢率等参数基本相同时,圆钢管约束型钢再生混凝土短柱比型钢再生混凝土柱和圆钢管型钢再生混凝土柱表现出更好的变形和耗能能力;再生粗骨料取代率对滞回曲线等抗震性能指标影响不大,可基本满足工程抗震要求,并可广泛应用于工程的承重结构中;在取代率和轴压比相同时,随着径厚比的增大,试件弹性阶段初始刚度、峰值承载力和耗能能力逐渐下降,但延性会有一定幅度的提升,延性变形能力可提高30%~40%;在取代率和径厚比相同时,随着轴压比的增大,试件的峰值承载力和耗能能力变化不大,延性越来越差。

圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力

针对再生混凝土相对普通混凝土延性较差、承载力较低的特点,利用钢管和钢筋笼对再生混凝土的约束作用,将钢筋再生混凝土灌入圆钢管中形成圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行研究。基于极限分析法、套箍理论以及双剪统一强度理论,考虑钢管和钢筋笼的双重约束效应,提出了一套包含钢管径厚比、约束效应系数、含钢率以及再生粗骨料取代率等影响因素的圆钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力计算方法。在理论推导的基础上,考虑短柱的非线性、钢管与再生混凝土的滑移影响,采用ABAQUS有限元软件对圆钢管钢筋再生混凝土短柱进行建模分析;将理论公式值、有限元仿真结果以及相关文献试验数据进行对比,验证公式的有效性与适用性。结果表明:加了钢筋笼的圆钢管钢筋再生混凝土比圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力提高10%左右,研究结论可以为实际工程的应用提供理论基础。

圆钢管H型钢再生混凝土短柱的轴压承载力分析

为了研究圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压力学性能,对此类构件轴压承载力计算公式进行了理论推导,基于极限分析法,运用双剪统一强度理论,并依据H型钢和钢管对核心区再生混凝土约束效果的不同,分别计算H型钢约束区再生混凝土和钢管约束区再生混凝土承载力,提出一套圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式,考虑了钢管内径厚比、套箍系数、H型钢配钢指标以及再生粗骨料取代率对短柱轴压承载力的影响,同时也适用于无H型钢的圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算.将推导得到的钢管有效约束力代入承载力计算公式所得结果与相关试验结果对比误差在10%以内,吻合较好,验证了承载力计算公式的有效性和精确度.

带不等高梁的外传力式矩形钢管柱框架节点抗震性能有限元分析

通过建立6个传统钢管柱框架中柱节点试件和9个外传力式框架中柱节点试件,应用ANSYS对其抗震性能进行非线性有限元分析。对比分析了相邻两梁梁高不等时,两种框架节点模型的破坏形态、滞回性能、承载力、骨架曲线、耗能能力等。分析结果表明:低周往复荷载作用下,外传力节点滞回曲线饱满,该节点等效黏滞阻尼系数随梁高差的增大而增大,随着梁长度减少而增大,随着外传力板宽度增加而增大,具有较强的耗能能力;另外,增设外传力件能使节点域应力得到改善,有效避免梁根部应力发展导致梁柱连接处焊缝过早地发生脆性破坏。

外传力式矩形钢管柱节点的空间框架抗震性能分析

应用ANSYS对一种新型外传力式矩形钢管柱节点空间框架的抗震性能进行有限元模拟;对比分析空间框架两相邻钢梁截面高度相等和不相等时传统空间框架及中柱节点增设外传力件后空间框架模型的骨架曲线、耗能能力、延性性能、承载能力、破坏形态、刚度退化曲线以及应力分布等。结果表明:外传力式钢框架在低周往复荷载作用下承载力有一定程度的提高,破坏位置从原来梁柱连接位置转移至与梁翼缘相连的外传力件及以外的地方,能够有效实现塑性铰外移;增加外传力件后的空间框架滞回曲线饱满,框架具有较强的耗能能力;与传统的空间框架相比,新型框架的初始刚度更大,刚度和强度退化更缓慢,并且延性性能有一定程度的提高;增加外传力件可以改善梁柱节点的节点域应力分布,梁柱连接位置的应力分布更加均匀且应力峰值位置外移,有效避免了梁柱连接处根部焊缝的应力发展过快从而导致过早出现失效,提高了空间框架的抗震性能。

带部分螺纹的螺杆伸入螺孔中的连接承载力分析

针对中德两国规范关于带部分螺纹的螺杆伸入螺孔中的普通螺栓连接构件,在受静态剪力的作用下,其承载力的计算规定的不同情况,设计了18个试件在不同的螺纹伸入螺孔中深度的单剪单螺栓连接试验,分析螺纹伸入螺孔中的深度对连接承载性能的影响。并运用有限元建模方法,改变螺纹伸入螺孔中的深度、螺栓直径和连接板的厚度进行参数分析。结果表明,有限元分析得到的极限承载力、荷载-位移曲线和破坏形式与试验结果吻合良好,为参数分析提供依据;当螺纹伸入螺孔中的深度为0.88t(t为连接板的厚度)时,相比无螺纹伸入螺孔中的试件的极限承载力,下降幅度在4.55%~5.98%之间;而当螺纹伸入螺孔中的深度为1.00t时,相比无螺纹伸入螺孔中的试件的极限承载力,下降幅度在14.78%~19.04%之间。此外,随着板厚的增加,试件的极限承载力的下降幅度逐渐减小。基于试验和有限元分析结果,建议当螺纹伸入螺孔中的深度为1.00t时,抗剪承载力按螺纹处有效截面面积计算,而当螺纹伸入螺孔中的深度在0~1.00t之间时,抗剪承载力按螺栓横截面面积计算,但应将其适当减小。