钢-混凝土组合扁梁的承载性能研究及工程应用

组合扁梁由于具有降低结构层高,改善钢结构的防火性能,而且能够满足建筑上对大空间的无柱要求等优点,在多层钢结构建筑中有广阔的应用前景。对组合扁梁的发展和国内外的研究历史进行了回顾;通过理论分析、有限元计算以及试验研究等手段对叠合板组合扁梁、深肋组合扁梁的刚度、承载力、有效宽度以及粘结力等问题进行了研究,重点提出了刚度和承载力的计算方法;对组合扁梁在某工程中的应用进行了介绍;最后提出了组合扁梁研究中急需解决的问题并对其研究趋势进行了展望。

FRP桥梁上部结构的撞击破坏实验研究

近年来,纤维增强复合材料(FRP)已经在桥梁工程中获得了逐步推广和应用,尤其是在人行天桥的设计和建设中。但是,超高车辆撞击城市桥梁上部结构的事故频繁发生,严重威胁城市交通的正常运行。为确保FRP结构能更广泛地应用于城市桥梁中,提高其作为上部结构的抗撞能力,需要深入研究超高车辆-FRP结构碰撞机理。本文基于碰撞试验,对典型的超高车辆-桥梁上部结构碰撞进行了模拟,确定了此类梁的撞击破坏过程,位移响应,作用方式和损坏机理。分析结果将用于有限元分析和验证中,从而改进FRP上部结构应对此类冲击荷载时的结构响应。

轻钢住宅工程设计及其经济技术分析

通过对河北省保定太行钢结构住宅示范楼工程从设计、制作、施工等方面进行分析,并根据已有的工程数据将钢结构、钢混结构、砖混结构三种结构进行比较,研究钢结构住宅建筑体系在河北省的可行方案和发展前景,为进一步开发省内钢结构住宅建筑体系的应用提供参考。

钢-混凝土混合框架结构多尺度分析及其建模方法

多尺度计算是保证计算精度的同时最大限度降低计算代价的有效途径,在众多学科领域和工程问题中都得到了应用。在结构有限元多尺度分析领域,要解决的一个关键问题是如何实现局部微观模型与宏观结构模型之间的共同工作。为实现精细有限元模型在植入宏观结构模型时不同尺度模型界面的变形协调,提出有限元微观模型与宏观模型的界面连接方法,给出了轴向、横向和转角的约束方程。通过编制用户子程序,使该方法在有限元软件中得以实现,并通过简单的圆柱筒算例,对界面连接的合理性进行了验证。最后基于多尺度建模方法和复杂混合结构节点的精细模型,给出了钢-混凝土混合框架结构多尺度弹塑性时程分析的应用实例,结果表明多尺度计算可较好模拟节点的复杂边界条件。本文建议的界面连接方法可有效实现不同尺度模型界面的变形协调,为工程结构进行多尺度提供了条件。

楼板对结构抗连续倒塌能力的影响

建筑结构在意外事件情况时的连续倒塌问题,已成为国内外土木工程学科的研究热点。楼板作为主要的结构构件,对结构的整体性有重要贡献,对结构的抗连续倒塌能力产生较大影响,但现有建筑结构抗连续倒塌研究往往并没有考虑楼板的影响。本文参考美国国防部编制的DoD 2005《结构抗连续倒塌设计》提供的设计流程,对按照我国现行规范设计的8层钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真分析,通过比较带楼板和不带楼板的2栋框架结构倒塌仿真计算结果,研究了楼板对整体结构抗连续倒塌能力的影响,得到了楼板可对框架结构的抗连续倒塌能力有较大提高的结论。

钢结构构件抗断裂分析理论与实用方法研究

结构钢材的韧性随温度降低而下降,其破坏形态也由塑性屈服向脆性断裂转变,构件的承载力也由强度控制变为材料的韧性控制.本文以裂纹尖端张开位移(CTOD)为指标试验研究了钢结构低温断裂行为,并提出了基于CTOD指标的钢结构防脆断设计方法.研究表明,该方法以考虑裂纹扩展而提高部分的最大承载能力作为构件的承载力,引入了温度和厚度对钢材断裂韧性的影响,通过裂纹扩展量的参数使设计方法与试验结果相吻合.

柱轴压比对我国RC框架结构抗地震倒塌能力的影响

首先用纤维模型和美国ATC-63委员会推荐的IDA方法,对按照我国现行抗震规范设计的24个钢筋混凝土框架结构(7度设防,跨度、层高、层数不同)的抗地震倒塌能力进行了分析,发现框架柱轴压比是影响框架结构抗地震倒塌能力的最主要因素,轴压比和结构的倒塌储备系数CMR具有一定的线性负相关关系,现行规范轴压比限值偏高是导致框架结构抗地震倒塌能力不足的主要原因。通过改变框架柱截面尺寸调整轴压比后的进一步分析表明,控制轴压比可有效改善框架结构的抗地震倒塌能力。

微平面模型在剪力墙结构计算中的应用

在适用于剪力墙结构非线性分析的分层壳墙单元模型基础上,对其中的混凝土本构模型和钢筋本构模型进行讨论,采用一种能较好的模拟混凝土在多轴复杂应力状态下特性的microplane模型和一种能够全面反映钢筋在往复载荷下各种复杂受力特性的钢筋本构模型,分别模拟混凝土和钢筋的力学行为特征.利用所提模型进行实例建模,结果表明,该模型能准确模拟剪力墙在各种受力状态下的单向和往复力学行为,可应用于剪力墙结构的非线性有限元分析计算.

钢结构端板连接抗震设计方法

系统地总结了国内外钢结构端板连接研究成果以及相关设计规范的规定,提出了钢结构端板连接抗震设计具体方法,主要包括:节点标准构造、抗震承载力验算、极限承载力验算、延性设计,为我国钢结构抗震设计规范的相关内容提供了有益补充建议。

光弹颗粒材料的直剪实验研究

对颗粒材料中的力链分布特征的了解,有助于从根本上了解颗粒材料基本性质。借助光弹实验,对两种直径混合的颗粒材料在二维直剪作用下的平均强度力链分布和几何结构变化进行了初步的探索。光弹实验方法是目前能够直观观察到力链分布的唯一有效的实验方法,在进行光弹实验前,设计研制了光弹直剪仪并进行了多次光弹圆盘颗粒材料退火实验。利用数字图像技术对光弹实验结果进行处理,并尝试用彩色梯度算法表征颗粒材料的平均受力情况,并获得平均强度力链。结果表明,二元颗粒材料集合体的几何结构具有各向异性。对力链方向统计分析表明,平均强度力链出现了局部化。

钢筋混凝土框架顶部钢结构加层的抗震性能的时程分析

采用钢结构加层后,结构的整体质量、刚度、周期、阻尼比等都发生了较大的变化,应进行结构的整体分析。结合具体的工程实例,采用有限元软件ANSYS,对某4层钢筋混凝土框架结构办公楼顶部加2层钢框架结构进行抗震性能的时程分析,计算结果可为加层结构的抗震设计提供参考。

大空间钢结构防火性能化设计与关键技术研究

大空间钢结构由于结构体系复杂,建筑使用或造型上的需要常常造成很难根据我国现行的建筑防火类规范进行防火设计,有必要对科学性、安全性均较高的防火性能化设计方法进行系统的研究。对国内外性能化设计方法的发展情况进行了总结,并对我国几个采用此方法进行防火设计的工程进行了对比分析,还对温度场分布以及整体力学性能的计算方法进行了研究与讨论。希望能够为相关领域的工程设计人员提供一定的参考借鉴作用。

基于IDA分析的结构抗地震倒塌能力研究

结构体系的合理性对提高结构在极端灾害下的抗倒塌能力具有非常关键的作用,但目前尚缺少对结构体系合理性和抗倒塌能力的定量化评价方法。本文以结构抗地震倒塌为例,首先对结构的安全储备进行了讨论,指出结构的安全储备包括构件层次的安全储备和整体结构体系安全储备,并对影响结构体系安全储备的因素进行了分析。而后,为了更好地评价整体结构体系的抗地震倒塌安全水平,介绍了近年来国际上趋向采用的基于增量动力分析(IDA)的倒塌储备系数(CMR),并以框架结构为例介绍了用倒塌储备系数衡量整体结构抗倒塌能力的具体方法。

钢筋混凝土框架顶部钢结构加层的抗震性能反应谱分析

采用钢结构加层后,结构的整体质量、刚度、周期、阻尼比等都发生较大的变化。仅对加层部分结构进行计算分析是不安全的,应进行结构的整体分析。本文采用有限元软件ANSYS,对某四层钢筋混凝土框架结构办公楼顶部加两层纯钢框架的抗震性能进行反应谱分析,并在此基础上讨论了不同加层层数的整体框架模型、不同阻尼比ζ和有侧移及无侧移框架形式对结构整体抗震性能的影响分析。计算表明,由于加层后结构周期加长,整体框架的底层层剪力变化较小。而且加层设计的同时应进行抗震加固验算,并结合实际工程的需要进行整体结构的耗能减震设计。

空间钢管结构TT型及其加强节点的承载性能分析

由于钢管的自身截面特性良好,承载性能高,造型美观,外形简洁、流畅,节点形式简单和施工简单,节省材料等特点,使得钢管结构在建筑结构尤其是大跨度空间结构中得到广泛的应用。在此类结构的设计中,节点的形式通常采用直接焊接的相贯节点,管节点的设计是此类结构设计的重点,一直为人们所关注。结合实际的工程,对工程中的TT型节点的承载力用规范规定的公式和有限元法进行了对比计算,介绍了TT型节点的加强形式并对其承载力用有限元法进行了计算,验证了加强方式的可行性。

基于局部谱形状指标调整结构抗地震倒塌能力的预测结果

选择合适的地震动记录是结构抗地震倒塌性能评估中很有挑战性的一个课题。如果对每个工程结构都根据其场地特点和结构特点选取一组地震动进行地震抗倒塌能力分析,则选波工作量和难度太大,难以在工程中广泛应用。因此,本文提出了局部反应谱形状指标SSI(spectral shape index),并给出了基于SSI的结构抗地震倒塌能力预测结果的调整方法,即通过一组标准的地震动记录对建筑进行倒塌分析,再将抗倒塌能力的结果根据建筑的目标反应谱进行调整,用调整后的结果来评价该建筑的抗倒塌能力。最后,通过3个典型的多层钢筋混凝土框架结构验证了该方法的可行性。

不锈钢结构的应用和研究现状

随着碳素钢在建筑结构中的大规模应用,一些缺陷也逐渐暴露出来,如抗腐蚀性能差、耐久性不足、维护费用高等。而不锈钢材料具有良好的耐腐蚀性能和耐久性,使建筑结构安全可靠、结实耐久,具有极佳的应用和研究前景。与碳素钢材料性能的显著区别使不锈钢结构设计需要专门的研究,但目前国内相关研究工作开展严重滞后,阻碍了不锈钢结构的应用,不利于可持续发展。通过简要介绍不锈钢材料的类型和特点,对近年来不锈钢结构的应用和研究现状进行总结,阐述国内外不锈钢相关规范以及不锈钢结构的设计方法,最后展望和探讨不锈钢结构的应用研究前景。

模型参数不确定性对结构抗地震倒塌能力影响的定量估计

以设计基准期内地震倒塌的概率作为工程结构抗震设防的目标,已经成为国际抗震领域研究的重要方向,而预测结构地震倒塌概率时应充分考虑结构参数不确定性的影响。为此,本文以RC框架结构为基本研究对象,基于非线性动力时程分析,采用IDA方法和中心点法,估计模型参数不确定性对RC框架结构抗地震倒塌能力的影响。结合4个RC框架结构算例,分析了结构在地震作用下抗倒塌能力对10个主要模型参数的敏感性。分析表明,源于模型参数的不确定性bMDL对抗倒塌能力的影响可达到地震动不确定性bRTR的50%～65%,应予以合理考虑。其中,结构抗倒塌能力对混凝土极限强度fu、混凝土极限压应变eu的取值最为敏感。

网架钢结构施工缺陷分析与处理

通过对网架钢结构常见的施工缺陷进行总结,结合实际工程针对不同的缺陷类型提出了相应的整改加固措施,并验证了整改加固效果。重点采用有限元计算的方法,分析了安装误差和杆件初始弯曲对网架钢结构的影响。分析结果表明:安装误差可能会对网架钢结构造成不安全影响,从网架钢结构的安全性出发应采用有效方法评估安装误差对结构的影响;而杆件过大的初始弯曲将显著降低杆件的稳定承载力,在施工过程中应尽量避免造成此类缺陷,对已有缺陷的杆件必须进行纠正或者更换。

电厂脱硝改造中锅炉钢结构节点的加固设计分析

山西某电厂由于环保要求,需对其锅炉进行烟气脱硝改造。在安装脱硝设备后,将改变其部分使用功能,需对锅炉尾部烟道及相关锅炉钢结构进行检测、鉴定、加固,以满足现有使用功能的要求。火力发电厂结构因其工艺等原因,具有很强的行业特点。为在加固过程中尽量减少对其生产的影响,将对其钢结构节点进行负载下加固。本文主要针对不同加固方法进行对比分析,找出最优的加固设计方法,为以后的钢结构电厂加固提供依据与参考。