约束钢筋混凝土十字形柱的高温轴力分析

利用结构抗火分析软件SAFIR,研究了高温下约束十字形柱的轴力变化过程,考察了众多参数对该过程的影响规律,初步建立了其实用计算方法。研究结果表明：①荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载偏心率、截面尺寸对该变化过程影响较大,而柱长度、材料强度、混凝土保护层厚度、配筋率则对该过程影响较小。②随着轴向约束刚度比增加,轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值均逐渐增大,且后者的增大效应相比前者更为显著。③有无转动约束存在对轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值影响有限,非零转动约束刚度比盼大小对轴力变化系数随升温时间的变化过程影响很小。④随着荷载比增加,轴力变化系数峰值迅速减小,这一趋势对于偏压柱更为显著;随着荷载偏心率增加,轴力变化系数迅速增大。由于火灾中相邻构件之间相互约束作用的客观存在,正确把握高温下约束构件的内力变化过程对科学解释其真实火灾行为是必要的。     

火灾下约束钢柱临界温度的参数分析

利用经实验验证过的ABAQUS有限元模型对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱进行了参数分析。以钢柱的屈曲温度和临界温度作为主要的评价指标,主要考虑了轴力荷载比、弯矩荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、长细比和钢柱端部弯矩比等参数的影响,并且对不同参数之间的耦合性进行了分析。参数分析结果表明,轴向约束刚度的增大将会明显降低约束钢柱的屈曲温度,但是对其临界温度的影响相对较小;端部弯矩比对钢柱的临界温度影响很小;当钢柱的轴力荷载比和弯矩荷载比较小、轴向约束刚度比和长细比较大时,考虑屈曲后性能可以显著提高钢柱的抗火能力。     

升—降温全过程中约束钢梁的有限元与试验分析

以轴向支撑连接方式,利用自制的加热炉对约束钢梁进行了升—降温全过程的试验研究。重点研究了钢梁的跨中挠度随温度变化的规律,以及梁端不同轴向支撑刚度和钢柱不同轴压比条件下约束钢梁的屈曲模式及其梁端轴向支撑的破坏形态。基于ANSYS有限元软件,采用温度场和结构耦合中的间接法,对升-降温全过程中的约束钢梁进行了有限元分析。数值计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型和参数设置的合理性。根据对比分析,讨论了我国现行钢结构防火技术规范中存在的关键问题,特别提出了钢结构抗火设计应有的内涵,为钢结构抗火研究提供了新的思路。     

中等跨径斜拉桥塔梁弹性约束装置的减震效应研究

对于高烈度设防区的中等跨径斜拉桥,往往采用漂浮或半漂浮体系结构,为防止梁端位移过大,需在桥塔和主梁之间设置合理的弹性索约束。为了得到合理的弹性索刚度值,以一座中等跨径混凝土斜拉桥为例,首先推导了塔、梁之间弹性约束刚度值的估算公式,并建立桥梁的动力分析模型,利用反应谱方法分析了弹性约束装置刚度参数变化对桥梁动力特性、索塔内力和塔顶、梁端位移的影响规律,通过参数分析得到了与公式计算值相吻合的最优解。分析结果表明:本文的弹性索刚度估算公式可以较准确估算弹性索的刚度初始值;弹性索能有效地控制漂浮、半漂浮体系斜拉桥过大的梁端位移,并改善斜拉桥索塔的受力状况。     

基于位移的方钢管混凝土柱抗震设计方法研究

对基于位移的方钢管混凝土柱抗震设计方法进行了研究：介绍了基于位移抗震设计方法的概念、原理和设计的一般过程；探讨了方钢管混凝土柱的等效刚度、等效阻尼等设计中的关键问题，并确定了参数的具体取值；最后对方钢管混凝土柱进行了具体的基于位移的抗震设计，并研究了主要参数的影响。结果表明：在通常范围内，第二阶段刚度系数对滞回阻尼比影响不大；随着轴压比的增加，钢管壁厚度增加，柱延性系数增加；随着截面尺寸增加，钢管壁厚度减小，屈服弯矩也减小。     

考虑节点半刚性影响的预压装配式PC框架内力分析

考虑节点半刚性的影响下,建立了预压装配式预应力混凝土框架在竖向荷载作用下的内力分析模型,采用螺旋弹簧模拟节点连接的半刚性,导出了梁端节点相对转动刚度K不同时的杆件单元刚度矩阵,并对试验框架进行了受力验算.研究表明,在节点半刚性的影响下,预压装配式PC框架梁端弯矩有所降低,较按节点刚接计算,框架受力更接近于实际状态,与试验值吻合较好.     

方钢管高强混凝土柱恢复力模型研究

根据23根方钢管高强混凝土柱在反复水平荷载作用下的试验结果,通过理论分析和试验结果的回归分析,提出了方钢管高强混凝土柱的恢复力模型;确定了轴压比、约束效应系数、长细比等主要参数与恢复力模型之间的关系;给出了各特征点参数的计算方法。研究结果表明:最大荷载与屈服荷载的比值、退化刚度与弹性刚度的比值都随着轴压比和长细比的增加而减小,随着约束效应系数的增加而增大;按建议的恢复力模型计算的骨架曲线与试验曲线符合较好。文中建议的恢复力模型既反映了主要影响因素,又便于对结构进行非线性动力分析。     

火灾下约束钢柱临界温度的简化计算方法

在火灾条件下,约束钢柱轴力由于升温而增加,会导致在较低的温度下发生屈曲;但屈曲后,钢柱的轴向温度膨胀得到释放,轴力下降,因此屈曲后钢柱仍能继续承栽。本文通过计算长度系数将转动约束钢柱转换为铰支钢柱,给出了一种轴向约束钢柱在火灾升温条件下的临界温度的简化计算方法——轴力放大系数设计方法。此法通过轴力放大系数将轴向约束钢柱转化为无约束钢柱,再按无约束钢柱计算得到钢柱的临界温度。用验证过的有限元模型对简化计算方法进行了验证,计算结果表明简化方法吻合较好。     

带端板方钢管再生混凝土短柱中心局部承压性能试验研究

考虑局压面积比和端板刚度这2个变化参数,对6根带端板方钢管再生混凝土短柱进行了轴向局部加载试验。通过试验,观察了试件受力的全过程和破坏形态,得到了荷载-位移曲线、应变分布情况以及试件承载力等重要数据,并分析了变化参数对其承载性能的影响。结果表明:试件受力过程和破坏形态与相应的普通方钢管混凝土柱基本类似;随着局压面积比的增大,试件局压弹性模量有所降低,极限承载力降低明显;随着端板刚度的增大,试件局压刚度增加显著,而荷载-位移曲线下降段则更为平缓,极限承载力得到提高,但增幅有所减缓;局压面积比越小,端板刚度越大,试件受力与全截面受力越接近。最后,基于试验数据分析,并考虑主要参数影响,给出了其中心局部承压承载力的计算公式,计算值与试验值吻合较好。研究结果可为工程应用提供参考。     

半刚性连接多层组合框架自振周期实用计算方法

推导了半刚性连接组合梁单元不考虑轴向变形和剪切变形的刚度方程,基于此刚度方程给出了框架柱的抗侧移刚度.采用连续弹性体无限自由度体系剪切自由振动方程,推导了半刚性连接多层组合框架自振周期实用计算公式.通过算例说明了连接的转动刚度以及正负弯矩作用下连接转动刚度的不同对自振周期的影响.     

GFRP筋混凝土梁耐火性能的试验研究

进行了4根GFRP筋混凝土简支梁在ISO834标准升温曲线下的火灾实验,试件依据ACI440.1R-06进行截面设计,分别考虑了不同荷载比、保护层厚度、端部锚固方式对梁耐火性能的影响。试验结果表明,GFRP筋混凝土梁在火灾中的裂纹开展深度较传统的钢筋混凝土结构明显偏大。由于GFRP筋横向膨胀大更易造成梁底混凝土的开裂与剥落,建议在满足纵筋锚固性能要求的前提下,尽量减少端部J型锚固筋。GFRP筋在高温下的材料性能衰减严重,合理的设计保护层厚度和限制GFRP筋的使用内力,可使GFRP筋混凝土梁的耐火性能满足实际工程的需要。     

火灾作用下预应力型钢混凝土简支梁承载性能试验研究

进行了两根足尺预应力型钢混凝土简支梁在火灾高温和竖向恒定加载耦合作用下的耐火性能试验,分析了试验梁的温度场分布规律、竖向变形特点和承载性能劣化过程。通过在试验梁端部预设压力传感器,实测了升温过程中梁端部预压力与升温时间的关系曲线。试验结果表明,预压力对火灾高温作用较为敏感,当标准升温100 min时预压力已降至初始预压力的一半,试验中一根梁出现了侧向弯曲变形。因此,对于预应力混凝土结构,火灾高温作用下应考虑构件可能的侧向变形影响。     

考虑火灾全过程的钢管混凝土组合框架力学性能初步研究

为进一步研究真实火灾工况下钢管混凝土组合框架的抗火性能,基于有限元软件ABAQUS建立了单层单跨圆形钢管混凝土柱-组合梁平面框架经历火灾全过程的数值分析模型。通过合理选取热工参数,进行了组合框架在ISO-834标准升降温曲线下的热传分析,研究了组合框架钢管混凝土柱与组合梁截面温度场的变化规律;在热传模型的基础上,通过合理选取材料本构模型、单元类型、边界条件以及网格划分等,对经历常温加载、升温、降温以及火灾后的钢管混凝土柱-组合梁平面框架的力学性能进行初步探讨。结果表明,由于钢筋混凝土楼板在受火过程中的吸热与约束作用使组合框架在受火后仍具有较高承栽力。该方法可进一步完善钢管混凝土结构抗火分析理论,也可供实际工程应用参考。     

超长混凝土框架梁弹性内力行波效应研究

鉴于超长混凝土框架结构行波效应规律尚缺乏系统研究,借助建筑结构通用有限元软件MI-DAS/GEN,采用一致与非一致两种激励方式对165～1100m/s地震波速作用下长度为33～264m的3层钢筋混凝土框架结构进行弹性时程分析。通过对比一致与非一致激励下的梁弯矩、剪力和轴力,详细讨论了其随波速、长度以及不同部位的变化规律。研究表明:波速越慢,模型越长,行波效应越明显。框架梁弯矩的增大作用主要集中在264m模型第1层两端,减小作用表现在各模型第1层中部和第2、3层的梁上;剪力与弯矩有相似的变化规律;梁中存在拉力与压力,中部各梁的拉力和压力较两端的梁要大。     

基于OpenSees的RCS组合框架结构抗震性能模拟分析

选取已有钢筋混凝土柱—钢梁组合结构（RCS）框架的低周期反复试验数据,采用地震工程开源模拟软件OpenSees对其进行有限元模拟,对比骨架曲线与滞回曲线,试验结果与有限元结果吻合较好。随后考察弯矩放大系数（Mc/Mb=0.86、1.48、2.04）、柱轴压比（n=0.06、0.2、0.3、0.6、0.8）对抗震性能的影响,得到了各参数下框架的滞回曲线、骨架曲线和各特征阶段的荷载与位移值。分析了框架的破化过程、延性与强度退化。结果表明：RCS组合框架滞回曲线饱满,具有良好的变形及耗能能力;随着弯矩放大系数的减小、柱轴压比的增大,框架的水平极限承载力降低、屈服状态提前、位移延性降低。分析结果可供有关研究或工程应用参考。     

Effects of column axial force – bending moment interaction on inelastic seismic response of steel frames

It is well known that axial force – bending moment interaction (N–M interaction) affects to a large extent the cyclic inelastic behaviour of structural elements, especially columns in framed structures, with reduction in bending capacity and loss of available ductility. A few studies have also shown that significant inelastic axial shortening affects the response of column elements subjected to medium–high levels of axial loads and cyclic bending. This paper is primarily aimed at evaluating the effects of column N–M interaction on the inelastic seismic response of steel frames. By considering the contemporaneous action of vertical loads, due to gravity, and of horizontal seismic excitation, it is shown that the progressive axial shortening of adjacent columns may differ substantially, thus inducing significant relative settlements at the ends of the connecting beams and, then, remarkable amplifications in beam plastic rotations. An evaluation of additional beam plastic rotations induced by column N–M interaction is carried out for real structures by investigating the inelastic response of steel frames designed according to European standards under horizontal and vertical earthquake excitations. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

FRP（钢绞线）加筋混凝土梁正截面受弯承载力计算

纤维增强复合筋、不锈钢绞线等高强材料作为混凝土梁的受力筋可以充分发挥强度高、耐腐蚀性能好等优点,在土木工程中得到了广泛应用。为了分析此类高强材料加筋混凝土梁的受弯性能,在平截面假定基础上,对混凝土和受力纵筋分别采用混凝土Hongnestad模型和线弹性模型,通过平衡条件,推导了FRP（钢绞线）加筋混凝土梁受弯承载力的计算公式,并与国内外82根简支梁的试验结果进行了对比。研究结果表明：加筋混凝土梁抗弯强度试验值与理论值之比的平均值为1.07,标准差为0.14。建议公式可以较好地计算FRP（钢绞线）加筋混凝土梁的受弯承载力。实际工程构件抗弯截面设计时,建议安全配筋率取1.4倍平衡配筋率,设计截面弯矩取0.625倍理论受弯承载力,以使构件具有足够安全储备。