受火侵袭波纹腹板钢梁的侧向弯扭屈曲及其参数分析

基于ANSYS的有限元数值计算,考查了简支波纹腹板钢梁在火灾作用下的侧向弯扭屈曲。通过与平腹板钢梁的临界温度作比较,研究了波纹腹板钢梁分别在纯弯矩和集中载荷作用下的抗火性能,并分析了栽荷比、初始缺陷等因素对波纹腹板钢梁抗火性能的影响。分析表明,波纹腹板钢梁与平腹板钢梁在火灾作用下有相同的侧向弯扭屈曲性能。     

火灾高温作用下波纹腹板钢梁剪切屈曲系数研究

波纹腹板钢梁具有优良的抗剪切性能,在常温条件下,它的剪切屈曲模式通常有3种：局部剪切屈曲、总体剪切屈曲和相关剪切屈曲。根据火灾燃烧不同时刻波纹腹板钢梁的温度变化,考虑火灾高温对结构钢材料性能的影响,研究了波纹腹板钢梁在火灾高温作用下的3种剪切屈服模式,给出了高温下波纹腹板钢梁临界剪切屈曲应力和剪切屈曲系数的计算表达式,分析了其随火灾温度的变化趋势,提出在进行火灾高温作用下的波纹腹板钢梁的力学性能分析时,应首先根据钢梁剪切屈曲系数的变化,准确判断其在火灾燃烧不同阶段所处的受力状态,从而使火灾高温下波纹腹板钢梁的受力分析更加精确合理。     

腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢抗火性能有限元分析模型

位于冷弯薄壁型钢构件腹板的槽孔,可延长构件两边的热量传递路线,减弱冷弯薄壁钢构件作为墙板龙骨引起的冷桥效应。常温下冷弯薄壁构件的屈曲破坏模态已非常复杂,包括整体屈曲、局部屈曲和畸变屈曲等,且不同的屈曲破坏模态可能会相互影响。火灾下冷弯薄壁构件的破坏机理将更为复杂,根据常规的稳定理论难以求解其火灾下的临界荷载。本文利用有限元方法对火灾下腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢的受力性能进行了模拟,研究了单元类型、材料模型、初始几何缺陷以及求解方法等因素对分析结果的影响,为同类构件抗火性能的有限元模拟分析提供了建模依据。     

建筑变形后幕墙结构屈曲破坏临界荷载研究

为解决传统建筑沉降变形中存在的幕墙结构易发生变形、稳定性较差等问题,提出建筑沉降变形中幕墙结构屈曲稳定临界荷载的研究。选取框架玻璃幕墙作为研究对象,建立玻璃面板的有限元模型,分别从X、Y、Z三个方向对玻璃面板施加平动自由度约束力,进行幕墙结构屈曲稳定临界荷载的模拟;然后在建筑底部不同节点处设置竖向弹簧,通过调节弹簧刚度模拟建筑沉降变形的竖向作用力,在此基础上,采用能量法分别计算玻璃肋的应变势能、外力势能和弹性约束势能,根据势能驻值原理计算得出建筑沉降变形中幕墙结构屈曲稳定临界荷载;最后设置不同的玻璃肋参数,选取单一变化因素进行实验。实验结果表明:在不同玻璃肋跨度和截面厚度对比下,所提方法的计算结果较为准确,且所提方法的临界荷载计算耗时低于其他方法,具有较高的实际应用价值。     

钢框架厂房火灾后的破坏形态

端部约束不同的构件在火灾中的破坏形态不同,研究整体结构构件在火灾中的破坏形态,可以为钢结构抗火研究与设计提供依据。某钢结构框架厂房发生火灾,大火历时3个多小时,火场最高温度达1000°C以上。火灾后,框架梁均有不同程度的破坏,钢梁端部下翼缘屈曲破坏较普遍;由于钢梁顶没有设置抗剪键,钢梁与顶部的混凝土现浇楼板脱开,火灾后残留有较大的挠屈变形;钢柱在火灾后未有明显的破坏现象,但有侧向变形产生。这些现象与实验室中标准试验的结果不同。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能研究

建立了局部火灾下多层多跨矩形钢管混凝土柱-钢梁平面框架温度场和力学性能分析的有限元模型。在考虑楼板影响的基础上,研究了保护层厚度不同时钢管混凝土框架结构的温度场分布规律。研究了不同受火工况条件下钢管混凝土框架结构的变形和破坏规律、耐火极限状态、受火梁的内力状态以及结构耐火极限的规律。分析表明,梁保护层厚度影响钢梁温度分布形式;火灾下,框架结构发生了受火梁的整体屈曲破坏。     

地震作用下立式储液罐罐壁“象足”变形仿真分析

基于ANSYS软件建立了考虑液体晃动和罐底提离立式储液罐有限元模型,分别进行了水平地震和竖向地震作用下罐壁“象足”变形分析。分析表明:立式储液罐罐壁“象足”变形主要是由罐壁纵向压应力超过临界应力而产生的局部屈曲破坏,并非强度破坏。因罐底提离导致的罐底与基础反复撞击加大了作用在罐壁上的应力,使罐壁底部“象足”变形不断发展,最终导致罐壁撕裂。在完全相同地震加速度作用下,水平地震作用比竖向地震作用罐壁更早更容易进入屈曲状态,产生“象足”变形。     

地震作用下立式储液罐罐壁"象足"变形仿真分析

基于ANSYS软件建立了考虑液体晃动和罐底提离立式储液罐有限元模型,分别进行了水平地震和竖向地震作用下罐壁"象足"变形分析.分析表明:立式储液罐罐壁"象足"变形主要是由罐壁纵向压应力超过临界应力而产生的局部屈曲破坏,并非强度破坏.因罐底提离导致的罐底与基础反复撞击加大了作用在罐壁上的应力,使罐壁底部"象足"变形不断发展,最终导致罐壁撕裂.在完全相同地震加速度作用下,水平地震作用比竖向地震作用罐壁更早更容易进入屈曲状态,产生"象足"变形.     

带缝空心RC剪力墙结构变形与耗能性能研究

为了研究带缝空心钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能,本文进行了六层1／3．0比例模型房屋的拟动力及拟静力试验,分析了带缝空心钢筋混凝土剪力墙结构在地震作用下的变形与耗能性能,探讨了结构在地震作用下的破坏机理、滞回特性及其薄弱环节或部位。试验结果表明：该结构模型延性的弯剪破坏形态与普通钢筋混凝土剪力墙结构不同;竖缝的设置增加了结构在弹塑性阶段的变形及耗能能力,结构具有较强的变形及耗能能力。作为一种抗震性能良好的新型的结构形式,带缝空心钢筋混凝土剪力墙结构具有一定的工程推广应用前景。     

强震下混凝土剪力墙受弯模拟及测试实验研究

为提高混凝土剪力墙受弯性能计算的准确度,开展强震下混凝土剪力墙受弯性能试验研究。选取1个混凝土剪力墙对比试件和3个测试试件作为研究对象,对试件施加垂直荷载和水平荷载,模拟强烈地震作用力。试验前期准备工作完成后,建立分离式有限元模型,通过计算混凝土在受压和受拉状态下的损伤弹塑性刚度,完成对有限元模型中混凝土塑性损伤分析,在此基础上,计算混凝土剪力墙受弯承载力。利用有限元模型对3个测试试件进行模拟试验,结果表明,强烈地震后3个试件的荷载-位移曲线均与实际位移值接近,且混凝土剪力墙受弯承载力试验结果与实际值的误差在2%以内,表明试验研究方法具有一定的可行性,数值模拟结果较为准确。     

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。     

Performance evaluation of steel reduced flange plate moment connections

This study details a new moment connection that overcomes difficulties in achieving field‐weld quality and eliminates steel beam buckling encountered in steel moment connections. This study presents cyclic test and finite element analysis results of full‐scale subassemblies using steel reduced flange plates (RFPs) to connect steel beam flanges and the column without any other direct connection. Since the RFP connection is designed as strong column‐strong beam‐weak RFPs, the RFP functions as a structural fuse that eliminates weld fractures and beam buckling. Test and analytical results show that (1) the connections transferred the entire beam flexural strength to the column and reached an interstorey drift of 4% with minor strength degradation, (2) failure of the connections was owing to buckling or fracturing of the RFP and not of the beam, and (3) the RFP connection subassembly, modelled using the nonlinear finite element computer program ABAQUS, exhibited hysteretic behaviour similar to that of the flange plate (FP) moment connection subassembly. The inelastic buckling force of the RFP was also evaluated by nonlinear regression analyses performed on a nonlinear model that relates buckling force to RFP geometries. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

盾构施工对不同刚度桩体影响的数值分析

针对苏州轻轨一号线盾构隧道的施工情况,采用三维有限元数值模型,研究了盾构施工对不同刚度桩体的影响。计算结果表明：当盾构施工时,不同刚度桩体均偏向隧道移动,在隧道轴线处的横向位移均为最大。桩身横向位移最大值、竖向位移随桩体刚度增大而变小,桩身轴力、弯矩则随桩体刚度增大而逐渐增大,桩身最大负弯矩均出现在隧道轴线位置处。在盾构正下方穿越单桩过程中,桩身沿隧道轴向位移近似为一条直线。当桩体弹性模量为0.5 GPa时,柱顶和桩底处竖向位移相差较大;当桩体弹性模量大于0.5 GPa时,桩身竖向位移急剧增大。桩身轴力沿桩身两端大、中间小。桩身弯矩随桩体弹性模量增大而明显增大。     

斜腿夹角对V形墩连续刚构桥地震响应的影响研究

为研究斜腿夹角对V形墩连续刚构桥地震响应的影响及合理斜腿夹角角度,以一座典型V形墩预应力混凝土连续刚构桥为研究对象,采用有限元分析方法研究了斜腿夹角θ对桥梁内力及位移的影响,得出了θ对结构地震响应的影响规律和变化曲线。研究结果表明:随着斜腿夹角的增加,在纵向地震力作用下,墩底纵向弯矩逐渐减小,墩顶和主梁墩顶支撑处纵向弯矩逐渐增大;在横向地震力作用下,跨中横向弯矩逐渐减小,墩底横向弯矩逐渐增大,墩顶横向弯矩基本不变;在竖向地震力作用下,墩底和墩顶竖向弯矩逐渐增大,主梁支撑处竖向弯矩逐渐减小;斜腿夹角对纵向或横向地震力作用下结构位移影响不大,对竖向地震力作用下的位移影响较大。在满足静力设计的前提下,当两斜腿夹角为90°时,结构地震响应相对较小,受力合理性最优。研究成果可为该类桥梁的抗震设计与斜腿夹角角度选取提供参考和依据。     

钢筋-沥青隔震层非线性震动特性研究

为了研究钢筋-沥青隔震层的材料与几何非线性震动特性,对钢筋-沥青隔震结构进行了振动台试验,分析了结构在不同加速度幅值输入时的隔震性能。同时,在钢材的应力-应变关系基础上,考虑构件竖向力的二次矩效应,提出了钢筋-沥青隔震层骨架曲线的计算方法,并结合双线型恢复力模型的滞回规则,建立了相应的恢复力模型。利用建立的恢复力模型,编制程序进行了弹塑性时程分析,并与试验结果作对比。结果表明:当钢筋-沥青隔震层的受力钢筋进入弹塑性阶段时,隔震层能够吸收大部分地震能量,显著降低上部结构的地震反应;弹塑性时程分析结果与试验结果吻合较好,由此建立的恢复力模型准确并且适用,可为钢筋-沥青隔震层的工程设计与非线性地震反应分析提供参考。     

新型装配式混凝土框架连接节点抗震性能试验

为推广装配式混凝土框架结构的应用,提出3种不同的新型装配式钢筋混凝土框架中节点连接形式,进行低周往复荷载试验。对比各试件的破坏形态、滞回性能、刚度退化、累积耗能和节点剪切变形等抗震指标。研究结果表明:采用方钢管连接的装配式混凝土节点呈现梁端弯曲破坏,采用工字钢连接或对拉螺栓连接的节点呈现节点核心区剪切破坏。采用方钢管的连接形式既能改善节点核心区的破坏形态,又能提高其承载能力、变形能力、耗能能力和梁端转动能力,同时显著改善节点的滞回特性,减小核心区的剪切变形。在弹塑性和塑性变形阶段,采用方钢管连接形式的装配式混凝土节点的抗震性能优于工字钢连接和对拉螺栓连接的节点。此外,采用工字钢连接形式比对拉螺栓连接形式的节点具有更高的承载能力、耗能能力和较小的核心区剪切变形。     

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.     

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。     

Effects of panel zone yielding on seismic behavior of welded-flange-plate connections

In this study, effects of panel zone yielding on the seismic performance of welded-flange-plate (WFP) connections are investigated. In this work, four full-scale beam-to-column connections were used to run the experiments under cyclic loading. The obtained results can potentially lead to a better understanding of the influence of the panel zone inelastic shear deformation on the cyclic behavior of WFP connections for external joints in steel moment resisting frames (SMRFs). The main parameter in the testing program was the panel zone strength having a wide variation to gain the different levels of panel zone yielding. Results showed that all specimens had a high connection rotation capacity to satisfy the requirements of special moment frame connections. However, specimens with different panel zone strengths could provide the different amount of energy dissipation. Severe beam buckling was followed by tearing along the k-line region of the beam in the plastic hinge location, as well as tearing of the beam at the nose of the bottom flange plates which were both observed as a predominant failure mode in the specimens with a stronger panel zone. However, specimens with weak panel zone could develop a significant plastic rotation without causing any major problem to the beam-to-column connection groove welds. Based on mentioned observations and considering the effect of panel zone yielding because of different panel zone strengths on the hysteresis behavior of specimens, failure modes, plastic rotation capacity, and energy dissipation, some modifications were proposed for design requirements of the panel zone strength.