二重钢管防屈曲耗能支撑的有限元分析

设计了12组41种二重钢管防屈曲耗能支撑试件,应用有限元软件ABAQUS对其进行了有限元分析,研究了径厚比、约束比、长细比和边界条件对支撑性能的影响.分析结果表明:二重钢管防屈曲耗能支撑的径厚比取值不大于24、约束比的取值不小于3时,支撑的滞回曲线饱满、稳定;当支撑的长细比增加时,可以通过提高约束比来避免支撑发生整体屈...     

端部加强型双重钢管防屈曲支撑试验研究

为了研究端部加强型双重钢管防屈曲支撑的力学性能,检验间隙及约束比变化对支撑性能的影响,设计并制作了6个防屈曲支撑试件,通过低周循环加载静力试验,研究了力-位移滞回曲线、恢复力模型、割线刚度变化规律、粘滞等效阻尼比、耗能系数等滞回性能,并比较研究了间隙及约束比变化对防屈曲支撑性能的影响.研究表明:端部加强型双重钢管防屈曲支撑性能稳定,延性较高,具有良好的耗能性能和抗低周疲劳特性,其恢复力特性可以采用双线性模型进行描述;间隙应控制在合理的范围内,大于2mm或为0mm时均不利于内核钢管材料强度的发挥,影响支撑的耗能及延性;随着约束比的增大,耗能能力增强,但增加的幅度变小,在满足约束比限值情况下,约束比的变化对支撑的性能不产生明显的影响.     

罕遇地震下的屈曲约束支撑框架结构的动力响应研究

为分析支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素在罕遇地震下对屈曲约束支撑框架结构动力响应的影响,借助有限元分析软件SAP2000,分别对6层、12层、18层屈曲约束支撑框架结构模型进行了罕遇地震下的时程分析,详细研究了多高层结构体系的层间位移角、底层剪力、支撑内力等随支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素变化的规律。分析表明,倒V较单斜布置更能有效降低底层剪力、增大支撑轴力、降低层间位移角,从而降低结构的地震响应,更有利于结构消能减震;随着结构总层数的增大,支撑的屈服层数呈现出增多的趋势;刚度比七为2—4时,能使较多层数的屈曲约束支撑参与到消能减震的过程之中,较好地实现抗震设防目标。     

屈曲约束支撑钢框架结构影响因素的静力弹塑性分析

为检验抗侧刚度比和支撑布置方式等因素对具有不同总层数的屈曲约束支撑钢框架的抗震性能影响,借助SAP2000软件,探讨6层、12层、18层屈曲约束支撑钢框架结构在抗侧刚度比分别为1、2、3、4、5共五种工况及倒V型和单斜向两种支撑布置方式下的抗震性能。结果表明,屈曲约束支撑钢框架结构基底剪力-顶点位移曲线呈典型的双线性特征;随抗侧刚度比的增大,结构的层间位移角总体上呈降低趋势,基底剪力及支撑轴力增大,顶点水平位移变小,框架所分担的剪力降低;倒V型布置支撑较单斜向布置具有略大的基底剪力、谱加速度,较小的顶点位移、层位移、层间剪力和框架剪力分担率。分析表明,总体上来看,倒V型布置较单斜向布置时支撑框架结构具有略优的抗震性能;抗侧刚度比较支撑布置方式对支撑框架结构抗震性能的影响更为显著。     

几何参数对隧道地震反应影响的二维数值分析

隧道结构地震破坏的原因众多,几何因素的影响不可忽视。基于有限差分方法,构建一系列数值计算模型,比较了不同埋深、直径、衬砌厚度和径厚比时隧道结构的地震响应特性,并采用相对变形比和内力放大系数定量分析了隧道的变形、内力分布和内力峰值与几何参数间的关系。计算结果表明:内力放大系数随着埋深的增加而减小,埋深大于20m,输入地震动幅值小于0.2g时,隧道拱顶底间相对位移峰值和相同位置处自由场相对位移峰值接近;衬砌厚度对动弯矩的影响较动轴力显著,增加衬砌厚度会显著的增大隧道的动弯矩峰值,但弯矩放大系数随着衬砌厚度的增加而减小;隧道的动内力峰值随着直径的增加而增大,而轴力放大系数则随着直径的增加而减小;径厚比显著影响衬砌结构的内力分布,当径厚比大于10时,隧道结构发生显著的内力偏转。     

屈曲约束支撑在某商业建筑中的应用

介绍了利用屈曲约束支撑解决扭转周期长和侧移刚度不足的问题。唐山某商业建筑结构超长,两端刚度相差较大,中间联系薄弱,结构位移角超过规范限值,扭转周期比不满足要求,通过设置调整屈曲约束支撑的位置和数量满足规范要求。在罕遇地震作用下,通过屈曲约束支撑的屈曲耗能,实现设防目标。     

装配式屈曲约束支撑在北京某高层建筑中的应用研究

本研究以实际建筑工程为例,应用有限元软件SAP2000对装配式屈曲约束支撑结构与普通支撑结构进行了弹塑性时程分析,对比了两种建筑结构在8度罕遇地震作用下的层间位移角和基底剪力的差异.结果表明:两种建筑结构的最大层间位移角均小于规范弹塑性层间位移角限值1/50;随着楼层增加,装配式屈曲约束支撑结构的层间位移角小于普通支撑...     

建筑结构的屈曲约束支撑对其抗震加固性能的影响

当前方法采用伸臂桁架加固建筑结构时,未考虑建筑结构的屈曲约束支撑力的影响,伸臂桁架与建筑结构的连接不牢固,导致其对建筑结构的抗震加固性能较差。故此,深入分析建筑结构的屈曲约束支撑对其抗震加固性能的影响,设计建筑结构抗震加固方案,利用高强螺栓节点经由连接钢板实现屈曲约束支撑与建筑结构的铰接固定。分别从支撑变形同建筑结构层间位移的关系、建筑结构支撑承载力、多遇地震影响下屈曲约束支撑框架的位移验算,以及罕遇地震影响下屈曲约束支撑的弹塑性位移验算方面,分析屈曲约束支撑对建筑结构抗震加固性能影响。经实验分析得出,建筑结构加入屈曲约束支撑后第一扭转周期同第一平动周期的比值降低0.14,X、Y两个方向的砌体墙同建筑结构的刚度比值降低6.9、8.0,最大顶点位移值降低15.4 mm、29.3 mm,抗震加固性能大大提高。     

低周反复荷载下Q460钢材框架柱抗震性能分析

为了进一步完善Q460钢材在抗震设计规范中相关限值的要求,本文利用有限元软件ABAQUS,以轴压比、翼缘宽厚比、腹板高厚比和壁板宽厚比为变量,建立了共48根“工”字型框架柱和“箱”型框架柱,分析了其抗震性能。结果表明:翼缘宽厚比对框架柱的能量耗散系数影响较小;能量耗散系数随轴压比、腹板高厚比（“工”字型）和壁板宽厚比（“箱”型）增大而明显减小;框架柱的极限承载力随轴压比的减小及壁板宽厚比和翼缘宽厚比的增大而逐渐增大,当腹板高厚比接近规范限值时,承载力下降趋势明显增大。与采用Q235钢材的框架柱相比,Q460钢材框架柱的延性较小,仅为2左右;当采用Q460钢材时,“工”字型框架柱的极限位移角限值建议取为0.03,“箱”型框架柱的极限位移角限值建议取为0.032。规范中对翼缘宽厚比限值的规定偏于保守,其值最大可取至9。无论是“工”字型框架柱还是“箱”型框架柱,其腹板高厚比均不宜过大。Q460钢材框架柱的刚度退化率随轴压比的增大而增强,且翼缘宽厚比越大,腹板高厚比越小,柱的初始刚度越大,刚度退化程度越明显。     

侧边加劲波纹钢板墙弹性剪切屈曲分析

结合两边连接及波纹钢板的优点,提出一种新型的侧边加劲波纹钢板墙。建立了侧边加劲波纹钢板墙的有限元精细化分析模型,采用有限元软件ANSYS对其进行抗剪屈曲分析,推导了波纹钢板墙的弹性抗剪屈曲强度。研究了墙板参数、波纹参数及加劲肋参数对屈曲模态和抗剪屈曲承载力的影响规律。研究结果表明,所提出的波纹钢板墙,其抗剪屈曲承载力较平钢板墙显著提高;在不同的参数下具有整体屈曲和局部屈曲两种不同的屈曲模态;其临界剪切屈曲应力值随跨高比的增加而大致保持不变,随高厚比的增大而逐渐减小,随波纹倾角及子板宽的增大皆先增大后减小。因此,实际工程应用中应合理选择波纹钢板墙参数,以避免发生局部屈曲而导致角部连接失效以及不稳定承载,从而使之具有较大的弹性屈曲承载力,更好地发挥钢材的强度和延性。     

穿越走滑断层海底管道局部屈曲研究及应变响应预测

海洋地震频繁且海底土体环境复杂,当地震导致断层土体发生永久变形后,穿越断层的海底埋地管道也将受迫发生变形。为确定变形后的管道能否正常工作,需根据实际工况对其进行应变响应预测。首先通过有限元计算软件ABAQUS建立管道与走滑断层的三维实体模型,模拟管-土间的接触作用并通过等效边界方法修正模型,得到管道局部屈曲破坏形式及应变分布情况。然后,通过调整有限元模型参数对断层交角、管道工作内压、管道径厚比对管道极限塑性应变的影响进行敏感性分析,定性分析不同敏感性因素对穿越走滑断层海底管道应变响应的影响。最后,在数值模拟数据的基础上通过MATLAB软件利用基于遗传算法优化的BP神经网络实现对管道应变响应的精确预测。结果表明:穿越走滑断层管道在发生局部屈曲时,可根据轴向压缩应变突变现象确定管道局部屈曲时对应的断层位移,并且断层交角、管道工作内压和管道径厚比都会对跨断层管道应变响应产生影响。     

基于几个黄土物性参数的震陷判定研究

依据试验数据,研究了含水量、孔隙比和埋藏深度对黄土震陷性的影响规律,结果显示,黄土震陷临界含水量随着动应力的增加而减小,浅层黄土较深层黄土水敏性更强,在50~80kPa之间,临界含水量有一个急剧下降的特征;在典型黄土地区,黄土的孔隙比小于一定数值(宝鸡地区0.73、兰州地区0.86)时,震陷不会发生;在天然含水量情况下,黄土震陷深度曲线随动应力的增加经历了一个从平稳、快速、再收敛至最大震陷深度的发展过程。     

Experimental research on behavior of 460 MPa high strength steel I-section columns under cyclic loading

To investigate the seismic behavior of I-section columns made of 460 MPa high strength steel(HSS), six specimens were tested under constant axial load and cyclic horizontal load. The specimens were designed with different width-to-thickness ratios and loaded under different axial load ratios. For each specimen, the failure mode was observed and hysteretic curve was measured. Comparison of different specimens on hysteretic characteristic, energy dissipation capacity and deformation capacity were further investigated. Test results showed that the degradation of bearing capacity was due to local buckling of flange and web. Under the same axial load ratio, as width-to-thickness ratio increased, the deformation area of local buckling became smaller. And also, displacement level at both peak load and failure load became smaller. In addition, the full extent of hysteretic curve, energy dissipation capacity, ultimate story drift angle decreased, and capacity degradation occurred more rapidly with the increase of width-to-thickness ratio or axial load ratio. Based on the capacity of story drift angle, limiting values which shall not be exceeded are suggested respectively for flange and web plate of 460 MPa HSS I-section columns when used in SMFs and in IMFs in the case of axial load ratio no more than 0.2. Such values should be smaller when the axial load ratio increases.     

Probabilistic buckling analysis of axially loaded piles in liquefiable soils

Recent research has demonstrated that axial load alone can cause a slender pile to fail by forming a plastic hinge, if soil surrounding the pile liquefies in an earthquake. This failure mechanism is due to buckling instability. Lateral loads from lateral spreading of the surrounding soil and/or inertia and imperfection inherent in a pile result in increased deflection, which can promote more rapid collapse. These effects are secondary to the basic requirement so that axially loaded piles passing through liquefiable soils should be checked against Euler's buckling in addition to the bending mechanism of failure, i.e. incorporation of P−Δ effect. While fewer large diameter piles are currently being used in modern construction practice (which performed better in liquefiable areas rather than multiple small diameter piles), there are many pile-supported structures where buckling considerations were not taken into account and therefore may need retrofitting. This paper develops a probabilistic tool which can be used for assessing the likelihood of a buckling failure of existing piled foundations due to a scenario earthquake. This tool can equally serve as a valuable decision-support tool for implementing earthquake risk mitigation measures. A case study is presented to show the applicability of the method.     

内约束方钢管混凝土柱抗震性能研究

由于方钢管对混凝土约束作用较弱,地震作用下方钢管混凝土柱底部钢管易出现屈曲,因此本文提出一种新型内约束方钢管混凝土柱。基于ABAQUS有限元软件,本文采用合理的材料本构模型建立内约束方钢管混凝土柱三维实体精细有限元模型,该模型能准确反应钢管、混凝土以及拉筋之间的相互作用,又能反应拟静力作用下混凝土的塑性损伤和钢材的循环硬化规律。有限元结果与试验结果吻合良好。首先,在此基础上笔选出最佳内约束形式,对拉箍筋方钢管混凝土柱的抗震性能明显优于圆环箍筋;其次,提出在不同轴压比下内约束方钢管混凝土柱的焊接拉筋最佳布置长度和合理体积配箍率;再次,探讨不同参数对内约束方钢管混凝土柱滞回性能的影响,结果表明:提高截面含钢率和长细比能有效改善组合柱的极限承载力,而轴压比在一定范围内有利于能提高柱的承载力;最后,讨论了约束措施对内约束方钢管混凝土柱耗能性能的影响。     

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。     

Lava flow in tubes with elliptical cross sections

We develop a model of lava flow in a cylindrical tube with elliptical cross section. The lava is considered an isothermal, incompressible Newtonian fluid. We solve analytically the steady-state Navier–Stokes equation under a constant driving force, given by the component of gravity along the axis of the tube and obtain the velocity and stress field components in the fluid. The ratio between the flow rate of the elliptical tube and that of a circular tube, having the same cross sectional area, is found to be always less than 1 and to depend only on the value of eccentricity. The ratio decreases rapidly when the eccentricity becomes lower than about 0.5. The average flow velocity in a partially filled tube is calculated under the assumption of constant flow rate. In an elliptical tube, the shear traction is not uniform on the wall of the tube, but changes periodically with the position. It is maximum at the intersections with the minor axis and minimum at the intersections with the major axis, the ratio between the maximum and the minimum value being equal to the ratio between the lengths of the two axes. Assuming that the erosion rate of the wall of the tube is proportional to shear traction, we calculate the erosion of the wall as a function of time and find that its effect is such as to make the tube cross section closer to the circular shape.     

双向动荷载下重塑红黏土动变形特性研究

利用SDT-20型三轴仪探究双向动荷载下红黏土动变形特性。结果表明:相位差为0其他条件相同时红黏土动剪切模量随径向动荷载幅值增加而减小;双向动荷载下红黏土动剪应变与振动次数近似呈指数型关系增长,并存在一个临界循环次数;随含水率升高和固结应力增大,重塑红黏土破坏模式由受拉破坏变为受压破坏;径向动荷载幅值的增加使重塑红黏土更容易发生受拉破坏;双向动荷载下阻尼比随动剪应变增加无明显规律,动剪应变小于1%时阻尼比的变化无规律,动剪应变大于1%时随动剪应变增加阻尼比处于稳定平衡阶段。含水率对阻尼比变化规律有明显影响,含水率小于20%时阻尼比随含水率增大而增大,含水率大于20%时其对阻尼比影响可以忽略。     

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。