建筑结构钢超低周疲劳断裂破坏的损伤预测模型

针对地震作用下建筑结构钢的超低周疲劳断裂问题,在单调加载损伤模型的基础上,提出了一种适用于超低周循环加载情况下的损伤预测模型,并借助ABAQUS软件的用户自定义材料子程序模块,将建立的损伤预测模型引入到有限元分析程序中。然后分别依据建筑钢结构母材、热影响区和焊缝金属缺口试样的单调加载和超低周循环加载试验,标定了材料的损伤模型参数,并对比分析了缺口圆棒试样在不同加载方式下的损伤演化规律,损伤分析结果表明缺口圆棒试样的裂纹都产生于试样截面中心处,这与试验结果一致。最后,以钢框架梁柱焊接节点为研究对象,应用损伤模型分析了节点危险部位的损伤演化规律,数值模拟了节点的超低周疲劳断裂破坏过程,最终得到节点的疲劳寿命与试验结果吻合良好。     

偏心夹心梁柱节点低周反复加载受力性能试验研究

实际工程中梁和柱的混凝土强度经常不同,节点部位按照梁的混凝土来浇筑是这种情况下施工处理最为简便的方式,形成所谓的“夹心”节点。一些研究者就夹心节点在单调加载和低周反复加载下的性能进行了研究,但对夹心节点同时又存在梁柱偏心的情况还没有研究先例。该文完成了3个偏心夹心梁柱节点的低周反复加载试验,并分析了其节点区抗剪承载力、破坏特征、滞洄耗能等性能。结果表明:此类偏心夹心节点具有良好的承载能力和抗震性能,并且在节点区布置X筋替代部分箍筋是可行的,但梁筋在节点区的锚固性能较弱,需采取控制措施。     

基于解析解和边界元解的圆柱壳声辐射对比研究

针对工程广泛应用的圆柱壳结构,首次运用解析法探讨了边界元软件Sysnoise两种加载方式—基于单元(Element)加载和基于节点(Node)加载—对声辐射影响,以及两种加载方式在网格加密情况下的收敛性问题。得到一些对工程计算的有益结论：① 基于单元(Element)加载方式得到的结果要好于基于节点(Node)加载方式;② 基于单元(Element)加载方式网格加密时收敛到解析解,而基于节点(Node)加载方式网格加密后,不一定得到收敛结果。     

方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析

基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验,在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析,研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响,结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。     

新型钢管柱-H形梁铸钢模块化节点的概念设计与抗震性能评估

介绍了铸钢件在钢结构体系尤其是梁柱框架中的应用和研究现状。基于利用节点域稳定塑性耗能的理念提出一种适用于方(矩)形钢管柱-H形梁框架连接的铸钢模块化节点型式及其设计方法。对铸钢模块化节点和传统焊接节点进行了单调加载和循环往复加载非线性有限元模拟,并引入断裂指数对节点在塑性大变形条件下发生延性断裂的倾向大小作出评价。从刚度、承载力、延性、耗能能力、耗能机制、塑性变形模式等多角度分析论证了铸钢模块化节点不同于传统焊接节点的性能特点。研究结果表明,新型铸钢模块化节点的抗震性能优于传统焊接节点,可以在不损失延性的情况下充分发挥抗震钢结构体系的耗能能力。     

网壳结构复杂多支管连接的试验研究

该文以成都双流国际机场T2航站楼建设项目为背景,对大跨屋盖网壳结构中的复杂多支管连接节点进行了足尺静力加载试验。设计出一套空间自平衡加载装置,对工程中采用的2个复杂相贯节点进行了足尺静力加载试验,其中一个节点试件设有内加劲板。在设计荷载作用下,节点处于弹性状态;在极限荷载作用下,主管发生明显变形,节点极限承载力远高于设计荷载,失效模式表现为延性性质。     

空间复杂钢管节点试验研究

该文介绍了某三层桁架屋盖结构中采用的4种典型节点——双KK+系杆节点、X+双KK节点、X+双K焊接节点和X+双K铸钢节点的静力加载试验。根据实际情况对试件进行了多点同步加载,通过现场跟踪测试,得到了节点区杆件的内力变化、节点区关键测点处的应力分布、节点整体及局部变形等数据。考察了节点的内力传递路径、破坏模式,对节点的性能进行了综合评估。分析表明:此类节点的节点承载效率较高,可以满足承载力要求。此外,对X+双K焊接节点和X+双K铸钢节点进行了比较,分析了两种节点性能上的差异,研究表明,铸钢节点与焊接节点相比,有较好的力学性能,但铸钢件与相连杆件的连接焊缝将对节点的安全性能产生很大影响。     

钢管柱-H形梁节点中的模块化耗能技术探讨

提出一种应用于矩形钢管柱-H形梁连接的模块化节点型式,对模块化节点型式和传统焊接节点型式进行了单调加载的非线性有限元模拟,对不同节点型式发生延性断裂的倾向大小作出评价。分析研究表明,提出的模块化节点型式比传统的焊接节点型式延性好,能更大程度地利用节点域剪切塑性变形的稳定耗能能力。     

自复位预制框架边节点组件受力性能试验研究

基于可恢复功能结构的理念, 提出新型自复位预应力预制节点(PTED节点), 该节点通过预应力筋和高强摩擦螺栓将预制梁、柱和耗能角钢拼接在一起形成节点, 预应力筋、梁、柱和耗能角钢可看作节点的组件。为了研究节点组件对节点受力性能的影响, 进行了系列的低周往复加载试验, 首先对PTED边节点进行试验, 研究PTED节点整体的抗震性能, 然后用新角钢更换受损的角钢, 重新对其进行低周往复加载, 探讨更换受损角钢后节点的抗震能力, 然后分别试验研究了预应力筋和角钢对节点的受力性能的贡献。试验结果表明PTED节点是PT节点与ED节点的组合, 节点在具有较好的自复位能力的同时, 还具有较好的耗能能力。节点层间位移角加载到4%时, 梁、柱及预应力筋基本保持弹性, 可重复使用;节点损伤主要集中在角钢上, 更换受损角钢后, 节点的抗震能力基本等同于未受损的节点。     

大直径钢管节点极限承载力的试验及分析

本研究对大直径平面Ｋ型圆钢管节点的足尺试件进行了静力加载下的极限承载力试验，考察了试件的破坏模式，讨论了节点参数对承载力的影响，对如何根据试验结果直接确定设计用管节点极限承载力提出了建议，并提出了一个基于塑性极限理论的分析模型。     

型钢混凝土L形柱空间角节点抗震性能分析

为研究型钢混凝土L形柱空间角节点的抗震性能,对8个节点试件进行低周反复荷载试验和有限元模拟,二者结果吻合较好。基于此考虑了柱配钢形式、轴压比和加载角度3个变化参数,通过ABAQUS非线性有限元模拟,分析了变化参数对其峰值荷载、耗能和延性的影响规律,并提出可供工程设计参考的建议。研究结果表明,型钢混凝土L形柱空间角节点破坏形态以剪切斜压和弯曲破坏为主,扭转伴随黏结破坏为辅;实腹配钢试件综合抗震性能最好,其峰值荷载较空腹配钢试件提高了10%;随轴压比的增加,不同配钢形式试件的位移延性下降程度不同,实腹配钢试件下降缓慢,建议轴压比限值设计值为0.5;45°加载角度以内,随着加载角度的增加,峰值荷载增加,耗能和延性逐渐降低,45°加载试件与0°平面节点相比,峰值荷载提高了约30%,延性系数降低约10%,最不利加载方向为0°加载。     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架中节点受剪性能分析

基于ABAQUS平台,建立了预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架中节点精细化数值有限元模型,计算得到了柱顶水平荷载-位移滞回和单调加载曲线。在对比计算单调加载和实测滞回曲线基础上,研究了节点在柱顶水平荷载下的破坏全过程,细致考察了框架中节点的混凝土、型钢骨架、钢筋骨架以及预应力筋的应力状态,探讨了此类框架节点的破坏机理;基于参数分析结果,研究了轴压比、预应力度、核心区钢管配钢率和配箍率对节点柱顶水平荷载-位移曲线和核心区剪力-剪切变形的影响,提出了节点核心区受剪承载力计算公式。研究结果表明,当节点试件水平荷载达到峰值点时,核心区钢管、箍筋及预应力筋均达到屈服,核心区混凝土被压碎,此时可作为节点核心区抗剪承载力计算的标志;提出的节点核心区的抗剪承载力计算公式,可供工程设计参考。     

平板支座抗震性能的有限元研究

为了研究水平荷载下不同砂浆层厚度的平板支座节点的抗震性能及受力机理,该文利用有限元软件ABAQUS,模拟分析了8个砂浆层厚度为0 mm~50 mm的平板支座节点在单调和循环荷载下的破坏模式及承载力曲线,并将模型破坏模式及极限承载力计算值与试验结果进行对比,结果证明该模型可有效对平板支座的滞回性能进行计算分析。有限元计算结果表明,随着砂浆层厚度增加,支座节点极限承载力降低,支座锚栓由剪切变形变为弯曲变形;支座锚栓近似均匀受力;循环加载下平板支座的承载力相比于单调加载降低约30%。在有限元参数分析的基础上,综合考虑了支座锚栓的破坏机制及支座锚栓的变形对平板支座水平承载力的影响,总结平板支座的水平承载力主要由支座锚栓承担的剪力、支座锚栓轴力的水平分量及摩擦力组成,提出了平板支座节点水平承载力的计算公式。同时,在公式中引入折减系数0.7,考虑循环加载对平板支座节点水平承载力的降低。     

葵花型索穹顶结构力学性能及拉索破断试验研究

通过对一直径6m的葵花型索穹顶试验模型,进行竖向对称加载、非对称加载以及拉索瞬间破断试验,研究了该结构的受力特点以及单根拉索瞬间破断时结构的响应特征。应用非线性有限元数值计算方法建立索穹顶计算模型,对葵花型索穹顶结构的力学性能进行了分析,并与试验结果进行比较。结果表明:在各加载阶段,节点竖向位移实测值普遍较计算结果偏大,拉索索力实测值与计算结果总体吻合较好;对称加载过程,结构的荷 载-位移关系具有较好的线性规律;与对称加载比较,非对称加载的荷载-位移关系则表现出非线性,节点位移也较大,非对称荷载对结构竖向刚度的设计起控制作用;单根拉索瞬间破断时,结构会有微幅振动,不同位置拉索的失效对结构的影响程度不尽相同。     

吊顶龙骨节点和拼接点轴向受力性能试验研究

吊顶是震害突出的一类非结构构件,吊顶龙骨节点和拼接点失效是吊顶破坏的主要原因之一。该文对吊顶主龙骨拼接点、主次龙骨节点和边节点开展了轴向单调加载和低周往复加载试验,考察了各类节点和拼接点的破坏模式、承载力、变形能力和滞回性能,并基于试验数据建立了节点和拼接点的易损性曲线。研究结果表明,主龙骨拼接点的破坏模式为拼接点拉出破坏,主次龙骨节点的破坏模式为节点压屈破坏,边节点的破坏模式为节点拉出破坏。边节点的形式和端部龙骨的类型对边节点的破坏模式和承载能力影响小,宜采用螺钉将抗震夹与吊顶边界固定以提高边节点的抗震能力。     

快速加载下轴压比对RC梁柱节点抗震性能的影响

目前,梁柱节点抗震性能的研究多数为拟静力试验研究,有关梁柱节点动力试验研究相对较少。基于此,对四个梁柱节点组合体试件进行快速加载试验,以研究快速加载时轴压比对梁柱节点抗震性能的影响。此外,基于软化拉-压杆模型、库伦破坏准则、莫尔圆理论、节点组合体受力模型,推导了剪压复合受力状态下混凝土抗剪强度计算模型。研究表明:软化拉-压杆模型可用于预测节点组合体的抗剪承载力及破坏形态,混凝土抗剪强度计算模型,可用于预测考虑材料应变率效应后,轴压比对节点组合体抗剪承载力的影响规律;不同轴压比水平下,节点组合体裂缝类型和破坏形态相同,但随着轴压比的逐渐增大,节点核心区内裂缝数量不断减少,节点核心区的剪切变形及斜裂缝与竖向轴力的夹角不断减小,节点组合体严重损伤部分发生转移;相同位移水平下,正向加载的环线刚度始终大于反向加载的环线刚度;节点组合体抗剪承载力随轴压比的增大而增大,但效果不明显;轴压比增大对节点组合体耗能起有利作用。     

双钢板混凝土组合剪力墙-钢梁单边螺栓端板连接节点抗震性能研究

为解决双钢板混凝土组合剪力墙与钢梁难以实现现场免焊装配化连接的问题,提出了一种采用分体垫片式单边螺栓端板连接的装配式节点构造,设计并制作了两个足尺试件进行低周往复加载试验及有限元分析,研究了连接节点的变形机理、破坏形态、承载能力、延性、耗能能力以及刚度退化性能。研究结果表明：根据节点区竖放H型钢翼缘厚度不同,节点破坏模式可分为梁端塑性铰破坏和柱壁破坏;发生梁端塑性铰破坏的节点滞回曲线呈饱满的梭形,表现出良好的抗震性能,柱壁及节点区内填混凝土基本保持完好;发生柱壁破坏的节点表现为螺栓孔周钢板受拉形成圆形屈服面,内填混凝土压溃,承载力较低且刚度退化严重,耗能能力较差,加载后期节点的转角主要源于节点区的转动,该失效模式在设计中应予以避免。     

动力荷载下传统风格建筑双梁-柱节点抗震性能试验研究

为研究传统风格建筑混凝土双梁-柱节点的破坏特征及抗震性能,进行了2个节点试件的动力循环加载试验,包括一个典型传统风格建筑混凝土双梁-柱节点和一个单梁-柱节点.观察了节点试件的受力过程及破坏特征,研究了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度及承载力退化、延性和耗能能力,并对其破坏模式进行了分析.研究结果表明:...     

装配式梁柱转动摩擦耗能节点抗震性能试验研究

为了减轻传统钢框架的梁柱节点在强震作用下的损伤与破坏,提出了一种装配式梁柱转动摩擦耗能节点,阐述了该节点的构造形式与工作机理,对其进行了低周反复加载试验,系统研究了该节点的抗震性能,建立了其恢复力模型,并与试验结果进行了对比分析.研究结果表明,装配式梁柱转动摩擦耗能节点利用连接钢板与黄铜板之间的转动摩擦耗能,其滞回曲线...     

新型误差可调弦支穹顶模型加载试验研究

弦支穹顶结构是一种由上层网壳结构和下层索杆体系复合而成的结构体系,上层网壳节点的初始安装偏差是影响结构受力性能的重要因素之一。为此,提出了多向误差可调节点的概念,容许与节点相连的网格杆件在水平方向、竖直方向和杆件轴线方向进行空间三维多向调整,进而能够调节节点空间几何位置。设计了一种针对弦支穹顶结构的多向误差可调节点,并对其进行了分级加载试验,结果表明该节点受力在加载过程中始终处于弹性范围以内,验证了其安全性和可靠性。然后,制作了一跨度为3m的节点误差可调弦支穹顶模型,提出了误差可调节点的安装调节流程,分别对节点位置误差未调整和调整的结构进行了静力加载试验,试验结果表明:误差调整后的结构试验位移值比未调整的小,误差调整后的结构杆件轴力分布较合理,且荷载-位移曲线和荷载-轴力曲线都具有较好的线性关系,结构的受力性能得到了改善。