焊接空心球节点荷载-位移曲线双线性模型研究

利用ANSYS11.0,采用实体单元建模、线性强化的应力-应变关系和Von-Mises屈服准则,对焊接空心球节点进行弹塑性分析,采用弧长法跟踪球节点的荷载-位移曲线.首先利用试验数据验证了计算模型的正确性;然后对焊接空心球节点进行大量有限元分析,发现节点的荷载一位移曲线具有明显规律,并利用回归分析得出了与焊接球尺寸和偏心有关的屈服系数和刚度系数公式;接着利用正交设计方法,拟合所得数据,给出了与尺寸有关的焊接球节点初始轴向刚度和弯曲刚度公式;最后回归分析得到与尺寸和偏心有关的节点的极限承载力公式,从而最终确立了荷载-位移曲线的双线性模型.     

开洞加劲钢板剪力墙的力学性能研究

针对深圳梅山苑7号楼钢板剪力墙上开洞问题,对开洞闭口加劲钢板剪力墙进行了有限元研究,给出了不同开洞位置和不同开洞率钢板剪力墙荷载-侧移曲线,分析了开洞位置和开洞率对初始刚度、屈曲荷载和极限荷载的影响.研究表明,中间开洞对钢板剪力墙刚度和极限承载力影响较大,可以采用线性公式计算开洞对钢板剪力墙初始刚度、屈曲荷载和极限荷载的折减.     

双层钢板-内填混凝土组合剪力墙整体稳定性分析

考虑几何初始缺陷和材料非线性,对带钢管混凝土端柱的双层钢板-内填混凝土组合剪力墙进行有限元弹塑性整体稳定性分析,研究高度、宽度、厚度、钢板与钢管厚度、混凝土强度和钢材强度等参数对墙体整体稳定性能的影响。通过有限元分析,得到极限稳定承载力、荷载-位移曲线和与组合剪力墙发生失稳时的应力云图。采用三项式和《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的整体稳定系数公式进行分段拟合,拟合出整体稳定系数计算公式。最后提出轴压作用下的组合剪力墙的极限稳定承载力公式。结果表明：拟合公式计算的整体稳定系数略低于有限元模拟结果,说明本文提出的整体稳定系数计算公式较为安全合理。     

型钢桁架混凝土剪力墙的非线性有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS进行了型钢桁架混凝土中高剪力墙和低矮剪力墙的实体有限元分析,得到了型钢桁架混凝土剪力墙在顶部水平荷载单向加载作用下墙体的变形性能,裂缝出现、发展、分布形态,试件破坏的形态,水平荷载-位移骨架曲线,以及试件开裂荷载、极限荷载、初始刚度、屈服刚度等力学指标.结果表明,有限元模型分析结果与试验结果吻合很好,可为此类构件的受力性能分析提供一种有效手段.     

单层单跨变截面轻型门式刚架荷载-位移恢复力模型研究

针对单层单跨变截面轻型门式刚架的恢复力模型进行研究。首先根据整体拟静力试验的破坏过程及现象,确定骨架曲线选用三线型形式,整个骨架曲线需确定6个重要参数,经理论计算获得初始刚度K1和峰值荷载Pmax,其余参数通过有限元参数分析得到的强度、刚度拟合公式确定;经过回归分析建立了弹塑性阶段恢复力曲线卸载刚度退化公式。最后建立门式刚架结构的恢复力模型;恢复力模型与试验得到的荷载-位移滞回曲线比较发现,两者吻合程度较高。     

基于开孔钢板拉压屈服的耗能阻尼器力学性能计算方法与验证

为进一步明确基于开孔钢板拉压屈服的新型耗能阻尼器力学性能,使其能更好地应用于工程,开展了力学性能计算方法的推导与验证研究。根据耗能核心钢板的构造形式以及轴向变形叠加原理,推导出了阻尼器初始刚度、屈服荷载和屈服位移的计算公式。考虑耗能核心钢板的主要构造参数(包括核心钢板厚度、开孔段长度、过渡段长度等)的变化,收集了2个试验试件,并设计了9个用于有限元分析的阻尼器模型。通过有限元建模,得到上述9个耗能阻尼器的力学性能分析结果。利用这些试验结果和有限元模型结果,对本文所提出的计算方法进行验证。结果表明：(1)耗能核心钢板考虑其一定比例的有效高度为初始几何缺陷时,可较为准确模拟阻尼器受力性能,得到的有限元与试验结果误差较小;(2)提出的耗能阻尼器力学性能计算公式较为准确,其中阻尼器初始刚度、屈服荷载、屈服位移理论值与有限元模拟值和试验值的误差较小。     

双开孔钢板连接件单调和重复荷载作用下受剪性能试验研究

通过4个抗剪连接件试件的单调加载和重复加载推出试验,研究双开孔钢板连接件的承载能力、荷载-位移关系、延性、初始刚度、刚度退化及耗能等力学性能。结果表明:双开孔钢板连接件初始刚度大,且具有较好的延性及耗能能力;加载初期荷载-位移曲线呈线性关系,该阶段承载力主要由贯穿孔内混凝土榫提供,随着荷载的增加,试件荷载-位移曲线出现第一个明显拐点,混凝土榫压碎后,荷载-位移曲线出现峰值点,该阶段承载力主要由贯穿钢筋提供;重复荷载下各试件初始刚度值与单调荷载下相差不大;随着加载循环次数的增加,试件刚度不断减小,试件耗能能力逐渐降低。目前国内外已有计算式所考虑因素和计算方法不尽相同,通过国内外87个开孔钢板模型试验结果与各公式计算值的对比发现,日本JSCE公式计算值与试验值吻合度最好。     

Experimental study on shear performance of twin perfobond rib shear connectors under monotonic and repeated loading

通过4个抗剪连接件试件的单调加载和重复加载推出试验,研究双开孔钢板连接件的承载能力、荷载-位移关系、延性、初始刚度、刚度退化及耗能等力学性能。结果表明：双开孔钢板连接件初始刚度大,且具有较好的延性及耗能能力;加载初期荷载-位移曲线呈线性关系,该阶段承载力主要由贯穿孔内混凝土榫提供,随着荷载的增加,试件荷载-位移曲线出现第一个明显拐点,混凝土榫压碎后,荷载-位移曲线出现峰值点,该阶段承载力主要由贯穿钢筋提供;重复荷载下各试件初始刚度值与单调荷载下相差不大;随着加载循环次数的增加,试件刚度不断减小,试件耗能能力逐渐降低。目前国内外已有计算式所考虑因素和计算方法不尽相同,通过国内外87个开孔钢板模型试验结果与各公式计算值的对比发现,日本JSCE公式计算值与试验值吻合度最好。     

单调加载方式下桥墩的有限元建模方法研究

基于钢筋混凝土桥墩低周反复荷载试验结果,利用ANSYS软件,建立了单调加载方式下桥墩的有限元计算模型,讨论了不同的混凝土本构关系和有限元求解方法对计算结果的影响,并将模拟得到的桥墩屈服荷载、极限荷载以及荷载-位移曲线与试验结果进行了对比。结果发现,采用约束混凝土的本构关系可得到更好的收敛效果,但弧长法求解对收敛性影响不大;所建立的有限元模型可以较好的模拟桥墩的屈服荷载和极限荷载。     

有初始荷载作用轴压钢构件预应力加固分析方法研究

对有初始荷载作用的钢压杆的预应力加固分析方法进行研究,建立相应钢压杆预应力加固有限元模型,进行数值计算以及参数分析,计算得到预应力-加固钢压杆极限承载力关系曲线,通过拟合得到有初始荷载作用的预应力加固钢压杆极限承载力的简化计算方法。经与数值模拟结果比较,误差小于5%,表明简化公式有效。     

基于分式析因设计的燕尾榫节点抗弯性能研究

为研究节点尺寸、木材材性和摩擦因数等因素对燕尾榫节点在单向荷载作用下抗弯性能的影响,采用分式析因设计方法,结合有限元模拟技术获得了32组不同工况下燕尾榫节点的初始转动刚度和极限弯矩承载力样本值。基于统计分析给出了不同影响因素对燕尾榫节点抗弯性能影响显著性程度的量化指标,并分别建立了燕尾榫节点初始转动刚度和极限弯矩承载力关于显著性因素的回归模型,最后结合回归模型给出了可直接用于古建筑木结构整体结构计算的燕尾榫节点三参数幂函数模型。结果表明:不同评价指标下各因素显著性程度存在差异,但总体而言,榫高、榫长和摩擦因数这3个因素对燕尾榫节点的初始转动刚度和极限弯矩承载力的影响最为显著;在一定范围内,基于回归模型获得的燕尾榫节点三参数幂函数模型具有一定的可靠性,可利用该公式直接计算获得燕尾榫节点的弯矩 转角曲线,且计算简单便于应用;所得结果可为现存古建筑木结构的燕尾榫节点抗弯性能分析提供参考依据。     

单片开洞薄板墙边缘构件的受力分析

通过一组有、无边缘构件开洞薄板墙的算例,从初始刚度、极限承载力等方面阐述边缘构件存在的重要性;而边缘构件在开洞薄板墙中合理的刚度取值成为问题分析的关键所在,刚度过小会导致墙板锚固不足,难以形成有效的耗能拉力带;刚度过大会导致过大的地震力,难以实现结构多道设防的抗震设计理念。为得到边缘构件合理的刚度范围,从其截面最小惯性...     

型钢自密实混凝土叠合剪力墙恢复力模型

为了研究型钢自密实混凝土叠合剪力墙的抗震性能以及恢复力特性,对1个全现浇型钢普通混凝土剪力墙试件和5个型钢自密实混凝土叠合剪力墙试件进行了低周反复加载试验。通过分析试验所得的剪力墙的水平荷载-位移骨架曲线,建议将其简化为以屈服点、峰值荷载点、极限点为特征点的三折线模型,并根据试验现象以及理论分析结果给出骨架曲线中各特征点参数的计算方法。对试验所得滞回曲线进行回归分析,得到了墙体的抗侧刚度退化规律,据此得出适用于型钢自密实混凝土叠合剪力墙的恢复力模型,并用试验得到的骨架曲线与滞回曲线进行验证。结果表明,由此恢复力模型求得的计算曲线与试验曲线吻合程度较好,该模型可以较好地反映型钢自密实混凝土叠合剪力墙的恢复力特性,可用于计算地震作用下以受弯破坏为主的型钢自密实混凝土叠合剪力墙的荷载-位移滞回曲线。     

三类钢板剪力墙结构试验研究

防屈曲钢板剪力墙已被试验证明是优秀的抗侧耗能构件,但墙板嵌入受弯框架时,二者之间的相互作用尚需进一步研究。为此进行了两层单跨钢框架内嵌防屈曲钢板剪力墙的试验研究,作为比较同时进行了两层单跨钢框架内嵌非加劲钢板剪力墙与两层单跨钢框架内嵌组合钢板剪力墙结构的试验研究。在试验的基础上,对试件进行有限元分析,比较了三类钢板剪力墙之间的性能差异。研究表明,防屈曲钢板剪力墙能够消除无加劲钢板剪力墙在水平荷载下产生的巨大屈曲噪声,具有较大的初始刚度与承载力,拥有良好的延性与滞回耗能性能,而且由于其屈服先于屈曲发生,对周边框架产生的附加弯矩很小;组合钢板剪力墙的性能与防屈曲钢板剪力墙相似,但由于后期外包的混凝土发生脱离,内嵌钢板剪力墙会产生拉力带,不仅对框架产生不利影响,而且自身承载力、刚度与耗能能力均有不同程度的退化。图32表1参12     

Numerical study of built-up double-Z members in bending and compression

The use of the finite element method (FEM) for the design of composed, thin-walled, structural steel members is considered. The bolted double-Z frame member is an interesting and economical engineering solution, already used in practice [1]. However, the European recommendations for the design of steel structures do not consider built-up members from cold-formed steel profiles. Finite element analysis is used to capture the various buckling effects that shape the response of slender thin-walled members. From the finite element model, the importance of initial imperfections and stiffness of connections is identified. The experimentally validated model predictions show that a non-linear finite element analysis can predict the member behaviour, in terms of failure mode and ultimate load, yield line pattern, overall stiffness and local strain in the cold-formed profiles. To obtain a good prediction, overall and localised initial imperfections should be considered and included in the analysis.     

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构水平承载力研究

为研究方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构的抗震性能和水平承载力,进行了一榀缩尺比为1∶3的2层单跨方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构的拟静力试验,得到了其破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等。利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值模拟,分析了方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能、受力机理和破坏机制。基于试验和数值模拟结果,结合理论研究,提出了方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙的水平承载力的计算式,并将其计算结果与试验、数值模拟结果进行对比。结果表明：方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙具有较高的水平承载力、初始刚度及良好的延性和耗能能力,水平承载力计算式的计算结果与试验、数值模拟结果吻合较好。     

混凝土非线性有限元分析中的网格尺寸效应

对混凝土结构进行非线性有限元分析时,存在网格尺寸效应.通过对简支梁划分不同网格尺寸进行分析,讨论了单元尺寸大小对荷载-位移关系及极限荷载等计算结果的影响,提出了把极限拉应变作为网格尺寸的函数,以保证混凝土开裂单位面积吸收的能量唯一,从而有效地消除混凝土非线性有限元分析中的网格尺寸效应.     

实腹式型钢混凝土异形柱边框架拟静力试验及有限元分析

为研究实腹式型钢混凝土异形柱边框架的抗震性能,对1榀缩尺比为1/2.5的两跨三层框架模型进行低周反复荷载试验,对其滞回曲线、层间位移角、延性及耗能进行了分析,结果表明,该框架滞回曲线饱满,抗震性能好。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对试件进行了有限元模拟,并将计算结果与试验结果进行对比,结果显示,两者较为符合。实腹式配钢型钢混凝土异形柱边框架极限荷载较试验值偏大3.31%,极限荷载对应的位移较试验值偏小12.96%,刚度较试验值高。对P-Δ曲线的影响因素进行了分析,结果表明：随着轴压比的增大,框架的水平承载力降低,延性降低。增大肢高肢厚比、梁柱屈服弯矩比,能够较大地提高框架的水平承载力和初始阶段的刚度,但框架的延性有减小的趋势。随着混凝土强度、型钢屈服强度的增大,框架的水平承载力提高,但位移延性没有明显变化。     

高含钢率型钢混凝土压弯构件受力性能影响因素分析

以8个含钢率分别为13.12%和15.04%、截面尺寸为500mm×500mm的型钢混凝土柱水平拟静力加载试验为基础,分析轴压比、含钢率和配箍率对高含钢率型钢混凝土压弯构件荷载-位移骨架曲线的影响。利用有限元分析软件ABAQUS建立试验试件的非线性有限元分析模型,模拟试验骨架曲线,验证有限元分析模型的有效性。以含钢率、轴压比和配箍率为参数,对37个型钢混凝土压弯构件进行参数分析,建模时考虑了型钢和箍筋对混凝土的约束作用,分析各参数对含钢率在20%以内的型钢混凝土柱骨架曲线的影响。结果表明：随着轴压比的增大,不同含钢率试件的屈服点割线刚度、峰值荷载、极限位移和延性水平逐渐接近,高含钢率型钢混凝土柱的优势逐渐减弱;当设计轴压比小于1.2时,型钢混凝土柱试件均具有良好的延性;随着配箍率的增大,峰值荷载和峰值位移均增大,试件延性增大。     

高承载钢板剪力墙抗震性能试验研究

框架-阻尼框筒是以框架-钢板剪力墙代替框架-核心筒结构中的钢筋混凝土核心筒,通过钢板剪力墙提供阻尼和刚度,形成了新的减震体系。基于该体系在超高层建筑中应用需求,完成了2个足尺钢板剪力墙的低周往复加载试验,对比分析了剪力墙在循环荷载作用下的承载力、延性、刚度及耗能能力,并与相应有限元结果进行对比。结果表明,所提出的高承载钢板剪力墙具有优良的延性和耗能能力,屈服荷载和极限荷载分别超过3300kN和5500kN,满足相应抗震设计要求。同时,有限元分析结果与试验结果吻合较好,可用于后续钢板剪力墙的优化。