管桁结构K型搭接节点滞回性能有限元数值分析

在管桁结构中,对于搭接节点隐藏焊缝焊与不焊的问题,现行钢结构设计规范GB50017-2003对此部分焊接未作明确要求.为揭示K型搭接节点隐藏焊缝焊接与否对节点抗震性能的影响,在试验研究的基础上,采用ANSYS有限元软件中的三维四节点弹塑性壳单元shell181建立有限元模型,对管桁结构K型搭接节点隐藏焊缝焊接与否进行了数值模拟,得到了2种不同焊接方式下的K型节点在往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及节点域的应力分布.分析结果表明:隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能优越于隐藏焊缝焊接的节点;搭接节点的最大应力主要发生在两腹杆的搭接处,为此搭接节点的搭接率尽量要小点;ANSYS有限元结果与试验数据的吻合度较好,说明相贯节点的滞回性能的试验通过有限元模拟分析是可行的.     

钢管结构K型搭接节点滞回性能参数分析

为揭示K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊对节点抗震性能的影响,优化了该类节点的施工工艺.按照影响钢管结构搭接节点的关键参数β、γ、τ,设计了基本试件及参数试件,采用ANSYS非线性有限元法,对钢管结构K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊进行了数值模拟,得到了各参数试件的滞回曲线、骨架曲线和延性性能等抗震性能指标.研究结果表明,β、γ、τ参数变化对节点承载力的影响不是十分显著,隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能及延性优越于隐藏焊缝焊接的节点.支主管直径比β越大,节点延性越好;主管径厚比γ越大,节点延性越差.支主管厚度比τ对节点延性影响不大,尤其是τ对隐藏焊缝不焊接节点的延性基本没有影响.     

钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱节点的非线性有限元分析

以简化的Varma模型作为钢材的循环本构关系模型,建立了2类钢管混凝土柱与组合梁连接节点——梁钢筋贯通钢管节点和梁钢筋与上加强环焊接连接节点的三维非线性分析模型,并采用有限元软件ANSYS对其在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了非线性分析。结果表明：由有限元模型得到的低周反复荷载作用下的滞回曲线及骨架曲线与试验所得的结果吻合较好,但在屈服荷载后差异较大;如能恰当地选择材料的本构关系、计算模型和破坏准则,则能够采用有限元模型准确地预测上述2类节点的弹塑性行为和整体抗震性能,并用于节点滞回性能的非线性参数分析。     

钢筋混凝土梁柱边节点滞回性能数值模拟

为准确模拟梁柱边节点在地震条件作用下的滞回响应,建立考虑黏结退化机制的梁柱边节点有限元模型。基于ANSYS有限元平台,采用Voce-Chaboche混合强化模型定义钢筋的循环本构关系,开发组合弹簧单元实现往复荷载作用下钢筋与混凝土间的黏结退化机制,根据损伤理论提出往复荷载作用下黏结滑移本构关系预测模型。有限元计算得到的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、应力云图与试验结果的对比表明：混合强化本构能更好地描述往复荷载作用下钢筋的滞回响应,组合弹簧单元成功地反演了往复荷载作用下钢筋与混凝土的黏结退化特征,往复荷载作用下节点梁中塑性铰的发育导致梁塑性伸长,将对边节点柱造成不利影响,梁柱边节点数值模拟结果与试验结果吻合良好,为准确模拟梁柱边节点的滞回性能提供了理论基础和技术平台。     

利用ANSYS模拟桥墩滞回性能的建模方法

基于钢筋混凝土桥墩低周反复荷载试验结果,利用ANSYS有限元分析软件,建立了桥墩的有限元计算模型,并对其进行了低周反复荷载试验下全过程的非线性有限元分析,得到了桥墩的滞回曲线、骨架曲线以及桥墩在不同受力阶段的破坏形态。将计算结果与试验结果进行对比,发现计算得到的桥墩滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合较好,对于桥墩破坏形态的模拟,也取得了比较理想的结果。     

环口套管加强型T型圆钢管节点的滞回性能研究

为了提高桁架管节点的承载力及抗震性能,采用环口套管加强方式对管节点进行加强.基于有限元分析环口套管加强型管节点在承受轴向循环荷载作用下的滞回性能.通过分析发现:环口套管加强模型滞回曲线包围的面积显著大于未加固模型滞回曲线所包围的面积.同时,由于环口套管提高了节点相贯部位的主管刚度,使得破坏部位于相贯处的焊趾处转移到了套管两端边缘部位的主管表面.此外,基于有限元计算结果,分析了模型的延性比和能量耗散等抗震性能参数.结果表明:加强型节点的延性比和能量耗散值均有大幅度提高.     

蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能

为避免梁柱翼缘相交处的焊缝在地震作用下发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行了低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和低周往复加载试验。充分分析了各框架试件有限元模型和实验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等,探讨蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对此节点框架滞回性能的影响。分析结果表明：蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满,具有良好的抗震性能;等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度,可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力。蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。     

钢结构拼接节点的耗能性能分析

通过对8个高强螺栓拼接节点进行数值模拟分析,得到了节点在循环荷载作用下的滞回曲线,并对其力学性能和耗能性能进行了分析.结果表明高强螺栓拼接节点在循环荷载作用下的滞回曲线饱满,具有较好的耗能性能.     

江南地区抬梁木构建筑馒头榫节点受力性能研究

为研究江南地区抬梁式木构建筑馒头榫节点的受力性能,通过节点试验获取该种榫卯节点在低周反复荷载作用下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、转角刚度。综合考虑馒头榫节点的接触非线性和木材的材料非线性,采用ANSYS非线性有限元方法对其受力性能进行理论分析。结果表明：该种榫卯节点的滞回曲线基本上都呈Z形,具有明显的捏拢特性。该种榫卯试件均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。此外,ANSYS有限元分析结果和试验结果较为吻合,通过分析,获取了馒头榫节点的平面内（竖向）转角刚度K1、平面外（水平）转角刚度K2和扭转刚度K3的相互关系,可近似归纳为12:1:2。研究结果可为江南地区抬梁式木构建筑的计算分析及保护修缮提供理论基础。     

预制空心管桩在竖向荷载作用下的水平承载力研究

通过ABAQUS三维有限元程序分析确定管桩的破坏形式,模拟复合荷载作用下的桩来研究竖向荷载对桩基水平承载力的影响,观察其滞回曲线,分析其抗震能力,总结相关规律,探求改进方法．     

边坡主动防护网力学性能的试验与数值分析

对主动防护网中由钢丝绳网及缝合绳组成的单个防护单元在法向集中荷载作用下的力学性能进行了试验研究,同时采用数值分析方法对防护单元进行了分析,并与试验结果进行了比较。研究结果表明:当未在角部缝合绳与钢丝绳网连接节点处设置绳卡时,由于防护单元角部缝合绳与钢丝绳网之间相互错动摩擦作用,引起角部钢丝绳网与缝合绳连接节点处最先发生破坏,影响了其整体性能;当在角部缝合绳与钢丝绳网连接节点处设置绳卡时,由于绳卡能在一定程度上限制缝合绳与钢丝绳之间的相互错动,试验得到的最大竖向承载力有一定的提高。此外,在试验开始阶段,防护单元存在一部分弹性变形前的非弹性变形,数值计算结果与试验结果存在一定的偏差,当扣除这部分影响时,数值计算结果与试验结果吻合好,数值分析方法能较好的预测防护单元在法向荷载作用下力学性能。     

典型钢框架结构节点的动态力学性能与延性分析

采用ABAQUS有限元软件分析了典型钢框架节点(狗骨式节点、端板螺栓连接节点和T型钢连接节点)抗倒塌性能,通过改变冲击荷载大小得到节点的荷载-位移曲线关系,从而得到节点的动态力学性能。分析结果表明,对于不同类型节点,在冲击荷载作用下均未形成悬索机构,且翼缘削弱部分和螺栓连接是梁柱子结构中的薄弱环节。提出了采用节点延性系数评估连续倒塌过程中节点延性的方法,定义不同类型节点结构动力荷载下的极限转动能力θmax与结构开始形成悬链线效应所达到的转角(θc)比值为节点延性系数。当节点延性系数大于1.0时,表示该节点结构能够形成悬链线效应,进入悬索作用阶段;延性系数越大,结构的安全储备越大。节点延性系数可以用于结构抗连续倒塌设计,评估结构是否考虑悬链线效应,以便对结构进行经济、合理的设计。     

轻钢结构柱爆炸荷载应变率效应影响因素分析

以中国现行轻钢结构设计手册为基础,选取其中一个型号的轻型钢结构柱为研究对象,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立爆炸荷载作用下的有限元数值分析模型,并进行应变率响应数值模拟分析。文章分析了不同工况对轻钢结构柱应变率响应的影响,结果表明,影响轻钢结构柱应变率的主要因素是比例距离和失效应变,而柱高、支座形式等因素对应变率的影响不明显;在设计计算中,将爆炸荷载产生的应变率考虑为常数,将动力强化系数考虑到材料性能中,再将动力反应分析的准静态方法是可行的。文章的研究成果可以为结构的优化设计、防护措施提供重要理论依据。     

基于ANSYS钢筋混凝土开洞连续深梁承载力分析

基于Ashour所做的有关集中荷载作用下两跨连续深梁腹板开洞的试验成果,设定一系列有限元模拟试件,借助于有限元分析软件ANSYS建立有限元模型,对比分析集中荷载和均布荷载分别作用时混凝土强度、开洞大小、洞口位置、竖向腹筋配筋率以及水平腹筋配筋率对试件承载力的影响。     

覆冰导线在斜风下的气动力特性试验和数值模拟

斜风作用下,输电线覆冰舞动往往为控制工况。基于斜风下的输电线气动特性是影响舞动的关键因素。文章主要研究新月形覆冰导线在斜风作用下的空气动力特性,新月形覆冰导线随着风向角的变化,及其三分力系数曲线变化。文章对斜风下覆冰导线三分力系数对传统的斜风分解法进行检验,运用计算流体力学软件Fluent进行数值模拟和风洞试验两种不同方法,对覆冰导线在斜风下的气动力特性进行研究,把风洞试验的测得数据和数值模拟得到的结果进行比较得出,数值模拟和试验结果吻合的很好。     

双向单排配筋T形剪力墙抗震性能试验研究

为了研究多层建筑结构中的双向单排配筋T形剪力墙的力学特性与抗震能力,设计了2个1/2缩尺的双向单排配筋混凝土T形剪力墙模型,分别沿腹板方向和翼缘方向,对其进行了低周反复荷载试验研究,分析了其承载能力、延性性能、刚度退化过程、滞回包络特性、耗能特点和破坏全过程特征。研究表明:在双向单排配筋T形剪力墙的配筋率相等情况下,该剪力墙沿腹板方向的抗震性能优于沿翼缘方向的抗震性能,这种剪力墙节点可以满足多层剪力墙住宅结构抗震要求。     

T形型钢混凝土短肢剪力墙斜截面承载力影响因素研究

为了确保T形型钢混凝土短肢剪力墙发生延性剪切破坏,在对其破坏机理进行试验研究的基础上,采用ANSYS有限元分析软件模拟其破坏形态。在分析过程中考虑水平钢筋的配筋率、混凝土强度、轴压比以及型钢配钢率等影响因素的作用。结果表明:水平钢筋体积配筋率、混凝土强度以及型钢配钢率可以明显改变构件的承载力和延性。     

地震荷载作用下陡倾角顺层开挖斜坡的变形破坏模型试验

在汶川地震灾区,顺层陡倾斜坡是一类地震山地灾害非常发育的斜坡类型,而开挖往往加剧了斜坡的地震山地灾害。为了重现斜坡的变形破坏过程,分析斜坡在地震荷载作用下的变形破坏规律。选取平武县平通镇桑树坪滑坡所处斜坡作为顺层陡倾角开挖损伤斜坡的典型实例,进行地震荷载作用下变形破坏的室内物理模型试验。结果表明,开挖加剧了斜坡在地震荷载作用下的变形破坏。从破坏形式来看,顺层陡倾斜坡的坡变形破坏兼具崩塌和滑动二者特征,与野外调查结果吻合。从整个变形破坏过程来看,可以划分为以下阶段:a.地震初始阶段,此阶段开挖呈契形体岩层在地震作用下沿层面微小滑动,坡脚应力剧增;b.开挖岩层坡脚溃曲阶段;c.全面下滑阶段;d.岩层滑动受阻-倾倒阶段。     

腹部开孔钢筋混凝土简支梁非线性数值模拟

钢筋混凝土开孔梁是降低建筑层高,节约建筑成本的有效途径之一。目前国内外对腹部开孔的钢筋混凝土梁进行了一些研究,但大多局限于试验研究。运用大型结构分析软件ANSYS对六根腹部开有矩形孔的钢筋混凝土简支梁建立空间有限元模型,通过选择适当的单元、材料模型、本构关系对其进行非线性数值分析,将模拟得到的截面抗剪承载力、荷载-挠度曲线与试验结果进行比较,分析结果与试验结果吻合较好,验证了ANSYS分析钢筋混凝土开孔梁的可行性,并进一步对影响开孔梁受力性能的孔洞高度、孔侧加强筋等因素进行了参数分析,得出了一些有价值的结论。     

不同配筋率钢筋混凝土柱应变率效应

混凝土是一种率敏感性材料,正确把握应变率效应对钢筋混凝土构件在强震等动力荷载下力学性能的影响,对结构抗震和抗风设计至关重要。采用CEB规范建议的考虑混凝土应变率效应的动力本构关系,运用纤维模型对钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动力性能进行了数值模拟。对4个钢筋混凝土柱构件的快速加载试验的试验结果与模拟结果进行比较,结果表明所建立的纤维单元模型能够较好预测混凝土柱恢复力特性,验证了基于动力本构的纤维单元模型的有效性。基于此模型,研究了不同纵向配筋率和体积配箍率对钢筋混凝土柱动力性能的影响,结果表明纵向配筋率和体积配箍率对动力性能的影响呈现出不同的特征。