实腹式冷弯薄壁型钢门式刚架模拟分析方法研究

提出采用梁-弹簧单元模拟冷弯薄壁型钢门式刚架节点的工作性能和考虑了构件初始几何缺陷影响的有限元模拟分析法,对已有冷弯薄壁型钢门式刚架试验模型进行模拟分析.对比计算结果显示,有限元计算结果与试验结果吻合较好,表明有限元模拟分析方法是正确、可靠的.     

开长圆孔轴压构件畸变屈曲承载力试验

对26根腹板开长圆孔和未开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析构件的屈曲模式和极限承载力。利用现行国家规范GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、北美冷弯钢结构构件设计规范AISI S100-2012计算构件承载力及非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较。在此基础上,对腹板开长圆孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明:对于中等长度腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现局部、畸变和整体屈曲的相关作用;腹板开孔对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用;采用折减构件有效截面面积的修正方法可计算开长圆孔构件的畸变屈曲稳定承载力。     

高强冷弯薄壁型钢帽型截面连续檩条受力性能研究

对24根两种截面形式为TS40和TS61的G550高强冷弯薄壁型钢帽型截面两跨连续檩条进行了受弯性能试验研究,并在此基础上利用有限条软件CUFSM结合直接强度法对两种截面两跨的试验檩条进行了极限承载力的计算,计算结果与试验结果吻合较好。同时,采用非线性有限单元法对各试件进行模拟分析,并与试验结果进行比较。结果表明:大部分试件的试验极限承载力均略高于直接强度法计算得到的极限承载力,用直接强度法进行高强冷弯薄壁型钢帽型截面两跨连续檩条的设计是可行的,且计算结果偏于安全;有限元分析得到的各试件极限承载力和试验结果吻合较好,有限元分析方法能很好地模拟高强冷弯薄壁型钢帽型连续檩条的受力性能,计算结果具有较高的精确度。     

腹板开圆孔冷弯卷边槽钢轴压构件畸变屈曲承载力试验及计算方法

对26根屈服强度为235 MPa的腹板开孔和未开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析构件的屈曲模式和极限承载力。将我国及北美相关规范计算的构件承载力以及非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较,并对腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明:对于中等长度腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现局部、畸变和整体屈曲的相关作用;腹板开孔对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用;采用折减构件有效截面面积的修正方法可计算开孔构件的畸变屈曲稳定承载力;非线性有限元方法可用于腹板开孔冷弯薄壁型钢构件的屈曲模式和极限承载力的分析。     

高强冷弯薄壁型钢柱畸变屈曲研究

随着冷弯薄壁型钢构件朝着高强、超薄和复杂截面形式的趋势发展,畸变屈曲成了近年来国内外冷弯薄壁型钢结构研究领域的重要课题。在查阅大量文献和已有试验结果的基础上,利用有限元着重研究了不同腹板高度、翼缘宽度、卷边高度、厚度、长度、初始缺陷值大小对高强冷弯薄壁型钢槽形截面轴压构件的屈曲形式和极限承载力的影响。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件试验研究及承载力分析

对63根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件进行试验研究,分析了构件的屈曲模式和极限承载力,并将参考AISI规范、澳洲规范和北美规范及我国现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）计算的构件承载力与试验结果进行分析比较。在此基础上,对高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明：高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件在宽厚比较大时会出现畸变屈曲模式;采用等效板件方法计算加劲板件有效宽度后,我国《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）适用于屈曲强度550MPa、厚度小于2.00mm的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力计算。     

超薄冷弯型钢C形截面构件轴压承载力分析

分析了壁厚不同对冷弯薄壁型钢C形截面轴压构件抗压承载力的影响,运用有限元软件ABAQUS对构件进行了线性屈曲分析,并结合有限条程序CUFSM,通过直接强度法计算了不同厚度冷弯薄壁型钢构件极限承载力,得出了一些有意义的结论。     

冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管试验研究及承载力分析

对32根壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件进行试验研究,分析构件屈曲模式和极限承载力,采用GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和ABAQUS有限元程序计算构件承载力并与试验结果进行分析比较。结果表明:冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件由于板件宽厚比较大易发生局部屈曲,通过GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》可用于壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件的承载力计算,Abaqus有限元程序能较好地模拟冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件的屈曲模式和分析其极限承载力。     

冷弯薄壁C型钢轴压短柱承载力计算方法的改进

用我国规范有效宽度法求得的冷弯薄壁型钢短柱构件极限承载力高于试验结果,倾向于不安全。所以,通过分析提出,按照《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中的有效宽度法计算组合截面冷弯薄壁型钢受压构件承载力时,可以对计算结果乘以一个修正系数以示其原结果的不安全程度。由于有效宽度法在计算试件极限承载力时存在不安全性,因此本文引入另一种适用于冷弯薄壁型钢构件的计算方法,即直接强度法(Direct Strength Method,DSM)。将直接强度法和有效宽度法计算求得的短柱极限承载力与试验结果进行对比,结果表明,直接强度法的计算结果与试验值更为吻合,为使其结果更加经济、安全,本文提出适用于计算组合截面冷弯薄壁型钢受压构件承载力的直接强度法建议公式。     

冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力,对15根轴心受压的冷弯薄壁卷边槽钢进行了破坏性试验,并采用有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的有效性,然后对典型截面构件进行大量的有限元参数分析。研究结果表明：冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力随着构件翼缘宽厚比、腹板高厚比、长细比以及钢材强度的增大而减小。通过参数分析得到了考虑局部屈曲、整体屈曲和畸变屈曲影响的构件屈服强度折减系数,提出了冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法及其相应计算公式,且通过试验验证了本文折减强度法计算卷边槽钢轴心受压构件极限承载力的适用性。     

PEC柱-型钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究部分包裹混凝土(PEC)柱-型钢梁框架中节点的抗震性能,以端板厚度、柱翼缘宽厚比以及是否增设背垫板为参数,对4榀焊接H形钢部分包裹混凝土柱-型钢梁框架中节点进行低周反复荷载试验,分析其破坏模式、承载力、滞回性能及延性等。并以此为基础,建立有限元拓展模型。试验和有限元结果表明：各节点滞回曲线均为饱满的梭形;节点处梁翼缘、腹板变形明显,节点域出现塑性铰;端板厚度由18mm增加到24mm,节点承载力提升7.1%;柱翼缘宽厚比由8减小到6,节点承载力提升17.3%;增设背垫板后,节点承载力提升14.2%;加载过程中节点刚度退化稳定,屈服后承载力退化系数约为0.9;节点位移延性系数介于3.72~5.34之间,等效黏滞阻尼系数介于0.537~0.619之间;节点破坏时,层间位移角介于1/26~1/24之间,变形性能满足抗倒塌设计要求。基于节点受力分析,建立节点域抗剪计算模型,提出PEC柱-型钢梁框架中节点受剪承载力计算公式,计算结果与试验值及有限元模拟结果较为吻合。     

冷弯型门式刚架结构极限承载力有限元分析

对冷弯型门式刚架结构在竖向荷载作用下的变形、极限承载力和破坏特征进行了分析,并验证了该方法的正确性和可靠性,考察了改变节点板尺寸参数对冷弯型门式刚架竖向承载力和刚度的影响,结果表明合理增大节点板尺寸可以有效提高刚架的竖向承载力和刚度。     

基于钢板连接的夹芯墙板-钢框架装配式体系抗震性能

为了研究基于钢板连接的夹芯墙板-钢框架体系的抗震性能,首先对钢板连接下的夹芯墙板与钢框架进行了抗剪性能试验,研究了连接钢板的抗剪性能,然后进行了1榀连接钢板厚度为3 mm夹芯墙板钢框架体系、1榀连接钢板厚度为6 mm夹芯墙板钢框架体系和1榀对比空框架体系的低周往复试验,分析了各试件的失效模式、滞回性能、耗能能力以及刚度退化规律等,最后综合评价其抗震性能。结果表明:连接钢板的平均抗剪承载力为59.8 kN,并且连接钢板的焊接质量会影响其受力性能,造成墙板框架体系正负向极限承载力的不对称,最大相差达到25.1%; 当连接钢板较薄时,连接件撕裂与开焊,除连接件附近混凝土开裂外,墙板基本完好; 当连接钢板较厚时,连接件基本完好,墙板斜对角开裂破坏,加厚钢板虽能提高体系的初始刚度,但延性有所降低; 增设墙板能提高主体框架的承载力、延性与耗能能力等,并且墙板与钢框架之间协调变形,表现出良好的整体性; 当水平位移较大时,墙板与框架形成对角斜撑机制; 研究成果可为后续开展夹芯墙板与框架相互作用机理的研究提供理论指导。     

偏心支撑钢筋混凝土框架的试验研究与极限分析

通过对 4榀具有同一外形尺寸及配筋而具有不同形式的带有偏心角钢支撑的钢筋混凝土框架和 1榀相同尺寸及配筋的钢筋混凝土框架的对比性试验 ,研究了上述试件的抗侧刚度、极限承载力及结构的耗能等各项指标 ,探讨了偏心角钢支撑钢筋混凝土框架结构的受力特点 ,并对其极限状态进行了理论分析     

大悬挑变截面梁折线形斜柱钢刚架受力性能试验研究

大悬挑变截面梁折线形斜柱钢刚架,结构型式不规则、受力复杂。为考察其受力性能,评价其安全性,对该结构进行了设计验证和极限承载力的缩尺模型试验研究和有限元分析。试验研究表明：变截面梁折线形斜柱钢刚架在设计荷载作用下均处于弹性状态,在极限承载力试验中,变截面梁与折线形斜柱连接部位最先屈服,2.56倍设计荷载时结构达到极限状态。结合试验结果与有限元计算结果,分析了结构的受力变形特征和内力分布规律,分析表明,有限元计算结果与试验结果吻合良好,试验结果验证了理论分析与原型结构设计的正确性;研究表明,折线形斜柱大悬挑钢刚架结构在保证顶部水平约束的情况下,具有较高的承载能力和足够的安全性。     

Cyclic Experimental Behavior of CFST Column to Steel Beam Frames with Blind Bolted Connections

This paper aims to investigate the seismic behavior of blind bolted end plate composite frames between square or circular concrete filled steel tubular (CFST) columns and steel beams. Two composite frames were tested under a constant axial load on the CFST columns and a lateral cyclic load on the frame. Each specimen composed of CFST columns and steel beams was selected to represent a plan frame in an assembly building. Failure pattern of the type of frames was analyzed to comprehend the structural response. The seismic resistance ability of the blind bolted CFST frames was also estimated in terms of hysteretic curves, ductility and energy dissipation etc. The effect of column section type and end plate type on the type of semi-rigid CFST frames was studied. The test results showed that at the same steel ratio of the column section, the bearing capacity and energy dissipation of square CFST frame were higher than those of circular CFST frame at ultimate state. Strain response of main members in each CFST frame was also estimated. The internal force analysis of the test CFST frames with semi-rigid connections was discussed and evaluated the effect of the bending moment distribution. It was concluded that the novel typed CFST frames exhibited excellent seismic performance and structural internal force redistribution. The experimental studies will be useful for design and application of the blind bolted CFST frames in fabricated steel structure building.     

钢板-超高性能混凝土梁有限元分析研究

为了研究钢板-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,在钢板-UHPC-T组合梁方案下,以钢板厚度、钢板强度等级、UHPC抗拉强度和UHPC极限拉应变为参数,利用ABAQUS软件进行了有限元分析。结果表明:钢板厚度和钢板强度等级的改变对组合梁抗弯承载力的提高作用较为明显;UHPC抗拉强度的提高可以适当提高开裂荷载;UHPC极限拉应变的增加可适当提高梁体的延性。     

多腔体方钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

对9个多腔体方钢管混凝土柱进行了轴压试验,研究了腔体数量、钢管与内部腔板壁厚比t/t1对试件承载力、延性和变形能力的影响.同时使用ABAQUS软件对多腔体方钢管混凝土柱进行了全过程受力分析,模拟结果与试验结果吻合良好.结果表明:在达到承载力之前,单腔体方钢管混凝土试件已经发生鼓曲,鼓曲在达到承载力后迅速增大从而导致焊缝...     

装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能试验研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和适宜端板连接组成框架,通过钢筋桁架混凝土组合楼板形成了新型装配式组合框架。为了解装配式钢管混凝土组合框架在地震作用下的抗震性能和受力机理,进行了2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边高强度螺栓和平齐或外伸端板连接形成的组合框架的水平低周反复荷载试验,研究了柱截面形式和端板连接类型对组合框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了此类组合框架在水平低周反复荷载作用下的受力全过程和楼板裂缝发展规律,得到了此类结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,单边螺栓端板连接装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,延性系数μ为2.13~4.28,能量耗散系数E为0.652~0.90。在柱截面含钢率相同条件下,圆钢管混凝土组合框架的承载力小于方钢管混凝土组合框架,其延性、耗能性能优于方钢管混凝土组合框架。研究成果将为我国装配式钢管混凝土组合框架设计理论与应用提供科学依据。     

两边连接钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构#br# 抗震性能研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和端板组成框架,薄钢板剪力墙与钢梁采用两边连接方式,形成钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构。为获悉两边连接钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架的抗震性能和破坏机理,对2榀2层单跨钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架试件进行水平低周反复荷载试验,研究柱截面类型、墙梁连接方式和半刚性节点类型对该体系破坏形式和抗震性能的影响。在试验过程中观察结构的破坏特征和发展,分析滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力以及主要构件的应变规律。研究结果表明,两边连接钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,其弹性刚度比纯装配式钢管混凝土框架结构提高了163.8%~249.4%,水平极限承载力提高了41.0%~97.1%。采用OpenSees程序建立钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架的非线性分析模型,通过试验结果验证计算模型的准确性,为该结构体系的理论分析提供基础。文章研究结果将有助于钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构的应用和推广。