超高建筑斜交网格筒力学性能研究

斜交网格筒新型结构体系因其强大的刚度,为建造超高建筑提供了有利条件,目前已在国内外有多例成功实践.然而斜交网格外筒作为该体系的重要受力组成部分,力学特性尚不清晰.分析了五种形式的斜交网格筒,总结了竖向和侧向荷载下斜交网格柱、主次结构层梁的受力特点和规律;推导了矩形斜交网格筒模块腹板立面抗弯刚度,修正了斜交网格筒模块抗弯刚度简化计算公式,结果表明斜交网格筒腹板立面对筒整体抗弯刚度贡献显著;进一步推导出三种典型侧向荷载下矩形斜交网格筒顶点侧移的简化计算公式,并基于该简化计算公式编制了楼层侧移计算程序,计算简便、快速,能够精确预测斜交网格筒变形分布.     

基于ABAQUS的斜交网格转换层节点受力性能有限元分析

为了解斜交网格中Y型转换层节点的受力性能,以深圳某超高层建筑交叉网格筒体结构为研究对象,采用ABAQUS软件对基础与首层转换层Y型节点进行了正常使用条件下的数值模拟,分析带内隔板方钢管混凝土柱-钢梁刚性节点的受力和变形特征,验证其构造的合理性.数值模拟结果表明：加载过程中,节点核心区变形不显著,斜柱将先于节点区破坏,节点区将能有效传递斜柱内力,起到良好的联结作用,满足节点承载力大于构件承载力的强节点设计原则.     

高层建筑钢斜交网格筒结构地震易损性分析

为了准确判定斜交网格筒中筒结构在各性能水平下的超越概率,本文基于静力弹塑性分析确定各性能水平的极限状态量化指标限值,并基于增量动力分析的结构易损性分析,建立了相等耗钢量的框架筒中筒结构作为对比。研究结果表明:框架筒结构在结构倒塌之前主要由内筒的连系梁屈服耗散地震能量,斜交网格筒结构的地震耗能过程主要靠外筒斜柱和内筒连系梁。通过静力弹塑性分析确定的结构性能水平极限状态的量化指标,在分析结构的易损性时,更能体现结构的真实破坏状态与失效概率。斜交网格筒结构相较于框架筒结构的抗震性能更优,特别是当结构遭遇超大地震作用时有更大的抗倒塌性能。     

高层建筑斜交网格筒结构抗震概念分析

为了解高层建筑斜交网格筒一核心筒新型结构体系在地震作用下的抗震概念,参照工程实例建立了典型的钢管混凝土斜交网格筒一钢筋混凝土核心筒结构,采用弹塑性动力时程分析方法,基于构件塑性能发展过程明确了体系构件的屈服顺序、探讨了墙肢厚度、斜柱截面、连梁高度等因素对体系构件屈服顺序的影响,总结了内外筒抗震防线的分布特点,分析了体系弹性和塑性阶段抗侧刚度的主要影响因素和关键构件以及体系塑性耗能的关键构件。结合“三水准”抗震设防目标和体系抗震防线分布特点以及构件屈服特点,探讨了该类型结构的抗震概念。     

基于多尺度模型的斜交相贯节点基本力学性能分析

斜交网格结构是一种性能优良的新型结构体系,斜柱相交的节点是保证结构安全的关键部位,也是目前研究的重点.基于所提出本构方程,建立关于钢管混凝土斜交网格相贯节点的多尺度有限元建模方法,对节点构件进行算例分析,结果表明此多尺度模型与实体模型模拟结果相似,可以很好地模拟实际构件,大大降低了计算量.基于提出的方钢管混凝土斜交网格相贯节点多尺度有限元模型,对单调荷载作用下的约束参数进行了分析,建议实际工程应用中约束系数ξ取值控制在3.0以上.设置中心节点板、环向加强版、衬板是一种必要的构造措施,建议取值在1倍钢管壁厚.     

外框斜柱竖向传力交汇点楼层处施工模拟分析

深圳某高层钢结构建筑采用斜交网格外筒+劲型钢柱+钢管柱+钢梁+核心筒结构的结构体系.由于结构的特殊性,在施工过程中增加临时支撑导致该结构额外受力.基于钢结构规范的设计要求,利用Midas软件进行相关施工模拟分析来判断结构的应力和变形是否超过规范的限值,进而判断在施工过程中增加临时支撑是否合理安全.     

斜交网格Y型转换层节点受力性能试验

为了解斜交网格中Y型转换层节点的受力性能,笔者通过对与某实际工程相似比为1:3的2个Y型节点模型进行对称加载和非对称加载静力试验,并利用ABAQUS软件开展对应的数值模拟分析,分析带内隔板方钢管混凝土柱-钢梁刚性节点的受力和变形特征,验证其构造的合理性。试验结果与数值模拟一致表明:加载过程中,节点核心区变形不显著,斜柱将先于节点区破坏,节点区将能有效传递斜柱内力,起到良好的联结作用,满足节点承载力大于构件承载力的强节点设计原则。     

十字截面钢管混凝土柱框架中柱节点抗震性能对比研究

现行框架节点试验研究多侧重于平面节点,而结构和构件在地震作用下均处于空间受力状态,为比对平面节点与空间节点的受力性能差异,以十字形截面钢管混凝土异形柱-钢梁中柱节点为研究对象,设计并制作了两个空间节点模型和两个平面节点模型,通过施加恒定轴压比的竖向荷载和低周反复水平荷载,对节点模型进行了加载破坏试验.结果表明:空间节点和平面节点破坏现象基本一致,都具有良好的延性和耗能能力,平面节点更优.轴压比对节点的承载力和延性性能有一定的影响,随着轴压比增大,延性性能降低.     

钢筋混凝土梁-钢管混凝土叠合柱外加强环式节点受力性能有限元分析

基于实际设计中对采用外加强环式的钢筋砼梁-钢管砼叠合柱节点的抗震性能试验,以3个不同外加强环长度的中柱平面节点为基础并进行的低周反复荷载试验,结合位移与力同时收敛的准则,并应用牛顿-拉夫逊平衡迭代法对该节点加固方法利用非线性有限元方法进行受力性能分析。对节点的荷载-位移滞回曲线进行比较,并对外加强环进行参数分析,研究了外加强环的长度和柱轴压比对节点受力性能的影响,以期设计出能广泛应用到工程实际中"强柱弱梁"概念的砼梁-型钢混凝土叠合柱节点。     

超限映射法的四边形网格划分技术研究

针对在有限元网格划分中进行网格映射的时候出现的映射精度方面的问题,通过引入数值传热学中的无限插值法即超限映射法来实现计算平面对物理平面的精确逼近,提高了网格划分的精度以及单元网格的性态重量,并较为系统地介绍了边界离散、节点编码以及网格质量光顺的方法,最后给出了应用实例.     

隧道高强钢管格栅与钢筋格栅承载特性室内模型试验

强化初期支护使之快速干预围岩应力状态是保障隧道施工及运营期安全稳定的有效途径之一。基于此，从“及时支护，强支护”理念内涵入手，对高强无缝钢管代替螺纹钢筋，以增强初期支护结构承载能力，从而实现变形控制的作用机理进行了研究。通过开展钢筋格栅和钢管格栅在单独受荷，与混凝土共同受荷条件下的室内加载试验，对2种支护结构的破坏形态、变形特征、极限承载力、全过程应力及裂缝发展规律等方面进行了系统分析。研究结果表明：2种支护结构的用钢量基本相同，但钢管格栅最大允许变形量和极限承载力分别为钢筋格栅的1.6倍和1.8倍，验证了高强度无缝钢管可以有效改善格栅结构的承载性能；钢筋格栅表现出折线形压弯破坏，而钢管格栅表现为平滑曲线形破坏，且卸载后回弹变形量更大；钢管格栅混凝土试件具有与钢筋格栅混凝土试件相近的抗弯刚度，极限承载力较钢筋格栅混凝土试件提高了22.5 %；钢筋格栅自身承载力有限，与混凝土形成组合结构后方能具备较高的承载能力；钢管格栅具有高强度高韧性的特点，结构受力合理，可以及时、有效地对围岩提供径向支护力，适合于软弱破碎、早期变形速度快的围岩条件。     

输电线路大跨越钢管塔的应用和结构设计

我国幅员辽阔,河网密布,长江、黄河等大江大河成为了超高压架空输电线路工程的天然屏障,尤其是近几年西电东输,三峡外送,区域联网等电网工程的实施,全国各地涌现了许许多多的大跨越工程.而大跨越工程中,跨越塔的结构设计是整个工程的关键项目之一.我国经过几十年的跨越塔设计经验的积累和发展,已经从起初的钢筋混凝土烟囱塔单一形式,逐步形成了钢筋混凝土、组合角钢、焊接钢板和钢管结构等多种结构形式共同发展的良好局面.本文力求从跨越塔的设计回顾、变化,引出目前跨越塔的主要结构形式——钢管结构,从结构选型、钢材选用、荷载计算、动力效应、内力分析、节点型式、构造要求等诸多方面来详细阐述目前钢管塔的设计和应用情况,以及以往钢管塔设计过程中的一些经验教训.供输电结构专业的同行参考.     

内配格构式钢骨钢管混凝土构件的抗弯性能

对是否设置加劲肋和格构式钢骨等4组内部构造形式不同的钢管混凝土试件进行受弯试验。结果表明:格构式钢骨延缓了试件受拉区混凝土开裂和受压区钢管屈服,有效提高了其抗弯性能。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行数值模拟分析,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上分析钢管径厚比、钢骨肢件间距、钢骨尺寸、钢骨及混凝土强度等对内配格构式钢骨钢管混凝土构件受弯性能的影响。结果表明:影响构件抗弯性能的主要参数为钢管径厚比、钢骨尺寸及钢骨强度;混凝土强度、钢骨肢件间距对其承载性能影响较小。采用中国规范对试件的抗弯承载力进行计算,采用中国规范、美国规范及欧洲规范对试件刚度进行计算,并将计算结果与试验结果进行对比。结果表明:中国规范对该类构件抗弯承载力的计算偏于保守;美国规范和欧洲规范对该类构件抗弯刚度的计算偏于保守,中国规范对抗弯刚度的计算误差较大。     

自密实微膨胀钢管混凝土的研制与应用

为了满足龙潭河钢管混凝土拱桥的建造要求,配制出了自密实C50微膨胀混凝土,该种混凝土具有工作性好、高强、早强、微膨胀等性能.同时研究了该种钢管混凝土的自应变特性和极限承载力等性能,结果表明,核心微膨胀混凝土处于三向受压状态,其极限承载力比普通钢管混凝土可提高7%左右.工程应用效果良好     

钢管混凝土中内配钢骨与混凝土黏结性能试验

为研究钢管混凝土中内配钢骨与混凝土黏结性能,共进行了18个钢管混凝土试件的推出试验.研究了两种内配钢骨与混凝土界面黏结机理和黏结应力分布规律,采用正交试验分析获得了各因素对黏结强度的影响规律,并基于实测数据提出了黏结强度经验计算式.试验结果表明:内配工字型钢和内配钢管的黏结应力-滑移曲线均包括3个阶段,即胶结段、非线性初滑移段和滑移段;影响工字型钢极限黏结强度的因素主次关系为工字型钢截面尺寸、黏结长度、混凝土强度,其极限黏结强度随工字型钢截面尺寸和混凝土强度增大而增大,而随黏结长度增加而减小;影响内配钢管极限黏结强度的因素主次关系为内配钢管截面尺寸、膨胀剂掺量、黏结长度,其极限黏结强度随内配钢管截面尺寸和膨胀剂掺量增大而增大,随黏结长度增大呈减小趋势;峰值荷载下两种钢骨的黏结应力分布曲线均呈负指数分布,其中工字型钢翼缘外侧平均黏结应力约为腹板的1.77倍;钢管混凝土中内配钢管与混凝土黏结性能优于内配工字型钢;与其他学者成果的对比证明本文黏结强度计算式具有较好适用性.     

钢-混凝土组合结构构件工作性能的研究进展

钢-混凝土组合结构构件具有承载力高、塑性韧性好、抗火性能优于钢结构等诸多优点.为了研究其构件的力学性能和工作机理,对钢管混凝土构件、型钢-钢管混凝土构件、钢管混凝土叠合构件、中空夹层钢管混凝土构件工作性能的研究现状进行了总结,对钢-混凝土组合结构构件的研究方向进行了展望.     

热弯钢管CFST-外包RC复合节点受力性能

为研究某体育馆新型复合节点的受力性能,以该体育馆大跨桁架结构弦杆钢管弯曲后竖直插入地下钢筋混凝土框架柱的拱脚为原型,设计了3个采用热弯圆钢管的CFST-外包RC组合节点,进行了节点在弦杆受压、腹杆受拉的复杂受力下加载试验与有限元数值模拟,研究了热弯钢管残余应力、不同弯曲角度以及弦杆根部钢管内是否填充混凝土等对节点破坏形态、承载能力等受力性能的影响。结果表明: 热弯钢管CFST-外包RC组合节点的破坏形态主要为弦杆根部钢管的屈曲破坏,节点承载力取决于弦杆根部受压承载力;钢管热弯产生的残余应力降低了节点刚度且钢管弯曲角度越大节点刚度降低越大,但对承载力基本没有影响;钢管内填混凝土可以显著提高节点刚度和承载力,节点刚度和承载力随钢管直径增大而增大。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析

为了更深入地研究圆钢管再生混凝土轴压短柱的力学性能,对圆钢管再生混凝土短柱、钢管和再生混凝土的受力过程进行了分析,并对钢管和再生混凝土的承载力变化趋势进行了研究,探讨了取代率、含钢率、再生混凝土强度和钢材强度等因素对于圆钢管再生混凝土轴压短柱极限承载力的影响.结果表明:取代率对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响很小;而含钢率、再生混凝土强度与钢材强度对于圆钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力影响较大,并且可以显著提升极限承载力.     

格构式钢管混凝土风力机塔架的设计

针对风力机塔架高度增加使常用的锥筒式塔架结构的力学性能、经济性、施工性下降的问题,探讨了格构式钢管混凝土风力机塔架的设计方法.以某3 MW风力机工程为例,采用钢管混凝土统一理论和简化空间桁架法设计了符合性能要求的格构式钢管混凝土塔架,并给出了柱肢、腹杆及节点构造.基于ANSYS有限元软件分析了格构式钢管混凝土塔架与锥筒式塔架的力学性能和用钢量,结果表明,三肢柱格构式钢管混凝土塔架的设计方法可行,力学性能优越,经济性较好.