基于能量流动网络的杆系结构易损性

本文从杆系结构的能量流动网络入手,通过折减杆件刚度模拟结构构件受到的损伤,建立了描述结构能量流动网络变化的两个矩阵——结构的流动能量变化矩阵、留驻能量变化矩阵,并由此构造出衡量二者综合变化的结构能量综合变化矩阵.该矩阵同时考虑了杆件受到损伤后对结构其他部分的影响以及结构的其他部分受到损伤后此杆件自身受到的影响,通过对其进行范数计算确定杆件的重要性排序.类比链式法则,由确定的最重要杆件序列的重要性系数确定结构的易损性指标.算例中对连续梁、并联结构、一榀框架和三铰刚架进行了分析,结果表明,本文计算方法的合理性以及应用于结构健康监测等领域的可行性.     

基于损耗因子法的弦支穹顶结构杆件重要性分析

杆件重要性识别是分析空间结构抗倒塌能力的重要途径之一。为识别空间杆系结构杆件重要性,基于能量法研究了损耗因子识别理论,分析了内部损耗因子和耦合损耗因子变化与结构杆件重要性的内在联系。进行了设有荷载缓和拉索的弦支穹顶室内模型破坏试验,通过记录阶跃荷载作用下杆件内力变化时程曲线和节点竖向位移,分析了内部损耗因子和耦合损耗因子随阶跃荷载的变化曲线以及对应的结构杆件重要性。结果表明,子系统损耗因子变化体现了空间杆系结构内力重分布变化的剧烈程度,反映了跳跃失稳破坏过程中的结构失效模式变化,子系统划分越细对结构杆件重要性的预测越准确。利用该方法也解释了弦支穹顶结构极限承载力提高、整体破坏倾向加大的现象。     

单层柱面网壳抗连续倒塌性能

研究了不同荷载布置形式、支承方式条件下,单层柱面网壳的抗连续倒塌性能和倒塌破坏模式,采用基于构件承载能力的敏感性评价指标,分析了初始缺陷、压杆失稳等因素对杆件、节点敏感性指标的影响。结果表明,当采用四边支承时,满跨均布荷载起控制作用,跨中节点为敏感构件,与之相邻斜杆为关键构件;当采用纵向两边支承时,半跨均布荷载起控制作用,杆件和节点的敏感性指标在1/3跨处最大,支座处最小。当考虑初始缺陷时,杆件、节点重要性系数分别增大了41%和53%;当考虑压杆失稳时,杆件和节点重要性系数分别增大了45%和62%。通过对关键构件进行加强,可以优化该类结构的抗连续倒塌性能。     

圆钢管柱-H型钢梁铸钢环板连接节点双向抗弯承载力研究

梁柱连接节点作为钢框架结构的传力枢纽,对框架结构的承载力有十分显著的影响。在实际框架结构中,梁柱节点多数为空间节点,承受双向荷载作用,其力学性能往往与承受单向荷载的平面节点有较大差别。本文借助有限元模拟和微元体受力分析方法,对圆钢管柱-H型钢梁铸钢环板连接节点的双向抗弯承载力性能进行了研究,阐明了该节点在双向弯矩作用下的传力路径和破坏模式。在明确传力路径和破坏模式的基础上,揭示了圆钢管柱-H型钢梁铸钢环板连接节点的双向抗弯承载力性能,提出了节点的双向抗弯承载力计算公式。通过与有限元参数化模拟结果进行对比,验证了所提出的节点双向抗弯承载力计算式的有效性。由本文提出的承载力理论及计算公式可知,相比于承受单向荷载的平面节点,承受双向荷载的空间梁柱节点承载力折减幅度约为24. 3%～31. 0%。     

RC框架结构板柱传力规律及对强震破坏模式的影响

RC框架结构由于空间受力特点,楼板会将部分荷载直接传给框架柱,按楼板全部荷载传给梁的传统设计方法可能导致框架梁在地震中承载力富裕较大,不利于"强柱弱梁"破坏机制的形成。为研究RC框架结构的板柱传力情况,本文通过不同参数的RC框架结构算例有限元分析,对比有板和无板状态下框架结构的线性及非线性响应,考察板柱传力的影响因素及规律,并研究其对框架结构破坏模式的影响。结果表明:框架结构中存在明显的板柱直接传力现象,传力比例与板、柱截面尺寸呈正相关关系,与梁截面高度呈负相关关系;由于中间层与顶层楼板约束状态的差异,中间层楼板传力比大于顶层;非线性阶段,梁端板开裂后板柱直接传力的比例逐渐减小并趋于稳定;相比按现行规范设计,考虑板柱传力设计的框架结构更易出现预期的梁铰为主的破坏模式。     

直线旋转加转换层的输电桁架塔结构力学性能研究

为探究直线旋转加转换层的输电桁架塔结构的整体受力性能,对该结构足尺转换层节点进行了有限元分析,模拟4种不利荷载工况作用下结构的受力与变形响应,从而得到结构各构件的受力情况及传力特点。通过ABAQUS软件得到了各种荷载组合工况下旋转塔各杆件的受力性能及特点、杆件与杆件之间的传力关系以及节点构造的合理性,研究了旋转塔的各种受力性能及变形响应,分析了结构的极限承载力。研究表明,输电桁架塔的整体受力性能良好,旋转塔的刚度、强度和稳定性满足要求,达到安全可靠运行的目的。     

冲击荷载作用下带下部钢管柱单层球面网壳结构动力响应分析

为研究带下部钢管柱的单层球面网壳在冲击荷载下的动力响应,在ANSYS/LS DYNA中建立70 m跨度带下部钢管柱的K8型单层球面网壳与正方体冲击物的数值模型并进行数值分析。根据结构动力响应和最终变形,总结了结构在冲击荷载作用下的4种响应模式,并分析了各响应模式下的动力响应（冲击力、节点速度、节点位移、杆件应力）特点。通过改变冲击点位置以及下部柱高度等参数,分析这些参数对带下部钢管柱的单层球面网壳结构响应模式的影响,揭示了结构响应随各参数的分布规律。研究结果表明:水平侧向冲击作用下结构的冲击力主要为等腰三角形脉冲荷载;冲击柱顶点时,上部结构有杆件失效,结构的节点水平位移和杆件应力最大;冲击柱高度较低时,冲击力峰值较小,节点最大水平位移和杆件最大应力较大。     

矩形钢管单层网壳预埋螺栓装配式节点及其受弯性能试验研究

提出了一种适用于矩形钢管单层网壳结构的新型装配式节点,该节点通过预埋螺栓的方式避免杆件开孔对截面的削弱,构造简单、传力路径清晰,且装配简单方便。通过16个节点的四点弯曲试验,研究了该类节点的受弯性能及失效模式。结果表明：该类节点具有良好的受弯性能,节点受弯能力随螺栓直径的增大、杆件端板厚度的增加以及杆件端板距节点体距离的减小而增强;在弯矩作用下,节点的失效模式主要包括杆件失效、螺栓失效及杆件端板失效;与杆件开孔节点相比,所提节点在受弯承载力及变形能力方面具均有优势,但初始抗弯刚度略低。与试验结果的比较表明,考虑接触效应的非线性有限元分析模型可以较好地模拟节点的受弯性能。     

屈曲约束支撑铰接混凝土框架节点受力性能研究

节点是框架结构中受力较为复杂的区域,也是装配式结构需要解决的核心,合理确定节点区的受力性能,对预测结构破坏形式有重要意义。基于混凝土框架,论文提出一种梁柱铰接形式及一种带屈曲约束支撑(BRB)的梁柱铰接框架体系(BRBF),分析在水平荷载下,梁-柱-支撑节点区的受力性能及传力途径,运用SAP2000,采用Pushover分析方法对结构进行非线性分析,得到BRB在不同连接位置对连接部位的受力影响,并给出节点内力的计算公式。分析表明:在BRBF中,BRB仅与梁连接对节点更有利,BRB与梁连接时,其水平分力向梁跨内传递,竖向分力向梁端传递。     

正交正放单层鞍型网壳在强震下的失效研究

对跨度40m正交正放单层鞍型网壳在强震作用下的失效机理进行研究。通过典型算例探讨结构在强震作用下的响应特征,考察结构的节点位移、不同屈服程度杆件比例、不同失效程度杆件等多项结构响应随荷载强度递增的变化规律;可认为单层鞍型网壳在强震下发生明显的动力强度破坏,综合结构的典型响应提出一种失效极限荷载的确定方法。在系统参数分析的基础上,讨论高跨比、屋面质量、初始缺陷等因素对结构失效极限荷载的影响规律,并讨论考虑下部支承结构刚度因素对上部鞍型网壳强震失效极限荷载、失效模式的影响规律。     

地震作用下钢框架结构抗竖向连续倒塌可靠度分析

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构进行分析,计算得到X、Y两个方向不同地震水平下各钢柱承载能力及变形能力的可靠度指标,根据抗震可靠度相关理论确定目标可靠度指标,通过比较各柱的可靠度指标和目标可靠度,对结构在地震作用下最可能失效构件进行识别。基于所识别的最可能失效构件,结合所生成的100组钢框架结构随机样本,采用拆除构件法对钢框架结构在单柱失效和多柱失效等工况下进行抗连续倒塌IDA分析,得到随机IDA分析曲线。通过结构连续倒塌极限状态方程,计算得到损伤结构发生连续倒塌的概率及连续倒塌条件可靠度指标。采用基于风险的结构连续倒塌概率表达式,分析地震作用下钢框架结构发生局部破坏后的连续倒塌全概率可靠度,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

加强型空间复杂节点试验研究

本文对5个加强型空间复杂节点在轴向荷载作用下的受力性能进行了静力加载试验。采用多功能反力加载系统进行加载试验,考察节点的应力分布状况、传力路径和破坏形态。研究表明,合适的插板放置方式不仅能够增加施工便利性,还能够改变节点的传力路径、减少主管的变形,进而大幅度提高节点承载力。5个试验节点均具有一定的安全储备,节点构造方式可行有效。     

高层钢框架考虑损伤累积效应的地震倒塌分析方法

针对结构倒塌破坏的不确定性,提出一种用于高层钢框架结构在强震作用下结构倒塌全过程模拟的数值方法,该方法采用基于中心差分法的显式积分格式,通过定义结构的层损伤,将修正的K&K模型应用到结构中,以考虑结构在地震作用下强度和刚度的退化规律。通过编制有限元程序将该方法用于分析20层benchmark模型结构倒塌全过程和倒塌机理。分析表明,该考虑材料损伤累积效应的方法能更精确地确定高层钢框架结构的失效极限荷载,且在未知结构的失效破坏模式前提下,可较好地模拟在地震作用下结构的失效路径以及倒塌全过程和揭示结构的倒塌机理。     

基于微观断裂机制的XK型相贯节点极限承载力分析

采用基于微观断裂机制的空穴扩张模型（VGM）和应力修正应变模型（SMCS）对XK型相贯节点进行断裂预测,分析了有限元模型中考虑焊缝构型与否对断裂预测结果的影响。通过与试验结果的对比,证明了合理考虑焊缝构型在相贯节点断裂预测中的重要性,验证了VGM模型用于预测相贯节点在单调荷载作用下延性断裂的适用性。分析了XK型相贯节点在腹杆轴力作用下的破坏模式和极限承载力。结果表明,XK型相贯节点可能在受拉腹杆与弦杆之间的焊缝处发生断裂,这种破坏模式属于强度破坏,节点极限承载力应取该断裂荷载|XK型相贯节点也可能在受压腹杆与弦杆相交处因过大的塑性变形而破坏,此时,节点极限承载力应取荷载-弦杆变形曲线的峰值荷载。XK型相贯节点的破坏模式与节点几何构造和腹杆受力状态有关。     

内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件试验研究

以实际工程为背景,对两榀1/6缩尺内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件模型进行试验研究,分析这种新型转换构件在竖向集中荷载作用下的力学性能和破坏形态,研究构件在受力过程中裂缝的开展规律、钢筋和钢构架的应变变化特点、传力模式。研究结果表明内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件具有承载力高、刚度大、变形能力强等诸多优点,内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件的破坏形态有显著的改善,避免了普通钢筋混凝土转换梁(尤其是深受弯构件)的脆性破坏形态,表现出良好的塑性。内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件充分利用了深受弯构件的拉力拱传力机理,设置钢构架实现了以最短、最直接的传力路线和方式传递上部荷载。     

Beam-column welded RHS connections

T- or X-shape joints are the predominant member connections used for orthogonal plane frames. When rectangular hollow sections (RHS) are used as frame members, experiments show that the most common mode of joint failure is the push-pull local mechanism. This arises in the contact flange and webs of the column member.Over 250 such connections have been tested internationally and some of the theoretical estimations of the joints' resistance are available. On this basis design methods are suggested. The comparison between the actual and predicted strength of joints is given. A regression analysis has been used to obtain the design load.     

矩形钢管混凝土在华敏帝豪大厦中的应用研究

华敏帝豪大厦塔楼结构方案在综合考虑结构抗震性能、建筑功能及经济性后,外围框架柱和转换斜撑采用矩形钢管混凝土构件。介绍了矩形钢管混凝土结构的计算、构造和节点,着重阐述了钢管混凝土斜撑转换构件的设计和构造,并用有限元程序ANSYS对重要节点进行分析。工程实践表明,矩形钢管混凝土结构承载力高、抗震性能好,可显著减小柱断面,与钢框架梁连接方便。最后介绍了矩形钢管混凝土施工中的重要问题。     

钢结构体系中节点耗能能力研究进展与关键技术

钢结构节点的耗能能力是节点性能的一种表现,对结构整体的抗震性能有着重要影响。综述了钢结构连接节点耗能机制的研究现状,以及对高强度螺栓连接的端板式柱梁节点进行了试验研究。结果表明：节点耗能能力可由不同部件提供;不同部件耗能能力的发挥和发挥程度,与相关的变形模式以及不同破坏模式的出现顺序直接相关。指出了在一些承重功能与耗能功能集于同一构件的结构体系中,充分利用节点耗能能力有助于提高结构整体的抗震性能。提出必须对不同类型的结构深入研究其节点的耗能机制、节点耗能与构件耗能的关系,以及相关的设计原则和构造措施。图4表1参51     

Ductility components and limits of FRP-plated RC structures

The structural design of the vast majority of reinforced concrete civil engineering structures relies on the inherent ductility of the members to accommodate changes in load patterns, to absorb energy and to give prior warning of failure. It is such an important fundamental behaviour and requirement, that it simply cannot be ignored in practice without a quantum change in the existing design procedures. The quantifiable ductility of unplated reinforced concrete members is based on the ultimate rotation at concrete crushing failure; this proviso cannot be applied to FRP-plated RC members as the FRP may fracture or debond prior to concrete crushing. Hence, the necessity to quantify or model the ductility of a member at all stages from the initial loading to the end failure is the subject of this paper.     

全装配式钢筋混凝土框架-剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究采用预制剪力墙、预制框架的全装配式RC框架-剪力墙结构的抗震性能,对2榀1/2比例两层两跨RC框架-剪力墙结构子结构模型试件（其中1榀为全装配试件PCFW2,1榀为全现浇对比试件RCFW）进行了低周反复荷载试验,分析了结构的破坏机制、破坏形态、塑性铰开展、滞回性能、位移延性、刚度退化和耗能能力等。结果表明：全装配式试件PCFW2与全现浇对比试件RCFW的开裂荷载相当,破坏过程和最终破坏形态基本相同;灌浆套筒、约束浆锚可有效传递钢筋应力;全装配式试件PCFW2整体性良好,其屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均略大于全现浇对比试件RCFW的相应值,但相差不超过13.0%,位移延性系数较全现浇试件RCFW的略低。在大部分受力阶段,试件PCFW2耗能优于试件RCFW。建议全装配式框架-剪力墙结构中剪力墙的边柱（或边缘）纵筋,采用灌浆套筒连接,其余部分采用约束浆锚搭接连接,而框架湿节点处的后浇混凝土采用微膨胀混凝土。