大跨度复杂钢结构施工力学模拟的研究与应用

随着我国经济的发展,大跨度空间钢结构的形式也日趋复杂,施工过程对结构的影响不能忽略.结构施工过程中的力学问题属于施工力学的范畴,是耦合了时间与空间的四维分析.采用施工力学方法对三个大跨度复杂钢结构工程进行施工过程跟踪模拟分析,同时将有限元计算结果同实际监测结果进行对比.研究表明:进行施工过程模拟分析不仅可以优化施工方案,而且可以保证施工过程中结构的安全并使成型结构的内力和变形满足设计要求.在此基础上,给出一些关于大跨度复杂钢结构施工的建议和意见,为施工力学学科的研究和发展提供了参考.     

梁–H型柱弱轴刚性拼接的子结构抗倒塌性能试验研究

梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分,明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应,以两跨三柱型组合梁–柱子结构为研究对象,设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接子结构试件（RWUF）和全螺栓连接子结构试件（RWUT）。对两种子结构试件进行单调静力加载试验并分析其破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明：两种试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段（梁机制与悬链线机制的混合阶段）,且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段,悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用;试件的断裂均发生在梁段拼接处,RWUF在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展,直至丧失承载力,RWUT的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂;螺栓发生有限滑移后,螺栓孔壁持续受到挤压,并发生轴向变形有利于塑性铰的转动,也为轴力的传递提供了路径,结构受荷后期悬链线效应显著,整体抗力得到提升。基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知,节点的非线性转动能力直接影响结构的抗倒塌能力,弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。     

地震作用下钢框架结构竖向连续倒塌可靠度分析

通过建立典型钢框架的连续倒塌分析数值模型,使用拉丁超立方抽样方法抽取随机样本进行可靠度分析,考虑结构参数的不确定性影响,确定完好结构在地震作用下发生局部损坏的概率。以大震作用下可靠度指标最小的构件作为结构的失效构件,基于整体可靠度方法,采用拆除构件法对失效构件进行拆除并施加地震荷载进行分析,得到不同失效模式下受损结构发生连续倒塌条件可靠度指标和失效概率。最后结合失效构件的失效概率,研究结构在地震作用下的连续倒塌全概率可靠度。研究表明,运用可靠度理论对钢框架结构进行连续倒塌可靠度分析,可以直观地得到地震作用下钢框架结构发生连续倒塌的概率,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。     

基于纤维模型的顶底角钢腹板双角钢连接组合梁柱子结构抗倒塌机理分析

为研究不等跨顶底角钢腹板双角钢连接组合梁柱子结构的抗倒塌机理,对一个缩尺比1/3的两跨三柱型梁柱子结构进行了单调静载试验。试验结果表明：压拱机制主要提高了组合梁负弯矩区的受弯承载力,通过增强梁机制可以提升子结构的倒塌抗力,角钢发生断裂后,楼板迅速连结剩余构件形成新的传力路径,悬索机制显著发挥;因短跨组合梁率先发生破坏,子结构效能发挥效率仅为83%。在考虑子结构各部件接触关系及损伤演化的基础上,通过组件法对梁柱连接部件进行合理简化;基于OpenSEES形成高效的数值方法,并基于纤维模型进行参数分析,明确高跨比对子结构抗力的影响。研究结果表明,当高跨比较小梁的高跨比大于1/14,高跨比较大梁退出工作后,剩余结构无法提供更高的抗力,角钢断裂时子结构达到峰值荷载;当梁的高跨比小于1/17,钢筋在小变形阶段进入受拉状态,受压区混凝土与钢筋的应力异向加速混凝土的强度退化,并削弱组合梁受弯承载力;高跨比较大梁主导梁机制的发展,其退出工作后梁机制开始下降;双跨梁的不对称轴力可使压拱机制提前退出工作,有利于悬索机制的形成。     

基于节点刚度的钢框架梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

以钢框架中3种不同连接节点形式（栓焊连接、顶底角钢腹板双角钢连接和腹板双角钢连接）的两跨三柱型梁柱子结构为研究对象,通过对中柱施加静力荷载的大变形试验考察梁柱子结构在中柱失效连续倒塌条件下的破坏模式、力学形态和抗倒塌机理。结果表明：栓焊连接试件因梁柱节点处梁端受拉翼缘发生断裂而失效;顶底角钢腹板双角钢连接试件为梁柱相连的受拉角钢在螺栓孔处发生断裂,且因梁端腹板螺栓孔发生承压破坏而失效;腹板双角钢连接试件因腹板两侧角钢在螺栓孔处断裂而破坏。梁柱节点刚度对结构的抗倒塌性能影响较大,腹板双角钢连接试件主要通过悬链线机制提供抗力;而其他两类试件在加载前期主要通过梁机制提供抗力,进而转变由悬链线机制来抵抗外部荷载。其中,顶底角钢腹板双角钢连接试件在后期更能充分发展梁端节点转角和梁截面轴力,表现出更为富余的抗倒塌能力储备。     

不同梁线刚度情形下组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

钢框架结构某根柱失效后,与失效柱相连的双跨梁对剩余结构的内力重分布和实现再平衡起到关键作用,而此时相邻双跨梁的线刚度对结构抗倒塌性能具有显著影响.以栓焊连接节点组合梁柱子结构拟静力试验结果作为校验,验证有限元建模方法的正确性.并建立了不同梁线刚度情形下的组合梁柱子结构足尺模型,重点分析了不同梁线刚度对组合梁柱子结构的内...     

任意厚度非加劲钢板剪力墙与防屈曲钢板剪力墙的通用拉杆模型

钢板剪力墙在墙板屈曲后仍具有一定的抗压能力,板厚越大,抗压能力越强,对结构整体性能的影响也越大,现有的简化模型尚不能很好地考虑该效应.为此,首先分析了计入压应力的钢板墙的受力状态,进而推导了考虑墙板抗压能力的钢板剪力墙的刚度、承载力和屈服位移的计算式,并据此提出了一种通用拉杆模型.该模型仅通过调整经典多拉杆模型中拉杆的...     

腹板开孔组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

腹板开孔梁因可提高空间利用率、经济美观、降低自重等特点被应用于钢结构建筑物中,而关于此类结构的抗倒塌性能研究较少,因此,有必要对此类结构的抗倒塌性能及关键参数进行研究.本文利用ABAQUS软件建立腹板开孔组合梁柱子结构的精细化有限元模型,以组合梁柱子结构的静力加载试验结果作为校验,验证了有限元建模方法的正确性.在此基础上,分析了开孔端距、开孔直径对腹板开孔组合梁柱子结构抗倒塌性能的影响,结果表明：不同的开孔端距会影响子结构边柱孔的破坏情况,而不同开孔直径会影响结构的断裂位置;模型的承载能力与开孔端距呈正相关,与开孔直径呈负相关;开孔端距与开孔直径对子结构的抗力发展影响较大.通过给出上述参数的合理取值范围建议,为腹板开孔组合结构抗倒塌设计提供依据.     

喷涂保温材料冷弯薄壁型钢组合墙体抗震性能试验研究

喷涂保温材料冷弯薄壁型钢组合墙体是在冷弯薄壁型钢骨架区格内设置聚苯乙烯泡沫板,并在骨架外侧喷涂轻质保温材料制成。通过对1个冷弯薄壁型钢骨架试件和2个喷涂保温材料冷弯薄壁型钢组合墙体试件的低周反复加载试验,分析了试件的受力过程和破坏形态,研究了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、抗侧刚度以及延性等力学特征,并将试验结果与已有的两侧挂板冷弯薄壁型钢组合墙体的试验数据进行了对比分析。研究结果表明:冷弯薄壁型钢骨架的节点刚度较弱,承载能力较低,不宜单独作为抗侧力构件;与两侧挂板冷弯薄壁型钢组合墙体相比,轻质保温材料的连续喷涂使得组合墙体更具整体性,其承载能力和抗侧刚度显著增加,并具有良好的抗震性能。     

某体育馆复杂空间管桁架相贯节点承载力分析

以某体育馆复杂空间管桁架的圆钢管相贯节点为背景,应用有限元程序对相贯节点在特定受力情况下的节点承载力进行了分析,提出了一种较为可行的节点承载力的判定准则和有限元计算方法,以作为对现行钢结构规范的相贯节点计算方法的数值计算补充;并对有限元分析过程和其中碰到的问题进行了较为具体的阐述,供相关研究和设计人员参考。