不同火灾工况下钢梁-钢管混凝土柱平面框架受火全过程分析

采用多尺度建模方法建立了考虑钢材高温蠕变的三层三跨钢梁-钢管混凝土柱平面框架火灾全过程热-力耦合数值模型,研究不同火灾工况下平面框架经历常温加载、恒载升温、降温和火灾后等不同受火阶段的力学性能。在与已有试验对比验证的基础上,分析了框架经历升温和降温后受火钢梁跨中挠度和受火柱顶轴向变形与升降温时间关系,计算了火灾后框架底层柱底水平荷载P-框架顶层水平位移Δ关系曲线。研究结果表明：钢材的高温蠕变是钢材在热力耦合作用下应变的一部分,计算过程中需要考虑其影响;钢梁在升温过程中由于高温膨胀对框架柱产生外推作用,而进入降温阶段后钢梁产生明显的收缩变形;框架底层三跨同时受火时钢梁跨中挠曲变形最大,受火初期柱顶轴向压缩变形小于膨胀变形;受火后框架水平承载力和初始刚度均随受火区域的增大呈下降趋势。     

基于多尺度建模的钢管混凝土组合框架耐火性能数值模拟

钢管混凝土组合框架在局部火灾作用下可能会出现由于受火柱破坏而引发的结构连续性倒塌破坏。在合理选取钢材与混凝土的热-力本构模型的基础上,合理选取了组合框架中梁柱构件单元模型及其相互作用模型,基于ABAQUS软件用多尺度建模方法建立了局部火灾作用下三层三跨钢管混凝土平面组合框架的数值模型,对4种典型火灾工况下结构整体变形、内力分布、破坏机制等进行了分析研究,并在此基础上进行了不同火灾工况下组合框架的耐火极限计算。结果表明:框架中间层受火时,由于周围构件的约束作用明显而使得其耐火极限最大。     

创新与工程实践相结合的土木工程专业毕业设计模式探讨

毕业设计是土木工程专业本科教学过程的最终环节,是为培养学生工程应用能力和科研创新能力而进行的综合训练,是对本科四年所学理论知识和专业知识系统性的检验与应用,体现学生解决复杂工程问题的实践能力。传统土木工程专业本科毕业设计主要以工程设计为主,注重培养学生工程实践能力,而忽视了科研创新能力的培养,不利于土木工程专业毕业生的全面发展。以兰州理工大学土木工程专业建筑工程方向毕业设计为例,通过问卷调查,分析现有土木工程专业毕业设计过程中存在的主要问题,探索科研创新与工程实践相结合的土木工程专业毕业设计模式,以期为同类院校土木工程专业建筑工程方向毕业设计教学提供参考。     

钢管混凝土平面框架子结构抗连续倒塌精细有限元分析

竖向关键构件失效后,结构的抗倒塌能力主要以失效柱上部钢梁的梁机制和悬链线机制为主。选取"两跨三柱"型钢管混凝土平面框架子结构形式为研究对象,采用精细有限元法细致剖析竖向荷载全过程作用下平面框架的倒塌全过程,分析中柱竖向位移与承载力的全过程曲线特征,研究不同几何和物理参数对框架的抗力曲线的影响规律。结果表明:中柱承载力P-竖向位移Δ曲线分为四个阶段:梁机制阶段、转换机制阶段、悬链线机制阶段、破坏阶段。综合抗力指标和位移延性指标可以看出,钢梁翼缘厚度和钢管含钢率对该类结构的抗连续倒塌影响较为显著,工程实际设计和应用中应予重视。     

采用静-动力转换方法的钢管混凝土框架受火倒塌非线性分析

火灾引起结构倒塌不同于其他瞬时倒塌破坏（地震、冲击或者爆炸）,倒塌全过程为准静态平衡和动态相结合的复杂过程,为研究局部火灾引起的钢管混凝土框架结构倒塌破坏机理和动力响应,该文基于ABAQUS预定场和重启动功能,采用静-动力转换分析方法进行了某9层钢管混凝土空间框架结构体系的受火连续性倒塌非线性分析,研究该结构第6层角部开间受火场景下的倒塌破坏模态,分析梁、柱构件受火失效引起的空间框架全过程倒塌机理及整体结构产生动力效应的影响规律。框架梁柱构件均采用纤维梁单元,钢筋混凝土楼板采用分层壳单元,钢材和混凝土材性采用自定义开发的单轴本构材料模型。分析结果表明,静-动力转换方法可以较好地模拟结构受火倒塌全过程,节省了计算时间,又反映了结构的动力特性。由空间框架倒塌全过程示意可知,角柱失效后触发结构发生局部连续倒塌破坏,倒塌临界时间为253min(4.2h),结构整体的耐火时间远大于单个构件的耐火要求。火灾引起结构的局部倒塌全过程分为五个阶段：受火初期膨胀阶段,局部屈曲阶段,短暂平衡阶段,卸载阶段和局部倒塌破坏阶段,前四个阶段为长持时的准静态分析,第五阶段为非线性动力问题;此外,受火区域竖向构件失效后,其卸载传力路径遵循就近原则。     

钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点抗倒塌能力研究

该文基于ABAQUS/Implicit建立了钢管混凝土柱-H形钢梁栓焊混合节点抗连续倒塌数值模型。为提高该类节点的抗倒塌承载力,采用了波纹腹板H形钢梁和下翼缘加腋构造。分析该类节点在竖向荷载作用下的破坏特征和失效机理,并考虑波纹腹板的“折叠效应”对节点抗倒塌能力的影响。研究结果表明,钢管混凝土柱-平腹板H形钢梁节点(J-WB-O)的破坏出现在环板和钢梁连接位置,而钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁加腋节点(J-CW-AP)的破坏远离环板与钢梁连接位置,延缓了钢梁下翼缘断裂;此外,J-WB-O节点钢梁全截面提供倒塌抗力,而J-CW-AP节点在加载初期波纹腹板几乎不提供倒塌抗力,当下翼缘断裂后波纹腹板开始受力,并且随着裂缝的向上延伸波纹腹板截面依次呈现受拉状态,表现为波纹腹板波纹逐渐拉开的过程即为“折叠效应”,延缓了腹板开裂和局部屈曲。对比普通栓焊混合节点J-WB-O,波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点J-CW-AP的极限承载力与延性分别提高了67.2%和62.3%。基于抗力机制分析,给出了钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点抗倒塌承载力简化计算公式。     

长期荷载作用下内配工字型钢方钢管混凝土偏压柱力学性能分析

利用ABAQUS软件建立了考虑长期荷载作用下的内配工字型钢方钢管混凝土偏压柱的数值分析模型。通过与已有试验数据对比,验证了数值模型的合理性。在此基础上,对该类新型组合柱的荷载-挠度曲线、材料应力发展和分布、材料接触应力等进行全过程分析,同时与不考虑长期荷载作用的结果进行对比,并对长期荷载作用下组合柱承载力的影响因素进行参数分析。结果表明:长期荷载作用下组合柱产生了内力重分布,加速了混凝土受拉区和钢材的塑性发展,降低了钢管和型钢对混凝土的约束作用;考虑长期荷载作用的组合柱极限承载力较一次加载的情况有所减小,对应的跨中挠度增大;在计算参数范围内,长期荷载使内配型钢方钢管混凝土偏压柱承载力降低幅度在15%以内。     

全填充墙钢管混凝土组合框架抗连续倒塌性能研究

现有建筑结构的抗连续倒塌设计主要以提高失效柱上部梁构件的梁机制和悬链线机制承载力作为主要的设防目标,忽略了既有非结构构件共同承担竖向构件失效后的抗倒塌能力贡献。为研究填充墙对钢管混凝土组合框架抗连续性倒塌性能的影响,该文对拆除中柱构件后的全填充墙钢管混凝土柱 压型钢板组合梁框架剩余结构进行单调竖向静力加载,获得试件竖向荷载 位移关系曲线、整体/局部破坏模式以及构件关键部位的应变变化曲线,并与钢管混凝土组合框架倒塌试验结果进行对比分析。研究结果表明：该类结构的荷载 位移关系曲线分为四个阶段,弹性阶段、弹塑性阶段、裂缝发展阶段和破坏阶段。填充墙作用可以提高钢管混凝土组合框架的抗倒塌承载力,但结构的延性有所降低。基于试验研究结果,利用ABAQUS/Implicit建立了全填充墙钢管混凝土组合框架抗倒塌精细化有限元模型,并验证了建模方法的合理性。在此基础上,分析了不同填充墙开洞率对钢管混凝土组合框架抗倒塌承载力和破坏模式的影响,发现不同开洞率对试件的初始刚度、峰值荷载和位移延性均有一定影响,研究结果以期为该类结构的抗倒塌设计提供一定的参考。     

考虑火灾全过程的钢管混凝土平面框架受力性能分析

为系统研究钢管混凝土结构的抗火性能,在合理选取钢管与混凝土热力本构模型以及边界条件等基础上,基于ABAQUS软件建立了钢管混凝土柱-组合梁平面框架的热传分析模型和考虑火灾全过程作用的热力耦合数值模型,并与已有试验数据对比验证。在此基础上进行了考虑升降温与外荷载共同作用下框架水平荷载(P)-水平位移(Δ)曲线计算和参数分析,火灾升降温曲线选取ISO-834标准曲线。结果表明:由于火灾作用使得框架的水平极限承载力和初始刚度均有所降低,柱顶轴向压缩量在火灾降温过程中有所减小;柱火灾荷载比、防火保护层厚度以及柱长细比对框架P-Δ曲线形状影响较显著。     

角柱失效下钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌能力研究

为研究角柱失效工况下钢管混凝土组合框架的抗连续倒塌性能,该文设计了1/4缩尺比例的两层两跨钢管混凝土柱-组合梁平面框架试件,对拆除角柱构件的剩余结构进行单调静力加载,获得该类结构的荷载-位移关系曲线、整体/局部破坏模式以及构件关键部位的应变曲线;在此基础上,采用能量等效原理分析该类结构的倒塌等效动力效应,并对该类结构的抗倒塌能力进行简要评估。研究结果表明:角柱失效工况下,钢管混凝土柱-组合梁框架受力过程主要经历了四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、内力重分布阶段和破坏阶段;试件整体破坏主要集中于失效跨,破坏特征主要以钢梁断裂和扭曲变形为主,且二层钢梁先于一层钢梁发生破坏;压型钢板组合板受力过程中与钢梁发生局部分离,部分栓钉拔断;失效跨二层钢梁翼缘开裂时,框架内力通过相邻柱向一层钢梁传递。基于试验结果和能量平衡原理的结构动力响应简化评估方法,发现角柱失效工况下该类结构仍具有15.3%的抗连续倒塌剩余能力。