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.     

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截面积以及屈服强度便可有效考虑墙板抗压能力的影响,应用简便。分析表明,所提出的通用拉杆模型具有与壳单元模型相似的精度,广泛适用于各种几何条件下的非加劲钢板剪力墙以及防屈曲钢板剪力墙的弹塑性分析。此外,目前对钢板剪力墙薄厚程度的划分尚缺乏定量依据,文中根据墙板抗压作用大小的不同,将钢板剪力墙划分为薄、中厚、厚三类,并给出了统一的刚度、承载力和屈服位移计算式,可供工程设计参考。     

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。     

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。     

±800 kV特高压换流站钢框架主控制楼结构设计

主(辅)控制楼是特高压换流站中重要的建筑物,重点阐述位于西北寒冷地区高烈度地震区的±800 kV某特高压换流站钢框架主控制楼的结构选型、结构分析、地下结构设计、节点设计及技术经济分析,对换流站主控制楼采用钢结构设计中的关键技术提出具体建议,为后续特高压换流站工程主控制楼的结构选型及钢结构设计提供借鉴。     

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。     

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。     

轴向荷载作用下小规格拉铆钉和普通螺栓疲劳性能对比研究

拉铆钉因其良好的防松动、抗疲劳和防腐性能以及较强的环境适应性等特点而被广泛应用于航空航天、轨道交通、桥梁建筑等领域。为解决光伏支架中螺栓连接易发生疲劳的问题,现研究一种国产新型拉铆钉的轴向疲劳性能,用以代替普通螺栓连接进而提高光伏支架的疲劳寿命。对LMY8和LMY10小规格拉铆钉及同规格的普通螺栓进行了轴向荷载作用下的静力试验和疲劳试验,并利用ABAQUS软件进行了拉铆钉铆接过程的模拟,利用FE-Safe软件对拉铆钉疲劳寿命进行了模拟。研究结果表明：在同样条件下,铆钉的疲劳性能优于普通螺栓的疲劳性能;拉铆钉在轴向荷载作用下的疲劳断口位于套环和锁紧环槽啮合的第一圈螺纹处,此处应力集中是拉铆钉发生疲劳失效的主要原因;拉铆钉的疲劳寿命会随着最小荷载的增大而提高,随最大荷载的增大而降低;由疲劳云图可知,拉铆钉在承受轴向循环荷载作用时,铆钉头部下方R角过渡处也会产生较大的应力,此区域也是易发生疲劳失效的部位。     

钢框架-冷弯薄壁墙体结构的抗侧力性能研究

采用ANSYS软件对钢框架-冷弯薄壁墙体结构进行有限元数值分析,得到该体系在单调水平荷载作用下的变形和应力分布,研究此体系的抗侧承载能力和抗侧刚度,分析钢框架与内填冷弯薄壁墙体之间的相互作用、协同工作性能和抗侧能力的分配。研究表明,钢框架-内填冷弯薄壁墙体结构具有较高的抗侧刚度和抗侧承载能力,其延性性能优良,是-种理想的双重抗侧力体系,可用于多层或小高层钢结构住宅,作为结构的抗侧力构件。