基于Pushover分析的钢筋混凝土框架结构抗侧向倒塌能力评定

建筑物在地震作用下的倒塌是造成地震灾害的主要原因,如何合理评定建筑物的抗倒塌能力是结构抗倒塌设计的前提条件,也是对现有结构进行抗震性能鉴定与加固的基础。该文提出采用结构整体抗震性能系数作为结构整体抗侧向倒塌能力的定量评定指标,以一榀严格按我国规范设计的钢筋混凝土框架结构为例,采用Pushover分析方法对其进行侧向增量倒塌分析,通过结构的失效模式来识别结构的破坏过程,得到了结构超强系数、延性系数、延性折减系数、反应修正系数以及位移放大系数,分析中考虑了不同侧向力分布形式、梁柱线刚度比、柱端弯矩增大系数(COF)对结构抗倒塌能力的影响。研究结果表明:通过结构整体抗震性能系数可以对结构整体抗倒塌能力进行定量评估,可以实现结构延性与承载力的双重控制。     

强柱弱梁框架结构设计

钢筋混凝土框架结构由于其自身的侧向刚度较小,地震作用引起的侧向位移较大,故合理的抗震措施成为框架结构抗震性能实现的有力保证。其中“强柱弱梁”是一项关键控制措施．其目的是使框架结构在强震下形成具有较好抗震性能的稳定的屈服后塑性耗能机构,并避免结构形成同层所有柱端均出现塑性铰的层侧移机构。实际工程中,影响强柱弱梁的因素很多,如何抓住主要矛盾,在设计中真正实现“强柱弱梁”,已成为结构设计人员研究的课题。     

含预埋梁蜂窝夹层结构数值仿真与试验研究

含预埋梁蜂窝夹层结构是在纯蜂窝结构基础上改进得到的全新结构形式,综合了蜂窝结构和桁条铆接结构的优点,但该类结构的载荷分布形式以及失效模式缺乏相关研究。针对上述问题,结合国内在研尺寸最大的含预埋梁铝蜂窝夹层结构,采用层合板加筋方法进行了数值仿真,设计全尺寸物理试验对结构性能进行了试验验证。通过数值仿真和试验对比,验证了层合板加筋方法模拟含预埋梁蜂窝结构的准确性,同时研究了该类结构的载荷分布和失效模式,并为同类结构设计提供了参考依据。     

钢筋混凝土框架结构强柱弱梁整体失效模式可控设计

该文发展了钢筋混凝土框架结构强柱弱梁地震整体失效模式可控设计方法。基于能量平衡概念和塑性内力设计机制,提出了改进的能量平衡方程和塑性内力设计方法来实现具有不同滞回性能结构在不同设防烈度下的结构设计。设计了4个具有不同几何配置的结构,并研究了结构沿楼高的强柱弱梁系数分布。分别对结构进行Pushover分析和22条地震下的大震弹塑性时程分析,研究了结构的整体能力曲线、屈服机制、最大层间位移角分布和柱端弯矩需求。分析结果表明,该文所提方法不需要任何迭代便能实现结构预期的抗震性能和整体失效模式,克服了传统抗震设计需不断试凑迭代来满足抗震性能的缺点。     

贴补复合材料层合板的分析及参数影响

建立贴补复合材料层合板的三维有限元模型,采用渐进失效分析方法分析了贴补结构在拉伸载荷下的失效模式和极限强度。计算结果与实验结果吻合良好,证明模型可以准确地预测贴补结构的极限强度。分析结构的渐进失效过程,根据结构失效时的主导因素将贴补结构的失效模式分为补片失效、胶层失效和混合失效。研究不同补片直径和厚度下贴补结构的失效模式,结合结构的失效模式,讨论贴补参数的变化对贴补结构极限强度的影响,为复合材料贴补时参数的选择提供了一些设计规律。     

冲击荷载下网壳结构的失效模式及其动力响应特性

为系统全面确定网壳结构的冲击失效模式, 通过大量的参数计算研究网壳结构(包括Kiewitt-8型球面网壳、短程线型球面网壳、肋环斜杆型球面网壳、柱壳)的冲击响应特性, 并以Kiewitt-8型单层球面网壳为例, 总结分析网壳结构冲击失效的4个典型算例, 详述各类失效模式下网壳结构冲击失效的全过程及其荷载作用、结构特征响应、能量传递与转化特点;然后依据不同冲击荷载下网壳的冲击失效特点, 定义了网壳结构的3类失效模式(结构局部凹陷、结构整体倒塌、结构冲切破坏)。为揭示网壳结构的冲击失效机理并提出防护建议做了基础性工作。     

基于结构易损性理论的网壳失效模式分析初探

结构鲁棒性反应了结构系统抵抗外部环境干扰和内部不确定性因素影响而能保持稳定工作的能力。然而,对于结构鲁棒性评价指标尚未形成统一的理论方法和依据。易损性是鲁棒性的对立面,研究结构易损性可以从另一方面揭示结构缺乏鲁棒性的原因。Blockley等提出的结构易损性理论,通过分析不同初始破坏对结构几何拓扑关系的影响识别其薄弱部位。根据结构的节点连接性能将结构划分成不同层次的结构簇形成结构层级模型,利用结构层级模型找出结构的薄弱单元,从而确定结构内部存在的薄弱部位。本文将该理论应用于网壳结构倒塌模式分析,编制了相应的分析程序,以文献算例验证了分析程序的正确性。而后将易损性理论应用于星型网壳,说明基于易损性理论分析网壳等大跨空间结构倒塌模式的可行性。通过与地震作用下的倒塌模式相比较,表明结构易损性分析基本能够有效反应结构的最薄弱部位。失效模式的评价参数“相对损伤需求 ”和“易损性指数 ”可以科学反应失效模式发生的容易性和造成后果的严重性,即相对损伤需求越小,发生该模式的可能性就越大于其他失效模式;易损性指数越大则表示该失效后果的越不成比例性     

爆破移除钢筋混凝土框架柱倒塌性能试验研究

为研究钢筋混凝土空间框架结构的抗倒塌性能,采用爆破方式对一4层2跨2开间的RC框架结构短边中柱和角柱进行了快速移除倒塌试验,通过试验获取了爆破移除框架柱作用过程、结构的动力响应、柱的失效时间和空间空腹梁对荷载分布的影响等数据。试验结果表明:试验框架在快速移除边中柱与角柱后,柱头位移较小,结构没有发生倒塌,处于弹性变形范围。爆炸引起RC框架柱的失效时间约100 ms,结构变形晚于爆炸应力波40 ms左右。在爆破过程中,柱内纵向钢筋在应力波和爆轰气体压力共同作用下向外严重鼓曲变形,对上部结构产生较大的拉伸作用,加大了结构倒塌风险。横向或纵向的空间空腹梁作用是结构在柱失效后的荷载重分布的主要受力机理。     

空腹式型钢混凝土异形柱中框架抗侧刚度试验研究

通过对1榀1/2。5比例两跨三层的空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架在反复荷载作用下的试验研究,分析了结构的弹塑性特征以及整体和层间抗侧刚度的退化过程。通过分析可知:空腹式SRC异形柱框架沿竖向的刚度分布较均匀;层刚度与整体刚度的退化均表现出由快到慢的规律;获得了层间位移角的变化与层刚度退化之间的关系;结构正、负向弹塑性性能接近,极限层间位移角大于规范规定的限值,抗倒塌能力强;空腹式型钢混凝土异形柱中框架的延性优于钢筋混凝土异形柱框架;结构破坏时可以形成梁铰机制,符合“强柱弱梁”的要求。     

掉层RC框架结构基于典型失效模式的失效概率评估

结构失效模式决定了结构在强震下的抗震性能。该文采用基于可靠度理论的割集方法，对掉层框架结构地震作用下的典型失效模型的失效概率进行评估，并与规则框架结构进行对比，分析了掉层框架结构失效模式的特点。结果表明:掉层框架结构的柱极限剪切失效模式年平均发生概率高于规则结构，且掉层框架结构存在剪切破坏先于弯曲破坏的风险，应采取适当加强措施以满足"强剪弱弯"的设计原则；对掉层结构进行基于年平均概率的柱剪力增大系数分析，建议对掉层结构上接地柱进行抗剪承载力设计时，采用抗震等级提高一级所对应的剪力增大系数，且上接地柱全柱段箍筋应加密布置。     

一种新的体系可靠度的近似计算方法

提出了一种新的体系可靠度的近似计算方法。首先将一个线性失效模式在另一线性失效模式失效前提下的条件失效模式近似为一个等价的线性失效模式,然后利用条件概率的基本原理并结合所推导的等价失效模式的理论表达式,提出了一种并联体系可靠度的近似计算方法,从而将求解一组失效模式交集失效概率的复杂问题转化为求解一组线性等价失效模式失效概率乘积的简单问题。由于串联体系以及串并联混合体系均可表示为一系列失效模式交集的线性组合,因此方法可以很方便地应用于串联体系以及串并联混合体系的体系可靠度计算。此算法计算过程简单、计算量小、计算精度高,适合于大型结构体系的体系可靠度计算。     

蜂窝夹层修理结构的弯曲性能试验分析

采用四点弯加载方式研究分析了含损伤蜂窝夹层修理结构的弯曲性能,该夹层结构由碳纤维增强的聚合物面板和蜂窝芯子组成。进一步分析了挖补斜度、挖补方式、损伤程度、修理设备和修理材料对修理板弯曲性能的影响。研究表明,修理板的破坏模式可分为补片边缘折断、补片中面折断和胶层破坏三种,相同破坏模式修理板的名义弯曲强度相近,其中前两种破坏模式修理板的名义弯曲强度与完好板相近,而第三种破坏模式修理板的名义弯曲强度相对较低。所有修理板的名义弯曲强度恢复率基本处于95%以上,同时修理后抗弯刚度也满足修理准则。     

碳纤维增强环氧树脂复合材料金字塔点阵夹芯假脚结构在竖向载荷下的力学性能

对碳纤维增强树脂复合材料金字塔点阵夹芯假脚结构在竖向载荷下的力学性能进行研究。制备了三种不同相对密度的假脚,并进行了竖向载荷压缩试验。结果表明,相对密度对结构力学性能的影响显著,载荷-位移曲线呈非线性,峰值载荷和刚度值随相对密度的增加而增大,三种相对密度的破坏模式均为节点的失效和面板的皱曲,结构具有一定的能量吸收能力。建立了金字塔点阵夹芯假脚结构的理论强度预报模型,给出了结构在竖向载荷作用下的挠度响应,获得了四种失效模式和临界破坏载荷。对比了理论计算与试验的峰值载荷、破坏模式和挠度,得到较好的一致性。给出假脚结构参数(面板厚度、杆件角度和杆件直径)对破坏模式和破坏临界载荷的影响,并绘制了结构失效机制图。      

填充墙对结构连续倒塌影响的研究进展

作为最常用的非结构构件之一,填充墙对结构抗震性能的影响已被普遍认知,并认为在分析和设计时忽视其存在不符合实际情况。对于结构的连续倒塌问题,目前仅获得了填充墙对结构抗连续倒塌性能影响的有限知识。填充墙的存在能够提高结构连续倒塌时的初始刚度和抵抗力,改变荷载的传递路径,最终导致结构的破坏模式和破坏位置改变。该文从试验研究、数值分析和设计方法三个方面系统综述了国内外关于填充墙对结构连续倒塌影响的研究现状。介绍了在现场和试验室两种不同场景下,基于拆除构件法的填充墙框架结构连续倒塌试验研究概况。总结了宏观模拟和精细化模拟两类填充墙框架结构连续倒塌的数值模拟方法。归纳了填充墙框架结构的抗连续倒塌设计方法。在此基础上,分析了该领域已有研究的不足并结合发展趋势对未来研究方向提出了建议。     

节点对RC框架结构抗连续倒塌能力影响研究

为了解节点对结构抗连续倒塌能力的影响,使用按照我国规范设计的RC框架结构对该问题进行了研究。对比了考虑节点影响和不考虑节点影响两种情况下的分析结果,发现节点对结构抗连续倒塌能力影响不能忽略,考虑节点影响后位移反应增大,结构抗连续倒塌的承载力会明显降低。该文同时对锚固在节点区的梁柱钢筋直径和强度、节点区剪切变形、节点区混凝土抗压强度等指标进行了参数分析,分析结果表明锚固在节点区的梁柱钢筋直径和强度对结构抗连续倒塌能力影响显著,而节点区剪切变形和混凝土抗压强度对结构抗倒塌能力基本无影响。此外,研究了考虑节点影响时结构构件的破坏模式,分析结果表明按我国规范设计的RC框架结构在连续倒塌过程中构件仍以弯曲破坏为主,并没有发现构件出现剪切破坏。研究结论为RC框架结构抗连续倒塌设计和加固提供了参考依据。     

Research on Reliability of Automatic Capping Device for Nuclear Power Plant

Automatic capping device is a complex and non-standard equipment, its reliability directly impacts the safety operation of Solid Waste Treatment System （TES） in nuclear power plant. In order to improve the reliability automatic capping device, the equipment function and machine structure are analyzed. And Failure Mode and Effects Analysis （FMEA） method is applied to systematically analyze all possible failure modes and their reliability. Through establishing the FMEA worksheet, all failure causes, failure effects and their severity are analyzed comprehensively. Base on these analyzing resuhs, it is easy to find out the product function design defects and weak links. Finally, through putting forward design prevention and improvement measures in design, the mission reliability of automatic capping device is improved, and most serious failure mode occurrence is avoided efficiently. Thus the safety operation of TES has been guaranteed in technology.     

钢材高温材性模型对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响研究

“9·11”事件发生后,火灾下钢结构倒塌研究得到了世界各国学者的广泛关注。钢材的物理、力学性能在高温下会显著降低,从而钢结构极易发生倒塌。因此,该文基于平面钢框架在单柱受火条件下的倒塌试验,应用大型商业有限元软件ABAQUS的显式动力分析模块,并采用梁单元对试验进行数值模拟,重点研究了钢材高温材性模型对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响,提出了适用于火灾下钢框架结构倒塌模拟的钢材高温应力-应变本构模型和热膨胀系数模型的建议。该文列举了常用的三种高温应力-应变本构模型,同时考虑应变率效应的影响,通过模拟结果与试验结果的差异对比,分析了各个模型应用于火灾下钢框架结构倒塌模拟的有效性。理想高温应力-应变本构模型,会导致临界温度与失效模式模拟不准确,应用存在一定局限性;EC3高温应力-应变本构模型可较为准确地模拟准静态失效模式,但对于动力失效模式的模拟存在一定局限性;因此,对于准静态失效模式倒塌模拟,建议采用EC3或改进的EC3高温应力-应变本构模型;对于动力失效模式的倒塌模拟,建议采用改进的EC3高温应力-应变本构模型,并采用应变率效应增大系数（DIF）的方法以考虑应变率效应的影响。此外,通过四种钢材热膨胀系数模型的对比,进一步研究了钢材“相位变换”现象对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响。结果表明,虽然欧洲规范EC3给出了精细的热膨胀系数模型,但采用GB 51249取值的计算结果与试验符合更好,建议采用中国规范GB 51249的相关规定。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁破坏形态有限元分析

在持续时间较长的爆炸荷载作用下,钢筋混凝土框架或梁通常会发生常见的弯曲破坏形态,但是在持续时间较短的爆炸荷载,如化学爆炸产生的脉冲荷载作用下,钢筋混凝土结构有可能在弯曲破坏发生之前产生剪切破坏。这种现象已被室内外试验所证实,其原因是脉冲荷载激发了结构中的剪力,从而使结构产生剪切破坏。为了预报钢筋单纯凝土梁在爆炸荷载下的响应破坏形态,本文提出了一种基于Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理论的非线性分层梁有限元法。在材料模型中考虑了混凝土和钢盘的右面线性和应变速率效应等因素。应用这方法,本文计算分析了爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动态响应以及弯曲、弯剪和剪切等不同的破坏形态,计算预报的结构动态响应和破坏形态与现场试验结果有较好的一致性。