节点域对多层钢结构动力损伤的影响

为明确节点域对多层钢框架整体结构性能的影响,针对4组研究模型,运用动力弹塑性时程分析,从整体结构的层间位移、耗能、建筑塑性变形能量速度换算值、滞回曲线、最大延性比和最大累积塑性延性比研究了节点域对整体钢框架的影响。研究结果表明：考虑节点域影响之后,首层层间位移显著降低,且各层位移趋于均匀;节点域耗能显著且各层均匀;塑性变形能量速度换算值、最大延性比和最大累积塑性延性比均增大;以上分析均表明节点域的影响在整体结构中起着积极的作用,结构设计不可忽略。     

钢框架结构竖向撞击响应数值模拟分析

多层钢框架结构在工程中得到较为广泛的应用。文中通过建立有限元数值模型,对竖向撞击荷载作用下多层钢框架结构进行数值模拟,分析其在撞击荷载作用下的结构响应,并分析撞击速度和撞击物质量对结构响应的影响。结果显示,竖向撞击下,多层钢框架结构受到一个极大的瞬时撞击力,受撞击处发生明显的振动,并产生较大的塑性残余变形。随着撞击速度或撞击物质量的增大,撞击力峰值随之近似呈线性增大,受撞处变形也随之增大,且增长趋势逐渐增强。     

汽车质量和速度对上跨桥桥墩撞击特性的影响

基于车桥撞击事故的严重性,文中开发一种新颖的重型卡车等效模型。通过G1011 K302+095分离立交桥受撞桥墩验证计算模型的可靠性,采用数值模拟方法分析重型卡车的载重和撞击速度对撞击力和桥墩应力的影响。研究结果表明,随着卡车质量和撞击速度的增加,撞击力峰值增大。受撞桥墩应力较高的区域集中在桥墩根部和撞击位置,与桥墩轴线成45°的斜向贯通裂缝。文中的研究揭示了卡车的质量和撞击速度对桥墩撞击力和Mises应力的影响机理,为桥墩的防撞设计提供了新的理论基础。     

D型偏心支撑钢框架耗能梁段性能研究

通过对具有不同耗能梁段长度的D型偏心支撑钢框架的滞回性能及耗能梁段耗能性能的非线性有限元分析,表明耗能梁段的长度对偏心支撑钢框架的侧向刚度、延性和耗能能力有较大影响。随着耗能梁段长度的增加,D型偏心支撑钢框架的强度、刚度、延性和耗能性能均产生了不同程度的退减现象;耗能梁段越短,其塑性变形越大,进而导致耗能梁段过早塑性破坏的可能性增大。根据有限元模拟结果提出了对耗能梁段长度的设计建议。     

扩翼式连接钢框架抗震性能试验研究

为了深入研究扩翼式连接钢框架的抗震性能,设计制作了一榀1∶2缩尺比例的两层扩翼式连接钢框架,采用试验和有限元分析方法研究了扩翼式连接钢框架在低周往复水平荷载作用下的荷载-位移滞回性能、刚度及强度退化、塑性铰变形能力、耗能以及破坏模式等抗震性能。研究结果表明,扩翼式连接钢框架在低周往复水平荷载作用下,塑性铰自梁柱连接焊缝位置移出,塑性铰中心在扩翼段变截面以外位置形成,达到保护梁端连接焊缝防止发生脆性断裂的延性设计目标;扩翼式连接钢框架的荷载-位移滞回曲线表现出较好的塑性变形和耗能能力;进入屈服后随荷载增加受二阶效应影响结构的强度退化呈加快趋势;梁端翼缘截面扩大后,梁端承载力相应提高,但节点域刚度有所降低,设计中应采取构造措施对节点域进行补强,避免出现"强梁弱柱"现象。     

K型偏心支撑钢框架耗能梁段长度探讨

通过对具有不同耗能梁段长度的K型偏心支撑钢框架的滞回性能与耗能梁段的耗能性能进行非线性有限元分析结果表明:随着耗能梁段长度的增加,K型偏心支撑钢框架的强度、刚度、延性和耗能性能均产生了不同程度的退化现象;耗能梁段越短,其塑性变形越大,由此而导致耗能梁段过早塑性破坏的可能性也就越大,而耗能梁段过长则抗震性能较差。最后,根据有限元模拟结果对耗能梁段的长度提出了设计建议。     

江中海上大跨越输电塔的船舶撞击响应分析及撞击力简化公式

以船舶撞击某江中海上大跨越输电塔为分析对象,模拟分析跨越塔不同部位x,y方向的位移响应时程以及撞击力时程特点,探讨不同船舶吨位、速度、船艏刚度对输电塔撞击响应特点及撞击力的影响规律。分析结果表明船舶撞击江中海上大跨越输电塔时,整体结构在x,y方向均出现撞击响应,并以x方向的撞击响应为主;同时,大跨越输电塔基础在y方向发生一定的扭转振动。船舶撞击作用下,高桩承台基础变形较为显著,跨越塔沿塔身高度方向上表现出弯曲变形;船舶撞击力随着船舶质量及撞击速度的增加呈非线性增长,而随船艏刚度的增加呈线性增长。最后,开展船舶撞击大跨越输电塔的撞击力计算理论研究,将撞击力的理论计算值与现有规范值进行对比,本文所建议的计算公式值与模拟值吻合较好,可为工程设计提供参考依据。     

梁端翼缘扩大型连接的抗震性能研究

通过试验及数值分析方法研究了钢框架梁端翼缘扩大型连接节点的滞回性能、极限承载力、破坏模式、刚度及强度退化等抗震性能。研究结果表明:梁端翼缘扩大式节点可以将塑性铰转移到梁翼缘扩大端截面以外位置,避免梁端焊缝发生脆性破坏;加强侧板末端截面有明显突变和热影响区影响使钢材变脆应力集中现象严重,制约了节点塑性耗能深入发展;直接扩翼型节点塑性铰中心形成于扩翼圆弧段末端,远离柱翼缘,达到了塑性铰外移的目的;在循环荷载作用下,翼缘及腹板随局部屈曲塑性变形的不断积累,导致试件的强度出现退化;节点构造形式对抗震性能影响显著,直接扩翼型节点的塑性变形和耗能能力较好,推荐在强震区采用。     

基于ABAQUS的冲击荷载下钢框架的动力响应分析

冲击作用下钢框架的动力响应是一个复杂的非线性过程。运用ABAQUS显式动力分析模块建立了钢框架的有限元模型,采用参数化分析方法研究冲击块的冲击速度、冲击位置及冲击质量对钢框架柱在撞击下动力响应的影响。结果表明,采用数值模拟方法对钢框架柱在撞击作用下的研究结果符合能量守恒定律,结果具有可靠性。柱子的位移响应随着撞击质量的增大而增大;柱子的位移响应随着撞击速度的增大而增大;柱子的位移响应随着撞击位置的上升而增大。     

偏心支撑钢框架可替换剪切连接件试验研究

将偏心支撑钢框架中的耗能梁段从框架梁中分离,作为可替换剪切连接件,不仅能达到将结构塑性变形集中于耗能梁段区域的目的,也能实现震后损坏耗能梁段易于替换的目标。为此,对9根不同参数的可替换剪切连接件进行循环加载试验,并对剪切连接件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、塑性转角及刚度退化等进行分析。结果表明：可替换剪切连接件的滞回曲线饱满,性能稳定,塑性转角均满足对于耗能梁段极限塑性转角大于0.08rad的限值要求,具有良好的塑性性能,满足罕遇地震作用下的变形要求;承载能力和初始刚度随着长度、加劲肋间距的减小而增大;有焊接工艺孔的连接件刚度退化更加明显,塑性性能得到充分发挥,耗能能力良好;通过参数分析发现截面尺寸、长度比、加劲肋间距及焊接工艺孔构造等是影响剪切连接件抗震性能的主要因素。     

框架结构在撞击荷载作用下的动力响应分析

以某工程局部9层框架为研究对象,利用有限元软件LS-DYNA模拟汽车撞击钢管混凝土柱-钢梁混合框架、钢筋混凝土框架以及钢框架三种框架结构的过程,获得了三种框架结构钢材应力云图、混凝土损伤云图、撞击力时程曲线及结构变形等动力响应。分析了三种框架结构在撞击荷载作用下的破坏模式,分析结果表明:受到撞击荷载作用后,钢管混凝土柱-钢梁混合框架的动力响应具有局部性,而钢筋混凝土框架整体遭到严重破坏,结构发生连续性倒塌;钢管混凝土柱-钢梁混合框架的抗撞击性能远优于钢筋混凝土框架。并根据研究结果,提出框架结构的变形限值条件以及撞击力代表值的计算公式,用以评价、比较框架结构的抗撞击性能,给出了在实际工程中提高框架结构抗撞击性能的设计建议。     

管道撞击钢筋混凝土板试验研究与数值模拟

针对管道破裂对邻近建筑结构的影响,开展了管道撞击钢筋混凝土板试验研究,获得了端部封闭和未封闭管道垂直撞击钢筋混凝土靶的开坑深度及不同位置的应变时间历程曲线及加速度时间历程曲线,并利用有限元软件进行了仿真计算,分析了管道撞击速度和撞击角度对钢筋混凝土板冲击响应和破坏形态的影响。结果表明：端部未封闭管道垂直撞击造成的钢筋混凝土开坑面积和开坑深度最大,钢筋混凝土板出现钢筋被剪断的现象;端部未封闭管道撞击角度的变化会对撞击力和撞击位置上下两侧的开坑深度均有影响,且上侧的开坑深度对角度的变化更为敏感。研究结果可为建筑物内管道设计和维护提供参考。     

蜂窝式钢框架结构梁端塑性铰位置影响因素分析

利用ANSYS软件,对常用的六边形孔和圆形孔蜂窝式钢框架结构的破坏模式、梁上塑性铰、滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能能力进行分析。研究表明:在扩高比K和梁上第一个孔洞中心距柱翼缘距离B等参数的影响下,蜂窝式钢框架结构可以利用蜂窝梁梁端孔洞位置处的腹板削弱;在地震作用下,使塑性铰产生于梁上第一个孔洞位置,远离梁柱连接部位的焊缝区域,提高其抗震性能。通过分析参数K和B对其塑性铰出现位置的影响规律,提出六边形孔和圆形孔蜂窝式钢框架参数B取值的建议公式。在此参数范围内,蜂窝式钢框架结构的抗震性能和延性相比普通实腹钢框架并没有明显降低,具有良好的耗能能力。     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的#br# 钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段 端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明：试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘 端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件#br# 横向撞击试验研究

通过对8个大空心率下方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件进行横向撞击试验,研究试件的撞击受力过程、破坏形态、撞击力时程曲线特征、跨中挠度与测点纵向应变发展过程等。考察落锤撞击高度、边界约束和轴压比等关键因素对方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下动力响应的影响规律。试验研究结果表明：中空率为069的方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下主要发生显著地局部凹陷变形,而试件整体变形不显著;在试验研究参数范围内,随着落锤撞击高度的增大,试件局部凹陷程度、跨中残余挠度以及撞击持续时间均保持线性增长;边界约束对跨中残余挠度、撞击力平台值以及撞击持续时间有较大影响;轴压比是影响试件动力响应过程的重要因素,随着轴压比的增大,撞击力时程曲线的平台段会逐渐缩短并消失,跨中挠度变形速度变快,撞击进程加快。     

变轴力钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究地震作用下轴力变化对圆截面钢管混凝土框架柱抗震性能的影响,采用子结构拟动力试验方法进行了4个水准地震作用下的框架结构拟动力试验。试验程序利用有限元程序OpenSees进行数值计算,并与拟动力试验控制系统实现数据实时交互传递。建立了一个4层钢管混凝土框架模型,将首层钢管混凝土柱作为试验子结构进行变轴力作用下钢管混凝土柱抗震性能试验。分析轴力变化对钢管混凝土柱滞回特性、耗能能力、塑性变形等性能的影响,并对比研究地震作用对边柱与角柱的影响。试验结果表明:地震作用下框架柱的轴力会发生较大变化;轴力变化导致钢管混凝土框架柱滞回曲线"捏缩效应"更加明显,塑性铰区域塑性变形累积增长较快、局部屈曲提前出现;与定轴力作用相比,变轴力下框架柱耗能能力受到削弱,抗震性能降低。     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明:试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘-端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件横向撞击试验研究

通过对8个大空心率下方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件进行横向撞击试验,研究试件的撞击受力过程、破坏形态、撞击力时程曲线特征、跨中挠度与测点纵向应变发展过程等。考察落锤撞击高度、边界约束和轴压比等关键因素对方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下动力响应的影响规律。试验研究结果表明:中空率为0.69的方套圆中空夹层钢管混凝土组合构件在横向撞击作用下主要发生显著地局部凹陷变形,而试件整体变形不显著;在试验研究参数范围内,随着落锤撞击高度的增大,试件局部凹陷程度、跨中残余挠度以及撞击持续时间均保持线性增长;边界约束对跨中残余挠度、撞击力平台值以及撞击持续时间有较大影响;轴压比是影响试件动力响应过程的重要因素,随着轴压比的增大,撞击力时程曲线的平台段会逐渐缩短并消失,跨中挠度变形速度变快,撞击进程加快。     

钢框架加强型节点抗震性能试验研究及有限元分析

为探讨加强板构造形式对节点抗震性能的影响,针对盖板、翼缘过渡板、腋板以及肋板等4种不同构造形式加强型节点进行试验及有限元分析,对其承载力、荷载-位移滞回性能、塑性变形能力、耗能、破坏形态等进行研究。结果表明:在低周循环荷载作用下,4种不同构造形式的节点试件均形成塑性铰并远离梁柱连接焊缝位置,塑性铰处的梁翼缘和腹板均产生较大塑性变形,耗能效果明显,达到塑性铰外移设计要求,梁柱节点焊缝没有出现脆性破坏。加强板的构造形式对节点承载力、延性及耗能能力有较大的影响,腋板及肋板加强节点试件的承载力高于盖板和翼缘过渡板加强型节点,而后两种节点的延性和耗能能力大于前两种节点。设计中应综合考虑加强板构造形式对节点抗震性能影响。综合比较试验及有限元分析结果可知,翼缘过渡板、腋板加强型节点具有较高的承载力以及较好的延性和耗能能力,建议在高烈度抗震设防区使用。     

撞击速度对船桥碰撞作用的影响

船桥碰撞不仅会使桥梁结构受到损伤,同时桥梁的使用寿命和安全性能、抗震性能都会受到极大影响,通常还会造成严重的财产损失和人员伤亡等重大后果。因此对船桥碰撞作用的影响因素研究尤为重要。文章以某圆端形桥墩和驳船为例,利用有限元软件ANSYS、LS-DYNA和LS-PREPOST进行建模、计算和结果处理,通过分析不同撞击速度下船舶撞击桥墩的撞击力、应力和位移等结果,发现在碰撞过程中,随撞击速度的增大,撞击力升高的速度、最大撞击力、桥墩和船舶的应力和位移明显增大,甚至不止呈线性增加。因此,船舶通过跨海跨河大桥时应严格限速以保证桥梁和船舶安全。