K6型单层球面木网壳稳定承载力非线性分析

针对4组不同节点构造、矢跨比的木结构网壳试验模型,采用ANSYS软件中的Beam189非线性梁单元模拟连接节点的半刚性特征,开展基于多段梁模型的网壳承载力全过程非线性有限元分析。通过对比有限元与试验结果在荷载 位移全过程曲线、破坏模式以及极限承载力等方面的吻合度,判断多段梁方法在木结构网壳稳定性分析上的可行性。研究发现：多段梁方法与试验结果较吻合,多段梁分析方法可有效揭示木网壳的破坏机理;矢跨比是影响单层木网壳破坏形式的主要因素,大矢跨比易出现强度破坏,小矢跨比易出现稳定破坏,节点刚度对小矢跨比模型的影响程度更加明显;弹塑性分析时,木结构网壳的极限承载力建议按弹性多段梁有限元分析承载力的40%取值。研究成果以期为木网壳非线性稳定承载力的进一步研究提供借鉴。     

杆件初弯曲对半刚接单层柱面网壳稳定承载力的影响研究

为了系统地研究杆件初弯曲对半刚接单层柱面网壳稳定承载力的影响,对5种矢跨比的半刚接网壳进行了双重非线性全过程分析。首先阐述了焊接球节点刚度及随机杆件初弯曲的确定方法,然后深入研究了杆件初弯曲对5种矢跨比的半刚接网壳稳定承载力的影响程度,最后探讨了具有杆件弯曲的半刚接网壳的破坏过程。研究结果表明,杆件初弯曲对半刚接网壳稳定承载力的影响程度与网壳矢跨比和初弯曲分布形式有关。如杆件初弯曲对矢跨比为1/3、1/4半刚接网壳的影响甚微,对矢跨比为1/5半刚接网壳的影响较为明显。矢跨比为1/6半刚接网壳的承载能力对个别杆件的弯曲形式较为敏感,而对某些杆件的初弯曲形式不敏感;随着矢跨比的减小,具有杆件初弯曲的半刚接网壳的极限荷载的离散性先增大后减小;网壳达到极限状态之后,失稳区域的竖向位移、杆件的弯曲应力和节点的转角迅速增大,网壳的受力状态转变为弯曲应力状态,当失稳区域的位移较大时,会引起该区域部分杆件丧失稳定,最终导致网壳发生整体失稳。     

考虑节点域轴向滑移刚度的K6型单层球面木网壳稳定性分析

利用ANSYS软件中的Combin39非线性弹簧单元模拟木网壳节点域的各向连接,建立K6型单层球面木网壳模型,开展全过程稳定性分析,分析节点域轴向滑移刚度对网壳整体稳定性的影响。结果表明:考虑节点轴向滑移变形易造成网壳整体竖向刚度下降,部分木杆件由轴向受力转化为弯屈受力为主,最终影响到网壳的破坏模式及极限承载力;节点处杆端与钢榖间存在的间隙,造成钢榖无法限制节点的受力滑移,使节点轴向滑移刚度对网壳整体性能的不利影响充分发挥;节点轴向滑移刚度对网壳性能的影响程度随着网壳跨度的增加呈微弱的增长趋势;节点刚度对不同矢跨比网壳的影响并非线性关系,存在最不利矢跨比情况;随着网壳分频数的增加,造成节点数量增加,从而加大了节点轴向滑移刚度对网壳的影响程度。     

铝合金板式节点网壳稳定承载力试验研究

为研究铝合金板式节点刚度对单层球面网壳整体稳定性能的影响,制作一个跨度为8m、矢高为0.5m的K6型网壳模型,对网壳顶点施加4次单向循环荷载。试验结果表明,加载初期网壳表现出超刚性特征,即其刚度大于刚接节点网壳刚度;而后的节点螺栓滑移变形会降低网壳刚度,螺栓滑移引起的网壳变形很大且不可恢复。网壳的失稳属于整体跳跃失稳,但网壳屈曲后可继续承载,且荷载可进一步增大。最后一次单向循环加载时网壳因顶点杆件下翼缘的拉裂而破坏。另外,随着循环荷载逐级增大,网壳再加载初始刚度都有一定弱化。采用ANSYS有限元软件建立网壳分析模型,采用BEAM 188单元和COMBINE 39单元模拟考虑节点半刚性的铝合金板式节点网壳杆件,节点弯矩-转角关系曲线采用四折线模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

内填Y形钢支撑加固多层钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为了研究内填Y形钢支撑多层RC框架结构的抗震性能,进行了3榀2层单跨1/2缩尺试件的低周反复荷载试验。分析试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。研究结果表明：应用Y形钢支撑加固RC框架合理可行,Y形钢支撑承担了大部分水平荷载,梁柱连接节点破坏程度较轻;耗能段与混凝土梁的连接构造合理,没有发生破坏;Y形钢支撑破坏,导致结构失效;加载初期,试件荷载 侧向位移比滞回曲线具有一定程度的捏缩,耗能段屈服后,试件滞回曲线相对饱满;试件2层的荷载-层间位移比滞回曲线比1层饱满,2层的侧向变形程度比1层大;楼板的存在增加了框架梁的刚度,减少了梁上的裂缝数量;节点构造对结构抗侧刚度影响较小,对变形能力影响较大;加固震损后的结构,应该考虑结构刚度退化程度。在试验的基础上提出了内填Y形钢支撑的设计方法。     

中心环-套筒节点单层网壳结构稳定性研究

将装配式节点中心环-套筒节点引入到K8单层网壳结构中,建立装配式单层网壳结构数值模型。研究中心环-套筒节点单层网壳静力稳定性能,并与刚接单层网壳结构进行比较。讨论矢跨比和跨度对结构整体稳定性能的影响。研究结果表明:最大适用跨度下中心环-套筒节点单层K8球面网壳稳定承载力约为刚接结构的62%。随矢跨比的增大,装配式单层网壳结构稳定承载力增大,结构稳定承载力随着跨度的增大而减小。     

不同跨度比组合梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

为研究不同跨度比对组合梁柱结构抗倒塌性能的影响,以栓焊连接节点组合梁柱子结构(两跨三柱型)为研究对象,以相邻跨度的比值（简称跨度比）为试验参数,对3个不同跨度比(1.4∶1、1.0∶1、0.6∶1)的子结构进行单调静力加载试验,考察了其在中柱失效后的抗倒塌性能。试验结果表明,3个试件的变形形态基本相似,试件在加载过程中表现出多次间断性破坏特征,当失效柱与梁端受拉翼缘连接处发生断裂后,对应梁端截面弯矩急剧下降导致其受弯性能大幅降低,该组合梁的悬链线机制抗力超过梁机制抗力贡献起到主要作用;而未发生破坏的梁,其受弯性能下降不明显,此时主要通过梁机制和悬链线机制共同抵抗外荷载,表现出双跨梁抗力机制的不同步性。试件在梁机制阶段,随着跨度比的减小,3个试件的塑性荷载依次提升,初始断裂位移随之减小,并且相比非等跨试件,等跨试件因双跨组合梁之间的协同作用可使结构在大变形阶段提供高于前期受弯阶段的抗力。引入抗力贡献系数,定量分析了3个试件双跨梁不同的抗力机制分别对总抗力的贡献占比。基于能量平衡原理获得了组合梁柱子结构在突加外荷载作用下的结构动力响应,可将最大动力荷载点作为组合梁柱子结构是否发生倒塌的依据。     

华能大厦单层柱面网壳的设计及分析

以某低矢跨比的单层柱面网壳分析与设计为例,分析该网壳在各种荷载作用下的受力特点;讨论网壳支承刚度对网壳的受力影响;介绍网壳的设计和节点构造方法;并着重研究网壳的整体稳定性。得出：低矢跨比单层柱面网壳的整体稳定对支承刚度和初始几何缺陷较敏感;考虑塑性影响后,低矢跨比柱面网壳的稳定承载力相对弹性稳定承载力有大幅度降低;不同...     

内填Y形钢支撑加固多层钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为了研究内填Y形钢支撑多层RC框架结构的抗震性能,进行了3榀2层单跨1/2缩尺试件的低周反复荷载试验。分析试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。研究结果表明:应用Y形钢支撑加固RC框架合理可行,Y形钢支撑承担了大部分水平荷载,梁柱连接节点破坏程度较轻;耗能段与混凝土梁的连接构造合理,没有发生破坏;Y形钢支撑破坏,导致结构失效;加载初期,试件荷载-侧向位移比滞回曲线具有一定程度的捏缩,耗能段屈服后,试件滞回曲线相对饱满;试件2层的荷载-层间位移比滞回曲线比1层饱满,2层的侧向变形程度比1层大;楼板的存在增加了框架梁的刚度,减少了梁上的裂缝数量;节点构造对结构抗侧刚度影响较小,对变形能力影响较大;加固震损后的结构,应该考虑结构刚度退化程度。在试验的基础上提出了内填Y形钢支撑的设计方法。     

钢-混凝土空间组合壳体结构静力破坏试验

为研究钢-混凝土空间壳体结构在静力荷载下内力响应、破坏过程与失效机理,以球面钢-混凝土组合肋壳为对象,设计并制作整体结构和组合肋网2个缩尺模型,节点施加集中荷载进行结构破坏性试验。加载初期,两个试件变形均很小,整体结构模型中薄壳主要承受薄膜压力,组合肋中为轴压力;随着荷载增大,在组合肋壳加载壳面区域附近出现微小裂缝,组合肋网中加载点附近区域的混凝土与钢肋间出现微开裂。当壳面顶部出现交叉型裂缝,在一个加载点混凝土壳面压碎,下部组合肋节点混凝土部分也被压碎,在加载点附近形成局部塌陷区时,结构发生破坏;组合肋网模型中加载点处出现组合肋节点混凝土压碎,钢肋板出现局部褶皱,与圈梁相交的组合肋中钢肋板与混凝土间出现裂缝。试验结果表明:组合肋壳发生局部强度破坏;组合肋网由于局部杆件失效而发生破坏,试验测得组合肋壳最大承载力约为组合肋网的3倍,两个试件的荷载-位移曲线都表现出较好的延性。     

张弦梁结构若干参数对承载性能的影响分析

张弦梁结构已在我国大型工程中有所应用,但对该种结构的理论研究并不完善。通过分析在全跨荷载或半跨荷载作用下,初始缺陷、矢跨比、垂跨比和预应力水平对结构承载性能的影响,得出拱矢跨比基于承载性能的最优值。对张弦梁结构的设计具有有益的参考。     

全跨和半跨荷载组合下两铰抛物线钢拱平面内承载力计算方法对比

全跨和半跨荷载组合作用下钢拱结构内力分布会随荷载比例发生较大变化。现有钢拱结构平面内稳定承载力计算式多是针对各单一加载模式进行分析得到的,缺乏对其在全跨和半跨组合荷载下适用性的充分考虑。针对此不足,以两铰抛物线钢拱结构为研究对象,考虑荷载组合比例、矢跨比、截面等不同参数的影响,对比分析了现行钢拱结构技术规程方法、基于完善拱模型的有限元方法和基于一致缺陷拱模型的有限元方法等多种方法的承载力计算结果。分析结果表明:当全跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计会较为保守;而当半跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计则会偏于不安全。     

Experimental research on seismic behavior of reinforcedconcrete shear wall with construction joint

施工缝的存在会在一定程度上影响剪力墙的性能,为研究施工缝对钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响,对整浇和带施工缝两种剪力墙试件进行拟静力试验。通过对比分析施工缝对剪力墙破坏过程的影响,并从滞回曲线、承载能力、变形能力、耗能、刚度退化和破坏过程等方面分析施工缝对剪力墙抗震性能的影响。研究结果表明,同等条件下带缝剪力墙与整浇剪力墙的最后破坏形态基本一致,但是裂缝发展过程明显不同,带缝试件初始裂缝及贯通裂缝出现在施工缝处,而整浇试件的初始裂缝及贯通裂缝出现位置比较随机。轴压比较小时,整浇试件的承载力和耗能比带缝试件高;轴压比较大时,轴向力抵消了施工缝的不利影响,带缝试件的承载力和耗能比整浇试件的高;整浇试件的延性和刚度退化均比带缝试件的小;配筋率提高使带缝试件的承载力提高、耗能增大,但对刚度的影响较小;轴压比增大使带缝试件的延性降低、刚度退化变快。     

Levy型劲性支撑穹顶静力性能试验研究

为研究Levy型劲性支撑穹顶结构的静力性能,以跨度6m的Levy型劲性支撑穹顶结构实际模型为研究对象,通过试验研究了其在初始预应力、满跨荷载和半跨荷载作用下的静力性能,获得了Levy型劲性支撑穹顶结构模型中各杆件内力和节点位移随外荷载增加变化规律。研究结果表明：在满跨荷载作用下,随着荷载的增大,环杆、撑杆和斜杆轴力都逐渐增大,脊索索力逐渐减小;在半跨荷载作用下,随着荷载的增大,结构内部杆件内力变化平稳,结构受荷一侧各杆件内力变化规律与全跨荷载作用下变化规律基本相同,但各杆件内力的变化值较全跨荷载作用大,结构对非对称荷载比较敏感,结构非受荷一侧内力变化比较复杂,脊索索力减小,撑杆和环索内力减小,内、中斜杆内力减小,外斜杆内力基本不变,半跨荷载引起的节点竖向位移比满跨荷载引起的竖向位移大,但整体结构位移均较小,竖向刚度较大,表明用劲性钢拉杆代替索穹顶下层拉索构件是可行的。研究结果验证了劲性支撑穹顶结构合理性与可行性,可为工程应用提供参考。     

矩形平面索穹顶结构的模型试验研究

为了了解矩形平面Geiger型索穹顶结构的受力性能,设计并加工了一长边4.7m、短边3.4m的矩形平面索穹顶结构试验模型,并对该结构试验模型的预应力、自振频率及多种荷载工况下的多级静力加载等内容进行了理论分析和试验研究。研究结果表明:矩形平面Geiger型索穹顶结构与圆形平面Geiger型索穹顶结构具有相似的静力性能,它在满跨均布荷载作用下具有良好的受力性能,但不利于承受半跨均布荷载。且结构第一阶自振频率较低,自振频率随初始预应力的增大而增大,提高结构预应力水平可以改善结构刚度。     

In-plane stability and shear deformation analysis of the H-beam hollow arch

H-shaped circular arc is a relatively novel type of open-web steel arch, and currently, no reports have been published concerning its in-plane stability. In this paper, the elastic and elastic–plastic in-plane stability of the H-shaped hollow circular arch is studied by theoretical deduction combined with numerical simulation. First, the overall shear rigidity of the H-shaped circular arch is calculated, and the elastic buckling load formula of the arch is proposed and verified considering double shear deformation under full-span radial and uniform loading. The overall elastic buckling load deduced in this paper is reasonable according to the finite element analysis. The results indicate that the influence of shear deformation on the overall elastic buckling load of the arch decreases with the increase of the span length. The arch-bearing capacity is the largest when the rise-span ratio is 0.25. Second, the restriction conditions necessary for avoiding local buckling of the chordal web before integral buckling of the H-shaped steel hollow circular arch are analyzed. Finally, the elastic–plastic failure mechanism of the H-shaped arch under full-span radial and uniform loading is examined, and the formula for determining the ultimate bearing capacity that is achievable before failure under full-span radial and uniform loading is proposed. ANSYS analysis shows that under the radial uniform loading, the chordal bars will yield near 1/4L and 3/4L, and ultimately, the structural failure of the lower chord occurs in the vicinity of 1/4L. The formulas presented in this paper agree well with the results obtained from the finite element analysis and can be used as a reference for engineering applications.     

沿翼缘加载的型钢混凝土T形柱抗震性能试验及有限元分析

型钢混凝土T形柱截面不规则,沿腹板和翼缘两个主轴方向的受力性能差异较大。为研究实腹式型钢混凝土T形柱沿翼缘方向的抗震性能,对10个缩尺比为1∶2不同参数下的T形柱进行了水平加载试验。考虑了加载制度、轴压比和配钢率的影响,观察了T形柱的受力过程,分析其破坏形态及水平荷载-位移曲线、承载力、刚度、侧移角、延性、耗能能力等抗震性能指标。在此基础上,采用OpenSees对T形柱进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合较好,进而分析了型钢的应力变化规律和P-δ效应对滞回性能的影响。结果表明：地震作用下,剪跨比为2.5的实腹式型钢混凝土T形柱沿翼缘方向发生弯曲破坏;不同的加载制度下,T形柱呈现出不同的破坏形态;滞回曲线饱满、对称、呈梭形,承载力稳定,耗能能力强;位移延性系数均大于5,破坏时侧移角介于1/16~1/10,显示出良好的延性和抗倒塌能力;加载循环次数越多,T形柱的延性越差;轴压比越大,刚度退化越快,延性和耗能能力越差;配钢率越大,T形柱的刚度退化越缓慢,延性和耗能能力变化较小;P-δ效应使得试件的承载力降低,但耗能能力发挥更充分。     

Experimental study on seismic behavior of double-skin corrugated plates and concrete composite shear wall

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响，设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验，观察了试件的破坏过程，获取了应变分布数据，分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比，竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高，承载力及刚度退化更为缓慢，延性更好；在承载力接近的情况下，双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的；设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低，使其破坏阶段的承载力退化减缓，且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性，防止其发生面外破坏；试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力，但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快，延性变差；增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度，对延性和耗能能力影响并不显著；采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算，试验结果与计算值吻合良好。     

双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验,观察了试件的破坏过程,获取了应变分布数据,分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比,竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高,承载力及刚度退化更为缓慢,延性更好;在承载力接近的情况下,双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的;设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低,使其破坏阶段的承载力退化减缓,且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性,防止其发生面外破坏;试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力,但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快,延性变差;增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度,对延性和耗能能力影响并不显著;采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。     

燕尾榫节点梁柱式木框架抗火性能试验研究

为研究燕尾榫节点木框架的抗火性能，制作了4榀燕尾榫节点单层单跨木框架试件，开展了1榀木框架在常温下静力加载试验，以及3榀木框架在ISO 834标准升温条件下的持载高温试验，分析了高温下梁上的持荷水平对木框架破坏模式的影响。静力加载试验中，木框架在荷载-位移曲线上升阶段20~30kN时刚度显著增大，到破坏荷载80kN后刚度下降；临近破坏荷载时，榫头底部受压屈服，且榫头有从卯口拔出的趋势，木梁榫头部位约在二分之一高度处突然劈裂破坏，破坏时呈现明显的脆性。抗火性能试验表明，梁上的持荷水平对榫头上部的测点温度分布有较大的影响，而对榫头下部、木梁、木柱的温度分布基本无影响；持荷水平对框架的破坏模式有较大的影响，持荷水平较低的试件KJ1，其破坏模式是跨中挠度的变形速率超过规范允许的限值，耐火极限为38min，破坏具有一定的延性，而持荷水平较高的试件KJ3，其破坏模式为梁端榫头发生破坏，耐火极限为23min，破坏具有突发性。