箱板式钢结构住宅模块单元受力机理的有限元分析

箱板式钢结构是一种新型装配式结构体系,其借鉴了船舶上层建筑的设计理念。采用数值方法对两层箱板式钢结构住宅模块单元在水平单调荷载作用下的破坏机理及其极限承载力进行研究,提出模块单元角部加强的措施,分析了墙板高厚比、扶强材与墙板截面模量比以及墙板所受竖向荷载F与受压墙板截面总面积A和材料屈服应力fy乘积之比(F/(Afy))等关键参数对角部加强后模块单元极限承载力的影响,分析证明扶强材提高了角部加强后模块单元极限承载力,扶强材的破坏导致模块单元承载力急剧下降,截面模量比越大,下降段越缓慢。另外,在低周往复荷载作用下,对比了角部加强前后模块单元的滞回性能,同时也对比了角部加强后去掉与未去掉扶强材的模块单元的滞回性能,通过分析表明,角部加强措施能提高模块单元极限承载力,且显著改善模块单元的耗能能力。     

箱板式钢结构模块单元的抗震性能模拟和抗侧力计算模型研究

为深入研究箱板式钢结构模块单元的抗震性能,基于前期试验研究结果,分别对设置和不设置角部加强构造肋的三层单开间箱板式钢结构模块单元进行了有限元建模。对比分析了模块单元的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和承载力等,验证了有限元分析的有效性。以模块单元的轴压比为主要研究参数,设计了4组64个有限元模型试件,探讨了轴压比对模块单元抗震性能的影响规律。结果表明:在墙板高厚比、角部加强构造肋的柔度系数一定的前提下,轴压比对模型的承载力影响较小。基于分析结果,提出了有无角部加强构造肋模块单元的抗侧力计算模型,为其抗侧力计算式的建立提供基础数据。     

带洞口的箱板式钢结构模块单元抗震性能试验研究

前期有限元分析和试验研究表明,箱板式钢结构空间模块单元具有良好的抗震性能。实际工程中,由于建筑的使用功能需求,在箱板结构的墙体上需要开设门洞或窗洞。为此分别选取了典型门窗洞口的尺寸,设计制作了2个带洞口的三层单开间箱板式钢结构空间模块单元试件,并进行了拟静力加载试验。研究了试件的破坏过程、破坏模式、承载力、滞回性能等,重点分析了不同开洞面积和洞口位置对空间模块单元抗震性能的影响。研究表明:洞口的存在改变了试件的破坏模式,试件破坏始于洞口角部撕裂,最终破坏时试件四角撕裂或压屈;洞口位置对试件破坏模式也有影响,即开有窗洞的试件三层屈曲比较均匀,而开有门洞的试件拉力带主要发生在上层和下层。与无洞口试件相比,洞口的存在会降低试件的初始刚度和承载力;在后续加载过程中,有洞口试件的延性性能也有所提高;洞口面积越大,其承载力越低,而延性越好,耗能系数越大;最后提出了箱板式钢结构模块单元结构的设计建议。     

箱板式钢结构住宅底部加强区组合钢板墙有限元分析和抗剪承载力计算式

为了建立箱板式钢结构住宅底部加强区组合钢板墙的抗剪承载力计算式,在前期试验研究的基础上,设计了16个模型试件,对影响组合钢板墙抗剪承载力的关键参数进行了有限元分析,探讨了钢板墙的高厚比、肋板刚度比等对组合钢板墙抗震性能的影响规律,分析了试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力和刚度退化等。结果表明:墙板的高厚比越大,钢板越容易产生面外屈曲形成拉力带,滞回曲线捏缩越明显,屈服承载力和极限承载力越低。高厚比越小,组合钢板墙的抗侧刚度越大,但在受力后期,刚度退化速度较快。肋板刚度比对初始弹性刚度和滞回性能的影响不明显。基于分析结果,提出了组合钢板墙的合理破坏模式,并通过参数分析和回归分析,得到了组合钢板墙的抗剪承载力计算式。算例分析表明:所提计算式可用于计算组合钢板墙的抗剪承载力。     

角部加强的箱板式钢结构模块单元抗震性能试验研究

箱板式钢结构是一种可快速装配的新型结构体系,其设计理念来源于船舶上部建筑结构。在前期有限元分析的基础上,设计制作了2个三层单开间箱板式钢结构空间模块单元试件,并进行了拟静力加载试验。研究了试件的破坏过程、破坏模式、承载力、滞回性能等,重点分析了有无角部加强构造措施对试件抗震性能的影响。研究表明:箱板式钢结构空间模块单元的破坏始于试件角部屈曲,其最终破坏时模块单元的角部撕裂、墙板屈曲,模块结构具有较高的承载力和良好的耗能能力;模块结构中的角部加强构造措施起到了类似传统钢板剪力墙中框架柱的作用,使钢板墙拉力带发育更充分,且在一定程度上使钢板墙利用了屈曲后强度;角部加强构造措施提高了试件的极限承载力,改善了试件延性性能和耗能能力;角部加强构造措施对箱板式钢结构而言是一种有效的抗震性能提升措施。     

开洞加劲钢板剪力墙的抗侧承载力分析

为研究墙板开洞对加劲钢板剪力墙抗侧承载力的影响,首先建立了梁 壳混合弹塑性有限元单层墙板模型,研究了极限状态下影响开洞加劲墙板受剪承载力的关键因素。在此基础上,通过大量有限元计算和参数分析,提出了用于计算开洞加劲墙板受剪承载力折减率的简化计算式,并与有限元计算结果进行对比,精度满足要求。以3个加劲钢板剪力墙试件的低周往复荷载试验研究为基础,建立了精细有限元分析模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好,证明了模型的合理性和准确性。提出了加劲钢板剪力墙结构抗侧承载力的理论模型和计算公式,理论计算结果与有限元分析结果吻合良好。     

板式钢结构螺旋楼梯的有限元分析

本文以板式钢结构螺旋楼梯为研究对象,根据板壳结构有限元理论,建立了板式钢结构螺旋楼梯的理论分析模型,分析了影响板式钢结构螺旋楼梯受力性能的各种因素,为板式钢结构螺旋楼梯的工程设计提供了理论依据和设计方法。     

钢结构腹板开洞型节点的参数分析

运用弯剪共同作用理论分析了削弱半径对腹板开洞型节点的影响;利用非线性有限元方法分析了理论得出的结果,认为这一理论方法用于估计截面的抗弯能力以及确定腹板开洞型节点的临界削弱半径是有效的;并分析了削弱截面离柱距离与削弱半径的相互关系。对该类节点的设计具有一定的指导意义。     

钢结构箱形柱与梁异型节点抗剪承载力分析

基于对钢结构箱形柱与梁异型节点形式及受力性能的分析,建立异型节点域的受剪计算模型,并推导节点域在压弯情况下的抗剪承载力计算公式。通过对箱形柱与工字梁和箱形梁异型节点模型的低周反复加载试验,研究轴压比和核心区高度对节点域抗剪承载力的影响,得到节点域的剪力-剪应变滞回曲线;从试验模型的滞回曲线可以看出,异型节点域以剪切变形为主,且具有良好的延性和抗剪承载能力。试验结果与计算分析表明,节点域在小核心区发生剪切屈服,提出的节点域抗剪承载力计算公式与试验结果比较吻合。     

钢结构模块波纹板抗侧刚度及设计方法研究

钢结构模块建筑由于具有绿色环保、能耗低、施工效率高、劳动力需求少等优点,在国家大力推广下迎来了发展的上升期.然而,模块建筑不同于传统建筑形式,特别是在通用结构设计软件中,不能直接建立波纹板的计算模型,用有限元分析软件进行分析又不便于工程应用.为此,首先基于理论推导的抗侧刚度公式提出了便于通用结构设计软件建模的波纹板等效弹簧简化模型,并与试验值对比验证其合理性;然后通过对跨度、波纹板厚度、波峰高度和波长进行参数化分析,验证等效弹簧简化方式的适用性;最后以静海白领宿舍公寓项目为背景,建立波纹板刚度等效前后的MIDAS Gen整体分析模型,对比了它们在相同荷载作用下的整体结构响应.结果 表明,波纹板在抗侧和受力方面可以发挥明显的作用,结构设计中应充分考虑其贡献.     

箱板式钢结构住宅底部加强区的单片组合墙体有限元分析

提出一种既能承压又能抗剪的新型组合钢板墙,通过有限元软件ABAQUS分析其与普通钢板墙、带竖向加劲肋钢板墙在水平往复荷载作用下的承载力和滞回性能的异同点;着重分析螺栓间距、混凝土板厚度、钢板高厚比、钢板与混凝土板间隙和竖向荷载对组合墙承载力和滞回性能的影响。分析结果表明:组合钢板墙中加劲肋和混凝土板的存在有效抑制了钢板的平面外屈曲变形,提高了承载能力和滞回性能;螺栓间距越小,承载能力和滞回性能越好;混凝土板厚度越大,滞回性能越好;钢板高厚比越小,承载能力和滞回性能越好;钢板与混凝土板间隙对承载能力和滞回性能影响很小;竖向荷载越大,延性越差,耗能能力越强。     

钢结构模块单元双梁等效研究

模块化建筑是指将一个房间或者三维空间结构作为模块单元,在现场通过堆叠、组装形成整体结构建筑。模块单元是模块化建筑的基本组成,针对模块化建筑下模块单元顶板梁和上模块单元底板梁组成的双梁结构,为了简化计算按抗弯刚度等效原则,结合ABAQUS有限元软件将双梁结构等效成单梁模型,并分析底板梁高度对等效单梁截面刚度的影响。     

大型钢结构节点承载力的有限元分析

采用有限元方法计算大型钢结构节点的承载力,针对带加劲肋和不带加劲肋的十字型钢管节点,给出有限元方法的建模过程和建模方法,计算在支管轴向荷载作用下的承载力,并将有限元计算结果与足尺试验结果进行比较。研究发现,在支管承压情况下有限元建模时可以对支管的模型进行简化;带加劲肋和不带加劲肋十字型钢管节点的有限元分析结果与足尺试验结果比较吻合;有限元方法可以获得荷载位移曲线的下降段。     

带肋箱板式钢结构住宅底部加强区墙体抗震性能有限元分析

为了深入研究带肋箱板式钢结构住宅底部加强区墙体的抗震性能,基于前期试验研究结果,对底部加强区组合钢板墙进行有限元建模。设计了32个有限元模型试件,对影响组合钢板墙混凝土面板约束效果的关键参数进行了分析,探讨了螺栓纵、横向间距,轴压比对组合钢板墙抗震性能的影响规律,分析了模型试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化和各特征阶段的荷载、位移值。结果表明:厚钢板墙承载力高、后期降低明显,最终发生屈服破坏,而薄钢板墙承载力较低,但后期承载力较稳定,最终发生屈曲破坏;螺栓纵向间距越大,滞回曲线越早出现捏缩、耗能能力减弱;轴压比对墙体承载力和耗能能力影响不大。基于分析结果,给出了组合钢板墙螺栓间距和轴压比的设计建议值。     

开洞生态复合墙体抗侧刚度研究

通过对前期开洞生态复合墙体试验结果的研究分析,主要研究了洞口变化、暗梁与墙肢的相对刚度等因素对墙体抗侧刚度的影响;提出了基于壁式框架模型的开洞生态复合墙体抗侧刚度计算公式。     

弯薄壁型钢结构住宅组合墙体抗剪承载力有限元分析

文章对水平单调加载方式下单面石膏板、单面OSB板、双面覆板(石膏板+OSB板)三类组合墙体的抗剪承载力进行有限元分析,研究墙架柱间距、自攻螺钉间距、蒙皮板等因素对组合墙体抗剪承载力的影响。分析结果表明:蒙皮板对墙体抗剪承载力影响显著;随着墙架柱间距缩小、自攻螺钉间距减小墙体抗剪承载力明显增加。     

钢筋砼带边框开洞剪力墙的抗剪承载力分析

综合讨论了带框开洞剪力墙的构件试验、结果分析及简化力学模型,并由非线性有限元数值分析结果提出进一步修正的简化计算方法.     

板式钢结构旋转楼梯的有限元计算

对板式钢结构旋转楼梯的有限元计算进行了全面的分析,并对其与主体结构的连接节点进行了设计.板式钢结构旋转楼梯设计有四个要点:有限元模型的建立、结构内力计算、整体稳定分析以及楼梯和主体结构连接节点的构造.有限元计算结果验证了旋转楼梯设计方法的正确性,对节点处板材做适当的加强处理可以增强旋转楼梯的整体稳定性.同时说明对钢结构旋转楼梯以及类似结构体系进行有限元分析时,应选用能同时考虑几何与材料双非线性的软件进行非线性整体稳定计算.文中提供的设计实例分析为板式钢结构旋转楼梯的研究与应用提供了技术手段和参考资料.     

负弯矩作用下腹板开洞组合梁极限承载力有限元分析

通过有限元软件ANSYS建立了非线性有限元模型,对负弯矩作用下腹板开洞钢-混凝土组合梁的极限承载力进行了分析计算。将有限元结果与试验结果进行了对比,吻合良好,验证了有限元模型的准确性和可靠性。分析表明:负弯矩作用下的组合梁腹板开洞后,其刚度和承载力降低很大,通过增加混凝土板厚度可以显著提高其承载力,而增加混凝土板配筋率能有效提高其变形能力;混凝土翼板对负弯矩区腹板开洞组合梁的抗剪承载力有很大的贡献。