混凝土箱梁钢悬臂拓宽法试验研究与数值模拟

钢悬臂加宽法专门用于拓宽城市混凝土箱梁桥,采用该方法拓宽后的混凝土箱梁是一种新式的钢–混凝土横向组合结构,但其破坏失效形式和极限承载能力尚未明确。本文基于钢悬臂拓宽模型的静力加载破坏试验及非线性有限元数值模拟,研究了该新型横向组合结构的破坏失效形式和极限承载能力。研究表明:后浇隔板在弯剪作用下的开裂导致该组合结构达到承载极限状态,即后浇隔板对该组合结构的极限承载能力起决定性作用;通过对比理论结果与试验结果,表明所建立的数值模型能准确地预测拓宽结构的极限承载力。     

高层钢框架考虑损伤累积效应的地震倒塌分析方法

针对结构倒塌破坏的不确定性,提出一种用于高层钢框架结构在强震作用下结构倒塌全过程模拟的数值方法,该方法采用基于中心差分法的显式积分格式,通过定义结构的层损伤,将修正的K&K模型应用到结构中,以考虑结构在地震作用下强度和刚度的退化规律。通过编制有限元程序将该方法用于分析20层benchmark模型结构倒塌全过程和倒塌机理。分析表明,该考虑材料损伤累积效应的方法能更精确地确定高层钢框架结构的失效极限荷载,且在未知结构的失效破坏模式前提下,可较好地模拟在地震作用下结构的失效路径以及倒塌全过程和揭示结构的倒塌机理。     

索穹顶结构在静力荷载作用下的失效分析

索穹顶结构中压杆起着十分重要的作用,压杆的失稳将导致整体结构的失效。故本文研究了索穹顶结构在静力荷载作用下,基于压杆失稳的失效机理,提出了具体的失效判别依据,求得了相应的极限荷载。     

温度作用下大跨度索穹顶结构可靠度分析

基于响应面法,进行考虑温度作用的索穹顶结构在正常使用极限状态和承载能力极限状态下的可靠度分析。分析了在不同温差作用下索穹顶结构不同失效模式的可靠指标,并得到索穹顶结构在不同失效模式下的可靠性能大致与温度呈线性变化。最后采用蒙特卡罗法来检验响应面法的工程误差,比较结果表明响应面法在计算简便省时的情况下能保证良好的精度。     

正交正放单层鞍型网壳在强震下的失效研究

对跨度40m正交正放单层鞍型网壳在强震作用下的失效机理进行研究。通过典型算例探讨结构在强震作用下的响应特征,考察结构的节点位移、不同屈服程度杆件比例、不同失效程度杆件等多项结构响应随荷载强度递增的变化规律;可认为单层鞍型网壳在强震下发生明显的动力强度破坏,综合结构的典型响应提出一种失效极限荷载的确定方法。在系统参数分析的基础上,讨论高跨比、屋面质量、初始缺陷等因素对结构失效极限荷载的影响规律,并讨论考虑下部支承结构刚度因素对上部鞍型网壳强震失效极限荷载、失效模式的影响规律。     

考虑脱空缺陷影响的钢管混凝土压弯剪力学性能分析与实用设计方法

完成了12根带脱空缺陷的钢管混凝土试件在压弯剪复合作用下的滞回试验,考察了脱空缺陷对试件破坏模态、滞回曲线、极限承载力、耗能和延性的影响。建立了带脱空缺陷的钢管混凝土压弯剪试件的有限元分析模型,采用试验数据验证了有限元模型的可靠性。利用有限元模型分析了带脱空缺陷的钢管混凝土试件在压弯剪复杂受力作用下的工作机理,揭示了缺陷对钢管与混凝土之间相互作用的影响规律,并系统分析了含钢率、钢材屈服强度、剪跨比、轴压比和混凝土强度等参数对带缺陷试件抗剪承载力的影响规律。在参数分析的基础上,提出了用于区分试件剪切破坏和弯曲破坏的界限剪跨比,回归了考虑脱空缺陷影响的钢管混凝土压弯剪承载力实用计算公式,可为相关规范的制定或修订提供依据。     

六角星型穹顶结构易损性分析

基于结构本身构型的易损性理论与结构失效机理相结合,分析了六角星型穹顶结构的易损性及杆件在荷载作用下的应力。结果表明,结构应力较大的杆件与易损性分析的失效杆件有对应关系,通过直接计算应力较大杆件的易损性参数,找到各种失效模式,可判断结构易损性。通过分析在反应谱拟合人工波和El Centro波作用下结构的失效模式,求得导致结构破坏的地震峰值加速度,研究了易损性特征参数与结构失效模式的关系。结果表明,结构连接能力小,易损性指数小时,结构呈现强度破坏,随着易损性指数的增大,结构失效模式由强度破坏转变为动力失稳。     

预应力弦支穹顶结构的可靠性分析

弦支穹顶结构是一种刚柔并济的新型复合空间结构,工程应用逐渐增多。而有关弦支穹顶结构的可靠性研究,却由于大型结构体系的可靠性研究难度大、成果少,目前仍较缺乏。同时由于初始缺陷及预应力损失是预应力结构体系不可避免的,在充分考虑初始缺陷和预应力损失随机性的基础上,运用蒙特卡罗法,计算模型在稳定控制、挠度控制和杆件强度控制三种不同的失效模式下的失效概率,得出失稳破坏是结构的主要失效模式,从而确定弦支穹顶结构的失效概率。     

不同支承条件对复合式索穹顶静力性能影响研究

以天津理工大学体育馆工程为背景,对大跨度复合式索穹顶进行支承条件的研究,对比了不同环梁形式和约束条件对索穹顶静力性能的影响.建立了混凝土环梁、钢环梁、箱形截面混凝土环梁三种形式的模型,考虑三向铰接、柱对环梁弹簧刚度和与下部结构协同工作三种约束条件,得到不同支承下索穹顶结构变形、杆件预应力损失和环梁反力变化的基本规律.研究表明:一定范围内混凝土环梁截面积的变化会影响切向应力,轴向应力不变;钢环梁建筑效果好,但变形大,下弦单排约束最不利;环梁截面尺寸较大时,箱形截面梁能显著减轻自重,经济性好;和上下部结构协同工作模型相比,三向铰接约束会使设计偏于危险.     

铝制蜂窝夹芯板的强度特性

铝夹芯结构非常适合于设计飞机、高速列车和快艇等轻型交通系统。研究目的主要是明确包含铝蜂窝状内芯的铝制夹芯板在理论和试验中的强度特性。对弯曲、轴压和侧向撞击荷载作用下的铝蜂窝夹芯板构件进行了一系列强度试验。在相应荷载作用下,运用简化理论分析蜂窝夹芯板的弯曲变形、屈曲／极限强度和破坏强度。同时也讨论了结构失效模式,并给出了试验数据。     

Effect of substructures upon failure behavior of steel reticulated domes subjected to the severe earthquake

This paper presents the study on the influence of substructures on the failure behavior of steel reticulated domes subjected to the severe earthquake. The full-range dynamic response analysis method is applied to investigate the failure characteristics of single-layer steel reticulated domes with substructures subjected to the severe earthquake. The natural vibration properties are studied. Two typical failure modes of steel reticulated domes with substructures are illustrated according to the stiffness of substructures. Failure criterion is proposed to estimate the ultimate load strength for single-layer steel reticulated domes. It is observed that the substructure has great influence on the failure characteristics and the ultimate load strength of steel reticulated domes subjected to the severe earthquake. It is necessary to take substructure into consideration in analysis and design stage.     

下部支承结构对网壳结构强震响应的影响研究

总结了关于考虑下部支承影响的网壳结构强震失效研究的最新研究成果。介绍了基于响应的荷载域全过程分析方法;通过建立精细化的数值模型,对考虑下部支承结构的单层球面网壳在强震作用下的特征响应进行了分析,得到了考虑下部支承结构的单层球面网壳在强震作用下的失效特征;通过大规模参数分析,详细地阐述了下部支承结构对网壳结构失效极限荷载的影响;提出了对于耦合体系的简化分析方法并初步研究了非线性下部支承结构对网壳结构失效的影响;讨论了下部支承结构非线性对网壳结构响应的影响。研究表明,非线性材料的支承结构也将明显改变耦合体系的响应规律及失效模式。     

Failure mechanism of single-layer steel reticular domes with reinforced concrete substructure subjected to severe earthquakes

This paper performs the research on failure mechanism of single-layer steel reticulated domes with the reinforced concrete substructure subjected to sever earthquakes. Based on ABAQUS, this paper built user-defined material subroutines of the steel and the reinforced concrete, which took material non-linearity and the material damage accumulation into consideration. The failure mechanism of reticulated domes with reinforced concrete substructures under severe earthquakes is studied by the nonlinear dynamic response analysis. Three different failure modes of single-layer reticular domes with different sizes of reinforced concrete substructure are illustrated. Failure criterion is put forward to discriminate the failure modes and to estimate the critical load strength for single-layer reticular domes based on the structural damage theory. It has been found that reinforced concrete substructure has significant impact on the failure behaviors and the critical load of reticulated domes under seismic loads. It is essential to consider the influence of the reinforced concrete substructure upon the failure behaviors in the structural analysis and design process of reticular domes.     

Failure mechanism of single-layer saddle-curve reticulated shells with material damage accumulation considered under severe earthquake

This paper presents the study on failure mechanism of single-layer saddle-curve reticulated shells subjected to severe earthquake. Failure mode of single-layer saddle-curve reticulated shells is illustrated with the consideration of material damage accumulation. The effects of different parameters on failure characteristics of single-layer saddle-curve reticulated shells are discussed. The influence of substructure upon failure behaviors of single-layer saddle-curve reticulated shells is particularly investigated. It is observed that dynamic strength failure is the failure mode of single-layer saddle-curve reticulated shells. The substructure has great influence on failure characteristics of single-layer saddle-curve reticulated shells subjected to the severe earthquake.     

大矢跨比单层球面网壳动力试验模型弹塑性稳定分析

为了解水平地震作用下具有不同失效机制的单层球面网壳结构在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,利用有限元软件ANSYS,对两个矢跨比为1/2的单层球面网壳结构试验模型进行双重非线性全过程分析,获得结构的弹塑性极限承载力,比较二者的失稳模态,初步了解二者之间的差异。考察结构杆件屈曲、初始缺陷等因素对结构稳定性能的影响,并分析各因素对结构极限承载力的影响规律。结果表明,地震作用下,具有强度破坏特征的网壳结构在静力下的失稳模式表现为结构的整体失稳,而发生动力失稳破坏的结构则表现为局部失稳破坏。杆件失稳和初始缺陷使结构的临界荷载大幅度降低,且地震作用下属于强度破坏的单层球面网壳结构在静力下对初始缺陷的敏感性大于动力失稳破坏结构。     

强震下单层柱面网壳损伤及失效机理研究

基于结构损伤理论,对单层柱面网壳在强震下的失效机理进行研究。单层柱面网壳在强震下不仅会发生动力失稳,也可能由于过度塑性发展导致动力强度破坏的模式。对于动力强度失效的研究,应当在分析中考虑材料损伤累积以及断裂效应的影响。为在有限元分析中包含这一影响因素,编制了基于通用有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,具有较高的计算精度和较好的收敛性。应用其对单层柱面网壳在强震下的响应进行参数研究,并与基于理想弹塑性材料时的响应对比,讨论考虑材料损伤对网壳失效特征的影响。将单层柱面网壳在强震下失效时刻的多项特征响应进行统计分析,拟合了能够表征网壳损伤程度的损伤模型,建立单层柱面网壳在强震下的失效判别准则。针对实际工程抗震设计中采用损伤累积本构模型计算的困难,提出网壳结构失效极限的简化判别方法。     

单层球面网壳火灾爆炸动力响应

以K8型单层球面网壳为研究对象,考虑几何非线性和温度对材料性能的影响,完整模拟了单层球面网壳在发生火灾的不同阶段受到爆炸冲击作用时的动力性状。据B-R准则,通过爆炸峰值超压与结构动力特征响应之间的关系,可判定K8型单层球面网壳在不同火灾阶段,爆炸冲击作用下的动力稳定性临界峰值超压。分析了单层球面网壳的矢跨比、屋面荷载、约束布置等参数对其在不同火灾阶段的爆炸冲击动力稳定性的影响。研究表明:火灾对网壳结构在爆炸冲击作用下的动力稳定性有较大影响,当网壳杆件最高温度达500℃以上时,结构的抗爆能力明显降低。矢跨比、屋面质量、约束布置对网壳在火灾不同阶段的抗爆能力均有不同程度的影响。     

网壳结构失效机理研究现状

网壳结构的倒塌模式及失效机理研究一直是土木工程界研究的热点。对国内外网壳结构在静力和动力作用下的失效机理研究现状进行了总结和归纳。通过非线性有限元分析,能够精确模拟网壳结构在静力作用下的失效模式及极限承载力;通过动力时程分析,能够模拟网壳结构在特定动力荷载作用下的失效模式,对网壳结构失效模式判别的方法进行了评述,提出了建议从鲁棒性、易损性、冗余度及连续倒塌等多个方面进行深入探讨,建立一个合理的网壳失效判别准则。     

Seismic performance of column supporting single-layer reticulated domes with friction pendulum bearings

The friction pendulum bearing (FPB) has been widely studied as an effective dry friction sliding isolation device, due to its self-limit and self-reset capability. The refinement finite element models of FPB were applied to column supporting single-layer reticulated domes. The seismic performances of these structures with FPBs were systematically analyzed by finite element software LS-DYNA. Numerical results illustrate that the optimal friction coefficient of FPB increases with increasing earthquake intensity and the optimal range of friction coefficient locates between 0.025 and 0.15. The seismic effects of single-layer reticulated domes with FPBs are strengthened with the increase of curvature radius, while isolation effect of FPBs has no obvious change as the curvature radius exceeds 1.5 m. Additionally, the parameter selection principles of friction pendulum bearings for column supporting single-layer reticulated domes are given by means of investigating the force of the slider of FPBs and dynamic analysis of single-layer reticulated domes with FPBs.     

水泥工厂预均化库落地球面网壳优化设计

针对水泥工厂预均化库工程,对跨度86 m落地双层球面网壳结构进行优化设计。分析风荷载、地震作用等对结构性能和网壳用钢量的影响,结果表明:风荷载和地震作用对网壳用钢量影响较小,竖向荷载是网壳用钢量的控制因素。通过与框架柱及环梁支承的双层球面网壳的比较,对落地双层球面网壳结构的经济性进行评价。