板柱节点冲剪破坏后的精细有限元分析

按实际结构构造建立了板柱节点的精细有限元模型，采用实体单元和梁单元分别模拟混凝土和钢筋，采用生死单元技术模拟冲剪过程中混凝土开裂和冲剪后的钢筋断裂。3类典型冲剪试验的模拟验证表明该方法可以准确模拟冲剪和冲剪后的位移和承载力。基于该模型对约束节点的冲剪受力全过程进行了进一步的分析，结果表明:面内约束的板柱节点试验中，整体性钢筋和受弯钢筋对冲剪后承载力贡献为42%和58%；提高配筋率对节点冲剪前后的刚度均提升显著，而板厚增加仅对节点冲剪前的承载力和刚度有显著提升；欧美澳中四国规范在计算约束节点冲剪强度值时至少仍有36%的承载力储备，现有冲剪后承载力计算方法低估了负弯矩钢筋贡献，其冲剪后强度的计算值也都低于试验值。     

混凝土板柱节点冲切承载力的极限分析

基于抛物线形的Mohr-Coulomb破坏准则,推导出了求解混凝土板柱节点冲切承载力最小上限解的偏微分方程,通过该偏微分方程求解出了圆柱节点承载力的解析解,同时也求解出了方柱节点承载力的级数解。通过对试验中板柱节点冲切破坏特征的总结,确定了塑性极限分析中相关参数的取值,推导出了能用于实践的计算公式,经检验效果良好。对比分析了圆柱、方柱节点冲切破坏屈服面上的空间应力分布状况,发现圆柱和方柱节点柱边的应力高于板底的应力,在方柱节点在柱角处存在应力集中现象。     

板柱-剪力墙结构抗震的弹塑性时程分析及失效模拟

罕遇地震作用下,板柱节点主要有弯曲破坏和冲切破坏两种破坏形态,而板柱节点发生冲切破坏后,板传递弯矩的能力迅速降低。模拟板柱节点冲切破坏的滞回曲线,在IDARC程序的基础上增加了考虑冲切破坏的恢复力模型,从而采用了弹塑性时程分析方法对板柱-剪力墙结构进行抗震性能分析。对比分析了板柱-剪力墙结构顶层有梁和顶层无梁两种情况下抗震性能的差异,前者相对于后者而言,并没有显示出很大的优势。     

基于组件法的超大承载力端板连接节点弯矩-转角曲线计算方法

超大承载力端板连接节点是一种可以应用于大跨或重载钢结构中的新型梁柱节点形式。为了在结构分析中准确考虑该节点的抗弯承载力和转动刚度,需要确定其弯矩-转角曲线。在已有试验和有限元分析结果的基础上提出了超大承载力端板连接节点的组件模型,引入一种新组件形式并提出了其承载力和刚度的分析方法,基于组件法提出了超大承载力端板连接节点的抗弯承载力和转动刚度的计算方法。综合现有典型的节点弯矩-转角曲线模型的优点,以节点抗弯承载力和转动刚度为基本参数提出了适用于超大承载力端板连接节点的弯矩-转角曲线模型。通过与已开展的试验研究和有限元分析结果进行比较,所提方法得到的节点抗弯承载力和转动刚度较为准确,所提弯矩-转角曲线模型与试验曲线吻合良好,可以应用于采用该节点形式结构的分析和设计中。     

基于节点冲切破坏的板柱结构连续倒塌可靠性分析

从结构体系可靠度的角度认识钢筋混凝土板柱结构的抗连续倒塌性能,用Monte-Carlo连续成组抽样方法对以节点冲切破坏为主的板柱结构连续倒塌进行可靠度分析。在建立板柱节点功能函数的基础上,推演了抗冲切承载力分布及荷载基本变量分布和荷载效应组合的方法。通过计算初始条件下任意一个板柱节点失效的概率和一个节点失效条件下其他节点失效的条件概率,分析了不同位置板柱节点在抗连续倒塌中的重要性以及板柱结构的抗连续倒塌鲁棒性指标。结果表明:底层中柱节点冲切失效最容易引起其他节点的连续性破坏及倒塌,按我国规范设定了柱顶贯通受压钢筋的板柱结构鲁棒性指标比较高。     

钢筋砼板柱节点的抗冲及抗弯强度研究

本文采用塑性理论推导了钢筋砼板柱中节点在竖向剪力和不平衡弯矩检同作用下的强度计算公式，建立了节点抗弯和抗冲切间的强度相关关系，用本文提出了的方法进行计算，与本文作者及国内外有关试验结果的比较表明，具有较高的精度。     

砼斜截面破坏分类与抗冲切计算构模

本文将钢筋砼受剪斜截面破坏类型加以归纳，探讨了板的冲切破坏与梁的剪切破坏的本质联系，以及抗冲切计算构模的有关问题，并对板的斜截面承载力分析方法作了综合评述。     

板式连接中心支撑钢框架结构推覆试验研究

为研究板式连接中心支撑钢框架结构在水平荷载作用下的承载力、延性、结构影响系数、节点受力模式、屈服机制以及节点处梁柱附加弯矩分布规律,对两榀按1:2.6缩尺的3层中心支撑钢框架进行了静力推覆试验。结果表明支撑失稳后楼层水平刚度明显降低,但由于人字形支撑受拉斜杆的存在,楼层能够维持足够的水平承载力。弹塑性层间侧移角远高于抗震规范要求,具有较大的延性系数和结构影响系数。支撑节点板附近的梁柱上存在附加弯矩,基于弹性极限状态,得到了附加弯矩指数的试验值。支撑端部深入节点板较多时,节点板在支撑失稳后以圆弧塑性铰线形式产生面外转动,仍具有高于支撑的极限承载力和塑性变形能力。结构屈服机制合理,体现为支撑屈曲或屈服在先,节点板屈服和梁柱屈服在后,符合抗震设计要求。     

混凝土弯冲板的破坏机构与极限强度

根据试验结果,建立了考虑弯曲变形的新的斜锥面冲切破坏机构,基于塑性极限分析理论,采用双剪应力强度准则,推导得到钢筋混凝土板斜锥面抗冲切荷载表达式,并提出冲切板的极限承载力由斜锥面实际抗冲切力和板抗弯能力二个部分组成。对国内外101个冲切试件的计算结果表明,理论值与实测值吻合良好。     

含屈曲约束连接件的钢框架节点抗震性能研究EI北大核心CSCD

基于屈曲约束和损伤控制的思想,提出了一种含屈曲约束连接件的钢框架节点,连接件的一对核心板传递翼缘轴力并平衡梁端弯矩,对核心板设置了由约束板、填充板和梁外伸翼缘组成的屈曲约束系统。对有无设置约束板的两个试件进行了低周往复荷载试验,分析了节点的滞回曲线、骨架曲线、能量耗散和应变分布,考察了约束板对节点滞回性能的影响;采用有限元软件ABAQUS对该节点进行了数值模拟,研究了核心板螺栓和厚度对该节点滞回性能的影响。结果表明:提出的节点可以达到预期的屈曲约束和损伤控制机制,即核心板率先屈服耗能,约束板可防止核心板发生过大的面外屈曲,主体梁柱保持弹性,节点具有稳定的滞回性能和较大的变形能力;核心板上螺栓预紧力决定了核心板是否会滑移,进而影响滞回曲线的饱满程度,核心板厚度主要影响节点刚度、承载力和损伤分布。最后,理论推导了节点的承载力和变形计算公式,给出了节点理论骨架曲线。     

局部采用纤维增强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为了提高梁柱节点受剪承载力、变形能力及耗能能力,同时避免节点钢筋拥挤而导致的施工困难,采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土作为节点核心区基体材料,考虑轴压比和节点核心区配箍率的影响,进行了7个FRC梁柱节点和1个钢筋混凝土(RC)梁柱节点对比试件的拟静力试验,分析其破坏形态、承载力、变形能力、耗能能力、节点核心区剪应力-剪应变曲线和梁端塑性铰区弯矩-转角曲线。结果表明,在节点核心区主斜裂缝出现前,试件已具有很高的受剪承载力和变形能力;当轴压比试验值为0.07~0.28时,随着轴压比增大,FRC试件的受剪承载力、侧向变形能力、耗能能力及节点核心区的剪切强度和剪切变形能力增加;增加节点核心区配箍率,承载力退化有所减缓;FRC试件梁端塑性铰转动能力有较大提高。     

钢纤维混凝土方形板的冲切强度统一解

该文基于统一强度理论对钢纤维混凝土方形板的冲切承载力进行了理论分析,推导了冲切破坏强度的计算公式。所得的解考虑了板的抗弯能力、纵向钢筋以及材料的中间主应力效应对冲切破坏强度的影响,可以灵活地应用于各种不同材料。将该文的理论计算值与试验值进行了比较,二者吻合较好。     

薄壁钢板自冲铆接受剪性能及承载力计算方法研究

为将机械工程领域中效率与自冲化程度高的自冲铆接应用于冷弯薄壁型钢结构，对51组薄壁钢板自冲铆接进行了受剪性能试验。研究了钢板厚度、厚度比及铆钉长度对其受剪性能和破坏机理的影响规律，拟合出了钢板组合厚度与铆钉长度间的经验公式；分析了现有自冲铆接受剪强度计算方法和各国规范中自攻螺钉连接受剪承载力计算方法的适用性；基于试验和分析结果，提出了薄壁钢板自冲铆接受剪承载力计算方法。结果表明:钢板厚度和板厚比分别是影响受剪性能与破坏机理的关键因素，铆钉长度对受剪性能影响较大且存在较优长度，其可通过拟合出的经验公式快速确定；针对不同破坏模式提出的自冲铆接受剪承载力计算方法，与现有方法相比更适用于设计，且其精度更高、稳定性更好。     

基于双剪强度理论的混凝土板极限冲切承载力计算方法

将混凝土板的冲切破坏简化为平面应变问题,采用双剪应力三参数强度准则对冲切破坏时的混凝土板剪压区的复合应力进行分析,得到了剪压面上的极限竖向剪应力,利用静力平衡条件求得混凝土板的极限冲切承载力计算公式。与国内外246个试件的试验数据进行比较表明,该公式的计算结果与试验结果吻合良好。计算公式的计算模式概念清晰,可供结构设计时参考。     

柱翼缘板外粘钢板加强的梁柱端板连接节点

梁柱端板连接中为防止柱翼缘冲切破坏,传统做法是将梁端板高度范围内的柱翼缘局部加厚。该文提出一种柱翼缘局部外粘薄钢板加厚的新颖连接方式,并利用有限元软件ABAQUS进行了详细的分析。有限元计算结果表明,此种加强方式在规范/规程规定的传统加厚节点极限承载力标准值范围内,可以达到与传统焊接加厚形式同样的效果,并且可以避免传统...     

考虑受拉薄膜效应的板块平衡法修正及在混凝土双向板中的应用

经典塑性铰线理论中的板块平衡法无法考虑钢筋混凝土板在大变形时产生的受拉薄膜效应的影响。为解决这一问题,该文提出了一种可以考虑受拉薄膜效应的修正板块平衡法。该方法将钢筋混凝土板的受力行为分为屈服前和屈服后两个阶段。假设钢筋混凝土板在屈服前的变形为弹性,分别采用Navier法和板块平衡法确定板的屈服挠度和屈服承载力。为考虑屈服后钢筋混凝土板中产生的受拉薄膜效应,假设板底塑性铰线截面上钢筋的竖向分力为产生受拉薄膜效应的主要原因,而钢筋的水平分力则与截面上混凝土的压力组成力偶构成了钢筋混凝土板的截面抵抗弯矩。通过上述修正,可以获得由考虑受拉薄膜效应的修正板块平衡法计算的钢筋混凝土板的全过程荷载-挠度曲线。为验证该文方法,对大挠度足尺混凝土双向板进行了应用研究。通过对比可知,理论分析结果与试验结果较为接近,从而验证了修正板块平衡法的有效性。     

钢框架平端板连接组合节点弯矩-转角关系

端板连接节点是多高层钢框架结构体系中经常采用的梁柱连接形式,当考虑现浇钢筋混凝土楼板的作用并有足够的抗剪连接件时则形成了端板连接组合节点,楼板对组合节点承载力和刚度都有贡献。基于ABAQUS软件建立了考虑楼板组合作用影响的端板连接梁柱组合节点的三维有限元数值分析模型,并分别用有关研究者完成的无楼板钢框架端板节点及考虑楼板作用的组合节点的试验结果对理论模型进行了验证,总体上数值模拟结果和试验结果吻合良好。基于该数值模型进行了平端板连接组合节点力学性能影响因素的参数分析,探讨了楼板、柱腹板加劲肋、楼板配筋率、端板厚度、梁截面高度等参数对组合节点力学性能的影响,在此基础上对欧洲规范建议的弯矩-转角关系模型进行了必要修正,最终提出了可反映楼板作用的平端板连接组合节点弯矩-转角关系实用模型。本文模型计算结果与有限元结果吻合良好,可为进一步研究该类节点的设计方法提供参考。     

冲切与弯曲和剪切的比较分析

本文从冲切与弯曲、斜弯、特别是剪切的联系和区别出发，通过比较分析，阐述了砼板冲切破坏的表现特征及内部机理，提出了冲切破坏的明确定义，并对有关试验现象给出解释或从中作出理性推断。     

窄基输电塔分离式K型节点的受力性能试验研究

各国现行钢结构规范中,均未涉及小夹角(小于30°)K型钢管-节点板连接整体式和分离式节点的极限承载力计算方法。该研究通过对整体式和分离式25°K型钢管节点的承载力试验,探讨了该类节点的承载力-变形曲线和破坏模式,并对承载力、主管应变与节点板分离距离的关系进行了分析。研究表明,当节点板分离距离较小时,节点破坏模式为主管撕裂型剪切破坏,当节点板分离距离较大时,主管发生大变形压屈破坏;其次,节点板的分离导致承载力骤减,分离距离越大承载力越小。因此,虽然常规小夹角K型管-板节点存在节点板过长的问题,但是整体式节点板起到了良好的应力分散与传递作用。     

聚乙烯醇纤维增强水泥复合材料板的冲切性能

利用MTS试验机对聚乙烯醇纤维(PVA)/水泥复合材料板进行准静态冲切试验,研究了不同PVA纤维掺量对其破坏形态和承载力的影响。结果表明:掺入PVA纤维能够将水泥基板的破坏形态由脆性破坏转为延性破坏。PVA/水泥复合材料板的冲切极限荷载和耗能能力均随PVA纤维掺量增加而增大,其中耗能能力的增大更显著。进一步采用Instron 落锤冲击系统对PVA纤维体积分数为2vol%的PVA/水泥复合材料板进行动力冲切试验,研究冲切速度(2.0~4.2 m/s)对PVA/水泥复合材料板的破坏形态、初裂荷载、极限荷载、初始刚度及耗能性能的影响。结果表明:与准静态试验相比,冲切荷载作用下PVA/水泥复合材料板的极限荷载增大,而耗能减少;此外相对初裂荷载和耗能,极限荷载的冲切速度相关性最显著。基于上述结果,构建了纤维增强水泥复合材料四线型拉伸本构模型,并通过反算模型和塑性铰线方法对纤维增强水泥复合材料板的冲切力学性能进行模拟,并得到材料的本构参数。本研究可以为PVA/水泥复合材料的抗冲切设计提供技术支撑。