巨型钢框架结构的二阶实用分析

采用连续化概念和刚度等效原则 ,建立巨型钢框架结构的等效模型 ;考虑结构的二阶效应用一列假想竖向受载刚性杆与其并联 ,从而得到二阶简化计算模型。该模型可用于该类结构的非迭代二阶分析计算。最后用一个工程实例检验了该方法的实用性与可靠性     

巨型钢框架结构的二阶分析

对巨型钢框架结构的分析 ,采用连续化的数学模型和角变位移法建立了巨型柱、巨型梁的等效刚度方程式和二阶内力分析的角度位移公式 ,并举例说明其应用 ,供方案设计时参考     

预应力巨型支撑—钢框架结构侧移模式研究

基于纯钢框架结构及钢框架—支撑结构的受力特点,提出新的结构形式——预应力巨型支撑—钢框架结构体系。采用SAP2000建立不同结构尺度的二维结构模型,变化框架相对抗侧刚度,进行几何非线性有限元分析,并与纯钢框架结构、非预应力巨型支撑—钢框架结构比较,着重研究预应力巨型支撑—钢框架结构的侧移模式,结果表明预应力巨型支撑可以显著提高结构的抗侧刚度;预应力巨型支撑—钢框架结构侧移模式具有弓形特征,钢框架相对抗侧刚度越小,弓形特征越明显;高层预应力巨型支撑—钢框架结构侧移模式呈现多个弓形串联特征,串联节点正是预应力巨型支撑锚固位置所在。     

巨型钢框架结构性能分析及二阶效应的影响

分析了巨型钢框架结构的静力性能 ,深入研究了结构在竖向荷载和水平风荷载作用下的传力机理、力学特性和变形特点 ,并以结构的变形为指标 ,三维输入地震波 ,按照考虑几何非线性和不考虑几何非线性分析了二阶效应对巨型钢框架结构时程分析的影响。     

二阶效应对巨型钢框架结构时程分析的影响

巨型钢框架结构一般用于超高层建筑中，二阶效应是很重要的影响因素。本文以结构的变形为指标，三维输入地震波，按照考虑几何非线性和不考虑几何非线性分析了二阶效应对巨型钢框架结构在多遇地震下弹性时程分析的影响和罕遇地震下弹塑性时程分析的影响。计算结果表明，弹性时程分析时可以不考虑二阶效应的影响，但弹塑性时程分析时二阶效应是必须考虑的因素。     

巨型钢管混凝土框架结构柱模型等效简化理论分析

为了克服目前巨型框架结构分析过程中,节点和单元数过于庞大、构造复杂、耗时较长等不利因素,通过将巨型框架结构体系中应用较多的钢管混凝土柱、支撑简化为具有等效轴向刚度EA、等效弯曲刚度EI及等效剪切刚度GS的等效实腹柱和支撑的方法,简化建模难度,节约机时,实现变参数分析的目的。推导了等效简化的过程和方法,并就某一巨型钢管混凝土框架结构体系柱进行了验算,结果表明,等效简化效果明显。     

任意半刚性连接空间梁单元的显式刚度

基于半刚性连接钢框架结构的基本假定，经过严格的数学推导进一步给出了半刚性连接空间梁单元的刚度矩阵和固端等效结点荷载的显式形式．各单元的连接刚度均由一组介于0～1之间的无量纲刚度因子表示，当这些因子取不同数值时，模型将分别退化为理想铰接结构和完全刚性连接的空间刚架，并可方便地分析任意连接的混合杆系结构(如空间受弯构件与轴向受力构件的组合结构)而无须增加任何计算工作量．通过算例证明了该模型的正确性．     

多遇地震作用下含屈曲约束的巨型钢框架抗震研究

巨型钢框架结构布置灵活具有良好的建筑适用性,日益受到人们的欢迎。但在地震作用下,巨型钢框架支撑构件为结构提供很大的侧向刚度,当地震强度很大时,承受的轴向力也会很大,这样就容易出现破坏和失稳。由于屈曲约束耗能支撑在受拉和受压状态下都能达到屈服而不发生屈曲破坏,具有很好的刚度和滞回耗能能力。文章通过SAP2000软件建立巨型钢框架分别含有屈曲约束和普通约束支撑,对两种模型模态分析,然后通过弹性时程分析得出含屈曲约束结构的抗震效果远远高于含普通约束结构的结论。     

预应力巨型支撑-钢框架结构抗侧移性能研究

在当前的工程建设中,预应力钢结构以其技术先进、经济合理、安全适用,应用前景广阔.本文利用有限元分析软件SAP2000研究对比了预应力巨型支撑-钢框架结构与纯钢框架结构、巨型支撑-钢框架结构的抗侧移性能;从集中荷载模式和均布荷载模式两方面对预应力巨型支撑-钢框架结构的侧移模式进行了分析;并运用数值模拟手段研究了支撑的预应力与结构抗侧刚度的关系等关键问题,并得出了相应的结论,可为预应力巨型支撑-钢框架结构的设计和加固提供一些参考依据.     

自复位防屈曲支撑钢框架减振效果分析

自复位防屈曲支撑构件在拟静力试验中表现出良好的复位性能及耗能能力。但是,自复位防屈曲支撑钢框架中支撑与主体结构的刚度关系,以及结构中的复位系统与耗能系统的关系如何合理设置,都需要借助结构试验或参数分析来解决。根据我国现行规范设计了钢框架结构,在构件试验研究及理论分析基础上给出了自复位防屈曲支撑钢框架结构的三线性恢复力模型,并用有限元软件ANSYS建立结构模型。根据此模型对防屈曲支撑钢框架和自复位防屈曲支撑钢框架结构进行了抗震性能对比。通过自复位防屈曲支撑动力位移反应分析,研究了支撑与结构刚度比αB/M,结构耗能系统与复位系统的屈服力比β及其刚度比αc三个重要参数。结果表明:自复位防屈曲支撑钢框架结构最大位移及残余位移角均小于防屈曲支撑钢框架结构的。结构刚度比αB/M越大越有利于减少残余变形;屈服力比β越大结构位移响应越小;刚度比αc越大结构位移响应越小。在初始设计时,建议钢框架结构的αB/M取为3;β取0.5~0.9;αc取为0.5。     

基于空间等效桁架单元方法的钢筋混凝土结构非线性分析

针对传统有限元分析的复杂性以及裂缝描述不准确等缺点,从空间应力单元出发,结合平面等效桁架单元的研究方法,提出了一种空间等效桁架单元;基于空间等效桁架单元和空间应力单元刚度等效的原则,推导了等效后的单元刚度矩阵、杆件截面面积和杆件轴力计算公式,探讨了空间等效桁架单元应用于钢筋混凝土结构非线性分析的相关问题;借助ANSYS10.0采用该方法对一桥墩结构进行计算分析,并与采用平面等效桁架单元方法和试验方法所得结果进行了对比。结果表明:采用该方法对钢筋混凝土结构进行分析能够满足工程精度要求,并且能够准确描述裂缝的开展。     

焊接空间结构节点焊缝拉裂损伤识别

针对焊接空间结构节点易发生损伤和破坏的问题,为了识别焊接空间结构节点焊缝拉裂损伤,建立了节点焊缝拉裂损伤等效模型,考虑到焊接空间结构具有杆件和节点众多的特点,提出了损伤识别两步法。首先建立有焊缝拉裂损伤焊接球节点三维实体有限元模型,划分焊缝裂缝宽度,然后分析不同焊缝裂缝宽度与节点刚度系数之间的关系,最后将所获得的不同裂缝尺寸焊接球节点刚度系数等效为弹簧刚度,施加于结构杆件两端,成为杆端弹簧约束模型,即考虑节点焊缝拉裂损伤的等效有限元模型; 建立等效模型后,采用两步法识别节点焊缝拉裂损伤位置,先对结构分区,用小波分析方法识别结构杆件有节点焊缝拉裂损伤发生的区域,然后基于等效模型提取应变模态作为损伤标示量,在损伤区域内具体定位有节点焊缝拉裂损伤发生的杆件。结果表明:焊缝拉裂损伤等效模型能够模拟实际结构节点焊缝拉裂损伤,所建立的节点焊缝损伤等效模型易于提取损伤标示量,采用两步法能够识别出焊接空间结构节点焊缝拉裂损伤位置。     

A computer method for nonlinear inelastic analysis of 3D semi-rigid steel frameworks

This paper presents an efficient computer method for inelastic and large deflection analysis of steel space frames with non-linear flexible joint connections, based on the most refined type of second order inelastic analysis, the plastic zone analysis. The method employs modeling of structures with only one element per member, which reduces the number of degree of freedom involved and the computational time. Gradual yielding of cross-sections is modeled using the nonlinear inelastic force strain relationships, and then using the flexibility approach the elasto-plastic tangent stiffness matrix and equivalent nodal loads vector of 3-D beam-column element is developed. The method ensures also that the plastic bending moment is nowhere exceeded once a full plastified section develops. A zero-length rotational spring element is used for incorporating the connection flexibility into the element tangent stiffness matrix and equivalent nodal forces. The combined effects of material, geometric and connection behaviour nonlinearity sources are simulated into an object oriented computer program automatically. This program was used to study the ultimate response of several steel frames, which have been studied previously by other researchers. The example of computations and the comparisons made have proved the robustness, accuracy and time saving of the proposed analysis method.     

Lateral torsional stability analysis of large order space frame systems

In this paper the elastic stability of rigid space frames is investigated with the aid of the finite element method. The element stiffness matrix for second order (stability) analysis is formulated on the basis of open thin-walled element theory considering the coupling of torsional and flexural behaviour in three dimensions under the assumption of small deformations. A first order (static) analysis is done first in order to calculate the axial force distribution in the members, and the vanishing of the determinant of the global stability stiffness matrix is the criterion used to obtain the critical load of the structure. The rigid space frames investigated here by the proposed methodology consist of commonly used steel joists with horizontal or X-bracing connecting them. The effects of the support conditions and bracing configuration on the buckling loads of various steel joist systems are studied. Useful conclusions are drawn and comparisons with existing experimental results are made.     

基于建筑空间布置规则性的结构优化分析

结构体系中的大空间或者核心筒的布置不规则,会给建筑抗震设计带来诸多困扰。提出优化设计的方法用于对结构刚度进行调整,以降低建筑空间布置不规则的影响。优化方法是基于进化结构优化法,建立新的灵敏度定义,以修正建筑空间布置规则性为设计目标,优化结构体系中抗侧体系的刚度分布。从建立结构模型开始,直接从建筑设计模型中,提取必要的设计参数,导入优化设计程序中进行建模,提高了建模的效率和准确度。在有限元分析过程中全部采用壳单元,并且在考虑解析准确度的基础上对壳单元进行分割,应用泰森多边形理论对荷载进行计算。在优化计算中,主要从结构整体等效应力分布的均匀性,重心与刚心的相对位置关系以及结构的两向抗侧刚度比三个方面对结构体系的应力、水平以及竖向构件刚度分布进行优化设计,调整建筑空间布局以满足布置的规则性,对进一步深化设计提供可参考的分析结果。     

黏滞阻尼器有效刚度对结构的影响及其取值方法研究

目前,在进行消能减震结构分析时,通常忽略黏滞阻尼器的刚度,影响了结构受力与响应的准确性。为此,阐述黏滞阻尼器刚度特性及其对结构的影响,给出一种适用于时程分析的有效刚度迭代取值方法。对设置黏滞阻尼器消能减震模型、附加有效阻尼比等效模型和附加有效阻尼比与有效刚度等效模型的三组模型进行分析,研究黏滞阻尼器有效刚度对结构受力与响应的影响。结果表明:采用附加有效阻尼比与有效刚度等效模型分析得到的结构楼层剪力与层间位移角的变化趋势基本和采用消能减震模型分析的结果一致;采用附加有效阻尼比等效模型与采用消能减震模型分析的结果则相差较大;时程分析中采用提出的有效刚度迭代取值方法是可行的,建议黏滞阻尼器消能减震结构设计时考虑黏滞阻尼器有效刚度的影响。     

钢筋混凝土剪力墙剪切刚度计算的斜向腹筋桁架-拱模型

钢筋混凝土剪力墙构件腹板为双向配筋,其剪切刚度的传统计算方法忽略竖向钢筋的作用,低估了剪力墙构件的剪切刚度和受剪承载力。为考虑双向配筋对剪力墙剪切刚度的影响,提出等效斜向腹筋桁架-拱模型,与传统桁架-拱模型不同,模型中桁架作用的腹杆由斜向等效受拉钢筋及斜裂缝间的混凝土斜压杆构成,斜向等效钢筋的方向与裂缝处两个方向钢筋的合力方向一致。采用最小能量原理推导了斜向压杆倾角的理论算式,在已有试验数据的基础上,对压杆角度理论算式进行简化,提出了便于工程应用的简化算式。斜向开裂后剪力墙的有效剪切刚度为斜向腹筋桁架模型剪切刚度与拱模型剪切刚度的叠加,采用该模型分别对现有的剪力墙试件进行计算,并将计算值与实测值进行了比较,结果表明,提出的斜向腹筋桁架-拱模型可以较为准确地计算钢筋混凝土剪力墙构件斜向开裂后的有效剪切刚度。     

单层球面网壳节点刚性反应的内力分析研究

节点刚度是影响单层球面网壳内力的重要因素之一.本文提出了＂变刚度＂的内力分析方法.基于梁单元有限元法,各杆件单元的刚度通过引入一个介于0～1之间的无量纲因子来考虑,当该系数取不同数值时,模型将分别退化为理想铰接和完全刚性连接的结构,并可方便分析具有任意刚度连接的网壳结构的内力.通过分析节点刚度、结构矢高、荷载对杆件内力的影响,得出了一些有意义的结论.     

基于全时程迭代的金属阻尼器减震结构地震响应分析方法研究

准确地估算等效阻尼系数和等效附加刚度对于附加金属阻尼器的减震结构的设计具有实用意义。首先基于等效线性化基本理论推导出等效阻尼系数和等效附加刚度计算公式,并引入全时程迭代的思想,形成一种附加金属阻尼器减震结构的地震响应分析方法。继而通过对3层剪切型结构的地震响应分析,探讨了该计算方法迭代过程的收敛性。最后,通过对3层剪切型结构和8层平面框架结构的地震响应分析,考察了该计算方法的计算精度和可靠性。与现有方法相比,提出的等效阻尼系数和等效附加刚度计算公式物理意义明确,同时考虑了金属阻尼器自身参数和结构动力响应对等效线性化参数的影响,采用的全时程迭代方法具有收敛速度快、计算精度高等优点。