冲击荷载作用下热轧H型钢梁力学性能试验研究

采用落锤冲击试验机进行了4个热轧H型钢梁动态抗冲击力学性能试验,通过改变落锤冲击速度和落锤冲击能量以研究双跨约束钢梁的动态抗冲击力学性能。试验测试了冲击力、位移时程曲线及型钢表面应变时程曲线,研究约束钢梁在冲击荷载作用下悬链线效应的形成机理和影响规律。试验结果表明：在试验参数范围内,钢梁最大冲击力和冲击力时程曲线变化趋势与冲击能量无明显关系,冲击作用时间和残余变形随冲击能量的增大而增大。在冲击荷载作用下,钢梁跨中受冲击区域均发生了不同程度的局部变形,主要表现为翼缘翘曲和腹板剪切变形,钢梁转角在0.046 4～0.098 4 rad范围内,基本保持了截面的完整性,表明热轧H型钢梁在冲击荷载作用下具有良好的抗冲击性能和延性性能。     

冲击作用下带肋焊接工字钢梁动力响应和损伤研究

为研究冲击作用下焊接工字钢梁的动力响应和损伤，采用有限元软件Abaqus对不带肋和带肋三种构造形式的焊接工字钢梁在冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟分析。通过与落锤试验结果对比，验证有限元模型的合理性。建立27个模型对冲击荷载作用下焊接工字钢梁的动力响应和损伤进行研究，分析了冲击质量、冲击速度、构造形式对焊接工字钢梁动力响应的影响，并分析其加速度响应和损伤程度。研究结果表明：随冲击速度增加，同一构造形式的钢梁其冲击力峰值和跨中残余位移增大；冲击质量对钢梁的峰值冲击力影响不大，但对其跨中位移影响明显；对于不同带肋间距的钢梁，其侧向位移和跨中残余位移随加劲肋间距的减小而明显减小；带肋钢梁的侧向位移比无肋钢梁小；带肋钢梁比无肋钢梁更有利于减小其跨中加速度，从而减小惯性力；基于最大位移评估指标建立以冲击质量、冲击速度为主控影响参数的损伤等级评估曲线，根据冲击质量、速度的组合点所在损伤等级评估曲线的位置，可快速判定冲击后焊接工字钢梁的损伤等级。     

水平冲击荷载作用下钢管混凝土柱动力响应试验与数值模拟

为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的动力性能,进行了2根圆形钢管混凝土柱的水平冲击试验,实测了冲击过程中冲击力、冲击点位移时程曲线及冲击力-位移曲线等冲击响应。建立了ABAQUS非线性有限元模型,对破坏模态及冲击力、冲击点位移时程曲线等动态响应进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,进而用有限元模拟结果揭示了钢管混凝土柱在冲击荷载下的破坏机理,即整体失效过程分为冲击区局部响应、柱顶支座响应、稳定响应和卸载响应4个阶段。结果表明:在冲击荷载作用下,钢管混凝土柱发生弯剪型破坏;所得结论为深入认识钢管混凝土柱的抗冲击行为和破坏形态提供了试验与理论基础,可为今后研究制定合理的抗冲击设计方法提供依据。     

不同波纹腹板钢梁弹塑性整体稳定性能对比分析

基于有限元分析软件对用钢量相同的折线形、梯形、正弦曲线形波纹腹板钢梁进行了弹塑性非线性分析,同时考虑了几何初始缺陷以及几何非线性和材料非线性,并综合考虑了腹板厚度、钢梁高度、波纹周期等几何参数变化对钢梁弹塑性整体稳定性能的影响。通过非线性屈曲分析,对比分析了3种波纹腹板钢梁的弹塑性整体稳定临界荷载、荷载-侧向位移曲线以及临界荷载时的钢梁上翼缘的应力分布。结果表明,用钢量相同的3种波纹腹板钢梁,折线形波纹腹板钢梁弹塑性整体稳定承载力较梯形和正弦曲线形高。     

冲击荷载作用下热轧H型钢梁数值模拟研究

为了研究热轧H型钢梁在冲击荷载作用下的力学性能与破坏形式,对H型钢梁的冲击试验建立精细化有限元模型,再与试验结果进行对比,验证有限元模型的准确性。基于有限元模型分析冲击荷载作用下钢梁的荷载重分布和内力变化。之后开展拓展参数分析,研究钢材强度、锤头几何形状、有无局部加固、冲击位置、边界条件对钢梁抗冲击性能的影响。结果表明:冲击荷载作用下,钢梁出现局部屈曲,并在响应结束阶段承受不对称剪力,其主要破坏形式为局部屈曲和扭转变形; 提高钢材强度,相应钢梁整体抗冲击性能得到增强; 改变锤头几何形状,导致接触刚度改变,冲击力时程曲线出现变化; 在冲击区设有局部加固可以提高冲击区的刚度以及稳定性,钢梁抗冲击能力得到提升; 当冲击位置靠近支座时,冲击力出现至支座反力出现的时间间隔缩短,钢梁能更好地抵抗冲击荷载造成的破坏; 当钢梁边界条件由铰接改为刚接时,由于钢梁长度增加受惯性荷载影响增大,并且由于支座对梁体约束减弱,冲击力整体大幅降低,梁跨挠度增大。     

曲线侧向荷载作用下框架-剪力墙结构中剪力墙数量的确定

本文首先建立了能包含均布侧向荷载、倒三角形侧向荷载、幂级数侧向荷载等常见侧向荷载的拟合二次曲线侧向荷载分布形式。推导了二次曲线侧向荷载分布作用下，框架-剪力墙结构的水平位移曲线。给出了以最大层问弹性位移角为控制量，确定二次曲线侧向荷载分布作用下框架-剪力墙结构所需的剪力墙数量的方法。最后给出的算例。证实了本文方法及公式的合理性，探讨了侧向荷载类型对所需剪力墙数量的影响。     

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能非线性有限元分析

在已有试验结果的基础上,采用OpenSeeS有限元软件模拟了在低周往复荷载作用下T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架的受力全过程,并通过对模拟结果的分析,来研究此类框架结构位移与骨架曲线的影响因素。结果表明:采用OpenSEES计算得到的滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好;框架的水平极限承载力和弹性阶段刚度随柱截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、柱翼缘宽度、柱腹板高度的增大而增大;框架荷载-位移骨架曲线的形状与混凝土强度、柱翼缘宽度、柱腹板高度有关;框架柱轴压比和梁柱线刚度比是影响框架骨架曲线的形状的重要因素,可以间接反映框架延性性能。     

均布荷载下简支波浪腹板H形截面钢梁弹性整体稳定性研究

采用能量法研究简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性整体稳定性,推导了满跨均布荷载作用下简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩公式,通过引入波浪腹板H形截面钢梁的等效翘曲惯性矩和绕虚轴等效惯性矩,得到均布荷载作用下简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩表达式与普通H形截面简支钢梁形式相同。采用有限元方法对均布荷载作用下简支波浪腹板H形钢梁进行模拟分析,与本文公式计算结果对比验证了所提公式准确有效。均布荷载作用下不同参数简支波浪腹板H形截面钢梁的有限元分析表明,简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩大于平腹板H形截面钢梁;随着波浪腹板波幅的增大、翼缘宽度和翼缘厚度的增大,简支波浪腹板H形截面钢梁的整体稳定临界弯矩增大。     

腹板开洞钢-混凝土连续组合梁塑性性能试验研究与有限元分析

为研究腹板开洞连续组合梁的塑性性能,对5根腹板开洞连续组合梁和1根腹板无洞连续组合梁进行了试验研究与非线性有限元分析。研究重点为组合梁荷载-弯矩曲线、塑性区形成及钢梁底部纵向应变分布规律等。结果表明:与腹板无洞组合梁相比,洞口的存在使组合梁较早进入塑性并发生显著的内力重分布,中间支座弯矩减小,各跨跨中弯矩明显增大,从而造成中间支座处的塑性应变区域发展不如各跨跨中充分。     

冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究

在前期无腹筋梁抗冲击试验研究的基础上,为了进一步深入探讨冲击荷载作用下钢筋混凝土梁的抗冲击性能,利用落锤试验机对一组简支配箍钢筋混凝土梁进行试验研究,分析了不同冲击锤重、冲击速度和冲击能量及二次冲击下钢筋混凝土梁的抗冲击行为。采用高速摄像机记录了各试件在冲击过程中裂缝的发生、发展直至破坏的全过程。与静力荷载下对比试件及冲击下无腹筋梁裂缝形态明显不同,在冲击荷载下本研究中配箍钢筋混凝土梁的裂缝分布出现随冲击能量的提高向冲击点局部集中的明显趋势,在较高能量下梁在冲击点附近发生剪切破坏。详细分析了冲击力、支座反力和位移时程曲线以及冲击力-位移曲线和支座反力-位移曲线的特征。为了分析冲击过程中梁的惯性力分布特点,采用大量程加速度计对冲击过程中沿梁长度方向不同位置的加速度响应进行了测量,由于惯性力的影响,梁的剪力分布发生明显改变。通过分析惯性力对梁的冲击响应的影响,对梁的抗冲击承载力的代表值进行了讨论。     

带腹板开洞钢梁弹性挠度计算

钢梁腹板上开洞,使得洞口区域不再满足平截面假定,梁的挠度曲线也不能再用梁理论求解,针对目前还没有较好的计算H型钢钢梁腹板开洞的弹性挠曲线的方法,本文推导了计算钢梁腹板开洞的计算公式,该法力学模型简洁清晰,计算结果精度也较高,与有限元软件计算的结果吻合性较好.     

施工过程中柱轴压作用对开洞薄板墙的受力影响分析

我国现阶段采用薄钢板剪力墙体系的大多数建筑均采用薄钢板剪力墙仅承受侧向水平荷载的设计理念,在设计中未考虑内填板的安装与结构主体同步或稍滞后安装而产生的轴向预压力作用的影响.研究指出在施工状态下开洞薄板墙外边柱的最大层间压缩比约为1/500,以此为依据建立有限元模型,通过内填板有、无预压力两种情况的荷载位移曲线的比较发现,由施工顺序不同引起预压力作用对开洞薄板墙受力性能的影响较小.以开中洞薄板墙为例建立一单榀12层有限元模型,考虑由于施工顺序的不同引起的轴向预压力对开洞薄板墙的影响,进行罕遇地震的时程分析.分析结果表明,结构最大侧向位移与层间位移角均满足设计要求.     

冲击荷载作用下带下部钢管柱单层球面网壳结构动力响应分析

为研究带下部钢管柱的单层球面网壳在冲击荷载下的动力响应,在ANSYS/LS DYNA中建立70 m跨度带下部钢管柱的K8型单层球面网壳与正方体冲击物的数值模型并进行数值分析。根据结构动力响应和最终变形,总结了结构在冲击荷载作用下的4种响应模式,并分析了各响应模式下的动力响应（冲击力、节点速度、节点位移、杆件应力）特点。通过改变冲击点位置以及下部柱高度等参数,分析这些参数对带下部钢管柱的单层球面网壳结构响应模式的影响,揭示了结构响应随各参数的分布规律。研究结果表明:水平侧向冲击作用下结构的冲击力主要为等腰三角形脉冲荷载;冲击柱顶点时,上部结构有杆件失效,结构的节点水平位移和杆件应力最大;冲击柱高度较低时,冲击力峰值较小,节点最大水平位移和杆件最大应力较大。     

带肋钢板加固腹板开洞RC梁受力性能模拟分析

为改善腹板开洞RC梁的受力性能,利用Abaqus有限元分析软件,在低周反复荷载作用下,对26根腹板开洞RC梁进行不同洞口长度、洞口高度、洞口偏移、钢板厚度参数数值模拟分析。模拟分析结果表明,带肋钢板加固腹板开洞梁相比未加固试件有良好的受力性能、耗能能力,变形能力增强,刚度退化减缓。有限元数值模拟分析为合理确定带肋钢板加固开洞梁参数提供了理论依据。     

基于ANSYS钢筋混凝土开洞连续深梁承载力分析

基于Ashour所做的有关集中荷载作用下两跨连续深梁腹板开洞的试验成果,设定一系列有限元模拟试件,借助于有限元分析软件ANSYS建立有限元模型,对比分析集中荷载和均布荷载分别作用时混凝土强度、开洞大小、洞口位置、竖向腹筋配筋率以及水平腹筋配筋率对试件承载力的影响。     

冲击荷载下圆孔蜂窝梁动力响应及孔间腹板屈曲研究

为了研究圆孔蜂窝梁在非常规荷载作用下的动力响应，对9根圆孔蜂窝梁进行落锤冲击试验，探究冲击速度、冲击质量、孔间距、孔高等4个参数对其动力响应和孔间腹板屈曲的影响。试验过程中采集锤头冲击力、梁的位移和加速度以及圆孔周围的应变，并通过高速摄像机拍摄冲击过程。试验结果表明：冲击持续时间随着冲击速度和质量的增加而增加；梁的位移响应受与冲击区域的距离、冲击能量、孔间距和孔高的影响；梁的平均能量吸收率为57.63%,并随着孔间距的增大而减小，随着孔高的增大而增加；加速度沿梁跨中到支座呈“两折线”衰减；冲击作用位置处圆孔的投影面积减小率与冲击能量表现为近似指数增长的趋势；随着冲击能量的增大，跨中孔间腹板发生侧向凸曲的程度加剧；随着孔间距的减小和孔高的增加，非跨中孔间腹板的屈曲程度加剧。     

圆钢管混凝土柱抗冲击性能试验与有限元分析

为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的受力性能,通过对圆钢管混凝土柱进行横向落锤冲击试验,获得柱在冲击荷载作用下的破坏形态、整体变形和应变分布规律,分析了冲击力和试件跨中挠度时程曲线的特征;并通过有限元分析,研究了钢材和混凝土强度等参数对圆钢管混凝土柱力学性能的影响。研究结果表明:在试验参数范围内,随着冲击能量的增加,试件冲击力峰值、跨中挠度峰值、冲击持续时间增加;含钢率较大试件的冲击力峰值和冲击力平台值较大,跨中挠度峰值较小、冲击持续时间较短;钢材屈服强度对试件抗冲击性能的影响较大,而混凝土抗压强度对试件抗冲击性能的影响则相对较小。     

Experiment and FEA of impact resistance of CFST columns with circular cross-section

为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的受力性能,通过对圆钢管混凝土柱进行横向落锤冲击试验,获得柱在冲击荷载作用下的破坏形态、整体变形和应变分布规律,分析了冲击力和试件跨中挠度时程曲线的特征;并通过有限元分析,研究了钢材和混凝土强度等参数对圆钢管混凝土柱力学性能的影响。研究结果表明：在试验参数范围内,随着冲击能量的增加,试件冲击力峰值、跨中挠度峰值、冲击持续时间增加;含钢率较大试件的冲击力峰值和冲击力平台值较大,跨中挠度峰值较小、冲击持续时间较短;钢材屈服强度对试件抗冲击性能的影响较大,而混凝土抗压强度对试件抗冲击性能的影响则相对较小。     

装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

通过4个1/2比例装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架节点低周往复荷载作用下的试验研究,分析了节点区加劲腹板厚度及开孔的影响,研究该新型节点连接构造的受力性能及装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架单元的抗震性能。基于试验结果对试件的破坏特征、滞回性能及变形组成进行分析。研究结果表明：装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架节点滞回曲线呈纺锤形,梁端塑性铰区充分耗散能量,具有良好的抗震性能;装配式螺栓连接钢筋混凝土柱 钢梁混合节点具有良好的连接质量;加劲腹板厚度的增加一定程度上减小了节点的剪切变形,加劲腹板开孔对节点受力性能影响不大;梁弯曲变形引起的层间侧移在强柱弱梁型钢筋混凝土柱-钢梁框架节点总侧移中所占比例最大,节点剪切变形所占比例较小。     

开洞填充墙RC框架抗连续倒塌性能研究

为研究边柱失效工况下开洞填充墙钢筋混凝土(RC)框架的抗连续倒塌性能,在实验室制作了一榀1/4缩尺的三层两跨的开洞填充墙框架试件,并对其进行拟静力(Pushdown)加载。试验结果表明：填充墙可以大幅提高RC框架的抗连续倒塌性能,与纯框架相比,开洞填充墙RC框架的初始刚度、峰值荷载和极限荷载分别提高了521%、209%和86%。填充墙作为等效斜压杆传递了部分竖向荷载,使开洞填充墙RC框架的节点水平向外位移较大。此外,基于LS-DYNA软件建立精细化有限元模型和简化压杆模型,有限元分析结果表明：相比于精细化有限元模型,本文所提出的简化压杆模型可以更准确模拟填充墙在连续倒塌过程中的力学行为和抗力曲线,但对再现结构的破坏模式有所欠缺。填充墙的开洞会削弱墙体对RC框架抗连续性能的提升,在开洞率相等时,洞口开在中柱附近时的削弱作用最小;而填充墙开洞率和开洞数量的增加均会降低结构的峰值荷载。