框架结构在撞击荷载作用下的动力响应分析

以某工程局部9层框架为研究对象,利用有限元软件LS-DYNA模拟汽车撞击钢管混凝土柱-钢梁混合框架、钢筋混凝土框架以及钢框架三种框架结构的过程,获得了三种框架结构钢材应力云图、混凝土损伤云图、撞击力时程曲线及结构变形等动力响应。分析了三种框架结构在撞击荷载作用下的破坏模式,分析结果表明:受到撞击荷载作用后,钢管混凝土柱-钢梁混合框架的动力响应具有局部性,而钢筋混凝土框架整体遭到严重破坏,结构发生连续性倒塌;钢管混凝土柱-钢梁混合框架的抗撞击性能远优于钢筋混凝土框架。并根据研究结果,提出框架结构的变形限值条件以及撞击力代表值的计算公式,用以评价、比较框架结构的抗撞击性能,给出了在实际工程中提高框架结构抗撞击性能的设计建议。     

混凝土板柱子结构抗连续倒塌试验研究

节点脆性冲剪破坏易导致板柱结构体系的连续倒塌。对1个横、纵向均为2跨的混凝土板柱子结构进行连续倒塌静力加载试验,试件制作时移除底部中柱以模拟初始失效,试验中首先对中柱柱头施加向下的集中力使其节点发生初始冲剪破坏,其后对楼板施加均布荷载直至发生后继连续倒塌破坏,分析了试件不同变形阶段的受力机理并对承载力进行了评估。结果表明：子结构的中柱节点冲剪破坏具有一定延性,但板内张拉力导致冲剪承载力比中国规范计算值低50%;初始加载时边中柱和角柱分别承担82%和18%的荷载,随着变形增大,边中柱节点逐步损伤,边中柱承担荷载下降、角柱承担荷载上升,结构倒塌时边中柱和角柱分别承担51%和49%的荷载;小变形下试件通过楼板面外受弯能力和面内受压薄膜效应承载,在中柱节点发生冲剪破坏的时刻,受压薄膜效应提供的承载力贡献为12%;大变形下试件通过节点区的残余受弯能力和面内受拉薄膜效应承载,当节点发生严重损伤后,荷载由板底整体钢筋的受拉薄膜效应承担。     

侧向冲击荷载下钢筋混凝土墩柱的性能

采用数值仿真技术建立了足尺钢筋混凝土墩柱精细有限元模型,分析了侧向冲击荷载下墩柱的动态响应和抗冲击性能,提出了一种基于截面损伤因子的损伤评估方法,讨论了不同碰撞参数对钢筋混凝土墩柱破坏模式和损伤机理的影响.结果表明:冲击荷载下钢筋混凝土墩柱的耗能主要分为接触区域局部耗能和构件整体耗能;当冲击体的初始动能恒定时,冲击质量和冲击速度的不同组合会导致钢筋混凝土墩柱损伤破坏机理的显著差异;基于截面损伤因子的损伤评估方法可以比较准确地描述墩柱的破坏状态.轴压力对墩柱抗撞能力的有利贡献比较有限,且墩柱随着轴力的增大更易发生剪切破坏;冲头刚度对碰撞力和墩柱动态响应的影响十分显著.     

火灾下钢筋混凝土平面框架结构受力机理分析

为研究火灾下钢筋混凝土框架结构的受力机理,采用梁单元建立了钢筋混凝土框架结构耐火性能有限元计算模型,考虑火灾位置、柱轴压比和梁配筋率等参数的影响,对火灾下钢筋混凝土框架结构的变形、内力重分布、破坏形态以及耐火极限进行了参数分析。分析结果表明,火灾下框架结构出现了整体破坏形态和局部破坏形态两种典型的破坏形态：当柱轴压比较小时,框架出现受火梁破坏导致的框架局部破坏形态;当柱轴压比和梁配筋率均较大时,框架出现受火中柱和受火边柱破坏导致的框架整体破坏形态,整体破坏形态为连续性倒塌破坏。在框架局部破坏形态条件下,三面受火梁在框架竖向分布位置不同,受约束作用不同,框架的耐火极限亦不同;而在框架整体破坏条件下,柱轴压比越大,耐火极限越小。     

现浇楼板对钢筋混凝土框架结构倒塌模式的影响

地震作用下钢筋混凝土框架结构通常呈现弱柱型破坏模式而倒塌。针对其破坏特征,将钢筋混凝土框架结构离散为“板-柱”和“梁-柱-节点”体系,结合块体间碰撞作用的冲量模型,基于离散单元法建立考虑构件间碰撞作用的钢筋混凝土框架结构空间倒塌反应计算机仿真系统,并通过2个框架结构模型的倒塌试验对其进行了验证。利用计算机仿真系统模拟分析了现浇楼板对钢筋混凝土框架结构倒塌模式的影响。结果表明：考虑块体间碰撞作用的框架结构倒塌仿真系统可以真实再现地震作用下框架结构的倒塌过程和废墟堆积情况;考虑楼板影响时,强柱型框架结构可能会出现弱柱型倒塌,局部倒塌型框架结构则可能不倒或呈弱柱型倒塌;框架结构抗震设计或评定中应充分考虑现浇楼板对框架抗震性能的影响。     

不同位置柱失效的钢结构抗倒塌能力分析及抗倒塌设计

采用静力分析和Pushdown分析两种方法,研究了钢框架结构底层角柱、边柱及中柱失效的内力重分布和塑性铰变化规律及分布情况,并依此提出改善设计措施。分析表明:被拆除构件上方产生的轴力平均减小90%,弯矩平均增加15倍,且方向发生改变,在梁段内形成反弯点。中柱受损对结构构件影响范围最广;角柱受损对结构整体承载力破坏最为严重。通过加设支撑可以有效改良承载力,延缓建筑物发生倒塌的时间,但在个别工况中并非完全能够避免结构连续倒塌的发生。     

装配式斜支撑节点钢框架抗连续倒塌能力评价

结构发生连续倒塌的机理比较复杂,国内外到目前为止没有统一的结构抗连续倒塌能力评价标准。通过3个4跨5层装配式斜支撑节点钢框架结构算例,验证了日本《高冗余度钢结构倒塌控制设计指南》中抗连续倒塌能力评价指标对装配式斜支撑节点钢框架结构的适用性。以国内湘阴远大城9层装配式斜支撑节点钢框架公寓B9为研究对象,采用拆除构件法分别拆除角柱、短边中柱、长边中柱和内中柱,采用经验证的能力评价指标进行抗连续倒塌能力评价。结果表明:9层装配式斜支撑节点钢框架结构在拆除角柱工况下,剩余结构抗连续倒塌能力最好;拆除内中柱下,剩余结构抗连续倒塌能力相对较差,桁架梁在结构抗连续倒塌分析中承载力储备要低于柱构件。     

钢骨混凝土框架结构抗连续倒塌分析

建筑物连续倒塌的原因主要是由于偶然或突发荷载作用,导致结构出现与初始破坏不成比例的大面积坍塌。针对这一特点,本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对一榀大跨钢骨混凝土框架结构进行数值分析。分析其在单根边柱、角柱失效情况下剩余结构动力响应,包括失效节点竖向位移、梁端弯矩、柱轴力以及框架抗连续倒塌机制。研究表明:拆除构件柱子后,离柱子越近的柱的轴力变化值越大;离拆除柱越远,梁端弯矩的影响越小;拆除边柱对与拆除中柱相比较,拆除边柱对结构的抗连续倒塌更为不利,易于出现连续性倒塌。     

某混凝土联方网壳结构抗连续倒塌设计

进站的高速铁路列车如果发生脱轨事故,可撞击雨棚柱并导致雨棚结构连续倒塌。考虑该风险,进行郑州南站混凝土联方网壳雨棚结构抗连续倒塌设计。建立结构多尺度有限元模型,采用拆除构件法分析拆除柱后剩余结构动力行为。结果表明,原结构拆除边柱、次边柱和中柱三种工况下,结构发生局部破坏,破坏面积分别为775、2 074、547m²;但破坏没有蔓延,结构没有发生连续倒塌。为提高结构抗倒塌性能,针对拆除柱后剩余结构受力特点,修改原结构设计,修改后拆除边柱、次边柱和中柱工况下,结构的破坏面积分别是775、0、0m²,即拆除次边柱和中柱工况下雨棚结构没有发生局部破坏。     

框架柱纵向钢筋偏位的处理方法

钢筋混凝土框架结构施工时 ,柱的纵向受力钢筋常发生水平偏位或扭转偏位。出现的位置 :一是基础伸出地面处 ,一是上下层柱楼板处。角柱、边柱比中柱较易发生偏位。引起柱子纵向受力钢筋偏位的原因有 :(1)柱的轴线放线不准确 ;(2)柱模板搭设撑拉不牢 ,尤其是上口的刚度差 ;(3)柱的钢筋     

汽车撞击和爆炸共同作用下钢筋混凝土柱的动力响应与破坏模式

运用ANSYS/LS-DYNA软件分别建立了钢筋混凝土柱、汽车、炸药及空气等模型,对模型的有效性进行了模拟验证;采用全过程分阶段数值模拟方法研究了不同参数对钢筋混凝土柱动力响应的影响,并对柱的破坏模式进行了分析。结果表明:汽车速度、炸药量的增加都会不同程度地加大柱中水平位移;柱截面惯性矩及箍筋配筋率的增加均对柱的抗冲击能力有不同程度提高;混凝土轴心抗压强度和纵筋配筋率的提高虽然使柱中水平位移有所降低,但在一定范围内降低值并不是很大;柱的破坏模式主要包括局部破坏、整体弯剪破坏和整体剪切破坏。     

地震作用下钢筋混凝土框架的结构碰撞分析

文章基于Kelvin碰撞单元和动力弹塑性时程分析,建立相邻等高7层钢筋混凝土框架模型,从结构层间位移角、楼层剪力和碰撞力这三个方面,研究在不同防震缝宽度工况下,楼层碰撞破坏对相邻结构响应的影响,探讨在不同间距下结构碰撞响应的规律,为相邻结构抗震设计和防灾减灾提供合理的建议.     

冲击波和破片联合作用下RC柱的损伤分析

为了研究冲击波和破片联合作用下钢筋混凝土柱的抗爆性能,应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤过程及破坏机理进行数值模拟分析,同时将冲击波单独作用、破片单独作用、二者联合作用下钢筋混凝土柱的动力响应进行了对比。结果表明:近距离爆炸作用下,冲击波先于破片达到柱子,柱子在冲击波作用下产生一定损伤,在此基础上又受到破片群的侵彻而呈现弯曲破坏;柱位移响应达到最大值的时间主要由破片作用控制;破片群对柱的破坏远大于冲击波对柱的破坏,冲击波与破片联合作用效应大于任一个单独作用效应,且大于二者单独作用时的线性叠加,在抗爆设计中应当考虑破片效应及联合作用。     

车辆撞击作用下RC桥墩动力响应

采用LS-DYNA建立了钢筋混凝土(RC)桥墩水平撞击有限元模型,简要介绍了有限元建模技术及相关参数的取值,并通过与水平撞击试验结果进行对比,验证了目前较为常用的2种混凝土本构模型和钢筋本构模型的有效性,进而验证了有限元结果的有效性,并进一步研究了桥墩在等代车辆撞击作用下的破坏机理,分析了与桥墩动力响应和损伤程度有关的影响参数。结果表明:对于水平撞击试验而言,采用MAT_SCHWER_MURRAY_CAP_MODEL(145^#)混凝土和MAT_PLASTIC_KINEMATIC(3^#)钢筋材料模型构建的有限元模型能够更加准确地反映RC桥墩在等效车辆撞击作用下的动力特性、剪切破坏模式和损伤分布; 在等代车辆撞击作用下,混凝土的损伤累积主要集中于墩底剪切带处,而桥墩其他部位的混凝土未出现明显损伤累积; 参数分析结果表明,增大撞击质量能够显著增大撞击荷载峰值、桥墩变形和损伤程度; 提高撞击位置会使桥墩破坏模式由局部剪切破坏转变为整体弯曲(或弯剪)破坏; 在相同撞击冲量下,撞击荷载峰值、桥墩变形和耗能会随撞击速度增加而增大。     

超高层钢管混凝土重力柱-混凝土核心筒结构振动台试验研究

提出一种新型的钢管混凝土重力柱-核心筒结构体系,通过地震模拟振动台试验验证其抗震性能。以实际超高层钢管混凝土柱框架-混凝土核心筒建筑结构为参考,将钢框架梁与柱或核心筒的刚性节点改为螺栓连接的铰接节点,简化结构并制作1/40的缩尺结构模型,采用4条地震动记录进行不同工况的振动台试验,分析结构的震损特点、动力特性、侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和倾覆弯矩等。结果表明：震损主要出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应显著,侧向变形和层间位移显著增大;外排架柱的层间位移主要为不产生内力的刚体转动,核心筒层间位移角达1/26,超过规范JGJ 3—2010中规定的框架-核心筒结构体系不倒塌限值的3.85倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,随结构损伤增大楼层内力增加幅度减小。     

框架-嵌入式墙体结构抗震性能研究

为研究框架-嵌入式墙体结构抗震性能,根据原型结构特性与相似理论,设计并制作了相似比为1:3的钢筋混凝土框架-嵌入式墙体结构试验模型,并进行了地震模拟振动台试验,探究此类结构在不同强度、不同种类地震波作用下的动力特性、加速度反应和位移反应等。结果表明:在地震作用初始阶段,框架结构的变形使得墙板与主体框架连接更为紧密,嵌入式墙体的存在使得整体结构刚度增加,随着框架主体结构的损伤,刚度逐渐减小; 加载结束后,结构一层梁端及柱脚处裂缝较为密集,嵌入式墙板四角及插墙凹槽处混凝土出现不同程度的破坏,框架柱插墙凹槽处混凝土损坏较为严重,但墙柱之间仍保持可靠的连接,结构仍保持较好的整体性; 结构各层弹性、弹塑性层间位移角在规范限值以内,结构具有良好的抗震性能; 振动台试验过程中各块墙板间相对振动反应较为明显,在实际工程设计中应对墙角采取构造措施加固,在墙板顶端增设压梁,并在墙板与框架柱凹槽之间增设缓冲带。     

落物竖向冲击下PC装配式简支箱梁桥动力响应及损伤分析

为评估落物(重型货物、落石)竖向冲击下的桥梁工作性能,以跨径30 m的预应力混凝土装配式箱梁桥为对象,建立精细化结构模型并与足尺模型试验结果进行对比验证;采用显式动力分析方法对落物冲击多片式箱梁的动力响应和损伤发展过程进行分析,探讨了不同坠落冲击位置、冲击能量以及冲击角度等因素下桥梁的损伤特征和发展规律.结果表明:落物...     

钢框架-混凝土核心筒结构框架地震设计剪力标准值研究

为研究双重体系钢框架-混凝土核心筒结构的框架设计地震剪力标准值,对20个钢框架-混凝土核心筒结构模型进行了静力弹塑性分析。从承载力、结构失效模式和框架破损程度三个方面评价20个计算模型的抗震能力。根据推覆分析结果,提出了如下设计建议:8度抗震设防时钢框架-混凝土核心筒结构的刚度特征值λ大于0.65,各层框架的设计地震剪力标准值不小于本层总剪力的18%和不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力的1.2倍(加强层和顶层的剪力可不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力),框架角柱轴压比不大于0.5。算例表明,符合建议的钢框架-混凝土核心筒结构,在地震作用时不会出现不合理的破坏形态。     

装配整体式混凝土梁-柱子结构角柱失效后承载能力试验研究

钢筋混凝土框架结构在角柱失效后,与失效角柱相连的两边梁处于弯剪扭复杂受力状态,其承载能力不同于纯弯构件。为评估装配整体式混凝土框架结构在角柱失效后边梁的承载能力,对5个装配整体式梁 柱子结构试件与1个整体现浇梁-柱子结构试件进行单调静力试验。对于装配整体式子结构,考虑了3种节点连接形式（90°弯钩连接、开槽水平搭接、锚固板焊接）和3种扭弯比受力状态（0、0.127、0.254）。通过对比各子结构的破坏形态、承载能力与延性,分析了扭弯比及节点连接形式对边梁承载能力的影响,对比了装配整体式子结构与整体现浇子结构在复杂受力状态下的性能差异。结果表明：在弯扭作用下装配整体式叠合梁承载力随着扭弯比的增加而降低;扭弯比为0.127∶1与0.254∶1时,结构承载力比纯弯结构分别降低了15.9%与40.4%;节点连接形式为90°弯钩连接时,装配整体式叠合梁在复杂受力状态下的性能可以认为与整体现浇梁的相同。     

侧向冲击作用下钢管混凝土柱动力响应 试验研究及计算方法

为了揭示钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的破坏机理,完成了7个钢管混凝土柱和1个部分填充钢管混凝土柱以及1个空钢管柱的水平横向冲击试验,考虑了冲击速度、冲击质量、冲击能量以及柱端约束等关键因素对钢管混凝土柱侧向冲击动力响应的影响。结果表明：与空钢管柱比较,钢管混凝土柱和部分填充钢管混凝土柱在侧向冲击荷载下的抗冲击承载力、抗变形能力提高显著;一端固支一端简支的钢管混凝土柱易发生受剪破坏,而悬臂柱则发生根部弯曲破坏;钢管混凝土柱的冲击力和残余位移均随着冲击速度、冲击能量的增大而显著增大。结合现行钢管混凝土结构设计规范,通过引入动力放大系数R和能量吸收比k提出了钢管混凝土结构柱抗冲击承载力计算方法,并明确了系数R与k的取值方法。