埋入式钢柱脚单调加载试验研究

进行了4个不同形式的埋入式钢柱脚试件的试验,调查埋入深度和栓钉布置方式对埋入式钢柱脚受力性能的影响.通过实验,观察试件的破坏形式、分析比较了试件的荷载-位移曲线与弯矩-曲率曲线.同时建立了有限元分析模型,对埋入式钢柱脚进行多参数的数值模拟.实验研究和数值分析结果都表明,钢柱的埋入深度对钢柱脚的抗弯承载力与抗弯刚度有较大影响,合理布置栓钉能提高埋入式钢柱脚的抗弯承载力与抗弯刚度.     

HPFL加固双向简支板抗弯性能研究

为了研究用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固RC双向简支板的抗弯性能,对同参数的1块对比板和4块HPFL加固板进行试验,并用有限元软件ANSYS进行模拟。试验研究与数值模拟结果均表明:与未加固板相比,加固板的抗弯承载力与刚度都有较大提高,加固后板的抗裂性能明显改善,从而验证了HPFL加固RC板能改善其抗弯性能。还采用塑性铰线理论对该类加固板的承载力进行了分析和计算,计算结果与试验结果及数值模拟结果相似程度较高。     

AFRP加固二次受力RC梁抗弯性能有限元分析

本文首先利用ABAQUS有限元软件对AFRP布加固钢筋混凝土梁的抗弯性能进行非线性有限元分析,并将有限元模拟结果与试验结果进行比较,以此验证所建模型的正确性。其次,利用验证后的有限元模型深入分析各项影响因素对二次受力加固梁抗弯性能的影响,为加固工程实践提供了理论依据。     

内配格构式钢骨钢管混凝土构件的抗弯性能

对是否设置加劲肋和格构式钢骨等4组内部构造形式不同的钢管混凝土试件进行受弯试验。结果表明：格构式钢骨延缓了试件受拉区混凝土开裂和受压区钢管屈服,有效提高了其抗弯性能。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行数值模拟分析,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上分析钢管径厚比、钢骨肢件间距、钢骨尺寸、钢骨及混凝土强度等对内配格构式钢骨钢管混凝土构件受弯性能的影响。结果表明：影响构件抗弯性能的主要参数为钢管径厚比、钢骨尺寸及钢骨强度;混凝土强度、钢骨肢件间距对其承载性能影响较小。采用中国规范对试件的抗弯承载力进行计算,采用中国规范、美国规范及欧洲规范对试件刚度进行计算,并将计算结果与试验结果进行对比。结果表明：中国规范对该类构件抗弯承载力的计算偏于保守;美国规范和欧洲规范对该类构件抗弯刚度的计算偏于保守,中国规范对抗弯刚度的计算误差较大。     

预应力高强钢绞线加固RC梁抗弯性能有限元分析

为研究预应力高强钢绞线加固后的RC简支梁的抗弯性能,本文基于ABAQUS有限元模拟软件建立了4组不同工况的RC简支梁,以体外预应力加固方式对其进行加固,并模拟其受力过程.以预应力度为控制变量,研究高强钢绞线对RC梁的抗弯加固效果.分析结果表明,预应力高强钢绞线对混凝土梁的抗弯效果可以起到明显提升作用,梁底跨中区域裂缝减...     

带肋预应力混凝土复合墙板的抗弯性能

将传统复合墙板平板层改为带肋层,优化截面的混凝土配置,从而降低复合墙板自重,在墙板两侧对称施加预应力筋,增强复合墙板的抗裂性能。为研究该混凝土复合墙板的抗弯性能,进行了3个试件在均布力作用下的抗弯试验,分析了该混凝土复合墙板的力学性能和变形模态。通过理论分析推导了该混凝土复合墙板的抗弯承载力计算公式,并采用ABAQUS软件进行了该混凝土复合墙板的对比模拟,并对肋板角度参数进行了模拟分析。结果表明：带肋预应力混凝土复合墙板与平板混凝土复合墙板存在近似的弯曲响应;带肋预应力混凝土复合墙板的抗弯承载力与平板混凝土复合墙板相比有所下降,但降幅小于自重降幅;预应力的施加显著提高了混凝土复合墙板的承载力和抗裂性能;提出的混凝土复合墙板的承载力计算公式、有限元模型均与试验结果吻合较好。     

FRP加固木梁的受弯性能研究

为研究FRP板隐蔽式加固古建筑截面削弱型木梁的抗弯力学性能,设计了3组18根木梁试件的静力加载试验,比较了新构件替换残损构件与残损构件FRP板隐蔽式加固2种方式的加固效果,以及FRP板材的类型、厚度、加固长度对加固木梁抗弯性能的影响规律.研究结果表明：加固木梁抗弯极限承载力、抗弯刚度较模拟残损梁均显著提升;最优加固木梁的抗弯性能与健康梁相当.相同厚度的CFRP板加固木梁的抗弯性能优于GFRP板加固木梁;FRP板的厚度、加固长度与加固木梁的抗弯性能提高幅度成正比.在加固试件中木材、碳板胶以及FRP板的协同工作性能方面,GFRP板优于CFRP板.加固木梁截面应变沿梁截面高度方向的分布基本符合平截面假定.提出了FRP板加固木梁的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好.

     

FRP板隐蔽式加固古建筑木梁的抗弯性能

为研究FRP板隐蔽式加固古建筑截面削弱型木梁的抗弯力学性能,设计了3组18根木梁试件的静力加载试验,比较了新构件替换残损构件与残损构件FRP板隐蔽式加固2种方式的加固效果,以及FRP板材的类型、厚度、加固长度对加固木梁抗弯性能的影响规律.研究结果表明:加固木梁抗弯极限承载力、抗弯刚度较模拟残损梁均显著提升;最优加固木梁的抗弯性能与健康梁相当.相同厚度的CFRP板加固木梁的抗弯性能优于GFRP板加固木梁; FRP板的厚度、加固长度与加固木梁的抗弯性能提高幅度成正比.在加固试件中木材、碳板胶以及FRP板的协同工作性能方面,GFRP板优于CFRP板.加固木梁截面应变沿梁截面高度方向的分布基本符合平截面假定.提出了FRP板加固木梁的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好.     

基于模糊层次分析法的加固RC梁抗弯性能评价

针对加固后钢筋混凝土梁抗弯性能评价指标多因素和多层次特性的问题，提出了采用模糊层次分析法来评价加固RC梁的抗弯性能.通过对影响因素与权重的确定、抗弯效果等级划分与贴近度的计算，实现了对加固后RC梁抗弯性能的评价，并对10根RC梁抗弯试验中的加固梁进行了分析.结果表明，根据加固前后RC梁的最大贴近度值，分析方法准确划分出了RC梁的抗弯性能等级，可以对各种不同影响因素下RC梁的抗弯性能进行量化分析.     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能数值模拟

采用DIANA有限元软件建立分离式钢筋混凝土梁模型,同时根据已有研究成果建立锈蚀钢筋及钢筋-混凝土界面的性能退化模型,通过试验验证了模型在锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能分析中的实用性。在此基础上,对锈蚀梁的梁拱作用转换和不均匀锈蚀梁的受力性能进行了数值模拟。结果表明：在钢筋端部锚固良好的情况下,剪弯段黏结破坏引起锈蚀梁的受力机制由梁作用向拱作用转换,且最终导致梁在使用荷载下的抗弯刚度降低34％～44％;纵向不均匀锈蚀梁的抗弯性能评价可简化为全跨均匀锈蚀梁,且计算承载力时宜取不均匀分布锈蚀率的最大值,计算刚度时宜取其平均值。     

考虑轴力与底板约束的埋入式钢柱脚刚度模型

为准确预测埋入式(特别是浅埋)钢柱脚节点的初始转动刚度,将柱脚的埋入段简化为地基梁,基于初参数法完善考虑轴力影响的Winkler地基上的Timoshenko梁理论,提出受锚栓和混凝土约束的柱脚底板转动刚度的计算方法,进而建立可以综合反映柱脚埋深、埋入段剪切变形、钢柱轴力、底板约束影响的埋入式钢柱脚转动刚度模型。基于已验证的有限元模型进行参数分析,研究埋深比、轴力和锚栓布置对柱脚转动刚度的影响。与有限元结果的对比表明,提出的刚度模型较过往文献中理论模型具有更高的精度和更好的适用性,尤其是对于埋深比为0.5～1.5的浅埋柱脚节点。理论与有限元结果表明：埋深比较小时,柱脚转动刚度随埋深比的增加快速增大,而埋深比增加到一定程度后,其对转动刚度几乎无影响;柱脚转动刚度随钢柱轴压力增加呈增大的趋势;对于浅埋柱脚节点,底板约束对其转动刚度的影响较大,而随着埋深的增大,其影响逐渐减小;底板转动约束对埋深比小于1.5的节点刚度具有显著影响,当埋深比增大至2.5,其影响可以忽略。     

露出型钢柱脚力学性能的有限元分析

露出型钢柱脚是钢结构厂房与基础相连接的重要部位,因此在对此类钢结构进行设计前需要对柱脚的力学性能进行全面深入的研究。采用有限元软件建立了考虑接触的三维有限元模型,对露出型钢柱脚进行了循环荷载下的非线性分析,讨论了轴向力、锚栓枚数等因素对其破坏模式和极限承载力的影响,并通过得到的弯矩—转角滞回曲线及骨架曲线,研究了柱脚的恢复力特性和耗能性能,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,露出型钢柱脚呈滑移型滞回特征,滞回曲线较为饱满,耗能能力强,与试验结果吻合较好,研究结果对这种钢柱脚的设计与应用提供了参考。     

外伸端板加劲肋对连接性能的影响

为考察外伸端板连接中不同端板加劲肋对节点性能的影响,采用接触问题的弹塑性大变形有限元分析方法,研究了钢梁柱外伸端板连接中不同长度和厚度的外伸加劲肋对节点刚度、承载力的影响,考察了端板变形和连接面受拉侧间隙的变化。研究发现,与梁腹板等厚的等边加劲肋会过早地拉剪屈服,受压侧加劲肋则过早屈服和屈曲。斜角为63.4°,加厚的加劲肋能增大节点的抗弯力臂,减小螺栓拉力,延迟梁受压翼缘的局部屈曲,并能够将梁端塑性铰移向加劲肋的尾部,从而明显提高端板连接节点的强度和刚度。     

西安鼓楼抗震性能分析

分析了西安鼓楼的防震构造,建立了鼓楼上部木结构的三维有限元模型,并对有限元模型输入Elcentro波(加速度峰值400gal)作为地震激励,进行了柱根和柱顶的位移及加速度曲线等分析.结果表明:防震构造有利于鼓楼的抗震,鼓楼柱础与木柱的连接形式具有一定的隔震效果,上部木结构具有减震耗能的能力,鼓楼具有良好的抗震性能.     

往复荷载下预紧力对露出型柱脚力学性能的影响

预紧力作用下锚栓与结构协同工作时柱脚各组件的应力和柱脚刚度发生怎样的变化,有待于进一步研究.以露出型柱脚为研究对象,利用ANSYS软件,建立考虑接触的三维有限元模型,进行循环荷载下的非线性分析,研究锚栓预紧力对柱脚整体及各部分组件的力学性能影响.结果表明：预紧力可使锚栓与底板的连接更加紧密,增强柱脚的整体性和初始抗弯刚度,延缓底板的翘曲,但是由于锚栓预紧力的影响,锚栓的塑性变形发展趋势增加.考虑抗震设防要求进行柱脚设计时宜合理选择锚栓预紧力.     

外露式钢柱脚节点的抗剪性能

参考实际工程中使用的外露式钢柱脚节点,以柱脚底板孔径、柱脚底板厚度、锚栓直径和锚栓强度为主要参数,设计7组共19个大直径锚栓的钢柱脚试件,开展抗剪性能试验研究. 试验表明,锚栓连接具有可观的抗剪能力,节点的最终破坏模式有3种：当基础混凝土配筋足够时为锚栓剪断,配筋不够时为混凝土冲切破坏,介于两者之间的锚栓剪断同时存在混凝土冲切裂缝;锚栓连接的荷载-相对位移曲线呈现2种类型,主要区别在于是否存在滑移段. 对于锚栓连接的抗剪承载力设计值,将 3个已有理论模型与试验结果对比,给出推荐的简化公式. 对于锚栓连接的极限抗剪承载力,提出考虑锚栓截面拉力、剪力和弯矩影响的计算模型.     

梁端翼缘扩大型梁柱节点抗震性能和设计方法

为使钢框架梁柱节点满足强柱弱梁的抗震设计原则,并使梁上塑性铰远离梁柱节点区,对梁端翼缘扩大型(包括侧板加强型和翼缘端部放大型)钢框架梁柱节点进行了往复荷载下的试验研究,得到了节点类型和梁端翼缘扩大尺寸对节点滞回性能、延性和耗能能力等指标的影响规律.在使用非线性有限元程序对试验结果进行数值模拟的基础上,研究了梁端翼缘扩大段的长度及宽度等参数对节点性能的影响规律和有效取值范围,给出了实用设计方法.使用梁端翼缘扩大型钢框架节点可以有效实现梁端塑性铰外移,是一种在抗震设计中值得推广的具有良好延性和塑性转动能力的新型节点形式.     

自攻螺钉连接抗剪承载力的有限元建模方法

随着轻钢龙骨体系及彩钢板的广泛使用,自攻螺钉连接受力性能也越来越被人们重视.目前国内有关自攻螺钉连接受力性能的研究主要集中在试验和有限元分析两方面,其中有限元的建模方法各有不同.采用ANSYS有限元软件建立了自攻螺钉抗剪连接的7种简化计算模型,对各种简化模型所得连接的极限承载力、破坏形式及建模特点进行了比较,得到了自攻螺钉连接合适的有限元建模方法,为自攻螺钉抗剪承载力的理论研究提供有益的参考.     

加劲肋对外伸端板连接火灾下破坏模式的影响

为研究外伸端板连接节点火灾下的破坏模式及承压加劲肋厚度对节点耐火性能及柱稳定性的影响,研究了热力耦合作用下节点的响应.采用钢结构设计理论和非线性有限元分析方法研究了节点火灾下的破坏模式、承压加劲肋的失稳及加劲肋厚度对节点耐火性能及柱稳定性的影响.结果表明:火灾下节点的破坏模式为:首先在端板和柱翼缘承拉区发生弯曲大变形,之后承压部分局部失稳并最终导致节点丧失承载力;承压加劲肋厚度对节点耐火性能有较大影响,火灾下加劲肋受到不断加大的热应力作用,但其临界应力随材料刚度退化而不断降低,较薄的承压加劲肋易发生失稳并引发柱腹板局部屈曲导致节点失效.适当增加承压加劲肋厚度可防止加劲肋的屈曲并有利于柱火灾下的稳定.     

两边连接钢板剪力墙与组合剪力墙抗剪性能

采用ANSYS有限元程序对两边连接钢板剪力墙与钢板组合剪力墙进行数值模拟分析.研究了不同高厚比下两边连接钢板剪力墙与钢板组合剪力墙抗剪静力性能的区别,分析了两种剪力墙的受力机理和破坏模式.结果表明:高厚比λ是影响两边连接钢板剪力墙抗剪静力性能的主要因素;高厚比较大的剪力墙所需要的能够完全限制钢板出平面方向位移的混凝土板厚度较小;预制混凝土板的存在改变了剪力墙钢板的受力模式,对薄钢板剪力墙尤为明显,钢板由拉力带承担水平荷载改变为截面受剪承担水平荷载.