带部分外包混凝土柱的钢板剪力墙结构的受力性能分析

部分外包混凝土(PEC)柱具有较高的刚度和承载能力,将其引入钢板剪力墙结构中,作为钢板的约束构件来最大程度地发挥结构的抗震耗能性能,形成带PEC柱的钢板剪力墙结构。为研究带PEC柱的钢板剪力墙结构的力学性能,应用有限元软件ABAQUS分别对两榀带普通H型钢柱的钢板剪力墙结构和三榀带PEC柱的钢板剪力墙结构进行单向和循环荷载作用下的数值模拟,得到了试件的应力分布、变形情况、荷载-位移曲线、滞回曲线,分析了试件的承载能力、初始刚度、耗能能力、延性与破坏模式等力学性能。结果表明:带PEC柱的钢板剪力墙结构的承载能力和耗能能力明显地高于带普通H型钢柱的钢板剪力墙结构。试验结果也进一步验证了有限元分析的可靠性。     

全栓接H型钢梁柱节点有限元与试验对比分析

利用ABAQUS软件对4种不同构件梁柱节点进行了非线性有限元分析,获得了连接节点在循环荷载作用下的破坏模式、M-θ骨架曲线以及主要力学性能参数,并与试验结果进行了对比。结果表明:ABAQUS模拟所得结果与试验结果吻合较好,ABAQUS能够较为准确地模拟半刚性节点的受力性能;全栓接H型钢梁柱采用不同种类T型件连接是合理可靠的;相较于传统节点,全栓接新型节点在弱轴方向上的承载力和延性均有显著提高,表现出更优越的力学性能;有限元分析与试验研究对比分析的正确可靠性,进一步验证了设计构件的合理可行性。     

轴向约束钢柱的抗火性能分析

应用ANSYS软件计算了钢柱在标准的升温模式下的温度场,然后利用ANSYS的耦合分析,将温度场导入结构分析中,分析了火灾下两端简支的轴心受压钢柱随温度升高时的力学性能并与理论计算结果进行了比较。对柱的轴向约束刚度以及荷载比对轴心受压柱受力性能的影响作了进一步的分析,阐述了轴向约束钢柱在火灾下的变形及轴向附加荷载的一些规律,可为钢柱的抗火设计提供一定的参考价值。     

高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能,使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系,基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型,考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响,模拟得到了钢柱的受火响应,其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明,无防护的Q690钢柱在受火20 min左右发生破坏,破坏模式为整体失稳破坏;荷载比对临界温度影响较大,长细比和升温速率影响较小; Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。     

波纹腹板H型钢梁柱铰接节点静力性能试验研究及有限元分析

通过对2个波纹腹板H型钢梁柱铰接节点的静力试验,分析了波纹腹板H型钢梁柱铰接节点的静力承载能力,研究了波纹腹板H型钢梁柱铰接节点各截面的内力分布,并将试验结果与传统H型钢梁柱铰接节点设计公式的计算结果进行了对比,验证了传统H型钢梁柱铰接节点设计公式的可靠性。采用有限元分析软件ABAQUS对节点进行了有限元分析,将有限元分析得到的荷载-位移曲线与试验结果进行对比,验证了有限元分析的合理性。采用ABAQUS对节点进行了参数分析,研究了端板厚度、梁连接板、柱连接板厚度与波纹断点对节点承载力的影响。研究结果表明：现有的H型钢梁柱铰接节点实用设计公式在设计波纹腹板H型钢梁柱铰接节点时安全可靠;常用的端板和连接板构造方式适用于波纹腹板H型钢梁柱铰接节点;腹板与端板焊接处波纹的断点不影响波纹腹板H型钢梁柱铰接节点的力学性能。     

ABAQUS用于约束钢柱抗火性能计算的验证

采用通用有限元分析软件ABAQUS对某试验工况中的约束钢柱和钢梁进行模拟计算,将试验测得的热电偶温度数据作为初始荷载进行热传导分析,得到整个约束钢柱和约束梁的温度场分布,并以此为输入温度场进行热力分析.通过将有限元分析软件计算所得的位移随温度变化关系同试验数据比较,验证了利用ABAQUS进行钢构件热力耦合分析的工具可靠,方法合理.     

高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能，使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系，基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型，考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响，模拟得到了钢柱的受火响应，其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明，无防护的Q690钢柱在受火20min左右发生破坏，破坏模式为整体失稳破坏；荷载比对临界温度影响较大，长细比和升温速率影响较小；Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN 1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。     

约束H型钢柱火灾响应及火灾后力学性能试验研究

通过对端部约束H型钢柱火灾响应及火灾后力学性能的对比试验研究,分析了不同约束条件对H型钢柱火灾行为及受火后力学性能的影响。试验测定了钢柱的温度响应及位移响应,在此基础上进一步开展了火灾后的力学性能试验。结果表明：钢柱在升温和降温过程中存在一定的滞后性,火灾升温时柱顶位移按自由膨胀、对称约束及不对称约束依次减小;约束性质对火灾后H型钢柱的力学性能有明显的影响,对称约束的H型钢柱在火灾后的应变明显不同于非对称约束的情况,而且非对称约束钢柱压曲破坏前的整体刚度明显高于对称约束;无约束H型钢柱受火后的整体屈曲主要沿弱轴方向弯曲,而约束H型钢柱受火后的整体受压屈曲则沿两个方向均有明显的侧向弯曲,且沿弱轴方向的受压曲线基本呈三角形,绕强轴方向则为S形。     

钢框架刚性节点力学性能分析

为了研究钢框架刚性连接节点的力学性能,文中以H型钢柱腹板厚度、梁截面形式及加劲肋为参数,设计六组T形刚性节点,利用ABAQUS有限元软件建立刚性节点模型,分析钢框架刚性节点在低周反复循环荷载下的滞回性能;对刚性节点数值分析得到节点的滞回曲线、骨架曲线。结果表明,增大柱的腹板厚度能一定程度提高节点承载力及初始刚度;梁截面为H型钢的抗震性能优于梁截面形式为钢管型的;梁柱节点连接处设置加劲肋能有效提高节点的力学抗震性能。     

室内爆炸荷载作用下钢柱动力响应的参数分析

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA研究了开洞空间内炸药爆炸冲击波传播特性和荷载的简化方法,提出了适用于室内爆炸情况下简化的荷载模型,并将该荷载模型施加于两端铰接的钢柱上,利用ABAQUS有限元软件对不同工况下钢柱的动力响应进行了参数分析。结果表明,降低轴压比和长细比可有效提高钢柱在爆炸荷载作用下的承载能力和稳定性;轴压比较小时,随着轴压比的增加,柱中最大位移有少量增幅,只有当轴压比达到一个限值才会对柱中位移产生显著影响,随着长细比的增大,该值有所降低;增加钢柱截面高度比增加截面宽度更能有效地提高柱的抗爆能力。     

Seismic behavior of wide-flange steel column with confined potential plastic hinge

This experimental project investigates and validates an innovative method to confine the potential plastic hinge zone of hot-rolled H-shape (or wide-flange) steel column for improved seismic behavior. Based on fundamental mechanics, the concept aims at controlling the local buckling of the flange and web elements of the H-shape steel in the potential plastic hinge region of a column. In the experimental program, six model columns were tested under constant axial load and cyclic lateral forces acting in either the weak or the strong axes. Compared with the conventional H-shape steel model columns, the model columns with their potential plastic hinge zone confined by either steel strips or reinforced concrete cover, exhibited excellent seismic performance with large ductility. Analytical efforts to compare with the test results were also made using simple moment-curvature analysis.     

局部约束轧制H型钢柱的抗震性能研究

针对地震作用下钢抗弯框架由于H型钢柱局部屈曲所产生的破坏,提出了一种适用于地震区的钢框架结构形式:局部约束的轧制H型钢柱体系。这种结构形式通过在柱可能产生局部屈曲的部位设置附加约束,以达到延缓屈曲发展,提高柱抗震性能的目的。根据所提出的方法,通过两组共7根大比例模型柱进行了常轴力和水平循环荷载作用下的试验验证。研究结果表明,未约束H型钢模型柱在达到其最大承载力之后,由于柱底部局部屈曲不断发展,承载力下降较快;而所建议的局部约束H型钢柱,其延性及抗震耗能能力都有了较大提高。     

Fire response of steel semi-rigid beam-column moment connections

This study investigates the fire response of steel semi-rigid beam-column moment connections made with H-shape beam and H-shape column. The general purpose finite element software ANSYS was adopted. The numerical model was verified by the full-scale fire tests implemented in the building fire laboratory center of the Architecture and Building Research Institute (ABRI) in Taiwan, and its results were found to agree well with experimental results. The numerical results show that the applied moments have significant effects on the stiffness of steel moment connections in addition to material properties and connection geometry.     

H形钢构件双轴压弯滞回试验的设计和实现

设计了一套H形钢构件双向压弯滞回加载测量试验系统,用以实现H形钢构件在三轴受力时的加载和试件响应的精确测量。试验系统具有如下特点:加载系统采用万向铰-跟动装置系统,能够精确实施既定的加载方案,避免加载时产生附加弯矩和扭矩,有效消除摩擦力的影响;试验位移测量系统能够精确测量得到试件加载时的三维空间响应;试验应变测量布置可考察柱底部翼缘和腹板屈服及屈曲的发生,并可利用加载时弹性段的应力反算水平反力,进而计算其摩擦力;试验结果显示试验加载和测量系统相对都比较稳定,所得到的试验结果可靠,可以进行H形钢构件双轴压弯滞回性能的研究。     

半刚性梁柱抗弯钢节点的防火性能

采用ANSYS对由H型梁和H型柱组成的半刚性抗弯钢节点的防火性能进行了研究。通过在台湾地区建筑与房屋研究中心(ABRI)的防火试验中心进行的足尺寸防火试验证实了数值模型的有效性,而且该模型的计算结果与试验结果一致。数值分析结果显示:除材料特性和连接的几何形状之外,作用力矩对抗弯钢节点刚度有很大影响。     

H形截面钢柱预压抗弯型连接节点受力性能试验研究

为满足钢结构快速绿色施工的需要,设计了一种新型H形截面钢柱拼接节点,即钢柱预压抗弯型节点。为研究此节点的受力性能,设计了3个足尺试件,对其进行低周往复加载试验,分析节点破坏模式、应力分布规律及对H形截面钢柱承载能力和刚度的影响。试验结果表明：柱拼接处翼缘首先发生屈曲变形,但对高强度螺栓施加的高预拉力使得柱仍然有较强的承载能力;节点处加劲肋对法兰板加劲效果明显,应力始终保持较低值,未发生屈曲变形;节点滞回曲线显示拼接柱水平位移较小,柱在节点处能量消耗小,保证了被连接构件刚度的连续性;节点区的剪切变形角最大为0.002 3 rad,变形较小。研究表明此节点是一种性能优良的H形截面钢柱拼接节点。     

莱钢产轧制H型钢构件受力性能的理论与试验研究(Ⅳ)H型钢构件轴心受力性能的理论分析

对国产轧制H型钢截面构件进行了轴心受压承载力的理论研究。通过有限元方法 ,对国产轧制H型钢轴心受压构件的极限承载力进行了弹塑性和几何非线性的有限单元法理论分析 ,同时考虑了热轧型钢的残余应力和构件的初始缺陷。计算了 114根国产轧制H型钢轴心受压构件的极限承载力 ,得出国产轧制H型钢轴心受压构件极限承载力的主要公式。提出了便于设计人员应用的轴心受压修正公式。     

钢-混组合长柱偏心受压数值模拟分析及程序

考虑两端铰接的任意截面钢-混组合长柱在偏心荷载作用下的附加弯矩影响（二阶效应）,提出一套可对长柱从加载到最终破坏全过程分析的数值模拟程序。该方法采用了一种新的纤维元理论来计算长柱的二阶效应和受力变形特性。根据该算法编制出相应的计算机程序,应用计算机程序对一配有工字型钢的矩形截面长柱进行计算分析,验证该方法的正确性和有效性。     

钢骨-钢管高强混凝土轴压组合柱受力性能的试验研究

本文提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨-钢管混凝土组合柱。这种组合柱是在钢管混凝土的基础上内部埋设钢骨。通过13根组合柱的轴心受压试验,研究了这种新型组合柱的受力性能。试验研究结果表明,在钢管混凝土中加入钢骨后,可有效地提高柱子的承载力,并能在一定程度上延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的产生,从而提高柱子的延性,而组合柱的承载力和延性则随长细比的增大而下降。基于试验研究结果,本文给出了适用于这种新型组合柱的承载力计算公式。     

型钢混凝土组合框架力学性能非线性分析

在充分考虑混凝土损伤、材料非线性及单元类型的基础上,建立了由预应力（非预应力）型钢混凝土梁及角钢混凝土柱构成的型钢混凝土组合框架有限元模型,对其在水平荷载作用下的力学性能进行数值分析及试验对比验证。在此基础上,进一步研究了水平荷载作用下组合框架受力的全过程,并对影响此类框架力学性能的主要因素进行了参数敏感性分析。结果表明:组合框架在梁端和柱底部均出现塑性铰,能实现“强柱弱梁”的破坏机制;随着轴压比增大,水平荷载 位移曲线峰值荷载先增加后减小,峰值荷载对应的位移减小,延性降低;随着长细比增加,结构刚度降低,峰值荷载减小,延性增加。