采用静–动力转换方法的钢管混凝土框架受火倒塌非线性分析

火灾引起结构倒塌不同于其他瞬时倒塌破坏(地震、冲击或者爆炸),倒塌全过程为准静态平衡和动态相结合的复杂过程。为研究局部火灾引起的钢管混凝土框架结构倒塌破坏机理和动力响应,基于ABAQUS预定场和重启动功能,采用静–动力转换分析方法进行某9层钢管混凝土空间框架结构体系的受火连续性倒塌非线性分析,研究该结构第6层角部开间受火场景下的倒塌破坏模态,分析梁、柱构件受火失效引起的空间框架全过程倒塌机理及整体结构产生动力效应的影响规律。框架梁柱构件均采用纤维梁单元,钢筋混凝土楼板采用分层壳单元,钢材和混凝土材性采用自定义开发的单轴本构材料模型。分析结果表明,静–动力转换方法可以较好地模拟结构受火倒塌全过程,节省计算时间,同时能够反映结构的动力特性。由空间框架倒塌全过程示意可知,角柱失效后触发结构发生局部连续倒塌破坏,倒塌临界时间为253 min(4.2 h),结构整体的耐火时间远大于单个构件的耐火要求。火灾引起结构的局部倒塌全过程分为5个阶段:受火初期膨胀阶段、局部屈曲阶段、短暂平衡阶段、卸载阶段和局部倒塌破坏阶段;前4个阶段为长持时的准静态分析,第5阶段为非线性动力问题。此外,受火区域竖向构件失效后,其卸载传力路径遵循就近原则。     

基于静-动力转换分析方法的火灾引起钢结构连续倒塌性能研究

为研究火灾引起多高层钢结构连续性倒塌的破坏机理以及多高层钢结构在火灾作用下的初始破坏规律,基于ABAQUS预定义场和重启动功能,建立了局部火灾引起多高层钢结构连续倒塌分析的静-动力转换分析方法,运用此分析方法模拟了局部火灾作用下钢结构的破坏过程,重点研究了柱破坏引起多高层钢结构倒塌的初始破坏机理,分析了受火柱约束刚度比和荷载水平对火灾作用下钢结构初始破坏以及对整体结构产生动力效应的影响规律。研究结果表明：静-动力转换分析方法具有可行性;初始破坏的动力放大系数在1．2～1．5之间。     

钢管混凝土组合框架-填充墙结构抗连续倒塌分析

为了进一步研究填充墙对钢管混凝土组合框架抗连续倒塌机理和承载力的影响,基于ABAQUS/Explicit分析方法,以中柱失效工况为例,建立了全填充墙作用的钢管混凝土组合框架结构抗连续倒塌数值模型,合理选取了钢材、混凝土、填充墙砌体等材料本构模型和不同构件之间的约束模型,根据实际工况,结合组合梁构件端部水平拉结作用,并与...     

方钢管混凝土双向压弯截面非线性分析算法

截面的分析是构件非线性分析的基础。本基于纤维模型提出了一种方钢管混凝土双向压弯截面的非线性分析算法,其中截面刚度方程采用割线刚度矩阵形式表达。中还对所采用的钢管和核心混凝土的本构关系模型进行了描述。     

基于纤维模型的钢管混凝土拱非线性失稳分析

对一个模型拱进行了非线性分析，研究了钢管混凝土拱的力学性能．计算分析时选择了合理的材料本构关系，采用基于柔度法的非线性粱柱单元，推导了纤维模型的计算公式．研究结果表明：横向荷栽对横向位移的影响比竖向位移显著，横向荷栽对竖向位移的影响表现在加栽后期，而对横向位移的影响贯穿加载全过程．横向荷载能显著降低拱的承载能力，横向荷载为竖向荷载的50％时，拱的承载能力折减约50％．跨中横向荷载比1／4跨横向荷载对拱的承载能力的折减程度大．研究认为：拱桥的设计必须充分考虑横向荷载对结构受力性能影响．     

海洋平台结构连续倒塌非线性动力响应分析

目前,对突发性极端荷载作用下海洋平台结构整体倒塌的非线性动力过程研究较少.基于海洋平台结构非线性动力时程分析,研究平台结构由于初始破坏引起的动力放大效应,建立海洋平台局部桩柱失效的等效静力模型,采用瞬时加载法,对局部失效的平台模型进行非线性动力响应分析.分析结果表明:随着DCR(需求能力比)值的增加,失效点的竖向位移增加明显,当DCR值很大时,极端荷载可能造成失效结构响应特性发生改变;失效桩柱节点动力放大系数远大于非失效桩柱节点动力放大系数,当DCR=0.9时桩柱失效动力放大系数最大为2.156;随着DCR值的增加,失效节点动力放大系数增加明显,而非失效桩柱结构的动力放大系数基本上保持不变.     

钢筋混凝土框架结构连续倒塌的竖向非线性动力分析

结构的连续倒塌分析(PCA)是结构抗连续倒塌能力定量评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前国内外土木工程界的热点研究领域。本文基于备用荷载路径原理,采用考虑构件失效时长的竖向非线性动力分析方法,对钢筋混凝土平面框架结构进行了竖向连续倒塌分析,根据损伤结构的反应判断剩余结构能否抵抗连续倒塌,分析中考虑了将同一轴线不同楼层的框架柱逐根移除和将同一轴线所有楼层的框架柱同时移除这两种情况对结构倒塌失效模式的影响,探讨了失效时长对结构动力响应的影响,发现构件失效时长对剩余结构的响应有重大影响。研究表明,竖向非线性动力分析方法是结构抗连续倒塌设计与抗连续倒塌能力分析的一种有效方法。     

穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点抗连续性倒塌性能分析与评估

火灾、爆炸、撞击等突发事件可能造成建筑物发生连续性倒塌,二十世纪以来,随着国际上恐怖活动逐年增多,各国专家学者开始重视建筑防倒塌规范的制定和结构抗连续性倒塌性能的研究。目前,钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点已被广泛应用于工程实例中,但其因在钢管外壁焊接外加强环板占用大量建筑空间,影响建筑物使用功能,而钢管混凝土柱-钢梁穿心式节点即钢梁整体或部分穿过钢管及钢管内填充的混凝土,大大节省建筑使用空间。为研究穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点在连续性倒塌工况下的机制,利用ABAQUS有限元软件建立5个穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点及1个全焊接节点模型,考察节点在连续倒塌工况下的抗力机制、变形模式及内力变化,并评估其节点的抗连续倒塌能力。结果表明：穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点的连续倒塌破坏模式可分为钢梁倒塌破坏模式和柱壁倒塌破坏模式两种类型,柱壁倒塌破坏虽有更好的延性及承载力,但钢管壁鼓曲具有不稳定性。节点的竖向承载力主要由抗弯机制及悬链线机制提供,其中抗弯机制提供前期抗力,悬链线机制决定后期极限承载力。新型穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点具有良好的抗连续倒塌能力,其节点抗连续倒塌性能评估指标η高于其余钢梁倒塌破坏节点。     

四面均匀受火下圆钢管混凝土温度场非线性分析

在合理确定混凝土和钢材热工参数的基础上,根据四面均匀受火下圆钢管混凝土离散体积单元的能量平衡建立有限差分平衡方程,采用放大混凝土比热的办法考虑混凝土中自由水、结合水的物理化学反应对混凝土温度场的影响.通过编制四面受火下圆钢管混凝土截面温度场非线性有限差分程序,并结合火灾下钢管混凝土柱温度场的试验结果,合理确定了钢管表面热传递系数和混凝土比热放大系数.结果表明,四面均匀受火下钢管混凝土柱温度场的计算结果与试验结果符合较好.本文的研究工作可为火灾下圆钢管混凝土柱非线性有限元分析创造条件.     

基于纤维模型的钢管混凝土拱非线性失稳分析

对一个模型拱进行了非线性分析,研究了钢管混凝土拱的力学性能.计算分析时选择了合理的材料本构关系,采用基于柔度法的非线性梁柱单元,推导了纤维模型的计算公式.研究结果表明：横向荷载对横向位移的影响比竖向位移显著,横向荷载对竖向位移的影响表现在加载后期,而对横向位移的影响贯穿加载全过程.横向荷载能显著降低拱的承载能力,横向荷载为竖向荷载的50%时,拱的承载能力折减约50%.跨中横向荷载比1/4跨横向荷载对拱的承载能力的折减程度大.研究认为：拱桥的设计必须充分考虑横向荷载对结构受力性能影响.     

碳纤维钢骨-钢管混凝土柱抗震性能试验与有限元分析

目的 研究碳纤维钢骨-钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下的力学性能,为实际工程应用提供参考.方法 制作了3个试件并对其进行拟静力试验,分析不同轴压比下构件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性系数等力学性能.同时采用ABAQUS对碳纤维钢骨-钢管混凝土柱的滞回性能进行了数值分析及试验验证.结果 无论轴压比如何变化,滞回曲线均具有较好的稳定性,曲线都呈饱满的梭形或弓形,没有明显的捏缩现象出现,表明构件的塑性变形能力较强;随着轴压比增大,骨架曲线出现较明显的下降段且构件的极限承载力降低,极值点对应的位移变小;极限荷载、极限位移及延性系数皆随轴压比的增大而减小.模拟结果与试验结果吻合较好.结论 碳纤维钢骨-钢管混凝土柱延性好,具有良好的抗震性能,可应用于实际工程中.     

芯钢管连接的钢管混凝土半连通边节点非线性有限元分析

目的对一种新型的钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接的半连通芯钢管节点进行有限元分析．方法利用通用有限元软件ANSYS分析节点在竖向载荷作用下的破坏过程、破坏形态，节点各组成部分的应力分布规律．结果分析表明，节点承载力大于所连接构件的承载力，模型试件破坏时节点完好，尚有较大承载力，有限元计算结果与模型试验结果相吻合．结论证明了新型半连通节点的可行性和合理性，节点具有较好的强度和刚度．满足“强节点，弱构件”的抗震设计原则．     

有限单元法分析钢管膨胀混凝土 的力学性能

建立了钢管膨胀混凝土的计算模型,提出了非线性有限元分析钢管膨胀混凝土性能的方法,通过算例,验证了非线性有限元分析钢管膨胀混凝土力学性能的方法的正确性。     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点非线性有限元分析

对方钢管混凝土柱钢梁竖向加劲肋式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型，模拟分析了单调加载下节点的受力性能，较为精确地分析了节点区应力分布．结果表明：由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线相符，由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致；竖向加劲肋式节点的梁端弯矩一部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土，另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土；节点的破坏模式为梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰，最终梁受压翼缘出现严重的局部屈曲，而柱钢管和竖向加劲肋均在弹性范围内工作，很好地实现了强柱弱梁、强节点弱构件的抗震原则；节点核心区混凝土性能符合斜压杆受力机制．     

基于ABAQUS的钢管混凝土组合剪力墙弹塑性有限元分析

钢管混凝土组合剪力墙是一种新型剪力墙,能充分发挥不同受力体系和不同材料的抗震优势.采用大型有限元分析软件ABAQUS对该新型剪力墙进行了弹塑性有限元分析,研究了钢管混凝土组合剪力墙在荷载作用下的应力、应变等微观受力状态,揭示了其破坏过程和抗震机理.     

钢骨混凝土转换梁与剪力墙作用的非线性分析

针对某实际工程,以有限元理论为基础,对钢骨转换梁和上部剪力墙共同作用进行非线性有限元计算。所得模拟结果与实际工程计算结果能够较好地吻合,为今后钢骨混凝土转换梁与上部剪力墙共同作用的研究提供了理论依据和参考。     

框支短肢剪力墙-异形柱结构罕遇地震作用下非线性地震反应分析

对某框支短肢剪力墙-异形柱框架结构进行了非线性时程分析,介绍了弹塑性地震反应分析中采用的空间整体动力模型、纤维梁元模型、墙元模型及动力微分方程的积分方法。通过分析得到该结构层间位移角包络图和塑性铰分布情况等反映结构性能的指标,分析结果表明:该结构在设防烈度为6度的地区是可行的。     

钢骨-钢管混凝土轴压短柱模拟实验分析

目的提出钢骨-钢管混凝土组合柱的概念,消除钢骨混凝土组合柱内外部分不能够同时破坏的可能.方法应用有限元的方法,对含钢率不同的轴心受压钢管-钢骨混凝土短柱进行了模拟研究,并与实验情况进行比较.结果明确了钢管-钢骨混凝土柱的破坏特征,含钢率对承载力的影响,含钢率越大,构件的承载力及延性的也会相应的增加.结论钢骨-钢管混凝土组合柱具有很大的优势,能够克服钢管混凝土组合柱的不足.模拟计算与实验研究结果吻合较好.