柱失效方程中荷载相关特性对承载力抗震设计可靠度的影响

以竖向荷载和水平地震作用组合下的钢筋混凝土柱和钢柱为对象,研究了失效方程中荷载相关特性对柱承载力抗震可靠性的影响。根据现行《混凝土结构设计规范》和《钢结构设计规范》分析了不同柱弯矩轴力相关曲线的特性。结合多个框架结构实例,对比了柱失效方程中荷载相关曲线与规范考虑情形的异同。实例分析表明:水平地震和竖向荷载组合作用下,小偏压RC柱和工字型钢柱的荷载相关曲线与规范考虑的情形较为符合,均近似为负相关的直线;水平地震和竖向荷载组合作用下,大偏压RC柱的荷载相关曲线则与规范考虑的情形有较大出入,存在明显的正相关段部分。在此基础上,考虑失效方程复杂特性,依据已有的荷载和抗力变量概率模型,采用Monte Carlo法分析了水平地震和竖向荷载组合作用下柱的可靠性。结果表明:钢柱和小偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化幅度较小,与规范模式计算结果较接近;大偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化会有较大幅度波动,与规范模式计算结果差异较大;当轴压力荷载效应比值为负时,大偏压RC柱的承载力抗震可靠度会低于规范计算值较多,现行柱可靠性设计方法会偏于不安全。     

雪灾下轻钢结构大面积破坏的概率成因

现行可靠度设计统一标准在分析轻钢结构构件可靠度时,对荷载效应比值的取值范围考虑不够充分。针对此不足,提出了1种基于应力的荷载效应比值计算方法,解决了在构件失效是由多种形式内力引发的情形下选择何种荷载效应来计算荷载效应比值的问题。以多个轻钢结构构件为例,采用该方法分析了轻钢结构中荷载效应比值的取值范围。揭示了雪荷载不利布置下,轻钢结构的荷载效应比值将会非常高的现象。接着对按现行分项系数设计的轻钢结构进行了可靠度校核,表明轻钢结构的可靠性处于较低的水平。最后分析了雪荷载超过设计标准时轻钢结构可靠度随不同荷载效应比值的变化规律。结果表明当雪荷载超载较大时,荷载效应比值越大的结构可靠性越低。这从可靠性的角度为近年雪灾中轻钢结构大面积破坏的现象提供了补充解释。     

规则钢筋混凝土框架中考虑双向随机偏心距的柱承载力抗震可靠度分析

地震作用下RC框架柱大多处于双偏压受力状态。为考虑双向偏心距随机特性的影响,采用Monte Carlo方法分析了RC框架柱的承载力抗震可靠度。基于已有的试验数据,分析了GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中双偏压构件抗力计算模式的不确定性及其对极限状态方程的影响。以按规范设计的典型RC框架角柱、边柱和中柱为例,结合已有荷载和抗力变量的统计概率参数,通过对荷载效应以及抗力进行抽样,分别按单偏压和双偏压情形计算了RC柱的承载力抗震可靠度。结果表明：对于规则框架结构,双偏压情形下使柱具有较低可靠度的地震作用方向(沿结构主轴)与单偏压情形并不相同;考虑双向随机偏心距后,RC柱的承载力抗震可靠度会较单向随机偏心距下的可靠度有较大程度的降低。     

全跨和半跨荷载组合下两铰抛物线钢拱平面内承载力计算方法对比

全跨和半跨荷载组合作用下钢拱结构内力分布会随荷载比例发生较大变化。现有钢拱结构平面内稳定承载力计算式多是针对各单一加载模式进行分析得到的,缺乏对其在全跨和半跨组合荷载下适用性的充分考虑。针对此不足,以两铰抛物线钢拱结构为研究对象,考虑荷载组合比例、矢跨比、截面等不同参数的影响,对比分析了现行钢拱结构技术规程方法、基于完善拱模型的有限元方法和基于一致缺陷拱模型的有限元方法等多种方法的承载力计算结果。分析结果表明:当全跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计会较为保守;而当半跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计则会偏于不安全。     

水平荷载作用下洞口对填充墙RC框架结构受力性能影响的非线性分析

在3个单层单跨、开洞率不同的填充墙钢筋混凝土框架水平荷载试验模型分析的基础上,用同样的模拟方法,对设计的19个单层单跨、不同洞口情况的填充墙钢筋混凝土框架模型进行了水平荷载作用下全过程模拟分析。分析结果表明通窗、窗洞左置和门洞右置为不利洞口情况,通窗可导致"短柱效应",使框架柱剪力明显增大,洞口率越高(或窗洞左移、门洞右移)则水平承载力和侧移刚度越低,通窗填充墙框架结构按现行方法设计存在安全隐患而非通窗类洞口填充墙框架结构是安全的。     

考虑压拱效应的钢筋混凝土双跨梁竖向承载力分析

钢筋混凝土框架结构在使用期内遭遇爆炸、撞击等突发事件时，可能引起结构承重柱失效，从而导致结构倒塌。当失效柱为内柱时，失效柱上方与其相连的两跨梁将形成双跨梁，双跨梁的承载能力决定剩余结构的抗倒塌能力。为分析双跨梁的受力特征和破坏机理，进行了3根1/4缩尺钢筋混凝土双跨梁的静力加载试验。结果表明：梁端存在轴向约束时，梁产生压拱效应，其竖向承载力得到提高；基于试验结果，根据双跨梁关键截面满足的内力平衡方程、考虑压拱效应时满足的变形协调方程，推导出梁的竖向荷载与中柱竖向位移之间的关系式；通过不断增大竖向位移，得到最大竖向荷载(对应的梁轴向力为压力)即为双跨梁考虑压拱效应的竖向承载力。理论分析结果和试验结果比较表明，所提计算方法有较高精度。     

工形截面钢拱弹塑性稳定分析

通过直线梁单元以折代曲建立有限元分析模型,对工形截面钢拱结构进行弹塑性大位移分析。跟踪结构在荷载作用下的平衡路径全过程,得出结构在重力荷载、类雪荷载、半跨分布荷载作用下的破坏模态为失稳破坏,在风荷载作用下的破坏模态为强度破坏。研究结果表明:残余应力会降低结构的承载力,初始几何缺陷会改变结构的失稳模态,并降低稳定承载力;一般情况下,钢拱结构在全跨荷载作用下的稳定承载力高于半跨荷载,但当矢跨比大于0.4时,后者的稳定承载力高于前者;铰支及固支钢拱结构的优化矢跨比取值为0.2~0.3。     

水平荷载作用下填充墙高度对RC框架结构受力性能影响的非线性分析

采用ANSYS软件对3个单层单跨开洞率不同的填充墙钢筋混凝土框架水平荷载试验模型进行了非线性分析,由分析结果可得计算值与试验结果吻合良好。用同样的模拟方法,对5个单层双跨不同填充墙高度的钢筋混凝土框架模型进行了水平荷载作用下的全过程模拟分析。研究结果表明,随着填充墙高度的增大,填充墙框架结构侧移刚度和水平承载力显著提高,结构延性相对降低;框架结构开裂荷载有所提高,但框架柱原有的"强剪弱弯"性能可能改变,出现箍筋先于纵筋屈服的不利情况;框架柱上段剪力值比原纯框架柱有明显增大,各跨墙高不等时,增幅更大;按照现行结构设计方法,框架柱正截面和框架梁弯、剪承载力设计是安全的,但是框架柱斜截面抗剪承载力的设计存在极大的安全隐患。     

风雪荷载下轻钢门式刚架极限承载力分析

以我国沿海一既有门式刚架轻钢厂房为例,按现行规范取用风荷载组合和雪荷载组合,采用精细有限元方法对厂房中的典型刚架进行了非线性的极限承载力分析,获得了刚架抗风与抗雪的承载力冗余系数以及达到极限状态时的破坏模式。结果表明,刚架在不同荷载组合下的承载力虽能满足规范要求,但当考虑初始缺陷时,其承载力冗余系数偏低,且失效模式由无缺陷时的材料屈服模式转变为局部屈曲模式。     

不同设计配筋下大偏压RC柱承载力抗震可靠度

为研究偏心距随机特性对不同设计配筋下RC柱承载力抗震可靠度的影响规律,采用解析方法,推导了以多个无量纲化设计参数表达的大偏压RC柱失效方程和配筋影响系数计算式。考虑规范中的柱配筋率要求,分析了荷载效应比值等设计参数在常用取值范围内时配筋影响系数的变化规律。结合已有的水平地震作用、竖向重力荷载、混凝土强度和钢筋强度等参数的概率模型,并考虑偏心距的随机特性,采用Monte Carlo方法进行了大偏压RC柱可靠度分析。结果表明:不同设计参数组合下大偏压RC柱配筋影响系数的变化离散性较大;当配筋影响系数较小时,增加配筋对大偏压RC柱可靠指标的改善作用不大;当该系数较大时,增加配筋对可靠指标的提升效果较明显。     

HRB400级钢筋混凝土短柱抗震试验研究

通过对HRB400级钢筋混凝土短柱在水平反复荷载作用下的抗震试验研究,分析了HRB400级钢筋和C60,C70,C80高强混凝土匹配下的配箍率为0.269%、剪跨比为1.9的混凝土短柱破坏形态、滞回特性,并将试验得到的承载力与采用现行规范公式计算结果进行了比较。研究结果表明:试验柱承载力随混凝土强度的增大而增大;试验柱在水平反复荷载作用下发生的都是脆性的剪切破坏,延性极差;采用现行规范计算HRB400级钢筋混凝土短柱的受剪承载力过于保守。     

型钢-钢管混凝土短柱轴压承载力可靠度分析

为检验型钢-钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式的可靠性,根据GB 50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》,采用Monte-Carlo模拟法对组合柱轴压承载力计算公式进行可靠度分析,研究了可变荷载类型、荷载效应比、混凝土强度等级、套箍系数及配骨指标对组合柱轴压承载力可靠度指标的影响。分析结果表明：在所研究的参数范围内,型钢-钢管混凝土短柱轴压承载力可靠度指标随可变荷载组合类型的变化而变化,随混凝土强度等级的提高和钢管壁厚的减小而增大,配骨指标对组合柱轴压承载力可靠度指标的影响不明显,随荷载效应比的增大可靠度指标呈先增加后降低的趋势;除个别公式外,各计算公式基本满足统一标准对延性构件可靠度指标的要求。     

HRBF500级细晶钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

通过对HRBF500级细晶钢筋混凝土短柱在水平反复荷载作用下的抗震试验研究,分析了剪跨比、轴压比和配箍率对HRBF500级细晶钢筋混凝土短柱破坏形态、滞回特性的影响,并将试验得到的承载力与采用现行《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)公式计算结果进行了比较。研究结果表明:试验柱承载力随混凝土强度的增大而增大;试验柱在水平反复荷载作用下发生的都是脆性的剪切破坏,延性差;采用现行《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)公式计算HRBF500级细晶钢筋混凝土短柱的受剪承载力过于保守。     

可变荷载效应占高比重时荷载分项系数取值研究

针对现行可靠度设计统一标准给出的荷载分项系数值对应可变荷载效应比值取值范围较低,缺乏对该荷载分项系数值在可变荷载效应占高比重下适用性的充分考虑的情形,以钢拱架结构模型和RC框架柱模型为例,分析了可变荷载效应比值的取值范围,揭示了可变荷载效应比值将会较高的现象;基于可靠度理论并结合设计约束条件建立了荷载分项系数的计算方法;通过数值分析,求解得到了荷载分项系数值;最后分析了按多国规范用荷载分项系数进行结构设计的可靠指标随可变荷载效应比值的变化规律。结果表明：可变荷载效应占高比重时,按我国规范用荷载分项系数设计的混凝土和钢结构构件的可靠指标低于目标可靠指标较多;而美英两国规范用荷载分项系数的适用性要好于我国规范,但对应的钢结构构件的设计可靠指标仍偏低。从可靠性的角度为近年风、雪灾害中若干结构容易破坏的现象提供了补充解释,同时也为相关规范修订提供参考。     

碳纤维加固锈蚀钢筋混凝土柱轴压承载力的可靠性研究

为研究碳纤维加固钢筋混凝土柱轴压承载力变化规律,提出基于JC法的钢筋混凝土柱轴压承载力可靠度计算方法。考虑钢筋锈蚀率、碳纤维加固量、荷载效应比等因素,应用MATLAB计算软件进行数值分析,结果表明钢筋锈蚀后柱的可靠度指标偏低,若粘贴4层碳纤维布,可提升约33%柱的可靠度指标;在加固前后,柱的可靠度指标均随荷载效应比的增大而减小;钢筋的锈蚀率对结构可靠度指标影响显著,可靠度指标随锈蚀率增加而降低;碳纤维布每增加1层,柱的可靠度指标提高3.7%~5.8%。     

高温与爆炸作用下轻钢柱动力响应与破坏模式数值分析

采用有限元数值分析方法,研究高温与爆炸荷载联合作用下轻钢结构柱的动力响应与破坏模式规律,在分析中考虑不同火灾温度与不同爆炸冲击荷载峰值,以及在相同爆炸荷载峰值下不同冲击荷载峰值出现时间等参数的影响。通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立实体轻钢柱模型,根据欧洲规范3建议的升温曲线及不同温度条件下材料性能参数,确定钢材的弹性模量、剪切模量、屈服强度等参数。选定在特定温度点对钢柱施加爆炸荷载,分析时考虑应变率效应。数值分析结果表明:相同爆炸荷载作用下随着火灾过程中温度的升高,轻钢柱跨中变形增大,轻钢柱的损伤更明显;相同爆炸荷载峰值作用下爆炸荷载峰值出现时间越小,轻钢柱跨中变形越大;在高温下发生爆炸轻钢柱的变形要比常温的明显,由于高温使轻钢柱的材料性能急剧降低,使高温和爆炸荷载作用下的轻钢柱破坏模式明显不同于常温下的破坏模式。     

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁抗剪承载力可靠性

为了研究碳纤维加固锈蚀钢筋混凝土梁抗剪承载力可靠度变化规律,采用碳纤维加固一根锈蚀率为12%的钢筋混凝土梁,应用JC法计算不同荷载效应比下的可靠度指标。分析结果表明:钢筋锈蚀后梁的抗剪承载力可靠度指标偏低;加固后梁的抗剪承载力明显提高,可靠度指标提升20%左右,说明采用碳纤维加固钢筋混凝土梁有很好的效果;梁加固后,结构的可靠度指标都随着荷载效应比的增大而减小。     

钢筋混凝土柱“强剪弱弯”抗震设计的可靠性研究

把构件的设计参数看作随机变量,采用Monte Carlo模拟法,分析了钢筋混凝土柱在不同荷载比下的“强剪弱弯”设计可靠度.柱构件的破坏过程看作由压弯与剪切失效模式组成的串联体系,根据剪切破坏和压弯破坏的不同后果,通过结构构件基于失效损失期望的优化模型,对现行抗震设计规范中钢筋混凝土柱的剪力增大系数进行了优化和评价.     

钢筋混凝土T形柱斜撑框架抗震性能试验研究

对 1/ 2缩尺比例、单层单跨的 3榀钢筋混凝土T形柱斜撑框架和 1榀钢筋混凝土T形柱框架在低周反复水平荷载作用下进行了试验研究 ,分析了钢筋混凝土异形柱斜撑框架的承载力、刚度、延性、恢复力特性、耗能能力及破坏机制等。研究结果表明 ,钢筋混凝土T形柱斜撑框架结构具有良好的抗震性能     

配筋率对混凝土柱侧向抗撞击性能影响的试验研究

通过对钢筋混凝土框架柱在侧向撞击荷载作用下动力响应的试验研究,考察侧向撞击荷载加载速率、纵筋配筋率及箍筋配筋率对钢筋混凝土框架柱破坏形态和侧向承载力等性能的影响。试验结果表明,提高纵筋配筋率可以提高框架柱侧向承载力,加载速率大,提高幅度也大。箍筋间距是框架柱破坏模式的主要影响因素。当箍筋间距较大时,易发生剪切破坏,反之...