基于混合模拟的连柱钢框架抗火性能分析

采用混合模拟方法,以三层平面连柱钢框架为研究对象,针对底层中柱受火工况,分别进行实体单元整体框架、多尺度整体框架、多尺度混合模拟整体框架、传统受火单柱的抗火性能分析,对比不同模型的耐火极限、轴向变形、轴力和侧向变形.结果表明:传统受火柱缺少约束效应,导致耐火极限偏小,其轴向变形后期变形速率较快,较大侧向变形发生较早,结...     

震损钢筋混凝土平面框架结构抗火性能研究

为明确混凝土框架结构受地震破坏造成的几何损伤对其遭受地震次生火灾后耐火性能退化规律的影响,分析总结震害资料以及抗震实验记录,将混凝土保护层剥落、残余变形作为混凝土结构的震损形式,通过数据统计与回归分析的方法确定损伤尺寸,从而建立了两层两跨震损钢筋混凝土平面框架有限元模型,得到了框架结构变形特点和受火位置、轴压比、层间位移角对平面框架结构耐火极限的影响规律。     

震损框架填充墙结构的抗震能力研究

国内外研究地震对结构的破坏作用,主要是考虑单次地震的反应,余震对震损结构的损伤特性的研究很少。针对框架填充墙结构在地震作用下的受力特点,结合汶川地震,建立了震损的框架填充墙结构计算模型,着重研究了余震对震损结构动力性能的影响。结果表明,1主震越大,结构的损伤也越严重。整体刚度下降,基本自振周期增长;2完好的结构具有剪弯型的复合变形特征,震损结构的这种变形特征得到了很大的减弱;3余震进一步加深了震害,甚至可以造成某些建筑物的倒塌。     

纤维增强水泥基复合材料加固震损RC框架抗震性能试验研究

针对震损钢筋混凝土框架,提出了基于纤维增强水泥基复合材料（ECC）的加固修复方法,并开展了振动测试和低周反复荷载试验。研究结果表明：震损加固框架在加载试验后的基本频率仅下降了6.8%,损伤程度较轻,屈服和峰值荷载时的顶点位移角分别为1/48和1/25,破坏时位移角超过1/19。震损加固框架的峰值荷载较未损伤原框架提高了9.6%,表明ECC加固修复震损框架的方法能够使其抗震承载能力完全恢复并略高于原框架;ECC加固震损框架的耗能能力也可恢复至原框架的水平。此外,ECC加固对震损框架的刚度提高有限,震损加固框架的初始刚度仅为原框架的36.0%,但刚度退化较为缓慢。应变分析结果表明,ECC置换梁端混凝土能够显著改善塑性铰区的受力性能和破坏模式。     

钢框架抗火计算研究进展

随着人们对钢结构抗火计算与设计理论研究的不断深入,钢结构抗火设计方法也在不断变化。作者分析了钢结构抗火计算的难点;通过查阅文献,研究了钢框架结构抗火计算的进展,得出了进一步研究的热点和难点问题;并对以后的发展进行了展望。     

门型钢框架抗火保护优化设计

利用有限元软件ANSYS的APDL语言及其优化设计模块,采用整体结构火灾分析模型,对门型钢框架进行了抗火优化分析,对其防火保护层进行了优化设计,与传统钢结构抗火保护设计结果进行比较,得到了安全、经济、可靠的设计结果,节省了防火保护材料的用量。     

钢框架的抗火性能数值模拟

采用有限元分析软件对不同保护层厚度的平面钢框架结构在火灾下的反应进行数值模拟,通过对钢框架的非线性分析,将整体结构反应进行对比,以期为工程应用提供指导。     

玄武岩纤维加固震损混凝土框架节点承载力计算分析

对5个不同损伤程度的框架节点采用玄武岩纤维加固后进行低周反复荷载试验。考虑混凝土框架节点受损修复后初始损伤的影响,提出构件修复后混凝土承载力折减系数;基于现行设计规范,建立玄武岩纤维加固混凝土框架节点考虑构件初始损伤的承载力计算公式,为震损混凝土构件的加固设计提供参考。     

带耗能器-限位斜撑RC框架震损修复后抗震性能研究

对两榀带钢筋混凝土耗能器-限位斜撑框架的低周反复加载试验,及其复位加固后再进行的二次加载试验,以考察其残余抗震能力,得到了各种情况下构件的破坏过程、破坏特征及框架的滞回特性等。结果表明,加固后框架的水平承载能力较原型试件有所降低,但很大程度提高了框架整体的延性;复位后框架结构的残余承载力降低,但仍具有一定的抗震能力。     

足尺震损钢筋混凝土柱耐火性能试验研究

地震次生火灾具有发生概率高、灾害破坏力强、损失巨大和机理复杂等特点,为分析震后火灾环境下钢筋混凝土柱构件的抗火性能,以钢筋混凝土柱的裂缝、混凝土剥落和残余变形作为地震损伤形式,设计了7根带有预制损伤的足尺钢筋混凝土方形截面柱,进行明火试验,研究不同几何损伤形式及损伤程度对混凝土柱的火灾破坏特征、截面温度场分布、竖向变形过程及耐火极限等性能影响规律。试验结果表明,预制损伤混凝土柱构件的火灾破坏程度明显大于无损伤混凝土柱,其中混凝土剥落对震损柱内部温度场及耐火性能的影响最大。根据足尺混凝土柱的耐火试验结果,采用ABAQUS有限元软件分析震损混凝土柱的温度场分布与耐火极限,结果表明:当试件端部产生保护层剥落时,剥落区轴向等温线向柱中心凹陷,整体呈"瓶颈"状;轴压比与剥落厚度对震损混凝土柱耐火极限有较大影响;残余变形小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中的弹塑性层间位移角1/50时,残余变形对震损混凝土柱的耐火极限影响有限。通过拟合得到了混凝土柱的轴压比、残余层间位移角、剥落厚度与其耐火极限之间的量化关系式,关系式计算结果与试验结果吻合较好。     

底框架结构的耐火极限数值分析

由热平衡理论建立室内平均温度-时间关系计算模型;以传热学理论建立混凝土梁、柱截面温度场计算模型;以混凝土结构耐火理论建立框架中柱的高温承载力计算模型;以弹性理论建立柱子的温度轴力计算模型;以四面受火中柱(轴心受压)达到承载能力极限状态的时间作为底框架商住楼在火灾中的倒塌时间。结果表明,我国仅有的2个倒塌案例和4次火灾试验结果与数值计算平均误差为5%;数值计算中采用实际温度-时间关系作为火作用,混凝土强度采用在温度和初应力作用下的抗压强度并考虑柱子的温度轴力更为合理。     

基于多尺度模型的抗震混合试验方法研究

为了从不同视角下分析结构的抗震性能,将多尺度的思想应用到结构的抗震分析中,形成集宏观计算单元、微观计算单元和试验单元为一体的多尺度抗震混合试验方法。以三层四跨Benchmark模型为研究对象,AOM(ABAQUS、OpenFresco、MTS)混合试验系统为平台,建立多尺度混合试验模型进行抗震试验分析。试验结果表明AOM混合试验系统具有较强的稳定性和较高的试验控制精度。并从试验结果中对结构进行宏观、微观层面进行分析,对结构的抗震性能分析提供了一种方法。     

钢管混凝土、型钢混凝土、钢筋混凝土平面框架耐火性能对比分析

对常温下承载能力和刚度接近的钢管混凝土柱—钢梁平面框架、型钢混凝土平面框架、钢筋混凝土平面框架火灾下的破坏形态和耐火极限进行了对比分析。研究表明,三种框架的破坏形态存在明显差别,钢管混凝土框架出现了钢梁破坏,其他两种框架出现了受火柱破坏,型钢混凝土框架耐火性能最好。     

钢筋混凝土框架结构震损定量评定方法研究

针对目前震后钢筋混凝土框架结构的损伤程度多以定性评定为主的现状,本文提出借助Pushover分析方法,并结合现有的国内外规范,通过考虑结构的层间位移、塑性铰发展、频率降低等指标的变化,对结构在地震作用下可能出现的五种破坏状态"基本完好、轻微损坏、中等破坏、严重破坏、倒塌"进行定量划分。以某8层振动台模型试验的框架结构作为工程实例进行Pushover分析,计算结构在8度基本地震作用下的反应,将分析结果与本文提出的震损定量评估综合指标相对比,得出该建筑物在不同地震作用下的破坏等级。结果表明,本文的分析结果与试验震害现象基本一致。     

基于单柱子结构模型的型钢混凝土异形柱框架抗震性能混合试验研究

为研究实腹式型钢混凝土异形柱框架结构的抗震性能,以一榀三层两跨异形柱中框架为原型进行整体结构抗震混合试验。基于试验装置构建的OpenSees-OpenFresco-MTS混合试验系统,分别选取底层十字形截面中柱和T形截面边柱作为试验单元,利用四联杆设备对其进行加载,其余部分作为计算单元基于OpenSees软件进行时程分析。通过观察不同试件的受力过程及破坏特征,分别获得试验单元和整体框架的动力反应,对比分析了其滞回特性、累积耗能及刚度退化等,并对震损柱进行拟静力试验。研究结果表明：型钢混凝土十字形中柱和T形边柱试验单元及整体框架的滞回曲线饱满,耗能能力强;震损柱的前期刚度下降迅速,后期刚度下降平缓,破坏时刚度约为初始平均刚度的30%;基于不同试验单元下整体框架的耗能结果初始状态和最终状态趋于一致,体现了混合试验方法的正确性及经济性。     

Shaking table test and numerical simulation on a vertical hybrid structure under seismic excitation

A shaking table test of a 12‐story steel/reinforced concrete (S/RC) frame, which is composed of a 4‐story steel frame in the higher part, a 1‐story S/RC frame as a transition story in the middle part, and a 7‐story reinforced concrete (RC) frame in the lower part of the model, has been conducted, and its results are compared with those of a standard 12‐story RC frame to evaluate seismic performance of this S/RC frame. The numerical simulation on such hybrid frame structure has been performed and validated by the above experimental results. It is found that irregular lateral‐stiffness distribution along structural height will not only increase rotation at the joint of boundary between transition story and steel frame or concrete frame but also enlarge rotation at such joint and lead to more obvious rigid deformation in steel frame of S/RC frame, which will undoubtedly intensify bending failure. Meanwhile, acceleration response of the upper steel frame will reach its peak when characteristic site period is near the counterpart of the upper steel frame. Further, the maximum interstory drift under frequent earthquake excitation is at the lower substructure, namely, the RC frame, but this is not the case in rare earthquake situation. When it comes to determining damping ratio for vertical hybrid structure, a general method for engineering, which takes concrete and steel damping ratio for the whole structure analysis and then gets envelopes of these results for design, may yield conservative results. Meanwhile, such method may underestimate responses near the transition story.     

钢筋混凝土框架抗火性能的有限元分析

基于简化的固体可燃物燃烧模型,利用FLUENT对单室房间进行了火灾模拟,得到了烟气温度场分布情况。在此基础上,分析对比了钢筋混凝土框架在三种不同高度的跨层发生火灾下的温度场分布及变形规律。结果表明:在相同火灾荷载的情况下,火灾发生在高度越低的跨,整个框架结构破坏坍塌的越快;底跨层受火时,柱的侧向位移最小,高跨层受火时,柱的侧向位移最大;混凝土板是最早遭到破坏的,但混凝土柱的破坏才会导致整个框架的失稳坍塌。