钢管混凝土叠合柱节点环梁受弯承载力计算方法

钢管混凝土叠合柱环梁节点是一种连接叠合柱与钢筋混凝土梁的连接节点,其环梁受弯承载力计算方法有待研究。考虑管外混凝土的轴压作用,采取极限平衡法对环梁破坏隔离体受力分析,对现有钢管混凝土柱节点环梁受弯承载力计算方法进行了修正,使其更加适用于钢管混凝土叠合柱节点环梁,计算结果与静力试验结果对比显示,后者高约28%。根据试验结果研究对公式进行修正,采用ABAQUS有限元静力模型对不同轴压比下环梁的受弯承载力公式进行了验证,对比显示有限元分析结果略高于修正后的计算值,二者吻合较好。结果表明,考虑轴压力修正后的公式可以用于钢管混凝土叠合柱节点环梁受弯承载力的计算,公式计算结果偏于保守。     

多尺度模型在贝壳形单层网壳分析中的应用研究

基于多尺度建模方法,在有限元分析软件中实现了局部模型和宏观模型的连接,将整体结构中受力复杂的节点用实体单元建立,利用ANSYS软件中的多点约束方程连接梁单元与实体单元,同时建立了双支座有限元模型,精确模拟了节点域的边界条件,对比研究了传统梁单元模型与多尺度有限元模型在自重与温度荷载作用下的计算结果,结果显示梁单元不能精确模拟整体结构中受力复杂区域的受力状态,对受力复杂区域应采用高阶单元建立模型。研究表明多尺度建模方法能够有效地应用于复杂结构的整体分析中,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点。     

钢管混凝土叠合柱结构施工技术

钢管混凝土叠合柱由截面中部钢管混凝土和钢管外侧钢筋混凝土叠合而成,东海商务中心（一期）工程两栋超高层办公楼为叠合柱结构体系,采用钢管贯通、翅片连接、钢管钢筋3种连接方式及RC环梁节点,技术先进,旆工快捷,取得了较好社会和经济效益。     

钢管混凝土叠合柱节点环梁试验研究

钢管混凝土叠合柱环梁节点是一种连接叠合柱和钢筋混凝土梁的新型节点。针对7个钢管混凝土叠合柱边节点环梁进行了试验研究,其中对2个试件采用单调静力加载试验,对2个变径宽比(环梁半径与环梁宽度的比值)试件和3个变配筋比(同侧环梁环筋面积与框架梁纵筋面积的比值)试件采用低周反复加载试验,研究节点的破坏模式、承载力、节点区钢筋应力分布和耗能情况。结果表明:钢管混凝土叠合柱环梁节点在概念上安全可行,合理的设计可以实现"强节点、弱构件";配筋比越大,节点越易发生框架梁破坏;在一定范围内,节点承载力随着径宽比的减小、配筋比的增大而提高;环梁锚固区附近钢筋应力较大,环梁内外纵筋应力分布不均匀,环梁内纵筋一般不屈服;节点的等效黏滞阻尼系数较大,表明节点的耗能能力较好。     

采用不同支柱形式的超大型冷却塔动力弹塑性对比分析

针对超大型冷却塔结构在地震作用下的受力特点,以某电厂拟建冷却塔工程为背景,采用ABAQUS软件对超大型冷却塔结构进行动力弹塑性时程分析,对比了采用钢筋混凝土交叉柱和采用钢管混凝土交叉柱两种结构方案的地震响应。结果表明,采用钢管混凝土柱能有效降低交叉柱损伤,减小结构侧向位移,但塔壳损伤会增大。下环梁与钢管混凝土交叉柱的相交节点作法,尚需进一步研究。     

“扬帆泰达”雕塑钢结构多尺度有限元分析

基于多尺度建模技术,在有限元分析软件中实现了局部细化模型和整体宏观模型的连接,将整体结构中受力复杂的关键节点用高阶单元建立,其余部分结构采用经典梁单元模型;利用ANSYS有限元软件中的多点约束方程连接梁单元与壳单元,对比研究了传统梁单元模型与多尺度有限元模型在自重与风荷载作用下的计算结果,表明梁单元可近似模拟整体结构的力学性能,但不能精确模拟整体结构中受力复杂区域的受力状态,对整体结构的关键构件应基于多尺度建模技术采用高阶单元建立模型;此外,还分别对梁单元模型及多尺度模型进行了模态分析,得到了高阶单元的引入对整体结构刚度的影响特征。研究表明:多尺度建模方法能够有效地应用于复杂结构的整体分析中,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点。     

基于多尺度模型的树状结构支撑网壳分析研究

基于有限元多尺度建模方法,在软件中使用刚性连接方法连接了微观模型和宏观模型,使用实体单元建立受力复杂的节点,精确模拟了树状结构节点域的边界条件.对比研究简化梁单元模型与多尺度有限元模型的计算结果,结果显示节点刚度对于树状结构的稳定性影响很小,相贯节点内隔板可以有效增加节点刚度.研究表明梁单元不能精确模拟结构中受力复杂区域的受力状态,受力复杂区域采用高阶单元模型的多尺度有限元分析,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡.     

新型钢管混凝土梁柱节点轴心受压试验研究

提出钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁整体连接的新型节点形式。在钢管混凝土柱与钢筋混凝梁连接区将钢管断开,使钢筋混凝土梁中的纵向钢筋直接伸入支座节点,节点区梁柱混凝土整体浇筑,方便节点施工且保证节点刚度。为了弥补由于钢管断开造成的节点强度不足,对节点无钢管区域采用柱纵筋、环向密箍和钢筋网片进行加强。通过对3个节点试件进行轴心受压试验,研究了节点的受力特性。试验结果表明,在轴向荷载作用下,加强后的节点破坏迟于钢管混凝土柱的破坏,承载能力高于钢管混凝土柱,而且有一定的延性,证实了这种节点在轴向加载条件下的可行性,且满足"强节点"的抗震设计原则。     

新型装配式钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框撑体系振动台试验研究

结合装配式建筑和钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁组合框架结构的优点,提出新型装配式方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁组合框撑体系。为研究该类新型体系的整体抗震性能,设计制作了缩尺比为1/3的6层整体模型,对该模型输入了《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)所建议的多种烈度下的地震激励,获得了其在相应地震激励作用下的结构响应及破坏形态,分析研究了其整体抗震性能、结构失效路径以及连接节点的可靠性。研究表明：①该类结构体系具有“强钢管混凝土柱-弱钢筋混凝土梁”及“强节点-弱构件”的理想失效路径;②梁的破坏点位于工字型钢接头梁段与钢筋混凝土梁段交界位置,距梁柱节点核心区域有一定距离,从而保证了节点核心区域的完整性;③结构部分楼层在强震下会因斜撑失效而形成薄弱层,造成结构响应的放大。     

钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点设计方法

对钢管混凝土柱-环扁梁中节点(环扁梁节点)在静载和低周反复荷载作用下的设计方法进行介绍,其可靠性得到试验数据的证实。结果显示,在地震区推广应用钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点的结构体系具有较强的可行性。     

钢筋混凝土柱动力滞回性能两尺度数值模拟

为提高钢筋混凝土柱在快速循环加载下的动力滞回性能数值模拟计算效率并反映局部破坏特征,对通用有限元分析程序ABAQUS进行二次开发,编写了适用于三维纤维梁单元的混凝土和钢筋本构模型程序,在实现纤维梁单元和实体单元界面连接变形协调的基础上,建立了由三维实体单元和纤维梁单元组成的两尺度有限元模型。为了比较计算精度和效率,分别建立了试件的三维纤维梁单元模型和三维实体单元模型。分别对3种模型进行往复荷载作用下考虑混凝土材料应变率效应的钢筋混凝土柱动力滞回性能数值模拟,将两尺度模型的计算结果与试验结果进行比较。结果表明:所开发的材料本构模型程序以及两尺度模型能较好地反映钢筋混凝土柱在快速循环加载下的承载能力及滞回性能;所建立的两尺度模型既可节约计算成本,又能实现钢筋混凝土柱试件关键部位的精细化分析。     

钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点滞回性能有限元分析

为了研究钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点的传力机理,基于ABAQUS有限元软件建立了非线性有限元模型。模型主要考虑材料和几何的非线性、混凝土在往复加卸载下的塑性损伤退化、钢筋和混凝土的粘结滑移。和试验结果对比表明:研究所采用的有限元模型对于梁端力-位移滞回曲线关系、节点刚度和梁极限抗弯承载力的模拟与试验结果吻合良好,验证了该有限元模型可以用于该类节点的抗震性能分析。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土动态纤维梁单元模型

为准确描述钢筋混凝土结构的非线性地震灾变过程，建立了一种基于显式算法可考虑地震作用应变率效应的钢筋混凝土动态纤维梁单元模型，并以材料子程序(VUMAT)的形式嵌入ABAQUS有限元分析平台中。对混凝土、钢筋以及钢筋混凝土柱动态加载试验进行了数值模拟，测试并验证该模型用于钢筋混凝土材料及构件动态性能分析的准确性和有效性。研究结果表明，所提出的钢筋混凝土动态纤维梁单元模型计算精度较高，能够准确并实时反映地震作用下应变率对材料及构件动态性能的影响，可为精确计算钢筋混凝土结构在地震作用下的非线性动力反应提供理论基础。     

钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁外加强环节点抗震性能试验研究

针对实际工程设计中的钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁外加强环节点,对其进行抗震性能试验研究。以3个不同外加强环形式的平面中节点的低周反复荷载试验为基础,结合有限元分析,对节点的承载力、刚度、延性、耗能能力、变形性能以及外加强环的应变分布规律进行分析。研究结果表明：不同外加强环形式的试件在梁端往复荷载作用下的破坏过程和破坏模式基本一致,试件的整体滞回性能和承载力、刚度退化规律也很相近,外加强环应变分布规律基本相同,均具有良好的承载力、延性及耗能能力。基于研究结果,对采用外加强环的钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点的构造措施提出了建议。     

方钢管混凝土柱-工字型钢梁节点荷载-位移滞回曲线建模与分析

针对钢管混凝土柱-钢梁节点的梁端荷载-位移滞回曲线多采用试验数值分析方法,缺乏理论建模分析的不足,提出一种方钢管混凝土柱-工字型钢梁节点荷载-位移滞回曲线的建模与分析方法。该方法分析钢筋混凝土梁柱节点梁端位移的建模方法,提出节点构件梁端荷载-位移的计算模型,并采用T-L双线性模型建立节点构件的弯矩-曲率恢复力的计算模型,同时,提出钢梁节点荷载-位移滞回曲线分析流程。以典型的方钢管混凝土柱-工字型钢梁缀板连接节点为例,采用提出的节点荷载-位移计算模型计算节点荷载-位移滞回曲线,并采用ANSYS建立其三维有限元数值分析模型,对节点构件滞回性能进行非线性有限元数值仿真模拟。理论计算、仿真模拟和静态试验对比分析的结果表明:采用提出模型计算的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线与仿真模拟及试验数据结果的吻合度高,能够反映出节点受力的基本特性。     

茌平体育馆屋盖弦支穹顶叠合拱与主体混凝土框架协同工作力学性能研究

采用有限元软件分别建立了茌平体育馆屋盖弦支穹顶叠合拱单体模型、主体混凝土框架单体模型和结构协同工作整体模型,对比分析了结构在单体模型和整体模型下,屋盖弦支穹顶叠合拱和主体混凝土框架的力学性能差异。结果表明:在静力荷载作用下,采用单体模型计算屋盖结构时可以满足精度要求,主体混凝土框架柱与环梁的内力计算结果偏于安全;在地震作用下,采用两种模型计算的侧向变形与基底剪力的结果差异较明显;对地震作用是控制因素的工况应该采用整体模型进行分析,以确保抗震设计的安全性。     

劲性环梁式钢管混凝土节点恢复力模型

基于劲性环梁式钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点的低周往复荷载试验及ABAQUS有限元数值模拟结果,分析了节点试件的滞回特性,通过对有限元计算结果进行回归分析,考虑刚度退化的影响,提出了劲性环梁式钢管混凝土节点的三折线恢复力模型,该恢复力模型包括骨架曲线模型和具有刚度退化规律的滞回规则。最后将所提出的恢复力模型和试验所得曲线进行比较,结果符合较好。建立的恢复力模型可用于劲性环梁式钢管混凝土框架节点的弹塑性分析。     

基于多尺度模型的襄阳东津站铸钢节点动力弹塑性分析

针对关键节点的细部分析,采用从整体模型中隔离出节点,将整体模型与节点模型分别独立计算的方法,在节点域施加的边界条件往往与实际情况相差较大。应用多尺度建模技术对东津站屋盖铸钢节点进行动力弹塑性分析。屋盖杆件采用梁单元建模,关键节点采用实体单元进行精细化建模,并通过自由度约束方程对梁单元和实体单元进行多尺度连接,从而准确反映节点域的边界条件。分别采用多尺度建模和隔离体建模进行对比分析:在结构整体地震动响应方面,两者的计算结果基本一致,多尺度建模仅对节点域相邻区域的杆件有一定影响;在节点域的计算分析方面,采用隔离体的节点分析结果偏于保守。研究表明,多尺度建模技术精确描述节点边界条件,是分析复杂结构关键节点的一种有效手段。     

圆钢管混凝土柱环梁节点受力性能分析

对某实际工程项目中的圆钢管混凝土柱-钢筋混凝土(RC)环梁节点采取相关图集提供的节点构造样式进行设计,在通用有限元软件ANSYS中建立节点模型,选择合理的钢、混凝土的本构关系,采用两种模式加载,对节点的受力性能进行分析研究.数值模拟试验的结果表明,图集建议形式的带有抗剪环的钢管混凝上柱-RC环梁节点受力合理,符合使用要求,其性能满足“强节点弱构件”的抗震设计要求.     

钢-混凝土组合空间框架拟动力有限元分析

基于混凝土的塑性-损伤本构模型与钢材的弹塑性混合强化本构模型,采用ABAQUS有限元分析软件,对圆钢管混凝土柱-钢筋混凝土框架梁2层空间框架的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析。模型中考虑了钢管与核心混凝土的约束作用以及连续地震作用下引起的塑性耗能累积效应。对钢管混凝土柱轴压比、钢管横向变形系数以及各关键点的钢管与核心混凝土、框架梁、环梁与楼板中的钢筋和混凝土的应力-应变滞回曲线以及框架结构的塑性耗能分布情况进行分析。结果表明：连续工况地震作用使框架结构产生塑性耗能累积效应,进而使楼层的位移响应明显增大,层间刚度减小;连续工况地震作用后,钢管和所有钢筋都屈服,钢管、环梁钢筋的约束作用使核心混凝土、环梁混凝土强度超过其轴心抗压强度,楼板混凝土因受拉而开裂;短边柱的轴压比有明显波动,罕遇地震作用下其值大于角柱、中柱和长边柱的轴压比;钢管混凝土柱为主要的塑性耗能构件,环梁次之。