装配式预应力短索自复位钢框架数值模拟

在已经完成的预应力短索自复位钢框架节点试验和数值模拟的基础上,采用ABAQUS有限元分析软件将装配式预应力短索自复位钢框架和普通自复位钢框架、刚接钢框架进行静力往复加载和动力时程的数值模拟结果进行对比分析,结果表明:两种自复位钢框架较刚接框架而言可有效减少结构损伤,且残余力较小,具有良好的自动复位和恢复结构功能的能力;装配式预应力短索自复位钢框架可以避免高空张拉钢绞线,减小了张拉难度,保证了张拉质量,具有更广阔的应用前景。     

复合承载型自复位梁柱节点有限元研究

基于损伤控制思想,提出一种复合承载型自复位梁柱节点,该节点通过高强预应力钢索为结构提供预拉力,使结构在地震作用下可以实现自复位,通过震后更换设置在节点上的狗骨削弱盖板,可实现结构震后可修复。利用有限元软件对5个节点模型进行有限元模拟,通过改变高强预应力拉索的初始索力和狗骨削弱盖板的厚度来研究两者对节点承载能力、耗能能力、自复位能力和震后修复能力的影响,获得了5组模型的荷载-位移曲线、索力变化曲线以及应力分布形态。研究表明:在保证模型实现自复位的前提下,无狗骨削弱盖板的构件塑性损伤较严重,带狗骨削弱盖板的构件可以有效降低节点主体构件的塑性损伤,增加狗骨削弱盖板的厚度和提高索力均可提高节点模型的承载能力和耗能能力,但增加狗骨削弱盖板厚度的作用更明显。     

自复位平面钢框架有限元分析对比

利用有限元软件ABAQUS对两个采用普通刚接节点、自复位节点的单榀、两跨4层钢框架进行了弹塑性拟静力循环加载分析,对比分析了各框架每层的滞回性能及塑性变形特性,得出了自复位平面钢框架复位性能良好和塑性变形较小的结论。     

装配式自复位钢框架梁柱节点低周往复试验的数值模拟

采用ABAQUS有限元分析软件,对4个装配式自复位钢框架梁柱节点在低周往复荷载作用下的试验进行数值模拟分析,并将分析结果与试验结果及理论计算结果相对比。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好,丰富了研究成果,获得对节点受力性能更准确、更全面的认识。同时梁柱节点开口处弯矩-转角的理论模型得到了验证,为进一步对节点的性能化设计及整体结构进行分析和设计奠定了基础。     

自复位预制框架边节点抗震性能试验研究

提出一种新型的自复位预应力预制节点形式PTED节点,为了研究PTED节点的抗震性能,进行5个PTED边节点的低周往复荷载试验,对试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、延性及残余变形等抗震性能进行分析,试验结果表明:加载到层间位移角为4%时,预应力筋保持在弹性阶段,梁柱连接处缝隙及梁自身的裂缝均能在预应力筋的回弹作用下闭合,节点残余变形较小,PTED节点具有良好的自复位的能力,提高了震后结构的可修复性。加载过程中,梁柱基本保持弹性,而通过角钢的弹塑性变形耗散能量。增大角钢厚度、长度,增大梁高及减小预应力筋的初始应力可提高节点的耗能能力。节点的承载力随梁高的增加、预应力筋初始应力的增大、角钢厚度和长度的增大而提高。在加载后期,节点承受的荷载仍持续增长,加载到4%时,PTED节点仍具有稳定的屈服后刚度。PTED节点还具有较好的延性和梁端转动能力。PTED节点具有良好的抗震性能,可在地震区推广应用。     

钢框架梁柱栓焊节点的有限元分析

在用试验验证有限元计算精度的基础上 ,对钢框架梁柱栓焊节点的滞回性能进行了有限元分析 ,得到了连接处梁端截面应力分布 ,揭示了梁翼缘发生脆断的原因 ,指出了现行规范设计方法的不足之处及对此问题的展望。     

考虑楼板效应的装配式自复位钢框架节点弯矩-转角理论研究

装配式自复位钢框架结构体系在地震中能够有效耗散地震能量、控制结构损伤,震后残余变形小易修复,但由于震时自复位钢框架节点开口的特性带来了装配式自复位钢框架自身膨胀效应,使得传统的楼板体系不适用于该类结构体系。基于课题组提出的带新型滑动次梁的楼板体系和考虑带新型滑动次梁楼板体系后自复位框架梁各轴向力的计算式和自复位钢框架节点弯矩-转角关系。通过一个算例量化分析了8度设防、8度罕遇和8度罕遇(0. 3g)三个地震动水准下楼板效应对自复位钢框架节点开口后弯矩-转角的影响程度。     

体外预应力自复位框架抗侧刚度参数分析

体外预应力自复位框架(EPSCF)是一种采用结构控制技术的抗震结构体系。结构抗侧刚度对EPSCF结构地震响应具有重要作用。首先,采用ABAQUS软件建立EPSCF结构的有限元数值模型,并采用地震振动台试验验证了模型的正确性;其次,通过改变预应力筋参数以改变结构抗侧刚度,得到结构自振特性随相对刚度比变化的规律。同时,选取合适的地震波进行弹塑性时程分析,模拟不同相对刚度比下EPSCF结构的地震响应规律,计算结果总体呈现为随相对刚度比的增大,结构位移响应减小、结构加速度和基底剪力增大;最后,求得结构层间位移放大系数及基底减震系数随相对刚度比变化的曲线,并选择基底减震系数为EPSCF结构侧向刚度的取值依据,得出相对刚度比的参考取值范围为0. 02～0. 10。     

预应力预制混凝土框架节点形式及设计方法

构建了一种新型的预应力预制混凝土框架节点,该节点的梁、柱构件通过预应力筋、角钢以及高强螺栓连接而成,经试验验证该类节点兼具良好的自复位能力和耗能能力。为了便于推广应用,针对这种基于角钢-高强螺栓连接的预应力预制混凝土框架节点的梁柱连接,提出设计方法,包括使用阶段的承载能力极限状态和正常使用极限状态并考虑施工阶段节点的工作状态,提出确定预应力筋的面积、初始张拉力、角钢尺寸及螺栓连接位置等设计参数的方法。     

自复位方钢管混凝土柱-H形钢梁节点的滞回性能

碟簧垫片具有良好的变形和弹性复位能力,通过预压碟簧垫片可实现结构或构件的震后复位。通过将碟簧垫片引入至方钢管混凝土柱-H形钢梁连接节点,实现了此类节点的自复位功能。采用通用有限元程序ANSYS建立了节点的精细化有限元模型,并对带有碟簧的方钢管混凝土柱-H形钢梁连接节点进行了参数分析,重点考虑了碟簧初始预应力、碟簧数量、碟簧组合方式对此类节点滞回性能、抗弯承载力、节点刚度、耗能能力及残余转角的影响,并和传统角钢节点进行了对比。分析结果表明:通过对碟簧的合理设计,可实现此类节点在震后恢复至初始状态,梁柱主体构件均处于弹性状态。与传统角钢节点相比,增设碟簧可显著增加节点的抗弯承载力和转动刚度,有效消除卸载后的残余转角。增加初始预应力提高节点的复位能力,碟簧对合数量的增加降低了节点的最大抗弯承载力,节点的转动刚度随碟簧叠合数量的增加而增大。     

加强与削弱并用型工字形柱弱轴连接节点滞回性能分析

为了减小钢框架梁柱弱轴连接中柱腹板上的应力水平,提出了在梁端加过渡竖板的方式以使得柱翼缘更好地参与受力。同时为了使塑性铰不出现在梁柱连接焊缝处,对梁翼缘进行削弱处理,最终提出了一种新型的梁端加强与削弱并用的梁柱弱轴连接(SWWC)形式,并运用有限元软件ABAQUS对已有的RBS型工字形柱弱轴连接节点的试验进行模拟验证后,对此类节点进行循环荷载作用下的受力性能分析。结果表明:在梁端加过渡竖板可以明显降低节点域的Mises应力水平,使得梁截面的屈曲主要集中在竖向板的外侧;在梁端加过渡竖板的同时对梁翼缘进行削弱处理可以使塑性铰外移;随着削弱深度c的增加,节点的承载力逐渐降低,RBS削弱处的屈曲发展得越充分,削弱起始位置至梁端的距离a和削弱区域的长度b对节点的承载力影响会很小,随着参数a或b的增加,梁上塑性铰中心逐渐远离梁翼缘焊缝处;建议削弱参数c=0.17bf,a取值范围为0.65bf～0.70bf,b=0.75hb,其中bf和hb分别为梁翼缘宽度和梁截面高度。     

拉力作用下高强螺栓连接的有限元模拟

采用大型有限元分析软件ANSYS，对钢结构高强度螺栓连接的受力分布规律进行了计算和分析，得出了该构件堂警窖分布图，从理论上对高强度螺栓连接的破坏形式和受力变化进行了分析研究，为进一步改进高强螺栓连接构件的受力状况和结构设计提供了必要的理论依据。     

螺栓直径及角钢厚度对钢框架连接性能的影响

基于ANSYS软件对门式钢框架采用不同的螺栓直径和角钢厚度的半刚性连接进行了有限元分析,分析表明随着角钢厚度增加及螺栓直径增大,门式钢框架的滞回曲线面积逐渐增大,其抗震性能逐渐提高。     

Q690和Q275角钢螺栓连接块剪破坏承载性能研究

为分析Q690和Q275双排螺栓连接角钢的块剪破坏承载性能,采用ABAQUS软件建立非线性有限元计算模型,结合已有角钢螺栓连接受拉块剪破坏的试验数据,验证了模型的准确性。在此基础上,建立参数化模型分析了钢材强度等级、螺栓端距、螺栓数量和连接形式对角钢承载性能的影响,并基于分析结果对中、美钢结构设计规范和文献提出的块剪破坏计算公式进行了评估。结果表明：Q690高强度双排螺栓连接角钢的延性低于Q275强度角钢的延性,但仍然呈现出明显的延性破坏特性。螺栓端距和数量的增加可以提高角钢块剪破坏时的极限承载力,但提高的程度有限。角钢发生块剪破坏时,不同连接形式的偏心率对承载力没有明显的影响。中国和美国钢结构规范设计公式对角钢块剪破坏时的承载力预测值均偏于保守,中国规范更偏于安全。     

南京奥林匹克网球中心拉索钢框架结构设计研究

介绍了南京奥林匹克网球中心拉索钢框架结构设计。研究了受弹性约束的拉索(承重索和平衡索)在不同荷载组合情况下的受力状况以及拉索与钢框架共同工作的原理和设计方法。对其设计难点进行了探讨,并提出了相应的解决方案,供同类工程参考。     

设置低屈服点钢材“结构保险丝”的延性钢框架连接节点受力性能研究

为改善钢框架梁柱连接节点的受力性能,保护主体结构在地震作用下不损坏,实现震后建筑功能可快速恢复,提出一种设置低屈服点钢材“结构保险丝”的可更换连接组件的全螺栓连接延性节点。采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性计算模型,结合已有钢框架螺栓连接节点拟静力试验,验证数值模型的准确性和适用性。在此基础上,建立不同连接形式、不同连接组件材料的节点模型,分析设置低屈服点钢材“结构保险丝”的螺栓连接节点的受力行为和作用机理。分析结果表明：采用低屈服点钢材的连接组件,能够耗散80%~95%节点能量,较好保护主体钢框架保持在弹性范围,充分发挥“结构保险丝”作用,实现震后功能可快速恢复的目标;实际承载力系数决定“结构保险丝”是否发挥作用,随着实际承载力系数的提高,节点的破坏由连接组件逐步转移到主体钢框架。并且由于钢材的循环强化行为,在加载过程中,连接节点的承载力均有明显的强化现象,在设计时应予以考虑,保证实际承载力系数在延性节点转角变形范围内小于1.0,避免“保险丝”设计过早失效;在达到同样转角的情况下,扩孔型节点进入塑性程度较小,总体耗能较小,这主要是由于扩孔型节点主要靠扩孔螺栓滑移增加节点变形能力,保护主体结构,“结构保险丝”机理与其他两种形式的节点有所不同。     

拉索预应力钢结构塔有限元分析及合理设计

以某化工厂80 m 拉索预应力钢结构排气塔为研究对象,根据该塔的实际结构特征及受力状况建立了精确的有限元计算模型,利用Super SAP93 软件对其进行了有限元分析。其结果表明,该模型可较好地反映被分析对象的结构特征及受力特点     

钢框架梁柱铸钢件连接节点静力性能研究

提出了一种新的半刚性连接节点形式——铸钢件连接节点,为了研究影响铸钢件连接节点静力性能的因素,采用ANSYS软件进行大量的非线性有限元分析,研究了铸钢件加劲肋厚度、短肢厚度、长肢厚度、螺栓间距等因素对此连接性能的影响。结果表明：设置加劲肋对节点的极限承载力和初始转动刚度影响很大,加劲肋厚度变化影响不大,竖向间距影响比水平间距大。