波形钢腹板梁变形计算的有效刚度法

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板梁受力行为的影响,引入腹板剪切变形转角函数,将波形钢腹板梁的弯曲行为分解为桁架作用和弯曲作用,建立一个能够考虑波形钢腹板剪切变形的波形钢腹板梁理论模型,推导了简支和悬臂波形钢腹板梁在不同类型荷载作用下的变形解析解,采用有限元方法验证了理论模型和解析解的正确性和适用性。根据变形等效原理,引入重要影响参数对波形钢腹板梁的变形解析解进行简化,提出了考虑腹板剪切行为的波形钢腹板梁变形简化计算方法——有效刚度法。用该文提出的有效刚度法计算波形钢腹板梁在正常使用极限状态下的变形值和试验结果吻合良好,为波形钢腹板梁在正常使用极限状态下的挠度计算提供一种准确性较高的简化计算方法。     

波形钢腹板组合槽型梁剪切挠度计算方法与试验研究

为了提出适用于波形钢腹板组合槽型梁的剪切挠度的计算方法,分析了荷载作用下组合梁的受力特点和截面上的剪应力分布规律,推导了剪应变的几何方程,提出了支反力-荷载分段函数的计算模式,通过对几何方程进行积分,建立了波形钢腹板组合槽型梁的剪切挠度计算公式。该公式能够计算多个集中荷载和均布荷载同时作用下的剪切挠度,并适用于波形钢腹板组合梁的其它截面形式。通过4片波形钢腹板组合槽型梁和1片波形钢腹板组合工形梁的静载试验和有限元分析,验证了剪切挠度计算公式的准确性。试验研究表明:对于5片缩尺试验梁,不考虑剪切变形的影响,挠度值偏小约20%,而采用该文考虑剪切变形影响的挠度公式计算的理论值与实测值吻合良好。     

基于节点刚度的钢框架梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

以钢框架中3种不同连接节点形式（栓焊连接、顶底角钢腹板双角钢连接和腹板双角钢连接）的两跨三柱型梁柱子结构为研究对象,通过对中柱施加静力荷载的大变形试验考察梁柱子结构在中柱失效连续倒塌条件下的破坏模式、力学形态和抗倒塌机理。结果表明:栓焊连接试件因梁柱节点处梁端受拉翼缘发生断裂而失效;顶底角钢腹板双角钢连接试件为梁柱相连的受拉角钢在螺栓孔处发生断裂,且因梁端腹板螺栓孔发生承压破坏而失效;腹板双角钢连接试件因腹板两侧角钢在螺栓孔处断裂而破坏。梁柱节点刚度对结构的抗倒塌性能影响较大,腹板双角钢连接试件主要通过悬链线机制提供抗力;而其他两类试件在加载前期主要通过梁机制提供抗力,进而转变由悬链线机制来抵抗外部荷载。其中,顶底角钢腹板双角钢连接试件在后期更能充分发展梁端节点转角和梁截面轴力,表现出更为富余的抗倒塌能力储备。     

一种改进型方钢管柱与钢梁连接节点抗震性能研究

该文主要讨论了一种改进型方钢管柱与钢梁连接节点的抗震性能。通过对3个试件进行低周反复荷载试验,研究了是否采用T型件和梁截面高度比两个设计参数对节点域剪切承载力和变形能力的影响。在试验基础上,采用MSC.Marc 2012有限元软件进行了数值模拟分析,有限元模型能够较好地模拟试验试件的各项性能。试验和有限元分析结果表明:改进型高低梁柱异型节点试件应力集中主要发生在T型连接件与梁2的焊接处;虽然两种节点各部分的变形分担率十分接近,但改进型高低梁柱异型节点的剪切承载力和耗能能力分别提高了20%和200%。文末提出了T型连接装置的计算模型和设计方法,为今后实际工程应用提供了参考依据。     

H形梁柱节点域弹性刚度的修正计算公式

对钢框架H形梁柱节点承受梁端不平衡弯矩时的节点域弹性刚度进行研究。考察了节点域的变形组成,在合理假定基础上,经理论推导得到只考虑纯剪切作用的弹性刚度上限值,以及同时考虑双向弯曲影响的弹性刚度修正计算公式。基于经试验校准的有限元模型,进行了不同几何尺寸的梁柱节点参数分析,并以数值拟合得到在一定程度上修正理论推导时各类假定所导致误差的修正公式。经与试验及有限元弹性刚度值的比较,显示该文提出的两个修正公式能更准确地计算节点域弹性刚度。     

钢筋混凝土梁-钢筋混凝土柱平面节点的耐火性能研究

该文建立了火灾下钢筋混凝土梁柱连接节点力学性能分析的有限元模型,计算结果与实验结果基本吻合。采用建立的模型分析了高温下钢筋混凝土平面节点应力分布规律;并在参数分析的基础上探讨了节点受火方式、柱荷载比、梁荷载比、梁纵筋配筋率对节点变形、破坏形式和耐火极限的影响规律。     

钢框架梁翼缘削弱型节点力学性能的试验研究

梁翼缘削弱的梁柱刚性连接是将塑性铰外移的一种典型节点形式。为研究这种连接形式在循环荷载作用下的滞回性能,共进行了6个模型的拟静力加载试验,其中5个模型用于研究梁翼缘的削弱深度、削弱长度、削弱起始位置对节点连接的破坏形态、极限荷载、最大塑性转角、延性性能的影响。作为比较,还进行了一个传统型梁柱全焊接刚性模型连接的试验。试验结果表明:梁翼缘削弱节点比传统梁柱刚性连接具有良好的塑性变形能力和耗能性能,试验中5个节点的塑性转角都大于0.04rad,延性系数大于4.0,达到了抗弯钢框架连接塑性转角不小于0.03rad,延性系数不小于4.0的要求。而普通梁柱全焊接刚性连接的塑性转角仅达到0.026rad,延性系数仅为2.4。5个试件的破坏主要以翼缘削弱处平面外刚度较弱而导致梁发生扭转失稳或梁下翼缘与柱连接的对接焊缝的脆性断裂为主。研究结果表明:将梁翼缘进行适当的削弱后形成的骨型节点可以增加梁柱节点的耗能性能,是一种较为理想的延性节点。     

梁腹板开圆孔钢框架梁柱节点的性能研究

梁腹板开圆孔节点是根据地震作用下钢框架梁柱节点可能产生脆性破坏的现象而提出的一种新型削弱型节点,该节点兼备提高建筑净空的优点,并不增加施工难度。在梁腹板上开设孔洞,不会影响梁的整体稳定性,只会影响梁的局部稳定性,并且由于梁翼缘参与抗剪比重增大,其抗剪承载力也不会发生较大幅度的下降。对梁腹板开圆孔节点进行的有限元分析表明:在适当位置开设一定大小的圆孔,可以首先在梁削弱截面处会形成空腹梁机制(Vierendeel mechanism),迫使塑性铰出现在梁上削弱部位,远离梁根部节点焊缝区,并且节点承载力不发生显著下降。节点实验的结果与有限元分析相吻合,即梁柱连接焊缝的脆性断裂是传统节点的主要破坏形式,而削弱处形成的空腹梁机制是导致梁腹板开圆孔节点破坏的原因,如果开孔合适,腹板开孔节点的各项性能指标下降幅度很小(5%以内),但可确保塑性铰产生在梁上。根据梁腹板开圆孔节点不同的受力状态可以将梁段划分为三种区间,即格构式梁段、过渡段和实腹式梁段,如果腹板所开圆孔合适,过渡段会先形成空腹梁机制,并满足预期的设计目标。     

单调加载下不锈钢结构梁柱栓焊混用节点承载性能分析

为了进一步探索研究国内S31608不锈钢材梁柱栓焊混用节点的承载性能及变形能力,该文采用有限元软件ABAQUS建立了6个非线性有限元模型,根据S31608不锈钢材及A4-80螺栓材料本构关系,采用高效精确的有限元模型对不锈钢材梁柱节点在单调加载下的受力性能进行模拟,分析了节点试件梁翼缘板沿梁长方向、焊接孔末端梁宽度方向和剪切板根部的应力分布状况。选取其中一个不锈钢结构梁柱栓焊节点在单调荷载作用下进行了试验验证,试验节点试件螺栓选用不锈钢A4-80螺栓,剪切板与腹板之间连接采用承压型连接开孔受力。试验和模拟结果显示梁柱栓焊节点最大承载力分别为251.6 kN和246.1 kN,最大位移分别为197.9 mm和196.1 mm,模拟结果与试验结果吻合度是较好的,而且模拟结果偏安全,可以在后期的参数分析中用此模型进行分析。试验结果也证明了之前循环试验结果的准确性。     

腹板开孔的钢-混凝土组合梁的挠度计算

描述了一种腹板开孔组合梁挠度的计算方法。提出了楼板参与开孔段上部截面抗弯的有效宽度的概念,并进行了拟合。将剪切变形和空腹桁架弦杆的弯曲变形合并为等效剪切变形,得到开孔段的等效剪切刚度。利用开孔段与未开孔段截面刚度不同的现象,建立分段梁单元模型,采用传统梁理论求解挠度计算公式。与采用实体单元和板壳单元的有限元分析结果的对比表明,该文公式具有很好的精度。     

含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构滞回性能研究

为了研究含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RDSL)的滞回性能,利用ABAQUS有限元分析软件建立了2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RDSL子结构试件的有限元模型,对耗能梁段所用钢材进行循环加载试验得到其循环本构,验证了有限元模型的准确性和适用性。建立了16个足尺子结构有限元模型,分析耗能梁段长度比、裙梁净跨高比、耗能梁段腹板加劲肋间距、连接处螺栓直径和加固板厚度对结构滞回性能的影响规律。研究结果表明:HSS-FTS-RDSL子结构主要通过双槽钢截面耗能梁段进入塑性耗散地震能量,其余构件基本处于弹性状态或者轻微发展塑性;随着耗能梁段长度比的增加,结构承载力、刚度和耗能能力逐渐降低,耗能梁段超强系数减小,建议耗能梁段长度比取0.84~1.40;双槽钢截面可更换耗能梁段可较好地应用于净跨高比不超过4.6的裙梁中;改变耗能梁段加劲肋间距对结构承载力、刚度和耗能能力影响较小;减小螺栓直径会使连接区域螺栓滑移提前,对结构刚度和承载力影响较小;减小加固板厚度会增加连接变形,降低耗能梁段的塑性变形程度。     

两边连接竖放波折钢板墙内嵌墙板抗侧性能及优化设计EI北大核心CSCD

该文基于有限元数值方法,对仅与框架梁相连的竖放波折钢板剪力墙中内嵌墙板的抗侧性能进行研究,并提出优化设计方法。通过与试验结果的对比,验证了有限元模型及分析方法的可靠性,接着在单向推覆下揭示了波折墙板的“强墙板”和“弱墙板”两种典型抗侧机理,研究了波折墙板参数对其单向推覆抗侧性能的影响。随着宽度的增加,波折墙板的低效抗剪区占比减小,抗侧效率提高;墙板波折角度和厚度的增大,能改善屈曲后承载性能;在其他参数确定的情况下,给出了最优波长的计算式。针对侧边存在低效抗剪区的问题,在墙板两自由边设置加劲构件,并给出起充分加劲作用的界限约束刚度比。加劲构件的引入显著提升了墙板的极限承载力和屈曲后承载性能,对于小宽高比的情况尤为有效。接着,对墙板进行滞回分析发现,由于往复加载下面外累积残余变形的影响,“弱墙板”的骨架曲线相比单向加载时明显下降;而“强墙板”面外变形始终较小,抗侧承载性能稳定。基于滞回分析的大量变参数算例结果,提出了两边连接竖放波折墙板的优化选型建议,为初步设计提供了重要参考。     

FRONT DEVELOPMENT OF A LONG FATIGUE CRACK DURING ITS GROWTH

Abstract— A 3-D elastic-plastic finite element analysis has been developed to simulate the deformation development along the front of a long mode I single edge crack in plates subjected to either monotonic or cyclic loading. Idealisations having both equal and unequal layers through the thickness of the plate were involved. Plane stress and plane strain 2-D finite element analyses were also performed and compared with the present 3-D solutions. The development of the monotonic and cyclic crack tip plastically deformed zones and opening displacements were traced and correlated to accommodate the effect of the plate thickness and the profile of the crack front. A previously developed crack tip deformation parameter was invoked to predict the effect of the specimen thickness on mode I fatigue crack growth and the associated change of crack front profile. Comparison of such a prediction and the experimental findings of the present work reflected the capability of that parameter in modelling fatigue crack growth through the plate thickness.     

反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱抗震性能的数值分析

建立考虑材料非线性、几何非线性、几何初始缺陷、残余应力影响的有限元模型,对反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱的受力性能进行模拟分析。通过与相关试验结果的比较,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,对85个箱形构件进行数值分析,研究反复水平荷载作用下常偏压箱形钢柱的抗震性能。研究结果表明,腹板宽厚比是影响构件抗震性能的最主要因素,腹板宽厚比越大,构件的刚度、承载力退化越严重,延性越差。对于中等长细比的构件,当轴压比较小时,构件的抗震性能受整体失稳、局部屈曲和塑性变形的相互影响;但当轴压比较大时,整体失稳将起控制作用。柱顶弯矩使构件的骨架曲线发生平移,但柱顶弯矩对构件抗震性能的影响相对较小。根据有限元计算结果,回归出反复荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱可承受的最大柱顶剪力和位移延性系数的拟合公式。     

含分层损伤复合材料加筋层合板的动承载能力

采用有限元方法研究了含穿透分层损伤复合材料加筋层合板的动力响应和承载能力。根据复合材料层合板一阶剪切理论, 推导了复合材料层合板单元的刚度阵和质量阵列式;同时采用Adams 应变能法与Rayleigh阻尼模型相结合的方法, 构造了相应的阻尼阵列式;为了防止在低阶模态中分层处出现的上、下子板不合理的嵌入现象, 建立了含分层损伤复合材料加筋层合板动力分析中分层分析模型和虚拟界面联接模型。并采用Tsai提出的刚度退化准则和动力响应分析的精细积分法, 对在动荷载作用下含分层损伤复合材料加筋层合板结构进行了破坏和承载能力分析。通过典型算例分析, 分别讨论了外载频率、分层深度、筋的位置以及破坏过程中刚度退化对含损伤复合材料加筋层合板动力响应特征和承载能力的影响, 得到了一些具有理论和工程价值的结论。     

剪切连接件的受力机理理论分析与试验验证

基于剪切连接件（SLD）的典型构造建立力学模型,应用弹性力学半逆解法对其腹板的应力分布进行求解,并对剪切连接件的初始刚度K、屈服后刚度K'、屈服荷载F_y、屈服位移u_y等关键性能指标进行了理论分析。针对以往屈服点确定方法存在的不足,提出了一种基于Bouc-Wen模型和模拟退火算法的等效屈服点确定方法。最后采用单调拟静力加载试验进行验证。研究结果表明:剪切连接件腹板应力分布和各项力学性能指标的理论解与有限元分析结果及试验实测结果吻合较好;该文提出的屈服点确定方法能够有效识别剪切连接件的相关力学性能指标,且拟合曲线与单调加载试验曲线良好吻合。理论分析成果将为剪切连接件的工程设计、性能评估及后续研究提供理论参考。     

方钢管混凝土柱节点的试验研究及非线性有限元分析

基于方钢管混凝土柱内隔板式节点及外加强环式节点的低周反复荷载试验,在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱内隔板式节点和外加强环式节点进行了单调加载及循环加载作用下的受力性能分析。有限元分析得出的荷载-位移曲线及剪力-剪切变形曲线与试验结果吻合较好。在此基础上对外加强环式节点进行了参数分析,研究了方钢管混凝土柱的轴压比、宽厚比、核心混凝土强度及混凝土楼板高度对节点受力性能的影响,结果表明轴压比、宽厚比的影响较大。     

Cyclic modeling of FRP-confined concrete with improved ductility

Confinement by fiber reinforced polymer (FRP) wraps can significantly enhance strength and ductility of concrete columns. Behavior of FRP-confined concrete in uniaxial compression can be characterized by its bilinear stress–strain and unique dilation properties. A number of models have in recent years been developed to capture these characteristics under monotonic loading. None, however, have addressed the cyclic response of FRP-confined concrete. A total of 24 FRP-confined concrete stub specimens were tested in uniaxial compression under different levels of loading and unloading, with different fiber type, wrap thickness, and loading patterns. Based on a regression analysis of test results, a constitutive model is developed that includes cyclic rules for loading and unloading, plastic strains, and stiffness and strength degradations. The proposed model is validated by comparing analytical predictions with experimental results of an independent test series. Good agreement was shown between the analysis and experiments, confirming the ability of the model to predict the cyclic behavior of FRP-confined concrete. The model could be easily implemented in a fiber element model for flexural analysis of cyclic loaded beam-columns in conjunction with a strain gradient approach.     

薄钢板剪力墙结构试验研究及简化模型分析

通过对薄钢板剪力墙结构的低周反复荷载试验研究,分析了结构的受力机理、变形破坏模式、滞回曲线、延性指标、耗能能力等抗震性能指标。针对非加劲薄钢板剪力墙屈曲后受力性能,基于刚度等效、柱最大轴力等效和柱最大弯矩等效,提出一种构造简单又能考虑对边柱不利影响的三拉杆模型TSM(Three Strip Model),并与SM模型,精细有限元模型及试验结果进行了对比,结果表明,TSM模型具有很好的精度,可供工程设计应用。     

方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙边框柱刚度研究

钢框架-薄钢板剪力墙竖向边缘构件刚度限值源于经典薄腹梁理论,其仅适用于钢框架,对于方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙,该刚度限值公式不再适用。该文基于薄腹梁理论,提出了方钢管混凝土竖向边缘构件的刚度限值计算公式。构建了不同宽高比和宽厚比分析模型,进行了非线性数值分析,研究了不同柱刚度对方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙力学性能、边框变形和破坏机制的影响。结果表明,按照该文公式设计的方钢管混凝土竖向边缘构件可充分发挥薄钢板剪力墙的结构性能,实现理想的破坏机制。