密肋壁板结构弹塑性计算模型研究

密肋壁板结构中多种材料及构件的使用与嵌套,使实体计算模型比较复杂,故对于整体结构在地震动作用下的全过程受力分析,需提出结构的弹塑性简化计算模型。根据不同的分析目的,结合课题组前期研究成果,提出密肋壁板结构在弹塑阶段两种简化计算模型——刚架—等效斜压杆模型和刚架—整体斜撑模型。利用前期墙体拟动力试验研究结果,采用刚架—等效斜压杆模型对结构进行推覆及动力反应分析,验证模型的正确性;利用前期1/10比例振动台试验研究结果,采用刚架—整体斜撑模型对结构进行时程分析,验证刚架—整体斜撑模型的正确性。理论与试验表明：刚架—斜压杆模型具有一定的计算精度与实用性,适用于密肋复合墙体的非线性数值分析;刚架—整体斜撑模型兼顾高效性与精确性,适用于整体结构在大震下的弹塑性时程反应分析。     

速度相关型耗能减振体系参数影响的复模量分析

利用复模量阻尼理论研究粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器与斜撑串联的复合阻尼元件对结构减振效果的参数影响及耗能减振体系反应分析的简化计算方法。首先,采用复模量方法对两类阻尼器与斜撑串联的复合元件阻尼特性进行了分析;然后确定了影响阻尼器减振效果的复模量参数,得到了耗能减振系统中阻尼器实际发挥作用的参数影响量化关系式;第三,建立了阻尼器与斜撑串联的复合元件等效模型,提出了速度相关型耗能减振体系反应分析的简化方法;最后,通过对单自由度耗能减振体系的地震反应进行数值计算,验证了简化分析方法具有良好的计算精度。     

密肋复合墙板变形与刚度分析

本文在密肋复合墙板试验研究的基础上,对墙板的变形与刚度特性进行理论分析,建立相应的力学计算模型,并采用刚度等效原则提出墙板刚度的实用计算方法,可供工程设计使用。     

密肋壁板结构简化计算模型对比分析

提要:密肋壁板结构中多种材料及构件的使用与嵌套,使实体计算模型比较复杂,在结构计算中需要提出简化计算模型。结合课题组前期研究成果及现代高层结构计算理论,提出密肋壁板结构弹性阶段简化数值模型与解析模型。利用前期1/10比例振动台试验研究结果,采用刚架-复合弹性板模型对结构进行时程分析,并验证简化数值模型的正确性;利用解析模型和数值模型对实际工程进行对比分析,验证解析模型的合理性。理论与试验表明：采用刚架-复合弹性板模型作为密肋壁板结构在弹性阶段的数值模型具有一定的理论依据和可行性;提出的框架-复合墙模型作为密肋壁板结构在弹性阶段的解析模型较为合理,为实际工程提供了一种较为简化、实用的手算解析方法。     

框筒结构简化非线性单元模型

框筒结构因能够利用结构的整个宽度抵抗侧向荷载引起的倾覆弯矩在高层建筑中得到了广泛的采用。按照三维空间框架结构对框筒结构进行非线性分析需要很大的计算量。将结构作为整体考虑能够减少计算量,但由于梁柱构件的柔性,结构中出现的剪力滞效应使得分析变得复杂。该文通过采用等效连续化方法得到的剪力滞系数,在Timoshenko 梁理论及多垂直杆单元模型的基础上,提出一个框筒结构简化非线性单元模型。该模型能够考虑腹板和翼缘板的剪力滞效应,计算量大为减少,可用在初步设计对框筒结构的非线性性能进行快速的评估。     

基于复合材料力学模型的生态复合墙体研究

生态复合墙体作为生态复合墙结构的主要受力构件,它是由生态复合墙板与隐形外框组成的墙肢或墙段.复合墙体构造上的特殊性及多种材料的使用,使其弹性常数不易确定,进而影响墙体抗侧刚度的计算.基于前期试验研究,针对墙体独特构造,结合复合材料力学理论,建立适用于生态复合墙体的弹性阶段模型--双向纤维单层复合材料模型,推导出墙体弹性模量及剪切模量实用计算公式,为生态复合墙体的实用抗侧刚度计算公式提供必要的参数;利用弹性力学对各向异性等效弹性板的抗侧刚度进行推导,理论计算与试验结果的对比分析表明:在生态复合墙体抗侧刚度计算中,复合材料力学简化模型具有实用性和有效性.     

承压型组合剪力键剪切性能试验与承载力计算

针对抗剪需求较大的钢-混凝土组合结构，改进了一种带横向焊钉的承压型组合剪力键。设计并开展了10个承压型组合剪力键和1个非承压型组合剪力键单调推出试验，明确了混凝土端部承压、混凝土强度、肋板厚度、肋板孔径和焊钉直径对承压型组合剪力键失效模式和破坏过程的影响。建立了承压型组合剪力键有限元模型，在结合试验验证仿真模型可靠性的基础上，进一步揭示了承压型组合剪力键受力机理。以试验变量为基础，建立并分析了108个承压型组合剪力键有限元模型，推导了承压型组合剪力键极限承载力与各参数变量之间的线性关系，对极限承载力分析结果进行多元线性回归提出了承压型组合剪力键极限承载力计算模型。结果表明：承压型组合剪力键混凝土板失效模式为大面积竖向裂缝和端部裂缝，内表面形成由焊钉高度附近向下延伸的斜主裂缝，非承压型组合剪力键混凝土板无明显端部裂缝，承压型组合剪力键极限承载力约为非承压型组合剪力键的1.4倍；与肋板孔径和焊钉直径相比，承压型组合剪力键极限承载力对混凝土强度和肋板厚度更为敏感。该研究提出的承压型组合剪力键极限承载力计算公式物理意义明确，计算值与仿真和试验结果吻合较好，可为组合剪力键设计和工程应用提供参考。     

高强钢筋混凝土墙板受力过程简化计算方法

在钢筋混凝土转动角软化桁架模型的基础上,推导出从应力到应变的简化计算方法来模拟高强钢筋混凝土墙板受力全过程。提出计算方法的计算结果与8个墙板的试验结果吻合较好,且比其它学者提出的从应变到应力的计算方法计算简便。研究结果为高强钢筋混凝土墙板的设计和承载力验算提供参考。     

基于统一强度理论的生态复合墙体等效斜压杆宽度计算

结合前期框格和复合墙体的试验研究结果,分析生态填充砌块与框格的受力特性;采用考虑中间主应力σ2影响、拉压性能不同且适用于各种材料复杂应力状态下的双剪统一强度理论,推导简化计算模型中等效斜压杆的宽度表达式,并与试验值进行对比,验证理论计算结果的精确性。此表达式可为复合墙体中填充不同生态块材计算等效宽度提供统一解;有限元数值结果和试验值吻合较好。该模型可用来分析生态复合墙体的动力反应特性。     

带斜撑型直接空冷钢-混凝土竖向混合结构非线性地震响应分析

带斜撑型钢-混凝土竖向混合结构是为将直接空冷技术推广应用于高强度地区而提出的一种新型结构体系,根据上部结构平台型式的不同,可分为钢桁架+斜撑结构与实腹梁+斜撑结构两种类型。本文在钢桁架+斜撑结构模型抗震试验研究的基础上,采用ABAQUS有限元软件计算分析两类结构在不同强度地震作用下的基底剪力响应规律、变形性能与钢筋混凝土管柱的损伤演化特性。结果表明：提出的模型简化原则与有限元建模方法比较合理,计算值与试验值吻合较好;不同强度地震作用下,钢桁架+斜撑结构的最大基底剪力与剪重比均大于实腹梁+斜撑结构;两类结构的侧移变形随地震作用的增强均由弯剪型趋于剪切型,钢桁架+斜撑结构的牛腿及下部位移略大于实腹梁+斜撑结构,而牛腿上部位移则略小;钢桁架+斜撑结构的最大柱顶侧移角略小于实腹梁+斜撑结构;两类结构的抗震性能均较好,能够满足大容量机组火电厂在高强度区的抗震需求。     

窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能的影响研究

采用低周往复荷载试验研究窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能的影响,结果表明:窗下墙对自保温暗骨架承重墙的滞回曲线、骨架曲线、刚度及其退化、耗能能力等均存在显著影响;试验墙体失效破坏全过程均呈“共同工作、转化过渡和弱框架工作”三阶段特征,恰与我国抗震设防目标相对应;均系延性破坏,对应延性系数分别为3.034、3.545。理论方面:基于等效弹性板模型,分别根据最大拉应力理论和双剪统一强度理论建立了墙体开裂荷载的计算方法;基于抗剪抵抗机构思想提出刚架斜压杆模型,并利用等效刚度法明晰了斜压杆宽度的确定方法,建立了墙体极限荷载计算方法;与实测值的对比表明,所建立的计算方法精度较高。最后,以建立的理论方法为基础,定量评价了窗下墙对墙体抗震承载力的直接和间接作用。研究结果可为带门窗洞口的自保温暗骨架承重墙抗震承载力计算提供方法。     

双向受力下钢筋混凝土框架节点抗剪承载力计算方法

《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）规定框架结构设计应保证其在两个方向分别满足抗震要求。但地震作用是多维的、随机的,框架节点可能在两个方向同时受力,使其抗震能力相比于单向地震作用可能会降低。目前对钢筋混凝土框架节点在两个方向同时受力时的抗剪承载力计算未见详尽报道。该文分析了钢筋混凝土框架节点在双向同时受力时的抗剪机理,双向受力下,节点内作用合成剪力,节点端部形成斜向受压区,节点内形成不同于单向受力下的斜向斜压杆。基于拉压杆模型建立了双向受力下框架节点的抗剪承载力计算方法,其计算结果与已有试验结果吻合良好。     

部分组合框架-钢板剪力墙边框柱设计方法研究

该文通过对部分组合框架—薄钢板剪力墙结构的试验,发现其内嵌钢板破坏顺序为初始对角屈服、统一屈服和应变硬化三个阶段。引入部分组合柱后,有效改善了传统钢柱的弯扭失稳破坏模式,部分组合框架柱破坏模式为柱顶和柱底形成塑性铰的强度破坏。基于"强框架、弱墙板"的设计理念,该文根据叠加原理确定了统一屈服阶段和应变硬化阶段部分组合柱内力计算原则,提出了适用于部分组合框架-薄钢板剪力墙框架柱的设计方法。通过有限元验证表明:该设计方法能够有效地预测底层受压柱的破坏模式及其塑性铰出现的位置,能够为合理的钢板墙边框柱设计提供理论依据。     

钢框架内填钢筋混凝土剪力墙混合结构破坏机理及塑性分析

对一榀1/3比例的半刚性钢框架内填钢筋混凝土剪力墙混合结构试验模型实旅了循环加载试验,在此基础上对结构的破坏机理进行了分析;提出了基于塑性理论的侧向极限荷载的简化计算方法,其中考虑了钢框架与剪力墙的相互作用、半刚性节点、组合栓钉及斜向压杆力的影响;利用ANSYS建立了非线性有限元模型：通过试验值、塑性理论值及有限元值的...     

基于修正的软化拉压杆模型的RC框架边节点受剪性能研究

在软化拉压杆模型(Softened strut and tie model, SSTM)基础上,针对边节点受力特点,建议采用更准确的混凝土斜压杆倾角计算公式,并基于44个RC框架边节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线的试验数据,拟合了软化混凝土本构曲线,提出修正的软化拉压杆模型(Modified softened strut and tie model, MSSTM)。使用传统SSTM模型、约束斜压杆模型和MSSTM模型分别对91个边节点受剪承载力(其中56个发生节点核心区剪切破坏)、26个边节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线进行计算。结果表明:MSSTM模型对受剪承载力以及剪应力-剪应变骨架曲线的预测效果整体优于SSTM模型和约束斜压杆模型。就承载力而言,SSTM模型、约束斜压杆模型和MSSTM模型的计算值与试验值之比的均值分别为1.028、1.203和0.995,变异系数分别为0.230、0.273和0.164。MSSTM模型计算结果更准确且离散性更小。此外,MSSTM模型可较好预测应力-应变曲线上的特征参数,尤其是峰值剪应力和开裂刚度。两者计算与试验结果比值的均值分别为1.14和1.02。     

型钢混凝土空腹叠合梁受剪承载力试验研究

为更加深入研究型钢混凝土叠合梁的受剪机理,提出更为优化的截面形式,该文完成了10个足尺型钢混凝土叠合梁在单调集中荷载作用下的静力试验研究。通过考察剪跨比、截面形式（空腹和实腹）等参数对受剪性能的影响,着重研究了足尺型钢混凝土空腹叠合梁的受剪性能。结合试验结果对各试件的裂缝形态、破坏特征、承载能力、变形等性能进行了分析研究。采用桁架-拱模型并基于变形协调条件将桁架、拱和型钢三者对受剪承载力的作用相结合,建立了适用于型钢混凝土叠合梁的受剪承载力计算方法。结果表明:型钢混凝土空腹叠合梁与实腹叠合梁具有相似的受剪性能和破坏形态,承载力随剪跨比的增大而减小,试件整体性良好;采用JGJ 2016和YB 9082-2006计算的受剪承载力离散型偏大,该文建立的修正桁架-拱模型计算值与试验结果吻合较好。     

考虑尺寸效应的深受弯构件受剪模型分析

深受弯构件斜截面受剪机理复杂且受尺寸效应影响显著,缺乏准确、合理的受剪计算模型。结合Tan-Cheng模型中对混凝土软化作用和深受弯构件尺寸效应的全面考虑优势,在深入研究混凝土斜压杆倾角α和构件复合抗拉强度f_t对深受弯构件受剪承载力影响的基础上,简化压杆顶部节点区高度l_c与α的关系,考虑腹筋有效作用区域修正复合抗拉强度f_t计算模型,提出了不影响精度前提下的修正Tan-Cheng模型。研究表明:基于国内外308组深受弯构件受剪试验数据计算结果,建议模型计算精度等同Tan-Cheng模型,并能够准确考虑尺寸效应影响,但计算过程较为简洁;通过与现有典型各国规范建议模型对比分析表明,计算结果较规范计算值更接近试验值,能够更准确地对深受弯构件的受剪承载力进行预测。     

新型泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体抗剪承载力计算方法研究

为获得轻钢龙骨蒙皮板复合墙体和新型泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体抗剪承载力的实用计算方法,该文对1:1的四片墙体DD-1、DD-2、DD-1（D-300）、DD-2（D-400）进行单调加载,对1:1的两片墙体DZ-1（D-300）、DZ-2（D-400）进行低周反复加载。在试验基础上,确定了基于轻钢龙骨蒙皮板复合墙体螺钉群破坏模型的抗剪承载力计算方法,并分别采用轻钢轻混凝土模型与strut-and-tie模型对新型泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体进行简化,从而推导出抗剪承载力实用计算公式。根据试验结果对抗剪承载力公式进行修正,修正后的计算结果与试验值吻合较好,其中轻钢轻混凝土模型具有更高的吻合度。研究结果可供结构设计和施工参考。