基于多尺度的高层钢框架梁柱节点疲劳分析

高层钢结构梁柱节点在地震交变往复荷载作用下发生低周疲劳破坏进而导致结构发生倒塌。因此,为了保证钢结构梁柱节点不发生疲劳破坏,有必要对梁柱节点以及节点域的疲劳特性进行分析研究。首先,利用多节点约束方法建立悬臂梁模型,验证多尺度建模方法;其次,基于Ansys建立一幢12层钢框架梁系有限元模型,掌握结构在地震作用下应力应变分布规律;在此基础上,利用多尺度建模方法,建立该框架结构多尺度有限元模型,详细分析钢结构梁柱的应力应变分布规律;最后,通过S-N曲线对局部梁柱节点的寿命进行预测分析。结果表明,钢框架梁柱节点以及节点域的应力分布比较集中,从而引起梁柱节点的局部破坏,最终导致整体钢框架的失效,在以后的设计中,应对梁柱节点的疲劳问题予以考虑。     

中承式钢管混凝土拱桥地震响应分析

对某中承式钢管混凝土拱桥进行了抗震分析,拱肋按照“统一理论”换算为一种材料,首先进行模态分析,然后采用Rayleigh阻尼进行基本烈度下和罕遇地震下的时程分析.通过计算,得到了结构的固有频率、振型,不同加速度峰值下的最大内力、变形.结果表明:该拱桥平面外刚度相对较小,地震荷载下主要表现为平面外的振动和变形;拱桥在地震荷载下的受力情况复杂,必须综合考虑不同工况确定其极值内力;钢管混凝土结构的抗震性能优良,在罕遇地震下仍能保证足够的延性.     

大跨连续刚构桥系梁地震响应分析

为研究系梁参数及系梁屈服后对桥墩内力的影响,基于Perfom-3D有限元软件,对单墩模型和全桥模型进行研究分析。结果表明,系梁的设置减小了桥墩内力;系梁刚度越大,桥墩内力值越小;通过增设系梁,系梁成为结构抗震设计的薄弱环节,在设计地震或者罕遇地震下,系梁先于桥墩进入屈服,消耗了地震能量,提高了桥墩的抗震性能,从而保证了桥梁结构的安全,这种设置适中刚度系梁的桥墩具有明显的抗震优势。     

钢管混凝土系杆拱桥关键节点的受力行为

为研究钢管混凝土系杆拱桥关键节点的受力行为,以某钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,采用有限元方法对其全过程非线性受力行为进行深入分析。首先,建立钢管混凝土拱桥整体模型,对其整体受力行为进行分析,提取系杆拱桥关键节点在设计荷载工况下的最不利内力情况;然后以力边界条件形式施加给节点三维精细有限元模型,对拱脚节点和拱肋吊装节点在设计荷载工况下进行应力分析,探讨2种节点在设计荷载工况下的受力行为;最后,考虑材料非线性行为,采用弧长法对2类节点极限承载力进行分析,探讨其承载非线性行为及安全储备。研究结果表明:这2种节点构造形式在设计荷载工况下均安全可靠,且具有较大的安全储备;拱脚节点区拱肋钢管与系梁上翼缘板相交处存在明显的应力集中现象,该处构造复杂,焊缝多,设计时应重点关注;吊装节点区下弦钢管径向刚度小,采用环向加劲肋加强后,对钢管刚度及承载力均有显著改善。     

基于粘结-滑移理论的钢结构转向体系受力特性研究

为解决钢结构转向体系设计中锚栓受力不明确的问题,采用Abaqus/CAE三维建模软件分别对块式和横隔板式2种钢结构类型的体外预应力束转向体系建立了2种转向体系的有限元模型,并为了精确模拟锚栓的粘结-滑移特性,对锚栓节点采用了非线性弹簧本构,基于有限元计算结果分析了2种转向器受力及变形特性。结果表明:1)块式转向体系结构刚度一般,在转向力作用下锚栓受力较大,结构安全系数较低;2)横隔板式转向体系结构刚度较大,在转向力作用下,结构破坏形态是钢结构屈曲,锚栓受力较小,整个结构安全系数极高。     

考虑节点模型的混凝土框架结构抗震性能分析

利用OpenSEES有限元平台中的Beam-Column Joint节点单元和梁柱纵筋粘结滑移单元,建立了考虑梁柱节点模型的混凝土框架结构有限元计算模型,分析了国内研究者已完成的两榀两层双跨混凝土框架结构在低周反复荷载作用下的试验,计算得到的滞回曲线和骨架曲线与试验曲线吻合良好。在此基础上,还对国内研究者已完成的一榀两层双跨混凝土框架结构的拟动力试验进行了模拟分析,模拟得到的结构位移时程反应曲线和结构底层层间恢复力曲线与试验曲线基本一致。分析表明考虑梁柱节点模型的混凝土框架结构有限元计算模型能够较好地反映混凝土框架结构在低周反复荷载与地震荷载作用下梁柱节点处纵筋的粘结滑移特性和整体结构各阶段的滞回性能,从而验证了OpenSEES有限元平台中的Beam-Column Joint节点单元和梁柱纵筋粘结滑移单元在混凝土框架结构抗震性能分析中的适用性,为研究混凝土框架结构的抗震性能提供一条简便途径。     

基于保险丝理论的BRB双柱墩易损性分析

为避免桥墩构件在地震荷载作用下遭受严重破坏,基于保险丝理论,假想利用防屈曲耗能支撑(Buckling-restrained brace,BRB)作为保险丝构件装入双柱墩,合理设计其核心耗能段长度,保证在水平地震力作用下BRB构件先于桥墩构件屈服,从而保护桥墩构件。文章采用OpenSees数值分析平台,建立普通双柱墩和不同刚度比BRB双柱墩模型,从结构水平刚度的角度、以BRB构件先发生屈服为原则推导BRB核心段长度范围,通过拟静力分析和增量动力分析(IDA)方法对结构抗震性能进行分析并建立易损性曲线,得到不同模型的易损性曲线。结果表明:在地震荷载作用下,BRB构件先于桥墩构件屈服,耗散地震能量,桥墩构件发生各个等级破坏的概率均有所下降。合理设计BRB构件可降低桥墩构件发生各等级破坏的可能性,且BRB刚度越大耗能越大。     

轨道交通桥梁声屏障柱脚节点计算方法研究

声屏障柱脚结构一般采用锚栓连接钢立柱与混凝土基础。此类节点受力方式既不同于钢筋混凝土结构,亦不同于钢结构的螺栓群连接,而钢结构相关设计规范和混凝土设计规范中均未给出此类节点结构受力分析计算办法。本文在轨道交通声屏障柱脚锚栓连接节点结构受力分析中,提出按平截面假定方法分析的计算原理,结合在上海申通地铁集团有限公司科研项目《声屏障风荷载特性研究》中得出的风荷载作用数值,按照计算原理得出的方法,计算了六种不同荷载组合下的柱脚节点受力,并采用有限元仿真分析并行计算,对比二者计算结果以验证该原理和方法,可供相关设计人员计算参考。     

罕遇地震作用下高速铁路桥墩动力响应分析

建立了列车荷载作用下高速铁路桥墩模型,将桥墩纳入高速铁路简支梁桥全桥体系中进行动力分析.采用弯矩-曲率关系计算程序以及有限元软件,对高速铁路桥墩进行弹塑性分析计算,分别计算了罕遇地震作用下不同车速和不同地震作用组合等工况下的桥梁的弹塑性地震响应。计算结果表明,随着车速的增加,桥梁的地震响应呈上升趋势,结构位移较大;罕遇地震作用下高铁桥梁墩底进入弹塑性状态,给出塑性铰长度数值计算结果,并与AASHTO规范对比验证。     

矩形波纹钢地下综合管廊结构抗震性能分析

本文以矩形断面波纹钢综合管廊结构为主要研究对象，结合有限元软件建立土层-结构数值模型，系统地探究了地震加速度峰值、波纹钢结构刚度、土体刚度等因素对矩形断面波纹钢综合管廊结构抗震性能的影响规律，明确了矩形断面波纹钢综合管廊结构在地震荷载作用下不同工况的最不利受力和变形位置。研究结果表明管廊结构内力与变形随地震加速度峰值增大而增大；管廊结构刚度增大，结构内力随之增大，相反地结构变形随之减小；管廊结构内力、变形和层间位移角均随土体刚度的增大而减小，且土层刚度越小，对结构变形影响更为明显。     

整体节点刚度对钢桁梁桥结构受力的影响分析

现代钢桥大多数采用焊接整体节点技术,各杆件在整体节点处的连接是一种介于刚接和铰接之间的状态,整体节点的刚度对整体结构的受力有着不容忽略的影响。本文对东莞东江大桥进行了空间有限元受力模拟分析,对节点铰接和节点刚接两种情况进行了比较,得到了结构刚度对结构各杆件受力的定量影响,以指导实际工程设计。     

新型自耗能高墩抗震性能研究

针对震后超高墩薄壁结构损坏难以修复的问题,提出一种由混凝土角柱、装配式钢连梁和混凝土薄壁板组合而成的新型自耗能高墩结构体系。根据新型自耗能高墩体系提出相配套的连接构造方法:混凝土薄壁板采用耗能效率更高的单向约束方式,仅上、下部通过螺栓与钢连梁连接,并通过齿形混凝土后浇带保证板与梁的连接刚度;钢连梁采用工字形截面更利于与混凝土板的连接处理,并与角柱采用焊接刚性连接,以使钢连梁形成更多的塑性铰。以某薄壁高墩桥梁为参照,在截面特性相似的前提下设计1∶15的新型自耗能高墩模型,进行低周反复试验,并用数值模拟方法对2种形式墩柱的抗震性能进行对比分析。试验模型制作过程验证了上述构造设计的便利性和可行性。试验结果表明:新型自耗能高墩除具有震后修复便利的明显优势外,其耗能能力、承载力、延性变形能力均优于传统形式的薄壁墩;在正常使用阶段,新型自耗能高墩具有较大的空间刚度;在遭受设计地震作用时,混凝土薄壁板为主要耗能构件率先进入耗能阶段;在遭受罕遇地震作用时,钢连梁作为二级耗能构件通过屈服耗能来保护承重的角柱,震后仅需对损伤的薄壁板及钢连梁进行替换,即可完成结构的修复。     

罕遇地震作用下铁路连续梁桥抗震分析

在罕遇地震作用下,连续梁桥有时可能进入弹塑性状态,结合某轨道交通的高架桥梁工程,采用纤维模型,分析了该桥在地震作用下的受力状态,分析表明,该桥制动墩墩底钢筋在给定地震时程波作用下发生屈服,桥墩进入塑性状态,但非线性位移延性比满足规范要求;该计算结果已为该梁的抗震设计提供依据,分析方法可为同类结构提供参考。     

铁路高墩大跨度连续刚构桥抗震设计分析

为保证在罕遇地震下桥梁结构满足规范要求,以主跨120m的高墩大跨连续刚构桥——云南万拉木特大桥为例,运用MIDAS Civil建立连续刚构桥空间有限元模型,对其进行动力特性及罕遇地震作用下的非线性时程分析,并优化延性抗震设计。分析结果表明:桥梁振型以梁墩的横向振动为主,第1阶横向侧弯的自振周期为1.697s,全桥最大振幅出现在桥墩墩顶位置。在罕遇地震(50年超越概率为2%)作用下,中跨墩顶、底受力较大,均已进入屈服,但其弯矩均小于钢筋极限弯矩,桥梁满足"大震不倒"抗震性能目标。对塑性铰区进行优化,将墩底以上3m空心与实体分界位置处截面外层部分主筋弯折,形成最不利塑性铰区域;加强墩顶、底塑性铰区域横向约束钢筋布置,提高墩柱延性。     

装配式拱桥立柱节点抗震性能拟静力试验

为改进装配式拱桥立柱节点抗震设计方法和构造措施,以云南8度区一座130 m跨径空腹式箱型拱桥某排架立柱为研究原型,制作4组等比例试件,其中3组柱脚节点部位分别采用整体浇筑、角钢及钢纤维混凝土3种方式进行节点加强。通过施加模拟地震作用的低周往复荷载测试试件的破坏形态、力与位移关系,得到滞回曲线、骨架曲线等特征曲线及荷载与位移特征值,进而对试件的极限承载力、变形能力、耗能能力、刚度及延性等抗震性能进行对比分析。研究结果表明,4组试件中整体浇筑节点加强方式抗震性能最佳。     

部分预应力混凝土框架抗震性能分析

利用有限元软件OPENSEES中的二维梁柱节点模型,建立了考虑节点剪切变形和非预应力筋粘结滑移特征的预应力框架有限元模型,对国内研究者已完成的两榀低周反复荷载作用下预应力混凝土框架试验进行了模拟分析,模拟计算的滞回曲线和骨架曲线与试验结果得到的曲线吻合较好,验证了模型的适用性和可靠性。在此基础上,利用建立的预应力框架计算模型研究了影响结构延性和耗能能力的主要参数,获得了目标延性指标下参数的合理取值范围,可供工程设计参考。     

矮塔斜拉桥施工期超宽0号块空间应力研究

针对超宽主梁矮塔斜拉桥0号块构造复杂、施工期安全风险大的问题,以临泉泉河大桥超宽0号块为研究对象,对其施工期控制工况进行空间受力分析.采用实体有限元建立0号块梁段局部精细化分析模型,并采用截面多点耦合技术合理施加外力荷载,以分析其施工期受力传递及分布特点.研究结果表明,多点耦合技术加载方法能相对准确地模拟结构外荷载施加...     

某连续刚构梁桥的弹塑性抗震性能分析

基于能力设计原理,对某连续刚构梁桥进行弹塑性地震响应分析.分别考虑桩-土作用与忽略桩-土作用建立有限元计算模型,采用刚度退化三线型模型,计算出该桥桥墩与桩恢复力计算模型的特征参数,在设防烈度与罕遇地震作用下,对其进行弹塑性地震反应非线性计算.研究结果表明:考虑桩-土作用对结构的平面内弯矩与弯矩曲率滞回曲线有较大影响,不可忽视.算例分析结果可为同类桥梁的抗震设计提供参考.     

三主桁斜边桁空间桁架公铁两用桥节点局部应力分析

郑州黄河公铁两用桥主桥采用无竖杆的三主桁斜边桁的空间桁架形式,其节点构造及受力复杂,为了解该新型节点板处结构的局部受力,采用有限元软件对该主桥第2联有代表性的典型节点(E20)进行局部应力分析,并探讨局部模型边界处理方式对计算结果的影响。计算结果表明:在荷载组合仅考虑主力组合情况下,与节点E20相连的各构件的Von Mises应力较大,但未超过Q370qE钢材屈服强度的要求,结构强度满足安全需要;仅以整体分析得到的变形或内力作为局部分析模型的边界条件进行局部受力分析,所得结果与利用圣维南原理计算得到的结果有较大偏差;应当严格按照圣维南原理的要求进行局部边界条件施加才能得到合理的结论。     

铰缝损伤对装配式空心板静动力特性的影响分析

装配式空心板在我国公路桥梁占有很大的比重,由于交替动力荷载、雨雪侵蚀等作用,装配式空心板铰缝出现不同程度的损伤,影响了桥梁上部结构的受力性能。为探究铰缝损伤对结构静动力特性的影响,采用Solid45实体单元建立装配式空心板精细化有限元模型,以刚度折减的方式模拟铰缝损伤,研究了空心板的横向分布和结构自振特性在铰缝的两种破坏形式和不同损伤程度下的差异,为荷载试验分析和铰缝损伤判断提供参考。