装配式钢筋混凝土柱-钢梁节点抗弯性能有限元分析

为研究装配式钢筋混凝土柱-钢梁节点抗弯性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立4个不同试验参数的装配式钢筋混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析预埋钢筋直径、T形件翼缘厚度和腹板角钢对节点受力性能的影响。研究结果表明:装配式钢筋混凝土柱-钢梁T形件连接节点破坏模态主要包括:预埋钢筋受拉破坏、T形件翼缘腹板交界处形成塑性铰线和节点域混凝土局部挤压破坏等。增加T形件翼缘厚度,节点初始刚度和极限抗弯承载力均相应增加;设置腹板角钢可延缓节点刚度退化,提高节点抗弯承载力;合理设计节点域预埋钢筋和T形件,能改善节点域破坏机制,使破坏主要集中在T形件位置,提高受损部件的可修复性和可更换性。     

翼缘削弱的型钢混凝土框架试验与有限元分析

通过对一榀两跨三层型钢混凝土框架模型的低周反复荷载试验,研究了翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架的抗震性能。框架按"强柱弱梁"的原则设计,且对节点核心区附近梁端工字形型钢的上、下翼缘采取狗骨式削弱,并适当增加了梁端根部到型钢翼缘最大削弱部位纵向钢筋的配筋量。试验结果表明:框架的变形能力、承载能力、延性、耗能能力等受力性能均满足延性框架的抗震要求;这种构造措施能将塑性铰从梁端根部转移到翼缘削弱部位从而有利于型钢混凝土框架形成梁铰耗能机构,增强其耗能能力。采用ANSYS参数化程序设计语言(AP-DL)编制了命令流,对模型框架在低周反复荷载作用下的抗震性能进行了非线性有限元分析。计算结果与模型试验结果吻合较好,验证了基于分离模量理论计算的翼缘削弱的型钢混凝土框架结构全过程分析方法的可行性。     

钢筋混凝土L形截面柱框架低周反复加载试验研究

通过两榀比例为1/3的钢筋混凝土L形截面柱框架结构在反复荷载作用下的试验,研究了L形截面柱框架结构的破坏特征、滞回特性、梁柱出铰顺序、结构整体刚度与层间刚度、耗能性能、延性及异形柱截面中和轴变化规律等,分析了框架整体及L形柱的扭转效应。研究结果表明：L形截面柱框架的破坏属于＂强柱弱梁＂型,抗震性能较好,框架扭转效应较小,可忽略;结构的位移延性系数满足抗震规范的要求;在屈服荷载前异形柱的截面变形符合平截面假定。     

T形截面RPC简支梁抗剪性能试验及有限元分析

为了研究T形截面RPC简支梁抗剪性能,开展6根配置HRB500级钢筋的RPC简支梁抗剪试验,包括3根矩形梁和3根T形梁。采用ANSYS分析软件对T形截面高强钢筋RPC梁的受力性能进行模拟,探讨其本构关系及模型建立,并将有限元计算结果和试验结果进行比对分析。结果表明:ANSYS建立的模型能较好地模拟T形截面RPC梁的抗剪受力性能,采用T形截面可以提高RPC梁的抗剪承载力及抗变形性能,T形截面RPC梁的抗剪承载力较矩形截面RPC梁分别提高27.26%、21.03%、11.33%;翼缘宽度对T形高强钢筋RPC梁抗剪性能有较大影响,当翼缘宽度与腹板宽度比值为2时,梁的抗剪承载力提高最大,配箍率为0和0.25%的T形截面RPC梁抗剪承载力较矩形截面RPC梁分别提高29.2%和11.54%,翼缘宽度对T形截面RPC无腹筋梁抗剪承载力的影响更为显著,但影响程度并不呈线性关系。     

加槽钢作连接构件的空间半刚性梁柱节点有限元分析

基于半刚性梁柱弱轴端板连接一般将端板与柱的腹板连接或者将端板焊接于柱的2个翼缘间,端板与柱腹板连接对柱的腹板有削弱作用,端板焊接在柱的2个翼缘之间会因为柱翼缘板厚的限制而不易施焊,因此,提出一种既容易焊接,又对柱的腹板没有削弱作用的连接:加槽钢作连接构件的半刚性弱轴端板连接。运用用有限元软件ABAQUS建立强轴弱轴共存的空间半刚性梁柱端板连接节点的非线性有限元模型,采用合理的材料本构关系,在试验验证的基础上,分析了强、弱轴在5种荷载工况作用下的转动特性,以模拟实际工程中角柱、边柱和中柱上强、弱轴节点的实际受力状态。研究结果表明:加槽钢作连接构件的弱轴端板连接避免了对柱腰板的削弱,具有良好的变形能力,属于典型的半刚性连接;强弱轴同时加载时节点的承载力基本一致,但节点的初始刚度有较大区别;本文提出的结点构造可为实际工程提供参考。     

腹板开孔型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能研究

采用ABAQUS有限元分析软件对普通节点和腹板开孔型节点两种不同的节点形式建立三维的空间钢框架模型,进行有限元的模拟。对比分析了两种钢框架模型的破坏形式、承载力、滞回性能、耗能能力、强度及刚度退化性能。研究表明,腹板开孔型节点可使梁端塑性铰外移至梁端腹板开孔处,避免梁端焊缝处应力集中导致发生脆性破坏,增加了结构延性,但同时会降低结构承载能力;腹板开孔型节点等效粘滞阻尼系数与普通钢框架相比有明显的提高,进入屈服阶段后由于应力重分布,其刚度及承载力退化速度较普通节点钢框架较慢,腹板开孔型节点钢框架具有梁铰延性破坏机制,抗震性能较好。研究内容可为腹板开孔型节点在空间钢框架的应用和理论分析提供参考。     

外端板加强式钢管混凝土柱梁焊接节点受力性能分析

针对方形钢管混凝土柱与钢梁穿芯螺栓-加劲端板节点在反复荷载作用下易发生螺栓松动甚至断裂的问题,提出外端板加强式柱梁焊接节点。基于外端板加强式钢管混凝土柱-钢梁焊接节点抗震性能试验结果,运用ABAQUS对其抗震性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比,进而对影响该类型节点受力性能的因素予以分析。研究结果表明:有限元分析的节点破坏模式、滞回曲线与试验结果吻合较好;加劲肋对节点的破坏模式、承载力与变形能力影响较大;柱子轴压比与钢梁腹板厚度对节点的承载力与变形能力有一定影响;混凝土强度与外端板厚度对节点承载力与变形能力影响较小。试验研究与有限元分析结果均表明,该类型节点承载力与变形能力等抗震性能指标良好,可在地震设防区应用。     

钢骨混凝土T形截面柱节点抗震性能研究

为研究钢骨混凝土T形截面柱节点的构造措施及抗震性能,对6个钢骨混凝土T形截面异形柱节点及2个混凝土T形截面异形柱节点进行试验,考虑单、双向荷载作用下节点低周反复荷载作用,测得了节点梁端荷载-位移曲线和骨架曲线以及各阶段的荷载和位移值,并分析了节点的延性、耗能、抗剪性能、功比指数及破坏形态。试验研究表明,该节点形式具有很好的延性和能量耗散能力,证明配有钢管和型钢的钢骨混凝土T形柱和钢筋混凝土梁连接方法是可靠的,节点能够有效传递弯矩和剪力。由于柱为钢骨混凝土柱,节点核心区的抗剪承载力有了较大的提高。双向荷载作用下试件的屈服荷载、极限荷载及破坏荷载相对单向情况下的均较小。     

高烈度区实体双薄壁矮墩连续刚构桥抗震设计

研究目的:以高烈度区实体双薄壁矮墩连续刚构桥为研究对象,以桥梁下部结构的整体抗震性能为分析重点,基于三水准设防目标,提出实体双薄壁矮墩连续刚构桥的延性抗震体系选择方法,系统探讨实体双薄壁矮墩的截面尺寸、纵筋配筋率与结构抗震性能的关系。研究结论:(1)对于高烈度区连续刚构桥实体双薄壁矮墩,应根据桥墩的剪跨比判断其破坏模式,并选择相应的延性抗震类别和设计方法;(2)在多遇地震激励下,主墩截面尺寸及配筋设计由纵桥向地震反应控制,随着墩壁厚度的增加,主墩控制截面纵桥向弯矩显著增大,且增幅显著大于横桥向激励的结果;(3)在横向罕遇地震激励下,因实体双薄壁矮墩横桥向的剪跨比较小,桥墩横桥向只能采用完全弹性或基本弹性结构,导致桥墩及桩基的配筋率显著增大,成为控制桥梁下部结构设计的主要因素;(4)纵向罕遇地震激励下,壁厚增大,主墩塑性转角需求减小,在壁厚与纵筋配筋率的三种组合条件下,主墩塑性铰区截面塑性转动能力均能达到"大震不倒"的抗震性能需求,且其变形能力安全储备基本相当;(5)该研究成果可为类似桥梁的抗震设计提供参考。     

基于截面纤维模型的UHPC-NC组合桥墩抗震性能研究

针对传统钢筋混凝土桥墩在塑性铰区域损伤容限、耗能能力和变形性能的不足,提出将超高性能混凝土(UHPC)替代塑性铰区域普通混凝土(NC),并搭配高强钢筋,形成一种新型的UHPC-NC组合桥墩。为探讨这种组合桥墩的抗震性能,基于截面纤维模型编制了考虑轴力二阶效应的压弯构件非线性分析程序,通过与UHPC和NC桥墩低周往复荷载试验数据进行对比,验证分析程序的可靠性。在此基础上运用编制的程序分析轴压比、纵筋直径、纵筋强度和UHPC高度等参数对组合桥墩抗震性能的影响。结果表明：组合桥墩位移延性系数随着轴压比的增加而降低,随纵筋直径和纵筋强度的增大表现出先增大后降低的趋势,随UHPC替换高度的增加表现出先增大后逐渐平缓的特征,合适的UHPC替换高度是实现组合桥墩位移延性和经济性的重要前提。     

基于辅助轨道的多支点转体桥施工关键技术研究

为解决转体桥两端长度和自重差异大,难以采取常规配重平衡的问题,在梁底长臂端设置带有齿轮辅助支撑的环形滑道,在梁面设置索塔及临时拉索,形成基于辅助轨道的多支点转体桥施工技术。实施结果表明,转体梁段前支点截面处应力沿横截面大致均匀分布,腹板处应力最大(126.65 MPa),翼缘处应力较小;悬臂端最大挠度为12.76 cm,应力和挠度均与理论值接近,且在材料性能允许范围内。该类转体方法结构稳定、受力清晰,可为类似特殊梁段的转体提供参考。     

UHPC后浇装配式节点抗震性能试验研究

在外剪内框结构体系的基础上,研究一种将UHPC运用到装配式节点后浇段、钢筋上下短接的连接方式。为探究该连接方式下节点的抗震性能,进行1个柱节点、1个墙梁节点、2个柱基结点(1个UHPC连接、1个普通混凝土连接)的低周反复试验。在试验基础上利用ABAQUS软件进行有限元模拟,探究钢筋搭接长度对于试件承载力性能的影响。研究结果表明：梁柱节点试件破坏形式表现为梁底混凝土压碎、梁柱交接处裂缝过宽。使用此种连接方式整体耗能能力较好,符合“强柱弱梁、强节点强锚固”的要求。梁墙节点试件发生黏结滑移破坏,梁端耗能能力较差,此种连接方式在墙梁节点中的应用还有待进一步研究。UHPC装配式柱基结点正、负向峰值荷载分别较现浇结点提高近26.5%、15.6%,刚度高于普通混凝土柱基结点,且能减少节点区配箍率,改善节点区域箍筋密集问题。UHPC连接装配式柱基结点和普通混凝土柱基结点的延性系数均在4以上,相差不大。在试验基础上,通过ABAQUS模拟UHPC装配式柱基节点发现,有限元结果和试验结果吻合较好;当试件钢筋搭接长度超过14d,试件的承载力不再随搭接长度改变。综上所述,此种连接方式可大幅缩短钢筋锚固长度,凭借...     

美日欧中规范钢桥压杆稳定性计算对比研究

在进行稳定设计时,大部分规范同时考虑构件的整体稳定和板件的局部稳定,不同规范的稳定设计方法差异较大。介绍美国、日本、欧洲、中国四种钢结构桥梁规范中的稳定设计方法,通过将整体稳定折减系数和局部稳定折减系数分别表示为相对长细比和相对宽厚比的函数,绘制4种规范下的稳定折减系数曲线进行对比。同时,针对桥梁工程中常用的翼缘厚度小于40 mm的H形截面杆件,根据各规范中对应的曲线,结合算例计算其稳定折减系数。结果表明:对H形截面受压杆件,整体稳定折减系数为美国规范最大,日本和欧洲规范其次,中国规范最小;局部稳定折减系数为美国和欧洲规范较大,日本和中国规范较小。中国规范在稳定设计方面最为保守。     

城市轨道交通装配式地下车站新型构件连接方案的抗剪及抗震性能分析

[目的]为了进一步推广地下装配式结构在城市轨道交通工程中的应用,应对城市轨道交通车站明挖装配式出入口施工的关键技术(尤其是新型构件连接方案)进行研究。[方法]设计了由2块尺寸相同的不等边C形标准构件(有2道横向裂缝)拼接而成的城市轨道交通车站装配式出入口结构,基于此结构提出了一种新型的构件连接方案。通过模型试验及数值模拟,研究了该新型连接节点的抗剪性能和抗震性能,得出了不同受力条件下的荷载-位移曲线、抗剪形态、抗震耗能及延性等指标,验证了该新型连接节点的可靠性。[结果及结论]装配构件的截面抗剪承载力远高于传统现浇截面抗剪承载力;型钢的存在可以充分保证试件的抗剪能力;“承插接口+型钢插板”是一种可靠的连接方式,其各项性能与现浇试件相比大致相当;型钢插入长度的变化对接缝处裂缝及其最大承载力的影响很小,建议选用的型钢插入长度等与构件厚度一致。     

高速铁路32m简支槽形梁桥结构噪声分析

运用车桥耦合动力理论并结合基于间接边界元法的噪声分析方法,对高速铁路32m简支槽形梁桥结构噪声的声辐射特性进行研究。结果表明:简支槽形梁的抗扭刚度小,抗扭性能弱;6.3 Hz以下频率的振动噪声主要由梁体的整体振动产生,6.3Hz以上频率的振动噪声主要由梁体构件的局部振动产生,振动噪声受构件的局部振动影响显著,声压级峰值频率为25 Hz;横桥向,随着距桥梁中线距离的增大,场点声压级逐渐变小,距离每增大5m声压级平均降低1.2~2.5dB;梁下区域距桥梁中线15m范围内,行车侧声场声压级大于非行车侧,10m处行车侧场点声压级平均大1.87dB,距桥梁中线25m范围以外,行车侧声场声压级小于非行车侧,30m处行车侧场点声压级平均小1.46dB;底板的声压贡献系数要比腹板和翼板大的多,远场声压主要受底板的影响;地面附近的噪声基本由底板产生;应当有针对性的采取措施改善结构的振动噪声性能。     

基于抗震设计的新型高墩构造比选——以黄韩侯铁路纵目沟特大桥105m高主墩为例

黄韩侯铁路纵目沟特大桥主桥位于湿陷性黄土沟壑区,5号主墩墩高105 m,为保证结构设计安全、提高抗震性能、减小基础设计难度,采用新型柱板式空心墩。该墩型需进行概念设计、构造和刚度比选,总体上把握桥墩性能。采用Midas/Civil软件,对墩柱截面形式采用圆形、正八边形、正四边形进行同精度比选,对墩柱内切圆半径进行比选,对墩身外轮廓线形进行比选。计算结果显示:结构一阶纵向周期均接近2.1 s,一阶横向周期略大于1.8 s。比选结果表明:主墩采用3道横梁,墩柱采用正四边形截面形式,满足行车要求、施工最便捷、质量最易保证;距离墩顶30 m高度范围采用等截面直线段设计,以下75 m采用1.6次抛物线设计,能有效节省工期和施工模板。该新型桥墩的成功实施,填补了我国铁路格构式桥墩设计的空白,为高烈度地震区高墩大跨桥梁设计起到很好的借鉴作用。     

跨“V”形峡谷大跨度铁路悬索桥减震研究

以位于高烈度区、跨"V"形峡谷的千米级跨径铁路悬索桥为研究对象,建立全桥精细化数值模型,通过设计和罕遇地震动的一致激励和考虑"V"形峡谷地形效应的非一致激励下桥梁结构的响应分析,进行该桥的抗震性能和减震研究。结果表明:非一致激励地震动作用下,该桥的主塔内力、纵桥向梁端位移、主缆和吊杆拉应力等相对一致激励均有不同程度的降低,但主塔变厚度处截面弯矩接近设计限值,主梁梁端及柔性中央扣的地震响应超限;采用耗能型中央扣可使纵桥向梁端位移降低49.78%,并解决柔性中央扣拉应力超限破坏的问题,但会增大西侧主塔的内力响应;在塔梁连接处设置黏滞阻尼器可使主塔弯矩、剪力及梁端位移分别降低19.87%,14.20%和70.55%,但柔性中央扣仍因应力过大而被破坏;采用耗能型中央扣+黏滞阻尼器可使主塔弯矩、主塔剪力、梁端位移、主缆应力、吊杆应力分别下降24.01%,18.84%,72.42%,7.14%和11.38%,耗能型中央扣峰值内力未超出其极限承载力,有效地控制了结构关键构件的地震响应,满足该桥的抗震设防要求。