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。     

波纹腹板钢−混组合箱梁抗震性能研究

对3榀不同剪力连接度的波纹腹板钢?混凝土组合箱梁进行竖向低周反复荷载作用下的力学性能试验研究,重点对组合箱梁的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化规律等抗震性能进行试验分析。研究结果表明:在低周反复荷载作用下,波纹腹板钢?混凝土组合箱梁主要有弯曲破坏和弯剪破坏2种破坏形式;荷载?位移滞回环较为饱满,无明显捏缩现象,具有较好的抗震性能;骨架曲线可分为近似弹性、弹塑性和破坏3个阶段;随着剪力连接度的增大,极限位移、破坏位移显著增大,试件耗能能力显著增加,适当增加波纹腹板钢-混凝土组合箱梁的剪力连接度,可有效提高其耗能能力;具有较好的延性,有利于震后的正常使用和修复;由于损失积累,使得正向耗能能力高于反向耗能能力;刚度退化前期受参数影响较为敏感,后期退化规律趋于平缓。     

梁腹板局部削弱新型钢节点抗震性能研究

介绍了一种在梁腹板局部采用等肢角钢拼接形成的折形腹板梁端截面削弱型梁柱节点。利用有限元软件ANSYS14.0分析了削弱区距柱翼缘距离、角钢厚度和角钢肢长对新型节点抗震性能的影响。研究结果表明:新型截面局部削弱节点与传统梁柱节点连接承载力相差不大,并且塑性铰形成的位置均在折形腹板所对应的梁上下翼缘处,从而达到使塑性铰外移的目的。而削弱区距柱翼缘距离、角钢厚度和角钢肢长对新型节点抗震性能影响很小。     

钢板-混凝土双连梁受力性能有限元分析

运用ABAQUS分别建立钢筋-混凝土双连梁与钢板-混凝土双连梁有限元模型,进行有限元非线性计算,对比分析2种不同模型的极限承载力、破坏性能及延性。研究结果表明:钢板-混凝土双连梁同钢筋混凝土双连梁的破坏形态一样,属于弯剪破坏,可在梁端形成较大的塑性转角,成为剪力墙结构良好的抗震耗能构件;钢板-混凝土双连梁在达到屈服荷载时仍有一定的位移变形,但位移变形的幅度不如钢筋混凝土双连梁大;钢板-混凝土双连梁的延性及耗能性能不如钢筋混凝土双连梁好,但钢板-混凝土双连梁的极限承载力与刚度大于钢筋混凝土双连梁。     

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。     

耳板式钢-混凝土组合桁架节点力学性能试验研究

钢-混凝土组合桁架梁上弦端节点受力复杂,是组合桁架结构受力的关键部位.以西平铁路桥梁钢-混凝土组合桁架节点为原型,设计制作了3个耳板式节点的1:2缩尺模型,进行水平静力性能试验和有限元分析,研究钢-混凝土组合桁架节点的应变发展规律、极限承载力、破坏模式和荷载-位移曲线等力学性能.研究表明:耳板式钢-混凝土组合桁架节点极限承载力和刚度满足设计要求;PBL连接件具有较好的抗剪能力;节点的薄弱部位为弦杆核心区混凝土;节点的破坏模式主要有弦杆混凝土开裂破坏、腹杆屈曲破坏、腹杆与耳板连接处屈服等,因此提高混凝土强度和节点配筋率,增加腹杆厚度有助于提高整个节点的承载力.     

装配整体式地下车站侧墙开洞结构力学性能分析

当前侧墙开洞的研究主要集中在地上结构开洞墙体的整体受力性能,而对装配式地下车站侧墙开洞结构的研究还较少.综合考虑侧墙开洞结构受力及施工难易程度,接口框架分拆为梁和柱,节点设置在梁端.为确定侧墙开洞结构的力学性能,对设计方案进行了力学试验与数值模拟分析.研究结果表明:通道接口的破坏形态主要表现为洞口梁端的扭转斜裂缝,梁的扭转破坏是侧墙开洞结构失效的主要原因;侧墙开洞结构的刚度退化的主要原因是混凝土开裂,而构件中钢筋屈服的影响基本上可忽略不计;对侧墙开洞结构进行数值分析,可得到构件的内力分布;梁端的扭转承载力是侧墙开洞结构平面外承载力的主要部分.给出了洞口梁的扭转承载力建议公式,为装配整体式地下车站侧墙开洞结构的设计提供了参考依据.     

装配整体式地下车站侧墙开洞结构力学性能分析

当前侧墙开洞的研究主要集中在地上结构开洞墙体的整体受力性能,而对装配式地下车站侧墙开洞结构的研究还较少.综合考虑侧墙开洞结构受力及施工难易程度,接口框架分拆为梁和柱,节点设置在梁端.为确定侧墙开洞结构的力学性能,对设计方案进行了力学试验与数值模拟分析.研究结果表明:通道接口的破坏形态主要表现为洞口梁端的扭转斜裂缝,梁的扭转破坏是侧墙开洞结构失效的主要原因;侧墙开洞结构的刚度退化的主要原因是混凝土开裂,而构件中钢筋屈服的影响基本上可忽略不计;对侧墙开洞结构进行数值分析,可得到构件的内力分布;梁端的扭转承载力是侧墙开洞结构平面外承载力的主要部分.给出了洞口梁的扭转承载力建议公式,为装配整体式地下车站侧墙开洞结构的设计提供了参考依据.     

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...     

栓钉在斜拉桥索塔锚固区中的试验研究与非线性分析

金塘大桥索塔锚固区采用钢锚梁-钢牛腿新型结构,是该桥设计的关键技术之一.结合连岛工程跨海斜拉桥索塔锚固区的设计,对比介绍栓钉群国内外研究成果,在此基础上设计与实际结构类似的试件模型,对其进行试验研究和空间有限元仿真计算分析,重点研究栓钉的荷载-滑移量关系、抗剪刚度、抗剪承载力及破坏形态等,并将试验值与不同国家规范给出的极限承载力公式计算值进行比较.基于合理的黏结滑移本构关系,提出如何模拟栓钉连接件滑移效应的详细方法,给出栓钉和混凝土黏结的非线性弹簧单元有限元模型.试验结果表明:栓钉连接件满足新型结构的承载要求,试件以栓钉受弯剪破坏为主,具有良好的延性性能,在破坏前有明显的屈服过程.有限元模型具有良好的精度,与试验结果较为吻合.在承载力方面,群钉试验得到的单钉极限承载力比<钢结构设计规范>(GB 50017-2003)公式的计算值平均高32%左右.     

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。     

低周反复荷载作用下桁架组合梁非线性分析

采用ansys有限元软件,结合钢桁架-混凝土组合梁的受力特点和试验时的真实状况,建立桁架组合梁空间有限元模型,将计算结果与试验数据对比以证明此模型的适用性和合理性。计算结果表明有限元模拟与试验结果吻合较好,验证了有限元模型以及编制APDL命令流的正确性。应用编制的命令流得到另外一根不同桁架形式的桁架组合梁在水平低周反复荷载作用下的响应,考察该结构的抗震耗能性能。由滞回曲线分析可得,桁架组合梁在水平低周反复荷载作用下刚度和强度退化不明显,说明该结构具有较好的耗能能力,变形能力强,承载力较高,且其正向承载力比反向承载力高,可为实际工程抗震设计提供参考。     

梁柱外伸端板连接节点的计算模型

钢框架中普遍采用的外伸端板连接是典型的半刚性节点连接,其极限承载力和初始刚度受到多种因素的影响。根据节点的传力特点,分别计算各组件的极限承载力和初始刚度,提出了外伸端板连接节点极限承载力和初始刚度的理论计算方法;通过与试验和有限元结果对比表明该计算方法具有足够的精确性。采用已有的三参数模型,对节点的弯矩-转角关系进行模拟。并对影响外伸端板连接性能的各因素进行了深入的探讨,为工程设计提供参考。     

2种不同构造形式的钢-混组合桁架节点试验研究

钢-混凝土组合桁架是一种由钢腹杆和混凝土弦杆组成的新型结构形式。进行了2种不同构造的节点模型试验,介绍了试验方法和结果,描述了节点在加载过程的力学行为,对比了不同节点的受力性能、承载力和破坏模式。试验结果显示节点的失效模式可能有:混凝土开裂破坏、节点板屈曲和受拉钢腿螺栓滑移。应用有限元软件ABAQUS对试件进行全过程数值模拟分析,对比不同的有限元分析结果,明确了不同节点的薄弱部位。研究成果可以为该实际工程和同类工程节点设计提供试验参考和理论依据。     

基于宏观建模方法的胶合木-钢夹板螺栓连接数值模拟

为解决胶合木-钢夹板螺栓连接三维有限元模型计算效率低、收敛性差的问题,采用一种有限元宏观建模方法进行胶合木-钢夹板螺栓连接的模拟,该方法通过非线性一维单元的组合,从而简化连接节点性能的有限元计算。同时,结合胶合木-钢夹板螺栓连接件抗剪性能试验,建立各连接节点的宏观模型和传统三维有限元模型。通过对比试验结果与宏观模型的计算结果,来验证该有限元宏观模型的计算效率及计算精度。研究结果表明:胶合木-钢夹板螺栓连接的宏观模型与连接件抗剪性能试验的荷载-滑移曲线是一致的,该宏观模型能够正确反映胶合木-钢夹板螺栓连接节点的剪切性能、滑移特性、滞回性能、刚度退化和失效特性。相比传统三维有限元计算方法,有限元宏观模型的计算成本相对较低,且收敛性较好。有限元宏观建模方法可有效提高具有大量连接的复杂结构非线性分析的计算效率。     

空间网壳结构极限承载力分析

空间网壳结构一般为多次超静定空间杆系结构体系,部分杆件的受拉屈服或受压失稳并不能引起空间网壳结构的整体破坏,只有屈服或失稳的杆件使结构成为机构后,网壳结构才达到极限承载力。采用ANSYS有限元分析软件,根据非线性分析和极限承载力分析有关理论,分析2008北京奥运会老山自行车馆空间网壳结构的极限承载力,研究压杆失稳和节点刚度对空间网壳结构极限承载力的影响。     

材料耐久性损伤对混凝土构件抗震性能影响

通过试验验证有限元分析合理性,采用非线性分析方法并考虑钢筋锈蚀后黏结滑移性能退化,并从碳化率的角度,研究材料耐久性损伤对钢筋混凝土构件抗震的影响。研究结果表明:混凝土碳化对构件承载力、刚度及延性影响较小,碳化对构件滞回性能的影响主要体现在滞回曲线饱满程度降低,随碳化率的增大耗能能力退化明显,当保护层混凝土完全碳化时,耗能性能约降低28%。钢筋锈蚀对构件滞回性能影响较大,承载力、延性及耗能性能均随锈蚀率的增大而降低;考虑黏结滑移后,构件开裂前滞回性能变化不大,随着荷载增大,考虑黏结滑移要比不考虑黏结滑移时构件刚度及延性退化更为严重,但对承载力及耗能退化影响较小。综合考虑碳化及钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件抗震性能的影响,建议在抗震区控制构件碳化深度及钢筋锈蚀,限制保护层混凝土碳化率不大于60%及锈蚀率不大于10%,从而保证结构良好的抗震性能。     

梁柱半刚性连接的钢框架非线性分析

考虑连接的半刚性以及构件的几何非线性的影响,采用二阶非线性分析方法对半刚性连接钢框架进行分析,推导考虑轴力和剪切变形影响的刚性梁柱单元刚度矩阵和半刚性梁的单元刚度矩阵,并编制了相应的程序计算钢框架的内力和位移.算例结果表明,考虑连接的半刚性,节点约束程度减弱,钢框架横梁跨中弯矩和柱底弯矩增大,梁端弯矩减小;节点半刚性连接和二阶效应对钢框架受力性能有明显影响.     

钢筋混凝土框架中节点粘钢加固变形性能试验研究

粘钢加固是指将钢板用建筑胶粘贴于构件表面以提高构件强度的一种加固方法。通过对6个钢筋混凝土框架中节点钢加固的低周反复试验，探讨了影响框架变形性能的因素：节点核心区的剪切变形、梁端的弯曲变形、梁纵筋的滑移变形等。提出了粘钢加固框架层间位移的计算方法及影响因素，并且和现行抗震规范进行比较，阐明了粘钢加固后节点构件的延性和耗能性能可以满足规范的要求。     

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。