基于磁通量法的空间网架结构无损应力检测的试验方法研究∗

测试在役空间网架结构的轴力或应力是网架结构健康检测的核心内容之一,探究一种实用无损的应力检测方式对在役空间网架结构的健康状况进行合理的评估成为当前工程亟待解决的问题。磁通量法在桥梁索力检测的应用比较成熟,但没有应用于空间结构的杆件应力测试方面主要是由于网架结构杆件在长度、受力性质及约束的影响而使其杆件轴力的测试尚处于研究阶段。据此采用磁通量法对网架结构杆件轴力进行了试验研究。选取了可能影响轴力测试结果的感应线圈绕线匝数、激励线圈绕线匝数、激励电压、荷载工况四个因素开展了一系列的试验研究。结果表明:传感器的绕线匝数、激励电压都会直接影响到电磁感应响度的大小,实际工程中必须选择合适的绕线匝数和激励电压。磁通量传感器在套入杆件后对不同的荷载工况表现出了良好的敏感性,将其运用于杆件的轴力检测是可行的。     

大长细比约束杆件屈曲后承载力简化计算方法北大核心CSCD

大跨度建筑空间中的火灾属于局部火灾,局部受火的网架结构由于其整体性会产生杆件间的约束效应,实际工程中网架结构的杆件长细比往往大于钢框架柱。目前对于网架结构中的约束杆件屈曲后承载力未见研究报道。根据假定的高温下约束杆件的变形形态建立内外力平衡方程,提出考虑初弯曲的网架结构中轴向约束杆件屈曲后轴力的简化计算方法,得到受火全过程轴力—温度的关系曲线,并发现初弯曲会使得长细比较大的约束杆件的应力增长速率明显减小。通过ABAQUS软件对网架结构中轴向约束杆件受火力学反应全过程进行了数值模拟,本文提出的简化计算方法与数值模拟结果吻合较好,为进一步分析网架杆件屈曲后承载力对整体结构抗火性能的贡献提供了理论依据。     

大长细比约束杆件屈曲后承载力简化计算方法

大跨度建筑空间中的火灾属于局部火灾,局部受火的网架结构由于其整体性会产生杆件间的约束效应,实际工程中网架结构的杆件长细比往往大于钢框架柱。目前对于网架结构中的约束杆件屈曲后承载力未见研究报道。根据假定的高温下约束杆件的变形形态建立内外力平衡方程,提出考虑初弯曲的网架结构中轴向约束杆件屈曲后轴力的简化计算方法,得到受火全过程轴力—温度的关系曲线,并发现初弯曲会使得长细比较大的约束杆件的应力增长速率明显减小。通过ABAQUS软件对网架结构中轴向约束杆件受火力学反应全过程进行了数值模拟,本文提出的简化计算方法与数值模拟结果吻合较好,为进一步分析网架杆件屈曲后承载力对整体结构抗火性能的贡献提供了理论依据。     

下部结构对大跨空间枢纽结构地震响应的放大效应分析∗

大跨空间枢纽结构是重要的城市生命线工程,地震作用下一旦发生破坏将造成巨大的社会影响。与传统大跨空间结构不同,大跨空间枢纽结构除上部屋盖结构外,还建有刚度较大的下部结构,整体结构形式复杂。因此针对大跨空间枢纽结构的特点,选取了典型的大跨空间网架枢纽结构和管桁架枢纽结构,采用有限元软件ABAQUS分析了下部结构对大跨空间枢纽结构地震响应的影响规律及机理。结果表明,相比仅考虑屋盖结构,考虑下部结构时大跨空间枢纽结构自振频率相比仅考虑屋盖结构时明显降低,结构前十阶自振频率最大相差约20.2%。此外,考虑下部结构会使大跨空间枢纽结构屋盖的动力响应明显增大,屋盖节点的三向加速度响应相比仅考虑屋盖结构时增大约15.8%～248.6%,节点三向相对位移响应增大约3.8%～453.1%,杆件应力增大约0.1%～125.1%,因此在设计时有必要对大跨空间枢纽结构进行整体结构计算分析。     

铅芯橡胶支座参数变化对大跨空间网架水平隔震效果的影响

提出在上部空间网架结构和下部支撑结构之间应用铅芯橡胶支座设置水平隔震层,可以有效地减小空间网架结构的水平地震响应。采用非线性时程分析方法计算了某大跨空间网架结构采用铅芯橡胶支座水平隔震前后的地震响应,研究了铅芯橡胶支座对网架结构水平隔震效果的主要影响参数,并详细分析了铅芯橡胶支座屈服力、屈服前刚度和屈服前后刚度比等三种设计参数的变化对水平隔震效果的影响规律,在此基础上给出了网架结构的水平隔震设计建议。     

考虑支座约束影响的网架结构抗火性能

在研究高温下钢材物理性能和力学性能的非线性变化对网架结构承载力影响的基础上,进一步考虑支座约束对网架结构抗火性能的影响.采用温度增量加载方法对受支座约束的网架结构在非均匀温度场巾的力学反应全过程进行了分析,得到了网架结构在大空间建筑火灾升温过程中达到承载力极限状态时的临界温度.在对影响临界温度的参数进行分析的基础上,得出了支座约束刚度、网架结构抗剪刚度与整体抗弯刚度比、荷载比、温度场非均匀程度及网架结构平面几何尺寸对网架结构临界温度的影响规律,并提出了考虑支座约束影响的正放四角锥网架结构临界温度的实用计算方法.     

约束钢筋混凝土十字形柱的高温轴力分析

利用结构抗火分析软件SAFIR,研究了高温下约束十字形柱的轴力变化过程,考察了众多参数对该过程的影响规律,初步建立了其实用计算方法。研究结果表明:1荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载偏心率、截面尺寸对该变化过程影响较大,而柱长度、材料强度、混凝土保护层厚度、配筋率则对该过程影响较小。2随着轴向约束刚度比增加,轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值均逐渐增大,且后者的增大效应相比前者更为显著。3有无转动约束存在对轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值影响有限,非零转动约束刚度比的大小对轴力变化系数随升温时间的变化过程影响很小。4随着荷载比增加,轴力变化系数峰值迅速减小,这一趋势对于偏压柱更为显著;随着荷载偏心率增加,轴力变化系数迅速增大。由于火灾中相邻构件之间相互约束作用的客观存在,正确把握高温下约束构件的内力变化过程对科学解释其真实火灾行为是必要的。     

基于位移-速度输入法结构多点激励FPS支座隔震效果研究

受行波效应、相干效应、场地效应的影响,大跨度结构的多点激励地震反应分析非常复杂,且考虑多点激励下对大跨空间网格结构隔震性能的影响是结构工程抗震方向中有重大意义的研究课题。以单层圆柱面大跨度空间网架结构为研究对象,基于直接位移法,应用SAP2000有限元软件建立了多点激励动力反应时程分析模型,进行结构在地震动一致激励和多点激励作用下的动力反应分析计算。结果表明：水平地震动多点激励效应对大跨度空间结构的影响十分显著,需采取使用多点激励输入方式。不设置隔震支座时,多点激励下,支撑柱弯矩与剪力随波速的减小而明显增加,柱顶位移变小,中柱轴力略微上升。基础隔震时,各支撑柱柱顶内力与位移的分配较无隔震时存在差异。边柱的弯矩、剪力及轴力均小于中柱的相应值,但柱顶位移增加明显。柱弯矩减震效率保持在45%～75%,柱剪力减震效率保持在60%～85%;柱顶隔震时,能得到比基础隔震更高的隔震效率,且柱弯矩隔震效率高达90%左右,柱剪力隔震效率保持在85%～90%。柱顶位移显著减小,柱轴力比基础隔震时略有增加。     

基于能量合成法的塔式结构刚度识别研究

在Rayleigh能量法和Southwell's频率合成法的基础上,将结构的振动基频表示为由各变形元和惯性元组成的子系统频率的合成,其中变形元为结构的弯曲变形和剪切变形,惯性元为结构的分布质量和塔顶附加质量。通过选取满足边界条件的挠度函数,建立了底部固定、顶端带有附加质量的塔式结构基频与刚度的关系,因此可通过测量结构的振动基频识别出塔式结构的抗弯刚度和抗剪刚度。以某钢塔为计算实例,采用该算法推导出了结构振动基频与弹性模量的关系,只要知道截面的几何尺寸和材料性质,便可快速识别出各截面的刚度。有限元空间建模计算结果证明了本文提出的算法具有较高精度。该方法适合底部固定的塔式结构,可为复杂空间塔式结构使用状态的监测与评估提供参考。     

局部火灾下正放四角锥网架中杆件约束效应分析北大核心CSCD

基于改进的正放四角锥网架结构在非均匀温度场中的数值分析模型,建立了147例数值分析模型。借助ANSYS软件的热力耦合数值分析功能,得到了网架结构高温力学特征量数据库,从杆件纵向变形与杆件应力历程的角度,研究了局部火灾下杆件间的约束效应分布规律,同时研究了温度场非均匀性、荷载比、网格尺寸对杆件约束效应的影响规律,研究表明,在局部火灾下,网架结构斜对称轴上中间位置处腹杆受到的轴向约束最强,表现为压应力增加;垂直于斜对称轴方向的杆件表现为拉应力增加;杆件轴向约束程度随温度场非均匀性的增强及网格尺寸的减小而增大;在结构高荷载比情况下,温度场非均匀性和网格尺寸对杆件轴向约束的影响尤为显著。     

具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温弯矩分析

目前国内外对混凝土结构的抗火性能评估几乎都是针对独立构件开展的,很少考虑相邻构件之间的相互约束作用。实际火灾调查与明火试验表明,结构中构件的火灾行为与独立构件有着较明显的差别。本文开展了具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温反应分析,揭示了轴向/转动约束刚度比、梁截面尺寸、跨度、荷载比、加固量、配筋率、保护层厚度和防火涂料厚度等参数对ISO834标准升温作用下约束加固梁的梁端弯矩的影响规律。在此基础上,给出了高温下约束加固梁的梁端弯矩实用计算方法。研究表明:①随着升温时间的增加,约束加固梁的梁端弯矩总体呈现先逐渐增大而后渐趋平缓的趋势;②防火保护(即使防火涂料厚度只有10mm)对高温下约束加固梁的梁端弯矩影响显著。     

阪神地震中大开地铁车站和区间隧道破坏差异成因研究∗

在日本阪神地震中遭受地震破坏的地铁地下结构中,仅大开车站中标准段一处区域发生了完全塌毁,其它地铁车站、隧道的震害程度均相对其要轻微。利用能够合理模拟地下框架结构损伤破坏的数值分析模型,对大开车站标准段、中央大厅段以及区间隧道结构的地震破坏反应进行了数值模拟分析,探讨了造成上述现象的原因。结果表明:不同断面宽度以及埋深导致大开车站标准段、中央大厅段以及区间隧道结构所受的上覆土压不同,使三者立柱在地震作用中处于不同的轴压比状态下工作,并使得三者不同刚度的结构框架在地震作用中出现不同程度的损伤与刚度退化,继而导致三者立柱出现了不同程度的水平相对变形。最终大开站标准段立柱由于较高的轴压比下受到过量的水平相对变形而发生破坏,从而导致整体框架结构的严重破坏;其余二者则由于立柱处于较低的轴压比下,所受水平相对变形处于立柱变形能力范围内,而未发生立柱破坏,进而使得整体框架保持了承载能力。     

某综合楼钢结构抗火安全设计与评估(Ⅱ)——火灾作用下结构的分析及抗火验算

某综合楼为一高层钢结构建筑。试验及对火灾调查表明,由于构件相互作用及荷载传递路径的改变,整体结构中的构件的抗火性能与抗火试验中的简支梁或柱有很大不同。本文采用基于性能化思想的抗火设计方法,对该综合楼进行了整体分析,考虑了构件之间的相互作用,并结合梁产生悬链线效应后的特点,确定出构件的实际受力。据此进行了构件强度及稳定的验算,提高了构件在火灾作用下的安全性。在楼板的抗火设计中,采用较新的科研成果,考虑了薄膜效应的影响,使一部分次梁免于防火保护,降低了防火成本。     

深水高桩嵌岩桥墩抗撞能力分析

以2007年6月15日广东九江大桥船撞倒塌事故中被撞深水高桩嵌岩桥墩为研究对象,采用更新拉格朗日列式考虑结构几何非线性,Hognestad模型和Mander模型分别模拟无约束和受约束混凝土,理想弹塑性模型模拟钢筋作用;考虑桩基和周围介质的非线性作用,采用P-Y、T-Z和Q-Z弹簧模拟计算了单个高桩桥墩的抗撞能力,揭示了...     

双层板桁钢梁应力分析

以跨度最大的双层斜拉桥闵浦大桥为背景,研究了双层板桁钢梁桥面板的受力特性,阐述了精细壳单元与梁单元结合的整体有限元模型,并分析了上、下桥面间腹杆的受力特性与桥面板的应力分布特性;采用桥面纵横梁间带U肋精细桥面模型,分析了桥面板和U肋在车辆荷载作用下的应力分布.研究表明,上、下层桥面横桥向应力小于纵桥向应力,并且横桥向应...     

结构抗火混合试验方法的研究进展∗

基于构件标准试验的抗火试验方法很难考虑非受火构件对受火构件的约束效应,也难以反映受火构件对整体结构抗火性能的影响,而正在兴起的抗火混合试验方法是解决上述问题的一条重要途径。本文首先简述传统结构抗火试验方法及其面临的问题,进一步阐述了抗震混合试验与抗火混合试验的关系,然后从试验流程原理、典型试验装置及对应力学边界条件、试验子结构选取与数据交换、不同试验方法的结果对比等方面较为系统地介绍了第一代抗火混合试验,并简要介绍了正在进行中的第二代抗火混合试验系统及其特点,最后总结了抗火混合试验中有待进一步深入研究的几个关键科学问题。     

火灾下四面受火钢筋混凝土柱极限承载力的简化计算

目前,对钢筋混凝土结构构件的高温承载力确定一般都根据截面尺寸和钢筋保护层厚度等因素查询相关表格计算或进行有限元分析,不便于工程设计人员使用。本文给出了一种计算四面受火钢筋混凝土柱极限承载力的简化计算方法,该方法参考国外最新研究成果,不必对截面的温度场进行分析,也不要查询相关计算表格,直接在计算公式中考虑影响因素对材料性能的折减,计算方法和过程与常温下相似。将计算结果和39根柱的实验结论进行比较的结果表明,该方法计算精度较高且偏于安全。通过一个计算实例展示其应用。该方法计算过程简单,并和规范相结合,能够满足工程设计人员使用要求。     

考虑滑移的锈蚀混凝土偏压构件抗弯刚度模型

对锈蚀混凝土偏压构件抗弯刚度退化的影响因素进行了研究,采用刚度解析法对粘结性能退化后偏压构件的截面刚度进行了理论分析,引入了锈蚀钢筋滑移的粘结退化综合影响系数,建立了考虑滑移的锈蚀钢筋混凝土偏压构件抗弯刚度的计算模型。经试验验证,模型的抗弯刚度计算值与试验实测值结果吻合较好,故模型计算值可为锈蚀混凝土偏心受压构件性能的评估提供参考。