受火钢框架的落锤冲击响应数值模拟

运用有限元程序ABAQUS进行数值模拟,研究不同温度下受撞击载荷钢框架结构的动力响应和梁柱连接性能,重点考察了三种梁-柱连接形式:即全焊接连接、平齐式端板连接、外伸式端板连接等对钢框架抗冲击性能的影响。对于受火和自重作用的钢框架,比较了梁的跨中挠度和梁柱交点处沿梁方向的位移,以及结构在不同环境温度下的温度场;进而采用温度加载和落锤冲击共同作用,得出结构的梁柱节点破坏模式和钢梁的临界屈曲温度,以及落锤撞击过程中跨中挠度和撞击力的发展。模拟结果表明,外伸式连接框架高温作用下的抗落锤冲击性能最好。     

飞机模型撞击SC靶板的数值模拟分析∗

相对于钢筋混凝土(RC),钢板混凝土(SC)结构由于其优异的抗冲击性能和密闭性能,越来越多地应用于核电站安全壳结构中。基于有限元程序LS-DYNA对1/7.5缩尺飞机模型撞击SC靶板实验进行数值模拟,分别采用KC、Winfrith和CSCM三种模型描述混凝土材料,通过详细对比飞机模型撞击过程和速度衰减时程、靶板损伤和最大挠度以及引擎破坏的实验数据和数值仿真结果,验证了Winfrith模型的适用性。进一步讨论了撞击速度、钢板厚度、混凝土强度和栓钉强度对飞机模型速度时程和靶板破坏的影响。结果表明钢板厚度和栓钉强度对SC结构抗飞机撞击性能影响较大,而混凝土强度影响较小。相关结论可为飞机撞击下核安全壳的损伤破坏分析与结构设计提供一定的参考。     

装配式混凝土框架子结构动态倒塌性能试验研究

为了研究装配式混凝土框架结构的连续倒塌性能,设计了 6个比例为1/4的框架子结构模型,通过快速抽柱试验研究了框架梁的跨高比、拼接节点位置和预应力等参数对其动态倒塌性能的影响.试验结果表明,中柱失效后在框架梁端和框架梁拼接节点的后浇混凝土区均产生了少量裂缝;在框架梁跨度相同的情况下,现浇混凝土框架子结构的最大动态位移响应...     

不同受火方式下混凝土框架结构的变形研究

针对单层框架和三层框架,通过高温数值分析,初步考察了不同受火方式下结构的变形特征。研究发现:①火灾蔓延对结构高温变形影响较大,此时节点的水平位移总体上小于结构全层/全部受火时的相应结果;②受火区间仅对相邻跨或相邻层有一定影响,而对隔跨或隔层影响相对较小;③非对称局部受火情况下,单层框架边节点的水平位移可能比全层受火时更大。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能研究

建立了局部火灾下多层多跨矩形钢管混凝土柱-钢梁平面框架温度场和力学性能分析的有限元模型。在考虑楼板影响的基础上,研究了保护层厚度不同时钢管混凝土框架结构的温度场分布规律。研究了不同受火工况条件下钢管混凝土框架结构的变形和破坏规律、耐火极限状态、受火梁的内力状态以及结构耐火极限的规律。分析表明,梁保护层厚度影响钢梁温度分布形式;火灾下,框架结构发生了受火梁的整体屈曲破坏。     

火灾后空间混凝土框架结构的受力性能模拟

为了分析火灾后空间混凝土框架结构损伤、修复和加固后的力学性能,基于纤维单元模型和分层壳单元模型,将梁、柱构件截面划分成多个纤维,将板沿截面厚度方向划分成多个层,可以考虑各个构件截面的不均匀温度场分布以及受火损伤或修复、加固后材料力学性能的变化。以ABAQUS通用有限元软件为开发平台,利用Python脚本语言对其进行二次开发,建立混凝土框架火灾受损分析系统(ASFCF)。进一步以一个多层多跨空间混凝土框架结构为例,利用该系统对框架在受火损伤、修复和加固后的力学反应进行了研究和对比分析。结果表明,ASFCF系统可以较为准确地进行火灾后空间混凝土框架的损伤、修复与加固后的力学性能分析。研究成果可作为评估混凝土整体框架结构火灾后的残余力学性能及修复、加固后的力学性能的理论参考。     

局部火灾引起整体钢结构倒塌初始破坏机理的试验研究北大核心CSCD

为研究局部火灾下整体钢结构倒塌的初始破坏机理,分别考虑中柱及边柱受火破坏类型,设计了4个平面钢框架结构进行火灾试验研究。试验在立体火灾试验炉内进行,采用恒载升温模式。试验过程中,首层中柱或边柱以及与之相连的钢梁受火,中间层钢柱和梁柱节点采取防火保护措施,受火柱底部与自制测力支座通过螺栓连接。通过试验得到了受火梁、柱的温度场分布和位移反应的变化规律,以及受火中柱的轴力变化过程,对引起整体钢结构倒塌的初始破坏过程和破坏机制进行了分析。     

局部火灾引起整体钢结构倒塌初始破坏机理的试验研究

为研究局部火灾下整体钢结构倒塌的初始破坏机理,分别考虑中柱及边柱受火破坏类型,设计了4个平面钢框架结构进行火灾试验研究。试验在立体火灾试验炉内进行,采用恒载升温模式。试验过程中,首层中柱或边柱以及与之相连的钢梁受火,中间层钢柱和梁柱节点采取防火保护措施,受火柱底部与自制测力支座通过螺栓连接。通过试验得到了受火梁、柱的温度场分布和位移反应的变化规律,以及受火中柱的轴力变化过程,对引起整体钢结构倒塌的初始破坏过程和破坏机制进行了分析。     

不同温度下约束钢梁的落锤冲击响应分析

研究不同温度和冲击荷载作用下约束钢梁的动力响应问题。利用通用非线性有限元分析程序ANSYS/LS-DYNA,分别模拟了两端固支、一端固支一端轴向弹簧约束的钢梁在不同温度下受到落锤冲击时的动力响应。在温度荷载和冲击荷载联合作用下,分析了位移响应、撞击力时程曲线及冲量等的温度效应。通过撞击力时程曲线分析得出最大撞击力随温度的变化趋势与欧洲规范EC3给出的不同温度下的钢材的屈服强度折减系数的变化趋势相似,钢梁跨中的横向位移随着温度的升高而增加。还分析了高温和冲击荷载联合作用下落锤的撞击速度、不同的质量—速度组合、横向加劲肋对钢梁的变形的影响。     

基于纤维模型的受火后混凝土框架的有限元分析

为了分析受火后混凝土框架结构的残余力学性能,基于纤维模型的思路,将梁、柱构件截面划分成多个纤维,可以考虑构件截面的不均匀温度场分布以及受火损伤后材料力学性能的变化。以ABAQUS通用有限元软件为开发平台,利用Python编程语言对其进行二次开发,将SAP2000建立的模型文件导入到ABAQUS中,对基于纤维模型的混凝土框架进行受火后的温度场分析和非线性力学分析。通过一个多层多跨三维混凝土框架火灾反应的实例,对该框架在受火后的力学反应进行了分析,可为评估混凝土框架结构受火后的残余力学性能提供参考。     

基于抗侧刚度比的防屈曲支撑组合框架优化研究

针对某26层设置了防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架的benchmark模型,以振型分解反应谱法作为基础算法,编制了基于遗传算法的优化程序,通过改变结构各层的抗侧刚度比,对设置防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架结构进行了防屈曲支撑截面面积的优化设计,对以变化抗侧刚度比设计的结构和以固定抗侧刚度比设计的结构进行了弹性阶段和弹塑性阶段的地震响应对比分析。结果表明:以变化抗侧刚度比设计的结构能在不减弱抗震性能的同时,减少48%的防屈曲支撑用量。在罕遇地震作用下,以变化抗侧刚度比设计的防屈曲支撑的耗能比例达54.98%,充分发挥防屈曲支撑的塑性变形能力消耗地震能量,起到保护框架梁、柱的作用。     

粘弹性地基上钢筋混凝土方板在低速撞击下的动力响应分析

针对工程中所遇到的撞击问题,在事先仅知道初速度的情况下,研究分析了半无限线性粘弹性地基上的钢筋混凝土方板受低速刚体撞击时的动力响应问题。与高速冲击问题中板结构发生局部破坏的情况不同,低速撞击下板结构发生的是整体响应破坏,因此计算时主要考虑结构的整体响应,但仍须考虑撞击局部损伤影响。建立了局部变形和整体响应间的关系模型,根据该模型推导出钢筋混凝土方板在低速撞击下位移响应w(x,y,t)和撞击反力p(t)的表达式,并结合算例讨论了粘弹性地基对计算结果的影响。     

自复位耗能摇摆框架的抗震性能参数分析

自复位耗能摇摆框架结构是在原RC框架结构基础上用自复位耗能摇摆柱(SCEDRC)对其中的普通柱进行改造而来。利用OpenSees有限元软件建立各结构的有限元模型,并进行动力弹塑性分析。对比了自复位耗能摇摆框架结构与RC框架结构的抗震性能;考察了自复位耗能支撑(SCEDB)安装角度、设计参数及SCEDRC位置等变化对结构抗震性能的影响。结果表明:自复位耗能摇摆框架结构的抗震性能优于RC框架结构,可实现改善结构变形模式、减小损伤和残余变形的目标。各参数变化对结构性能影响显著,SCEDB安装角度为30°～40°时,结构抗震性能最佳;增大SCEDB的第一刚度K1、第二刚度K2、初始预拉力P0和摩擦力F,均有利于提升结构的抗震性能;当SCEDRC布置为结构的中柱时,对提升整体抗震性能最为有利。     

SSI效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响分析

本文以一单跨7层框架结构为研究对象,对不同场地和地震波输入条件下的粘弹性阻尼结构进行了二维有限元时程分析,探讨了SSI(土-结构动力相互作用)效应对粘弹性阻尼结构减震效果的影响。分析结果表明:①在硬土和稍硬土地基条件下,SSI效应明显降低了结构的楼层位移峰值,若在抗震设计中对客观存在的SSI效应加以考虑,设置较少数量的阻尼器(与刚性地基假定条件下确定的阻尼器数量相比)就能使结构的实际地震位移反应满足基于刚性地基假定的地震位移控制目标;②粘弹性阻尼结构的减震效果与场地条件、输入地震动特性密切相关;③与刚性地基相比,SSI效应使粘弹性阻尼结构的减震效果明显降低,且地基越软,降低幅度越大。因此,在实际的工程设计中,应当充分考虑SSI效应,对粘弹性阻尼结构的减震控制效果进行合理的评价,并针对不同的场地条件选用合适的阻尼器类型和性能参数,才有可能达到预期的减震控制效果。     

通过改进节点性能确保火灾下钢框架结构的鲁棒性(英文)

介绍了钢框架结构火灾下鲁棒性的背景知识,建议对于非常重要的建筑结构,抗火安全设计必须包括通常设计中尚未考虑到的意外破坏模式。文章辨识了结构意外破坏的不同模式,并提出了保证结构安全性的可行方法。本文主要介绍了如何利用梁的悬链线效应,使荷栽从受损结构重新分配到相邻结构,该效应是梁受弯承载力状态的一种转变。为确保钢梁中悬链线效应的充分发展,最重要的是要保证节点具有足够的抗拉承栽力与转动能力。本文提出了一种节点转动能力需求的量纲分析方法,并根据一些试验结果,介绍了英国常用的梁柱节点可到达的转动能力。虽然一些延性较好的节点在升温时能够达到10°的转动能力,但当钢的温度非常高时,其仍不能满足使悬链线效应充分形成时所需要的转动能力(>15°)。随后,讨论了如何提高节点的转动能力,包括:采用具有较好延性的节点(例如开反向槽口的节点),改进节点的细部构造(如将节点的受拉区移近至受压区,并为螺栓开槽型孔)和采用更强的、延性更好的由耐火钢制成的螺栓。这些提出的节点技术需要与节点在其他设计要求下的性能要求相协调(如刚度),为满足不同的结构性能要求,找到最优的节点设计方法,仍需要更深入的研究。     

钢结构高温响应影响因素的研究

根据考虑几何和材料非线性及温度沿杆件截面高度线性分布等因素对钢结构常温和高温响应影响的基本方程,用自行编制的计算程序对单层双跨钢框架进行结构非线性温度响应研究,分析了弯曲应变、屈强比、梁柱刚度比、初始弹性模量等因素对结构响应的影响,并研究了温度步长、保护层厚度对结构耐火时间的影响.由计算结果发现,弯曲应变、初始弹性模量...     

不同地震烈度下结构破坏过程仿真

为了更好地研究地震烈度对结构破坏的影响及震害规律,运用LS-DYNA软件对Ⅷ度区和Ⅸ度区的底层框架砌体结构进行了由损伤至倒塌破坏的全过程的模拟,研究结果表明:在罕遇地震烈度情况下,Ⅸ度区的结构要比Ⅷ度区的结构出现破坏的时间早,并且要比Ⅷ度区的破坏严重。对比时程分析的结果,位移要滞后于加速度,但地震过程中结构的动力反应趋势大致相同。该成果反应了不同烈度下结构的地震反应特征,仿真结果和真实倒塌过程吻合较好。     

碳纤维加固钢筋混凝土斜腿刚架桥节点的试验研究

碳纤维是1种轻质、高强的加固补强材料,广泛应用于钢筋混凝土结构的加固中,而在钢筋混凝土斜腿刚架桥中,斜交的梁柱节点作为结构内力传递的枢纽,是保证结构整体工作的重要构件,有必要对斜交节点的碳纤维加固进行研究。本文对5个碳纤维加固钢筋混凝土斜腿刚架桥节点试件和1个对比试件进行了试验研究。试验分析表明,在加固以后,节点的强度和变形能力有了明显的提高,同时也提高了节点的承载能力。通过试验发现,与裂缝斜交的碳纤维起着与箍筋类似的抗剪作用,同时在节点受弯部位粘贴的碳纤维与其相对应处的受弯钢筋相比,承受了较大的应力和应变,承受了较大的弯矩。     

钢筋混凝土梁裂缝宽度与裂缝深度的相关性试验研究

裂缝的出现极大地降低梁的使用寿命。裂缝宽度和裂缝深度作为裂缝的两个主要参数,目前对前者的研究相对成熟,而后者的研究甚少。通过对8根钢筋混凝土梁的静力加载试验,研究由荷载引起的结构裂缝宽度与深度的相关性发展形态,并考虑混凝土强度、保护层厚度和钢筋直径对裂缝特征的影响。结果表明:混凝土梁裂缝宽度的发展主要与钢筋配筋率有关;梁的开裂荷载与混凝土的劈裂抗拉强度有一定关系;裂缝宽度与深度的相关性大致呈三段式的发展,并拟合二者的曲线。