整体结构混合火灾试验原理及数值仿真分析

火灾下建筑结构的力学分析分为2个层次:1受火作用的结构基本构件的力学分析,如受火梁、柱、楼板分析;2受火构件力学状态的变化对整体结构影响的力学分析,如火灾下建筑结构的连续性倒塌分析。为考察整体结构在火灾下的力学反应,Mostafaei提出了混合火灾试验方法,即对原结构部分构件进行耐火试验,剩余子结构则采用数值分析。通过构件火灾试验与子结构数值模型间的数据交互反馈,模拟整体结构火灾下的力学反应,进而避免直接进行大型结构整体火灾试验。理论上,如果受火构件与无该构件的子结构模型,在任意火灾时刻时的内力、位移均相等,则该结果与整体结构实际火灾下的反应相同。但实际上,由于无法保持任意时刻受火构件与子结构模型的荷载、位移一致,混合火灾试验简化为每间隔时间Δt或温度ΔT对这些参量进行一次同步。给出了构件试验和子结构数值模型间的数据交换路径,并以基本构件的数值试验代替真实火灾试验,通过混合火灾数值试验与子结构模型的交互分析结果,验证了混合火灾试验方法的准确性。     

基于频率变化的混凝土楼板损伤评价研究∗

提出了基于楼板模态频率变化的楼面板损伤评价方法,采用数值模拟对楼板损伤与频率的关系开展研究。 首先,对分层式与整体式两种楼板分别进行线性加载试验与等幅循环加载试验,并对后者进行了模态测试。在此基础上,提出了精细化数值模拟方法,并与线性加载的试件进行对比。最后,采用有限元数值模拟方法计算了基于整体结构频率的结构损伤与基于楼板频率变化的损伤。结果表明：①开裂后的楼板频率低于开裂前的楼板频率, 分层式楼板与整体式楼板开裂前后对应的自振频率相近;②精细化有限元数值模拟方法可较为准确地模拟楼板开裂损伤性能与开裂前后的模态变化;③已有基于整体结构频率变化的损伤评价方法无法准确反映楼板的损伤状态;④通过数值模拟计算出的基于楼板频率变化的损伤评价方法,可准确反映楼板开裂的损伤状态,为相应构件的损伤评价提供借鉴。     

某大型复杂结构地震响应与控制研究

针对某大型复杂结构的地震响应及控制策略进行了研究.首先,建立该结构的整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行模态分析,研究该复杂结构的振动特性,基于位能加权平均法求解了该复杂结构等效阻尼比;随后,研究了不同布置型式下粘滞消能支撑的受力特点和计算模型;最后,对该结构进行减振设计,分析了不同消能支撑布置形式下的减振效果...     

钢筋混凝土框架的多尺度抗火混合模拟∗

针对整体结构火灾试验费用高昂、传统构件试验无法反映整体结构性能、全实体单元模型抗火计算效率不高等问题,基于 ABAQUS 软件,建立钢筋混凝土传统单柱、全实体单元平面框架、多尺度平面框架、多尺度空间框架、 混合模拟平面框架 5 种模型,进行了基于底层中柱受火工况下整体结构的抗火性能对比分析,研究了不同建模方式的计算效率、约束对耐火极限的影响、混合模拟与常规数值模拟的差异,结论证实：缺少约束条件下的传统单柱的耐火极限相对整体结构偏低;多尺度模型相对全实体建模其计算效率提高 80% 左右;多尺度空间模型相对多尺度平面模型约束效应更强,在保持相同承载力的情况下变形相对更小;混合模拟模型与多尺度平面模型相比其力学性能具有较强相似性,证实采用多尺度混合模拟能够较好地反映整体结构的抗火性能,同时兼顾了计算效率和计算精度的统一。     

门框墙内力计算模型的比较分析

依照《人民防空地下室设计规范》对门框墙构件设计计算时,其内力采用悬臂梁结构计算模型,但是门框墙结构从结构受力特性上分析更接近于四边约束的板式结构。在相同受力条件下,分别按基于规范的悬臂梁解析模型、基于板结构的门框墙结构模型和悬臂板结构模型,计算了固定端的内力。采用有限单元方法,对门框墙结构模型和悬臂板结构模型进行了数值计算。计算结果表明,基于规范的悬臂梁模型解析计算结果与门框墙结构模型数值计算结果(实际受力)相比,计算值偏大,大约增大10%。     

腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢抗火性能有限元分析模型

位于冷弯薄壁型钢构件腹板的槽孔,可延长构件两边的热量传递路线,减弱冷弯薄壁钢构件作为墙板龙骨引起的冷桥效应。常温下冷弯薄壁构件的屈曲破坏模态已非常复杂,包括整体屈曲、局部屈曲和畸变屈曲等,且不同的屈曲破坏模态可能会相互影响。火灾下冷弯薄壁构件的破坏机理将更为复杂,根据常规的稳定理论难以求解其火灾下的临界荷载。本文利用有限元方法对火灾下腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢的受力性能进行了模拟,研究了单元类型、材料模型、初始几何缺陷以及求解方法等因素对分析结果的影响,为同类构件抗火性能的有限元模拟分析提供了建模依据。     

火灾后钢筋混凝土板力学性能评估方法∗

钢筋混凝土楼板是火灾中最容易破坏的结构构件,需要对其火灾后的承载能力进行评估并加固。考虑升温阶段、降温阶段及火灾后阶段材料本构关系的不同,考虑高温下混凝土保护层的爆裂对温度场及力学性能的影响,提出了火灾后钢筋混凝土楼板力学性能分析的有限元计算模型。同时,针对典型的钢筋混凝土板加固方法,在前述有限元模型的基础上建立了火灾后加固的钢筋混凝土板有限元计算模型,利用该模型对典型的火灾后加固钢筋混凝土板的承载能力进行了计算分析。模型中采用单元生死技术实现了混凝土高温下的爆裂及火灾后加固的数值模拟,模型可用于火灾后及加固后钢筋混凝土板力学性能的评估。分析表明,经历火灾后,钢筋混凝土板的承载能力降低幅度较大,板存在明显残余挠度。加固后,钢筋混凝土板的承载能力得到较大程度的恢复。     

适用于区域震害模拟的混凝土高层结构损伤预测方法

城市区域高层结构的地震损伤模拟有着重要的意义。考虑到当前适用于区域高层结构地震损伤预测的研究较少,提出了一套适用于区域震害模拟的高层结构地震损伤预测方法。该方法以弹塑性弯剪模型时程分析得到的结构响应结果为基础,是一套基于构件损伤的结构损伤预测方法。本方法将高层结构中的抗侧力构件分为层间位移角敏感型构件和曲率敏感型构件。对于层间位移角敏感的框架以及连梁构件,分别给出了基于位移限值的损伤预测方法;对于曲率敏感的剪力墙墙肢构件,提出了基于构件能力曲线关键点的损伤预测方法。为了验证所提的损伤预测模型,对5栋高层结构开展了对比分析。将提出的方法与精细有限元模型进行了对比,结果表明所提区域高层结构损伤预测方法能较好地预测高层结构中各构件的损伤程度。最后对北京CBD高层区域进行了模拟,进一步展示了所提方法的效果。     

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。     

基于Plaxis的双排钢板桩结构土压力和排距优化设计

双排钢板桩支护结构具有复杂的受力特性。首先,阐述了当前常用的几种双排桩结构的计算方法,简要分析了这些方法的优缺点。其次,通过与模型试验结果的对比,说明Plaxis软件的可靠性和参数选取的正确性。然后,结合对有限元模拟结果的分析,指出双排钢板桩结构存在较强的三维空间效应。最后,对比例系数法的土压力分布进行了一些优化,并提出了双排钢板桩排距的优化取值范围。该结论可为软土地区类似的工程提供有益的借鉴和参考。     

基于拟力法的负刚度非线性分析

拟力法是一种高效的结构非线性分析方法,当结构进入非线性状态时,拟力法仅需对一个代表局部塑性且规模较小的矩阵进行迭代运算,从而避免了传统方法对规模较大的整体刚度矩阵的分解运算。拟力法在处理负刚度问题时,结构的非线性特征由局部塑性矩阵集中体现。研究了负刚度条件下拟力法中局部塑性矩阵的正负定特性及条件数与最小特征值等数值特征,得到了第二刚度系数对矩阵数值特征的影响规律,并与传统方法中整体刚度矩阵的相应特征进行了对比分析。结果表明,结构进入负刚度状态时,拟力法中局部塑性矩阵将表现为非正定性,且相比于整体刚度矩阵,数值模拟表明其具有条件数少、数值精度高的特征。最后通过数值算例验证了拟力法在计算负刚度问题的优势与计算能力。     

套箍法加固RC偏压柱承载力计算方法研究

为研究套箍法加固RC偏压柱的承载力实用计算方法,利用29根加固柱的试验资料,对《混凝土结构加固设计规范》GB 50367—2013和GB 50367—2006的承载力计算方法进行了研究,将试件承载力计算值与实测值进行对比发现,两部规范的承载力计算结果比较接近,计算结果的整体准确性都不够好、偏于不安全,尤其对大偏压柱的承载力计算较为不安全。根据加固柱的受力破坏特性,定义了3种破坏极限状态,基于3种极限状态下的截面应变分布分析,建立了加固柱的承载力计算公式,验证表明,该公式的计算结果与试验结果吻合较好,且偏于安全。     

火灾下配有钢管的钢骨混凝土柱温度场有限元分析

利用ABAQUS有限元分析软件建立了配有钢管的SRC柱温度场的有限元分析模型,模拟火灾作用下各个时刻构件的三维温度场分布,并利用试验结果对模型进行了验证,计算结果与实验结果吻合良好。在此基础上,分析了截面周长、型钢含钢率和截面核心面积比对构件温度场的影响规律。研究成果为进一步深入研究配有钢管的SRC柱高温下的力学性能创造了条件。     

FRP约束钢骨高强混凝土短柱抗剪承载力计算

主要研究FRP(纤维增强复合材料)约束SRHC(钢骨钢筋高强混凝土)构件的受剪承载力计算方法。在已有SRHC构件试验结果分析的基础上,进一步研究了CFS(碳纤维布)约束后SRHC构件斜截面的受力特点及其影响因素;根据CFS与箍筋类似的受力分析,给出了CFS约束SRHC柱斜截面受剪承载力计算公式。计算结果表明,CFS约束SRHC柱的受剪承载力比SRHC柱的受剪承载力有所提高。由于CFS的作用相当于箍筋,而其应变略大于钢筋的应变,所以对内部混凝土的约束效果较好,因此本文该简化计算方法偏于安全,可供今进一步研究以及工程设计参考。     

洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析实验研究

目前对于洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析的研究,是通过对桥梁整体结构的稳定性做受力分析,没有考虑到桥梁各个部位受力情况对桥梁损毁的影响,无法对桥梁抗洪性能的改进给出合理化建议。该文提出一种新的洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析方法,通过考虑洪水漫过桥面和在桥面以下两种情况,分析桥梁在各关键部位的水平方向及竖直方向的受力情况计算出相应的力矩和位移,进一步求得正应力与剪应力,通过与最大正应力和剪应力的比较分析,实现对洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析的研究,并建立洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析实验模型来验证方法有效性。实验结果表明,桥梁各个部位的受力情况不同,会对桥梁整体的抗毁性产生不同程度影响,并给出了提高桥梁抗毁性能的建议,证明该方法对洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析的结果有效。     

砼芯水泥土复合桩在基坑支护工程中的应用与研究

砼芯水泥土复合桩是一种新型的基坑支护方法,即在水泥土搅拌桩中插入钢筋混凝土预制小方桩,形成一种新的复合桩体,兼有受力和止水的双重作用,并采用两排中间用圈梁相连的门型结构提高了支护结构的受力特性。该支护方案在南京某深基坑工程中得到了成功应用。本文分析了该新方法的结构特点、简要介绍了其设计计算方法,并结合有限元数值模拟和实际的监测数据与排桩方案进行分析比较。研究结果表明,该新型基坑支护形式取得了良好的支护和经济效果,具有重要的应用前景。     

内置钢板钢筋混凝土组合剪力墙数值模拟

内置钢板钢筋混凝土组合剪力墙具有良好的抗震性能,目前已在超高层建筑中得到越来越多的应用。采用OpenSees程序对普通钢筋混凝土剪力墙和钢板组合剪力墙试验构件进行模拟分析,验证了建模与分析方法的合理性与准确性,分析结果表明,该方法能够较好地模拟组合剪力墙的弹塑性行为。分析了轴压比和配钢率这两个关键参数对内置钢板组合剪力墙抗震性能的影响。计算结果表明,与普通钢筋混凝土剪力墙相比,内置钢板可以明显提高构件的承载力、延性和滞回耗能;轴压比和配钢率对组合剪力墙的抗震性能有较大影响。     

椅式桩板结构地震响应分析与简化计算方法研究

椅式桩板结构在高陡边坡路基工程中应用广泛,研究其高烈度地震下的响应特征对抗震分析具有重要意义.以拟建川藏铁路某斜坡椅式桩板结构路基支挡工程为背景,建立有限差分三维数值计算模型,研究了结构的静、动力学响应特性,分析了结构最不利状态响应物理量的取值方法,探讨了结构传力分担机制及重要受力部位,提出了结构地震响应简化计算方法....     

计算机技术在建筑火灾安全上的综合应用

为通过计算机技术低成本的、高效的、准确的解决建筑火灾安全问题,对计算机技术在建筑结构火灾安全上的综合应用进行研究,并以某一小学教学楼为例将应用成果进行展示。首先,通过FDS软件对该建筑某火灾场景进行了火场数值模拟。基于FDS的数据,利用RCFire程序进行了结构构件内部温度计算和结构火灾反应计算。最后,在Vega的虚拟现实平台上将构件内部温度和结构火灾反应的结果进行了动态图形展示,并实现了结构火灾反应的同步漫游。本文将建筑火场模拟技术、结构火灾反应计算技术和场景表现技术上综合应用到同一建筑上,形成了一个更为准确的结构火灾反应模拟系统,同时也为进一步的建筑火灾场景仿真奠定了基础。     

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.