高温下栓钉剪力连接件的结构性能数值模拟研究

目前,钢混凝土组合梁由于其具有截面高度小、自重轻、延性好等优点而广泛应用于高层建筑和桥梁结构中。钢混凝土组合梁中,钢梁和混凝土板通过剪力连接件共同作用,钢混凝土组合梁的性能很大程度上依赖于剪力连接件的性能,因此剪力连接件是组合梁中的关键部位。栓钉是目前最常用的柔性剪力连接件。本文采用有限元软件ABAQUS,较系统地研究了高温下组合梁中栓钉破坏形态、破坏机理、抗剪承载力和荷载—滑移规律性能,为高温下组合梁抗火性能研究提供基础。模型中混凝土、栓钉和钢梁采用实体单元模拟,材料的力学特性和热工特性参数根据欧洲规范(EN 1994-1-2)。本文先用文献中的试验结果验证了数值模型的可靠性,并进一步研究了不同栓钉直径和不同混凝土强度等级时的高温下栓钉承栽力折减系数。研究表明,欧洲规范中高温下栓钉承栽力的计算公式是合理的,能较准确地预测栓钉在高温下的承栽力。     

商用飞机撞击刚性墙的荷载时程分析方法

针对商用飞机撞击刚性墙问题开展研究。首先,使用ANSYS/LS-DYNA软件建立了飞机的有限元模型,并对飞机撞击刚性墙的过程进行数值模拟。接着,采用Riera法对飞机撞击力进行理论计算,以验证数值模拟结果的准确性。最后,基于数值模拟结果对传统荷载时程分析方法进行改进,提出了可考虑不同撞击速度的荷载时程曲线调整方法以及加载区域确定方法,并对改进方法的有效性进行分析验证。结果表明:本文所提荷载时程分析改进方法简单有效,能够准确反映不同速度飞机撞击下刚性墙的最大位移响应,适用于重大工程结构的飞机撞击分析。     

内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能影响研究

为研究内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响,进行了内置角钢、槽钢、钢管3种钢骨形式的混凝土桥墩模型水平撞击试验,得到撞击力时程曲线、位移时程曲线、钢材和混凝土的应变时程曲线。对内置不同钢骨形式的桥墩模型受撞各阶段的力学性能进行了对比分析,并运用力学方法计算了钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响。研究结果表明:钢骨形式对混凝土桥墩的撞击性能有一定影响;在相同撞击能量下,内置钢管混凝土桥墩的侧向变形较内置槽钢和内置角钢混凝土桥墩的侧向变形小;内置槽钢和钢管对墩底混凝土压应变增长有较大的抑制作用;内置钢管混凝土桥墩的破坏斜裂缝条数多且分布较宽,延性较好,抗撞击承载力较高。对桥墩底部斜裂缝区的混凝土主压应力和应变计算分析表明,不同钢骨形式改变了桥墩截面几何特性参数,影响了混凝土主压应力值;在相同配钢率情况下,内置钢管混凝土桥墩的墩底混凝土主压应力比内置角钢混凝土桥墩的墩底主压应力减小了24.54%;内置钢管混凝土桥墩的应变放大系数比内置角钢混凝土桥墩放大系数小。试验和计算分析均证实了内置钢管的混凝土桥墩具有较好的抗撞击性能。     

五边形钢管混凝土巨型柱偏压性能计算分析

以大连国贸中心大厦五边形多腔体钢管混凝土巨型柱为原型,为研究截面构造对其偏压性能的影响,进行了2个不同截面构造的巨型柱模型偏心受压性能试验。试件编号分别为CF-Ⅰ和CF-Ⅱ。CF-Ⅰ为五边形四腔体无钢筋笼截面试件,CF-Ⅱ为五边形四腔体带钢筋笼截面试件。试验得到了2个试件的承载力、荷载-变形曲线及损伤破坏特征等。利用ABAQUS有限元软件对各试件进行了数值模拟,计算结果与试验符合较好;在此基础上,分析了外钢管钢板厚度、对称轴分腔隔板厚度、周边竖向肋板厚度对柱偏压性能的影响。研究表明:加设钢筋笼可提高试件的承载力和延性;增加外钢管钢板厚度提高试件承载力和延性的比例,明显大于增加腔体对称轴分腔隔板厚度提高的比例;提高腔内周边竖向肋板的厚度,可明显减轻试件损伤。     

栓钉连接件、锚固及降温方式对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递的影响∗

为研究降温方式、锚固长度、栓钉连接件(焊接栓钉)及其位置对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递的影响,设计了 12 个高温喷水后型钢再生混凝土试件和 2 个高温后型钢再生混凝土试件进行推出试验。试验过程中观察了型钢再生混凝土试件的推出过程及破坏形态,获取了各试件的荷载滑移曲线及其特征点参数,分析了变化参数对其特征点参数的影响规律。结果表明,高温喷水后带栓钉型钢再生混凝土破坏后会在栓钉所在处产生横向裂缝,其加载端与自由端荷载滑移曲线的差异也很大;高温喷水后型钢再生混凝土的黏结强度和弹性黏结抗剪刚度均随历经最高温度的上升而下降;历经最高温度为 400 ℃时,高温喷水后型钢再生混凝土的黏结强度和弹性黏结抗剪刚度低于高温后型钢再生混凝土,l_a=250 mm 的高温喷水后型钢再生混凝土黏结强度和弹性黏结抗剪刚度也低于 l_a=400 mm 的高温喷水后型钢再生混凝土,历经最高温度为 600 ℃时则反之;栓钉连接件对高温喷水后型钢再生混凝土界面剪力传递性能的提高显著,特别是将其设置在型钢腹板处。     

装配式钢牛腿连接节点耐火性能试验研究∗

为了解一种新型装配式钢牛腿节点的抗火性能，进行了 3 个 ASTM?E119 升温模式下钢牛腿节点抗火性能试验，参数包括不同肋板厚度、不同荷载大小和偏心距。获得了钢牛腿的温度分布、节点变形、破坏形态和耐火极限。 建立了节点抗火分析有限元模型，通过与试验数据对比验证了模型的准确性。研究结果表明：肋板温度达 700 ℃时节点承载能力剧烈下降，栓钉温度达 660 ℃左右时节点达到极限状态。节点的破坏由肋板屈曲和栓钉拉断控制，破坏呈现出一定的脆性(变形急剧增大)。随偏心距和荷载的增大钢牛腿的耐火极限减小；随肋板厚度增大节点耐火极限增大，但增加的幅度有限。栓钉和肋板的破坏临界温度可为连接节点的抗火设计提供参考。     

垂直撞击下混凝土框架结构振动响应及其影响因素分析

采用ABAQUS有限元分析软件建立了三层三跨混凝土框架结构,研究了撞击位置、撞击质量和初始撞击速度对框架结构动力响应的影响。研究结果表明:撞击力峰值受初始撞击速度影响最大,其次是撞击质量,而撞击位置影响最小;梁跨中最大挠度和最终挠度受初始撞击速度的影响较大,而撞击位置和撞击质量对其影响较小;当撞击力作用于同层边跨梁时,相邻梁柱节点混凝土拉伸损伤较为严重,而当撞击力作用于同层中跨梁时,整个框架梁柱节点混凝土拉伸损伤相对较轻,但损伤分布相对较广;随着撞击质量和初始撞击速度的增大,整个框架结构损伤越来越严重,框架梁和梁柱节点是主要耗能部位。     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的动力性能分析

地震作用在混凝土结构上会在其材料中产生较高的应变率,混凝土材料具有一定的率敏感性,准确模拟混凝土结构在地震作用下的反应需采用混凝土动态本构模型.为评估ABAQUS有限元软件中的混凝土损伤塑性模型模拟混凝土动力性能的能力,采用该模型对混凝土材料和构件在不同加载速度下的动态反应进行了有限元数值分析.结果表明,随着加载速度的...     

轻骨料混凝土组合楼板的火灾响应及火灾后性能研究

对一组具有不同参数的轻骨料混凝土组合楼板开展了火灾响应及火灾后承载力试验研究。试验用轻骨料为一种烧制陶粒,楼板的制作主要考虑了板厚的变化及栓钉的设置。对承载条件下的4块简支陶粒混凝土组合楼盖进行了火灾行为试验,分别得到了其火灾响应温度及位移响应。为了考察该类组合楼盖火灾后的受力性能,进一步进行了火灾后的承载力试验研究,并与一块未受火灾作用的楼盖进行了对比试验。结果表明,增加楼板厚度不仅能提高轻骨料组合楼板的抗火性能,也能提高其在火灾后的承载力。但是,在楼板内部设置焊接栓钉会减弱组合楼板的抗火性能,降低组合楼板在火灾后的承载力;压型钢板-陶粒混凝土组合楼盖受火后整体刚度虽然有明显下降,但仍具有较高的承载力,且塑性性能良好;陶粒混凝土组合楼盖的热响应温度沿楼板板厚方向的变化呈明显的非线性,但可近似为两个线性变化段。     

受压混凝土试件应力状态与强度分析

为研究受压混凝土试件的强度以及强度变化机理,通过数值模拟不同长径比的混凝土轴心受压试件的破坏过程,研究受压混凝土试件轴心受压时内部应力状态和裂纹的损伤演化过程,及混凝土试件不同围压作用下,强度的变化机理,分析表明, 混凝土试件随着长径比增大,强度减小,试件的破坏面逐渐减小,强度随着内部应力状态变化而变化,围压越小混凝土试件的强度越小,试件的破坏形式由剪切破坏面逐渐到受拉破坏面。推荐将长径比1∶10时为受拉破坏面为作为无侧限的受压时极限拉应变。     

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固钢筋混凝土板的抗爆性能数值分析

为研究高强钢绞线网-聚合物砂浆加固混凝土板的抗爆能力,用混凝土HJC动力本构模型,建立了混凝土板、炸药及考虑空气介质影响的流固耦合有限元计算模型。用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对在爆炸荷载作用下加固前、后混凝土板的破坏形态和抗爆性能进行了数值分析。研究结果表明:混凝土板用高强钢绞线网-聚合物砂浆加固后,抗爆炸冲击能力明显提高。当小药量爆炸时,板顶、板底同时加固的效果明显优于板底单一加固;当药量较大时,板顶、板底同时加固的效果与板底单一加固相差不大。     

冲击爆炸作用对核电站安全壳毁伤效应研究的进展

核电站破坏后放射性燃料泄露带来的灾难性后果,使得核电站特别是核反应堆成为军事打击和恐怖袭击的重要目标之一.本文分析总结了核反应堆安全壳因弹体和飞机的冲(撞)击爆炸导致受损所涉及的关键科学问题的国内外研究进展,指出核安全壳体防护效能的研究重点主要在于:弹体“侵彻(贯穿)+爆炸”作用对双层钢筋混凝土和内衬钢板复合核安全壳结...     

高应变率下HRB600高强钢筋力学性能试验研究

钢筋混凝土结构抗震分析中应该采用钢筋材料的动态塑性本构模型,HRB600高强钢筋作为新一代建筑钢材,尚无其在高应变率下的力学性能研究。首先进行了HRB600高强钢筋拉伸力学性能试验,得到了不同应变率下的HRB600高强钢筋力学性能数据,屈服强度最大提高11.5%,极限强度最大提高8.9%,然后拟合得到HRB600高强钢筋在高应变率下的强度提高系数表达式。研究结果表明:随着应变率的增大,钢筋的屈服强度和极限强度均得到提高;在相同应变率条件下,钢筋屈服强度动力提高系数大于极限强度动力提高系数;相比较低强度钢筋,应变率敏感性明显低于HPB235、HRB335及HRB400,但与HRB500钢筋相差较小,而极限强度应变率敏感性明显高于低强度钢筋;基于试验数据得到的HRB600高强钢筋在高应变率下的动态塑性本构模型,与试验值吻合较好。研究成果可作为HRB600高强钢筋混凝土结构抗震评估的依据。     

不同构造措施的钢管混凝土边框钢板剪力墙抗震性能试验研究

钢管混凝土边框钢板剪力墙是一种新型抗震剪力墙,为了比较不同构造措施对该新型剪力墙抗震性能的影响,进行了3个剪跨比为1.5的钢管混凝土边框钢板剪力墙低周反复荷载试验.其中,试验模型1为墙体钢板与边框柱钢管焊接,试验模型2为墙体钢板与边框柱钢管螺栓连接,试验模型3为墙体钢板开孔并与边框柱钢管焊接.通过试验研究,比较了各剪力...     

T型梁桥损伤肋梁对承载力的影响及其加固研究

针对辽阳市中华大桥局部结构损伤对其承载力影响的问题,通过现场静力试验和损伤检测,得出了系统的现场数据,将该数据与桥梁破坏前的检测数据进行对比,确定结构的主要损伤为预应力T型主梁连接处的肋梁严重破损.用大型三维有限元软件ANSYS中的生死单元技术模拟破坏肋梁,建立了单跨损伤肋梁有限元数值模型,并将有限元数值分析结果与检测...     

高温后钢管再生混凝土短柱的理论分析与试验研究

首先进行了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的试验研究,在分析试验结果的基础上提出了高温后核心再生混凝土的应力一应变关系模型,模型考虑了再生粗骨料取代率和曾经历的最高温度的影响;然后采用数值方法对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷栽一变形全过程关系曲线进行了计算分析,数值计算结果得到试验结果的验证;最后利用数值方法系统分析了再生粗骨料取代率、曾经历的最高温度和约束效应系数等参数对高温后钢管再生混凝土短柱轴压强度系数的影响,并提出了相应的简化计算公式,轴压承载力的简化计算结果与试验结果基本吻合。     

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。     

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。     

不同应力状态下混凝土碳化耐久性试验研究

旨在研究混凝土在应力和碳化共同作用下的损伤机理。试验采用无应力、拉应力、压应力3种试件进行了快速碳化试验。测量了受力在0,0.15,0.3,0.45,0.6,0.75倍拉/压设计强度下的混凝土的碳化深度。实验结果表明,拉、压应力分别加快和减缓了混凝土碳化速率,且应力越大,对混凝土碳化的影响也越大。说明应力对混凝土碳化耐久性的影响是显著的。与此同时,在考虑应力影响系数的情况下,结合使用条件建立了大气环境中应力状态下混凝土碳化深度的预测模型。通过计算值和实验值的计算对比,证明了该模型的有效性。     

储罐爆炸抛射碎片对目标储罐的破坏概率研究

化工储罐爆炸产生的抛射碎片击中并破坏相邻罐体后,将引发多米诺效应。N guyen破坏概率模型认为,当罐壳受撞击后,残余壁厚小于某个临界值时就会被破坏,并假设该临界残余壁厚为定值,存在不合理之处。本文基于储罐壳体损失面积安全评价方法AP I 579,把撞击形成的复杂凹坑简化为圆锥形,分别针对圆柱储罐、球罐推导出圆锥形凹坑剩余强度系数的求解方法,并根据塑性失效理论确定了罐壳的临界剩余强度系数,由此建立了新的破坏准则。在此基础上,采用蒙特卡罗法进行模拟,建立了新的爆炸碎片对目标储罐的破坏概率模型,与N guyen模型相比,得出的破坏概率偏大,结果更为安全保守。通过对剩余强度系数与无量纲撞击深度和凹坑锥角的变化关系进行分析,证明N guyen模型中临界残余壁厚为定值的假设并不合理,而新的基于剩余强度系数计算的破坏概率更为准确合理。