某大型混合结构中关键构件的力学行为研究

大型结构中关键构件的力学性能对整体结构的安全性影响重大,但其受力状态复杂,目前的试验条件尚难准确模拟复杂构件的边界条件。鉴于整体有限元模型可以近似模拟结构中构件真实的受力状态,利用单元耦合技术,提出了整体结构中关键构件的模拟计算方法,对某大空间竖向混合结构中的关键构件进行了精细模拟,通过整体计算分析了该结构中Y型混合柱、屋盖下弦节点在复杂受力状态下的力学行为,并以模型试验结果和一般数值计算方法验证了该方法的准确性。提出的方法可为复杂构件力学性能的研究提供参考。     

风雨联合作用下风向对大跨度悬挑屋盖的压力分布影响研究

强降雨通常伴有强风作用,风向成为影响结构表面压力分布的重要因素之一。目前大跨度挑檐屋盖设计基本只考虑垂直于结构表面的单独雨荷载作用,对风雨联合作用下建筑表面压力分布研究甚少。研究风雨联合作用下,不同风向对大跨度悬挑屋盖表面的压力分布影响特性。基于数值模拟平台,采用欧拉-欧拉方法,模拟得到了不同风向工况下大跨度悬挑屋盖结构表面平均压力分布规律,并研究得到了一次自然降雨过程中最不利抗风雨位置,对相应大跨度悬挑结构设计提出了有益参考。     

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。     

应用损伤指数的框架结构倒塌数值模拟分析

为了研究地震作用下框架结构的倒塌破坏过程,改进了原有的双参数损伤指数模型.采用非线性动力有限元法计算了结构在地震作用下的弹塑性位移时程反应,以改进的基于变形和耗能的双参数构件损伤模型计算了构件的损伤指数,并且采用加权法计算了结构的整体损伤指数.采用基于"三水准"损伤指数的抗震设防目标,对结构倒塌破坏过程进行了定量的评估,分析结果表明,改进后的损伤指数模型能定量化、连续化地描述结构的倒塌破坏过程.     

福建圆形土楼悬挑屋盖风荷载特性及气动抗风措施研究∗

福建圆形土楼悬挑屋盖属于风敏感结构,且处于我国台风多发区,为提升结构的风灾防御水平,保障其抗风安全,采用CFD 数值模拟方法对屋盖表面风荷载分布特性进行研究,同时提出了增强其抗风性能的气动抗风措施。研究表明：圆形土楼悬挑屋盖迎风面风压较大,其中,内、外悬挑屋盖端部风压系数绝对值最大,分别达到1.5 和0.75,属于风荷载敏感部位;在外悬挑屋盖端部加设竖直挡风板和波纹挡风板均可以一定程度地卸载上述风荷载敏感部位的风压值,综合比较,设置波纹挡风板较竖直挡风板对风压卸载效果更好;对于设置波纹挡风板,当其相对高度h/Hj=0.05（h 为波纹挡风板高度,Hj为地面到屋脊处距离）、倾角θ =-45°、波纹圆弧半径R = 5.5 m 时整体对屋盖表面风压卸载效果最优,其内、外悬挑屋盖端部风压系数卸载率分别达到40.1% 和54%,原因在于倾斜布置的波纹挡风板对悬挑屋盖表面来流起到阻挡作用,使得气流撞击形成的漩涡从屋盖悬挑端转移到挡风板表面,同时波纹的存在降低了内、外悬挑屋盖表面气流漩涡强度,从而达到卸载屋面风荷载的效果。     

阶梯型大跨屋盖结构风荷载数值模拟研究

以某阶梯型体育馆为研究对象,基于CFD数值模拟方法,利用RNGκ-ε湍流模型对阶梯型大跨屋盖风荷载进行了研究,并与风洞试验结果进行对比分析,得出阶梯型大跨屋盖结构表面的风压分布及变化规律,为此类复杂体型的大跨结构抗风研究提供依据。结果表明:1CFD数值模拟技术可用于实际结构风荷载的分析研究;2阶梯型屋盖高度差对屋盖表面风压系数有较大影响,高度差较小一侧,屋盖迎风面分块区域的平均风压系数呈负压,高度差较大一侧,屋盖迎风面分块区域的平均风压系数为正压;3此类阶梯型大跨结构屋面风压分布主要以吸力为主;4阶梯型屋盖屋檐处的风压系数较转角凹处小,需对风压系数较高的位置做好预防措施。     

组合网壳屋盖结构风振响应分析及等效静风荷载

结合惠州会议展览中心风洞试验结果,对波浪形组合网壳结构的风荷载和风振响应进行了分析,包括:24个风向角下屋盖荷载分布特性分析;结构整体和局部的自振特性分析;根据风洞试验结果对6个风向角(0°、30°、45°、90°、135°和180°)进行结构的风致动力响应分析.根据风振响应分析结果,基于响应的不同振动特点,提出将屋盖...     

上盖一体化地铁车站结构非线性地震响应分析∗

基于 ABAQUS 软件建立了地下地铁车站?土?上盖建筑一体化结构大型三维有限元数值模型,计算分析了上盖一体化地铁车站结构的地震响应规律和破坏机理,探讨了上盖一体化地铁车站结构与单体车站结构地震响应的差异。结果表明：地铁上盖一体化结构体系各阶自振频率与自由场地较为接近,地铁上盖结构的存在对场地动力特性的影响较小;强震作用下,一体化地铁车站结构的损伤破坏区域主要是车站各层楼板和墙柱的交接位置,尤其是中柱和侧墙顶底部的损伤最为严重;单体车站与上盖一体化地铁车站结构地震响应规律存在一定差异,上盖一体化地铁车站结构的地震反应略小,其中,上盖地铁车站结构的地震响应同时受上盖结构和周围土体介质的影响, 上盖结构对上盖地铁一体化区域的影响显著,周围土体对上盖地铁非一体化区域的影响显著。     

大跨度多肢屋盖风荷载特性试验与模拟研究

我国现有建筑荷载规范对复杂大跨度结构的风荷载取值缺乏明确规定。因此,以成都某超大跨度多肢屋盖形式的航站楼为例,采用刚性测压模型风洞试验和数值模拟相结合的方法,研究了该超大跨度屋盖在24个风向角下的风荷载分布规律,并对比验证了现有计算流体动力学方法对复杂大跨屋盖风荷载模拟的有效性和准确性。结果表明:大跨度多肢屋盖上表面基本为负压,各分肢由于外挑屋檐弧度大、转角多、顺风深度窄,屋盖负压值较其他区域更大,是此类屋盖设计时应重点加强的部位;270°为最不利风向角,由于迎风宽度较大,C指廊迎风向屋檐转角处平均风压系数达到-1.4。0°风向角下由于周边建筑高度较低,进深较短,尾流对试验段航站楼影响基本可以忽略;负风压系数负值沿屋檐外轮廓曲线变化呈两端大中间小的趋势。数值风洞对平均风压系数的模拟结果与试验结果吻合较好。     

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。     

开敞式体育场屋盖结构风荷载特性及风振特性研究

以深圳石岩大树林公园开敞式体育场为例,进行开敞式屋盖结构风荷载特性、结构自振特性、风振响应特性、风振系数研究。首先,通过风洞试验,给出了24个不同方向角结构表面的风荷载分布,挑选较为不利的风向角。其次,进行了结构自振特性研究,分析了结构的刚度薄弱处和振动特点。然后,在对结构表面风荷载分析的基础上,选择6个典型的风向角进行结构的风致动力响应分析。最后,对动力分析结果进行统计分析,提出了可供设计参考的风振系数建议值,为今后工程人员设计开敞式屋盖结构提供参考。     

预应力自复位钢筋混凝土柱及梁柱节点拟静力试验研究

装配式预应力自复位钢筋混凝土结构在地震后构件无损伤或损伤很小,可尽快恢复使用功能,大大降低震后经济损失,从而得到研究者的广泛关注。在以往的装配式预应力自复位钢筋混凝土结构中,节点上的外置阻尼器多选用小型防屈曲支撑,费用较高。本文提出在柱-基础节点及梁柱节点中,用价格低廉且同样具有较好耗能能力的普通角钢替代作为阻尼器,开展了拟静力试验。以往同类型构件试验仅关注试件在单向荷载作用下的性能,本试验同时研究了构件在阻尼器工作的垂直方向上构件的力学性能。文中共进行了两组试验,一组针对自复位柱-基础节点,研究构件加载方向、轴压比、极限位移等因素对构件性能的影响;另一组针对自复位梁-柱节点,研究柱轴压比、极限位移对构件性能的影响。试验结果表明:加载到最大层间位移角为1/15时,试件无明显破坏,预应力钢绞线保持在弹性阶段,始终能够提供恢复力;外置角钢产生弹塑性变形耗散能量,试件耗能能力较好。卸载后,残余变形很小,可以在震后方便地更换外置角钢。     

多因素机制作用下在役钢筋混凝土结构构件的可靠度分析

钢筋混凝土结构在实际环境中会同时受到多因素机制的作用,由此而导致的钢筋混凝土结构的老化及其修复加固一直是研究人员关注的热点问题。由于影响因素的复杂性,这些问题至今没有得到很好的解决。为此分析了最常见的几种因素作用的机制。考虑了各因素机制作用之间的相关性对结构构件可靠度的影响,用系统可靠度方法分析了多因素机制作用下钢筋混凝土结构构件的可靠度并给出了算例。该分析方法计算简便,为在役钢筋混凝土结构的安全评估和修复加固提供了一种计算可靠度的参考方法。     

基于Monte Carlo抽样的近海隔震桥梁地震易损性分析

通过选取我国近海某一隔震桥梁为算例,引入氯离子侵蚀的影响,考虑桥台、板式橡胶支座、桥墩等构件损伤,提出了考虑各构件地震需求相关的全桥系统易损性计算方法。首先对混凝土结构中钢筋锈蚀机理及过程展开了研宄,建立了钢筋屈服强度及直径的退化公式;其次考虑了地震动和结构的不确定性,最终分别基于一阶可靠度理论和Monte Carlo抽样形成了全桥的系统易损性曲线。计算结果表明:对于隔震桥梁而言,板式橡胶支座最容易发生损伤破坏;全桥系统比任何单一构件都更容易发生破坏,采用全桥易损性曲线评价桥梁的抗震性能更加合理;基于Monte Carlo抽样考虑各构件地震需求相关得到的全桥系统真实易损性曲线才能真正反映结构体系的实际抗震性能。     

基于损伤指数的框架结构损伤演化研究

采用改进的损伤指数模型,定量地描述了框架结构在地震作用下的倒塌破坏过程,应用所编制的Matlab语言程序,计算了框架结构构件及结构损伤指数。拟合了梁、柱及结构整体的损伤演化方程,研究了框架结构倒塌破坏的损伤演化规律。提出了以层数和时间为变量的梁和柱的双变量损伤演化方程。通过损伤指数的最佳拟合方程可见,结构整体损伤演化规律与柱子的损伤演化规律相同,均符合指数函数形式发展规律,符合“强柱弱梁”的设计原则。     

钢筋混凝土构件率相关恢复力模型研究

通过钢筋混凝土构件的动态试验,研究不同加载速率下的钢筋混凝土梁柱力学特性。考虑屈服强度、极限强度和刚度的动力效应,引入损伤因子,并考虑混凝土损伤对卸载刚度的影响,建立了钢筋混凝土构件率相关的三折线恢复力模型。利用有限元分析软件模拟钢筋混凝土构件的动态试验,对比模拟结果与试验结果得出:考虑应变率效应和混凝土损伤对卸载刚度的影响,能够更好地反映构件的动力特性。对一平面框架结构模型进行不同加载速率下的动态分析,研究加载速率对结构动力反应的影响,结果表明,随着加载速率的增大,结构模型各构件的强度和刚度增大,结构模型整体抗侧移刚度增强,水平位移减小。     

内爆炸下肋环型球面钢网壳的泄爆阈值研究

利用有限元软件LS-DYNA建立包含TNT炸药、网壳杆件、梁、柱、地面、围护结构(墙面和屋面)以及连接构件在内的单层肋环型球壳在内部中心爆炸下的数值模型。基于该模型,计算分析TNT炸药量和连接构件抗拉刚度的变化对墙面和屋面破坏模式的影响。将墙面和屋面的破坏模式进行归纳分类,通过提取围护结构表面有限测点的冲击波压力,得到不同破坏模式下结构的极限冲击波超压值ΔPlimf(泄爆阈值)。研究结果表明:连接构件抗拉刚度和TNT炸药量对墙面和屋面的破坏有较大影响,TNT炸药量一定时,连接构件抗拉刚度越大,围护结构破坏程度越低;基于墙面和屋面的破坏模式所建立的泄爆阈值与连接构件抗拉刚度的变化范围可为工程泄爆设计提供有效参考。     

典型低矮屋盖雪荷载分布特性实测研究

由于受到风、结构体型等因素的影响,低矮屋盖表面雪荷载形成机理及不均匀分布规律非常复杂。雪荷载实测是非常有效的研究手段,能够真实地反映雪荷载特性。开展了平屋盖、拱形屋盖、高低跨屋盖、双跨双坡屋盖等典型低矮结构表面雪荷载的实测研究,并将实测结果与中国规范(GB50009-2012)、美国规范(ASCE 7-10)、欧洲规范(Euro code 2003)和加拿大规范(NBC 2005)中积雪分布的有关条款进行了对比分析,从而获得了有意义的结论。     

混凝土与钢筋混凝土结构抗火抗冲击研究评述

火灾高温和爆炸冲击荷载会对工程结构造成严重的破坏,二者通常相伴发生,对工程结构产生的破坏更为剧烈。从混凝土材料和钢筋混凝土构件两个层面,分别综述了火灾高温与爆炸冲击荷载单独及联合作用对混凝土与钢筋混凝土结构影响的物理试验、理论分析与数值模拟方面的研究进展,发现现有研究工作的特点为:火灾高温/爆炸冲击单独作用研究多,耦合或联合作用研究少;试验研究工作多,理论分析与数值模拟工作少;宏观均质数值模型多,微/细观非均质数值模型少。建议今后开展火灾高温与冲击荷载联合作用下混凝土材料及钢筋混凝土构件物理试验研究,建立钢筋混凝土构件全过程响应研究的多尺度分析理论与数值模型,揭示钢筋混凝土构件的损伤破坏机理,为灾后损伤评估及安全加固提供基本理论。     

基于柔度指标的系杆拱桥损伤识别与寿命预测

提出了一种柔度曲率差变化率的损伤识别指标,通过试验验证指标的有效性,并应用于系杆拱桥算例损伤识别,进而预测其构件剩余寿命。利用系杆拱桥算例中吊杆、拱肋与横撑的多种损伤工况验证了新指标的有效性与抗噪性,基于所提损伤指标建立损伤评估函数并构造相应曲线,用于精确定量评估损伤程度,并采用损伤评估函数预测构件剩余寿命。结果表明,柔度曲率差变化率可有效用于系杆拱桥损伤评估且噪声鲁棒性好,运用结构不同阶段的有损模态信息构建损伤评估函数的方法可行、合理,所提寿命预测方法考虑了损伤非线性累积,意义明确。建议在使用该方法诊断下承式拱桥吊杆时,宜采用拱肋振型向量构建损伤指标,实桥试验时应将振型传感器置于拱肋处。