轴心受压H型截面钢柱火灾行为的试验研究

本文对4根H型截面钢柱进行了火灾行为的试验研究。全部火灾试验采用自行研制的火灾试验炉,试验结果表明炉子性能稳定,使用方便。试验采用足尺试验形式,柱长3300mm。钢柱轴心受压,其中两个限制轴向变形,另两个不限制轴向变形。柱两端采用单向刀口支座,允许钢柱绕强轴转动。钢柱试验中考虑荷载大小和是否限制轴向变形两个因素。通过试验,得出了钢柱在火灾下的侧向变形和轴向变形随温度变化情况。试验证明:钢柱受火时,轴向变形明显的分为膨胀阶段和压缩阶段。压缩阶段很短,一旦进入压缩阶段,钢柱很快破坏。钢柱受到的外加荷载越大,其极限温度越低。限制轴向变形的钢柱极限温度降低。试验研究为今后钢结构火灾行为研究提供了依据。     

钢框架外挂再生混凝土墙板结构局部性能分析

为研究钢框架外挂再生混凝土墙板结构的受力性能,对两榀单层单跨1︰3缩尺的钢框架外挂再生混凝土墙板试件进行了拟静力试验。在对结构滞回曲线分析的基础上,重点研究该结构中外挂节点的破坏模式、框架梁柱和梁柱节点的应力分布、内力传递机理等局部性能。结果表明:钢框架外挂再生混凝土墙板结构的耗能能力偏低,但持荷性能较好;栓焊混合梁柱节点中钢框架内力分布均匀,梁柱节点整体性能好;平齐端板梁柱节点在强震下变形能力强,钢梁受压翼缘和端板局部翘曲;在开裂荷载之前,外挂墙板与连接角钢接触良好,钢框架与墙体协同工作,性能稳定;峰值荷载过后,下部外挂节点处钢柱翼缘局部屈曲,连带角钢产生较大扭转变形,上部外挂节点周围的墙体混凝土局部压碎、脱落,钢筋裸露,结构丧失承载能力。     

复式钢管混凝土T形件单边螺栓节点承载力研究

T形件单边螺栓连接节点应用到复式钢管混凝土结构中可充分利用双层钢管的截面特点,传力性能好且抗震性能高。对5个节点试件进行柱端水平往复加载试验并进行了数值模拟分析,试验中T形件因加肋方式不同出现了3种变形特征,而节点整体的破坏形态均为T形件屈服后钢梁塑性变形,数值模拟结果与试验结果吻合较好。根据试验和有限元结果分析了节点传力构件的受力机理,提出T形件受拉模型,分别计算T形件翼缘和加劲肋提供的抗弯承载力,从而得到节点的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果误差较小,与数值模拟结果也十分相近。研究结果表明采用T形件受拉模型计算的节点承载力公式适用于T形件与单边螺栓强度相匹配的情况,T形件加肋形式对节点极限承载力影响最大,其次为T形件翼缘厚度,T形件腹板厚度影响很小;此外随着T形件翼缘厚度的增加节点承载力提高越来越小,故得出了单边螺栓直径与T形件翼缘厚度的最大临界值和最佳匹配值,为该节点工程应用提供理论参考和设计依据。     

平面弯曲下带加劲肋的T型方管节点极限承载力分析

为得到加劲肋加强T型方管节点承受平面内弯矩作用下极限承载力提高系数ψ的表达式,本文在试验与有限元对比的基础上,用ABAQUS软件进行了参数化分析,并用Origin软件进行了回归分析。结果表明:支管与主管截面宽度之比β=0.4~0.7时,节点的破坏主要是上壁面屈服所致,加劲肋加强T节点极限承载力平均是无加劲肋节点的2.55倍;节点承载力与加劲肋厚度t_w、加劲肋宽度b_w、β皆呈正相关,影响程度为βb_wt_w;加劲肋承载力M_S随加劲肋厚度与主管截面宽度之比τ、加劲肋宽度与主管截面宽度之比η和β的增加而增加,其中三者影响程度大小次序为βητ,提高系数ψ随τ、η的增加而增大,其中η的影响大于τ,β对ψ的影响不大。最后得出了加劲肋加强T型方管节点承受平面内弯矩时极限承载力的计算公式。     

带肋方钢管混凝土短柱承载力及延性研究

为研究设置加劲肋与增加壁厚对方钢管混凝土短柱承载力及延性的改善效果,在总用钢量不变前提下对无肋、单肋、双肋6个方钢管混凝土短柱进行了轴压试验,分析试件荷载-位移曲线、破坏特征和延性性能;同时采用ANSYS有限元软件对带肋方钢管混凝土短柱的荷载-位移曲线进行了计算,其结果与试验基本吻合。结果表明:设置加劲肋可延缓管壁的屈曲,增加试件的延性,但不能够提高试件的极限承载力;加劲肋宽厚比愈大,管壁的鼓屈发生越晚,对核心混凝土的约束效应愈低;同等壁厚条件下,单肋试件与双肋试件受力性能相当。     

三角形加劲肋T-Stub钢节点分流系数与尺寸效应分析

本文针对T型连接件(T-stub)带三角形加劲肋与无加劲肋两种构造形式的初始抗拉刚度的相互转换问题,运用了有限元软件ABAQUS研究了150组不同截面几何参数的带三角形加劲肋与无加劲肋T-stub的初始抗拉刚度,提出了适用于求解带三角形加劲肋与无加劲肋T型连接件初始抗拉刚度转换系数的简化计算公式,即力的分流系数;重点考察了腹板横截面与加劲肋横截面面积比、加劲肋高长比和螺栓到腹板距离与加劲肋长度比对分流系数的影响,该拟合公式计算结果与有限元和文献计算结果很吻合,满足精度要求.本文还分析了三角形加劲肋高度、螺栓到腹板距离和试件翼缘尺寸的变化对带三角形加劲肋T-stub初始抗拉刚度和屈服承载力的影响.     

钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点抗震性能研究

为研究钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点的抗震性能，设计出钢连梁-部分外包组合剪力墙模型试件。通过有限元软件ABAQUS,对其进行低周往复加载数值模拟，研究混凝土强度、水平加劲肋和竖向加劲肋构造形式、连梁跨高比等因素对节点抗震性能的影响。分析表明：钢连梁-部分外包组合剪力墙节点抗震性能优良，滞回曲线饱满且稳定，位移延性系数大于3,跨高比不大于3.8的试件梁端极限转角均达到0.05 rad,节点试件延性较好；混凝土强度的提高能够提高节点试件初始刚度，水平加劲肋和竖向加劲肋的设置提高了对墙肢混凝土的约束作用，能够有效阻止裂缝扩展速度。加劲肋是节点区域应力传递的有效途径，加劲肋的设置使节点区的应力能够平稳传递到相邻区域，降低了加载后期荷载下降速度，提升了节点抗震性能；随着连梁跨高比的增加，节点的承载力和刚度降低。当连梁跨高比大于3.8时，梁端极限转角由0.05 rad降至0.03 rad。     

新型装配式梁柱节点有限元参数分析

提出了一种装配式梁柱节点新形式,带悬臂梁段的框架柱与框架梁进行拼接,通过L形角钢进行节点加强,形成全螺栓装配式节点。为研究该节点的力学性能,以前期试验作为研究基础,对带悬臂梁段拼接的装配式新型梁柱节点采用ABAQUS软件进行参数分析。首先建立装配式梁柱节点的足尺试验模型,与试验结果进行对比验证;然后,对带悬臂梁段拼接节点进行参数化分析并且考虑加劲肋数量、横板厚度、耳板厚度、L形角钢长度和翼缘螺栓数量的因素,得到不同参数下节点的力学性能。     

斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型研究

为简化实际工程结构中斜向梁柱外伸端板连接节点的分析与设计，利用欧洲规范EC3的组件法提出了斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型。首先，采用组件法计算了斜向梁柱外伸端板连接节点的初始转动刚度和屈服承载力，提出了外伸端板连接节点考虑钢梁倾角影响的初始转动刚度计算公式。通过对试验试件骨架曲线的无量纲化拟合了此类节点的三折线骨架曲线模型。通过回归分析确定了斜向梁柱外伸端板连接节点的卸载刚度计算公式。在此基础上，建立了斜向梁柱外伸端板连接节点的三线型恢复力模型。通过与试验及参数有限元分析结果的对比，验证了斜向梁柱外伸端板连接节点恢复力模型的准确性，研究成果可为斜向外伸端板连接节点的工程分析提供参考。     

组合钢框架火灾时破坏机理实验研究

文章利用自行研制的火灾试验炉，对二种不同连接形式的4榀单层单跨组合钢框架在火灾作用下的破坏行为进行研究，火灾工况包括：梁、板、柱同时受火、节点不受火和梁、板受火而柱、节点不受火二种。实验中量测了各种工况的炉温，H型钢梁、柱的翼缘、腹板及钢筋混凝土楼板中的温度分布，比较发现裸钢的温度相差很小，而埋入混凝土中的钢的升温曲线与裸钢的有较大差异；混凝土的升温曲线则与钢的升温曲线差别较大，加温初期不久由于混凝土凝结水等的原因致使温升曲线存在有一平缓阶段，且随着距受火面距离增大混凝土的温升曲线有明显的滞后现象。当炉温和裸钢的温度开始下降时，混凝土的温度却仍在升高。文中还对框架的变形性能作了简要的介绍，对引起组合钢框架的火灾破坏行为和混凝土楼板裂缝形成的原因进行了分析。     

几种典型钢框架节点连接性能的有限元仿真分析

采用有限元程序ABAQUS进行仿真分析,探讨了钢框架节点的非线性连接性能。针对几种典型节点,包括焊接连接、外伸式端板螺栓连接、平齐式端板螺栓连接、双腹板顶底角钢连接等,分别建立了相应的精化有限元分析模型,实现了结构非线性行为的真实再现和连接性能的准确评估。数值结果还给出了钢框架节点的弯矩-相对转角、弯矩-剪切转角及弯矩-节点转角三种关系曲线,并针对弯矩-节点转角曲线进行了回归分析,从而得到了四种钢框架节点的弯矩-节点转角关系式。建立的有限元分析模型可真实地模拟钢框架节点的非线性行为,分析得到了半刚性节点弯矩-转角关系的一般规律,可为钢框架梁柱连接节点的计算理论和设计方法提供重要参考和依据。     

火灾与撞击联合作用下钢管混凝土柱力学性能研究

为研究火灾高温与撞击联合作用下钢管混凝土柱的力学性能,基于ABAQUS建立了高温作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱侧向撞击有限元模型。首先,对高温与撞击联合作用下考虑轴力影响的钢管混凝土柱的破坏模式与受力全过程进行了分析,探讨了高温下钢管混凝土柱的抗撞性能与工作机理;其次,重点研究了受火时间、材料强度、含钢率以及撞击能量对抗撞性能的影响,并给出了相关设计建议。研究结果表明:高温与撞击联合作用下,钢管混凝土柱主要发生受弯破坏;受火15 min后,构件抗撞性能明显降低。轴压力对构件抗撞性能产生不利影响,轴压比从0增加到0.2,受火60 min构件抗撞性能下降了7.8%;混凝土强度对高温下钢管混凝土柱抗撞性能有显著影响,受火90 min后,混凝土强度由30 MPa增加到50 MPa,构件抗撞性能提高约85%;外钢管强度与含钢率对高温下抗撞性能影响不大。     

高温影响的钢管混凝土柱抗爆性能研究

火灾与爆炸通常相伴发生,对工程结构安全造成了严重威胁。为研究高温下钢管混凝土柱抗爆性能,采用ABAQUS有限元软件建立了ISO 834标准火灾作用下钢管混凝土柱抗爆模型。在验证有限元模型可靠性基础上,首先分析了标准火灾作用下钢管混凝土柱抗爆工作机理;其次重点研究了受火时间、材料强度、含钢率以及爆炸当量对构件在标准火灾下抗爆性能的影响。研究结果表明:火灾作用下两端固结的钢管混凝土柱受爆炸荷载时,柱两端首先发生剪切破坏,随后整体发生受弯破坏;随着受火时间增加,钢管耗能占比降低,混凝土塑性变形逐渐成为主要耗能机制;混凝土强度、爆炸当量与轴压比对钢管混凝土柱高温下抗爆性能影响明显,当混凝土立方体抗压强度从30 MPa增加到50 MPa,常温与受火90 min构件抗爆性能分别提高约21%与42%。     

火灾下圆钢管混凝土柱非线性有限元分析

首先提出合理的火灾下钢管混凝土拉、压材料数值热-力耦合本构模型及相应的计算方法;然后基于连续介质力学,推导火灾下U.L.列式虚功增量方程,采用非线性梁单元理论,给出火灾下钢管混凝土柱非线性有限元方程组的求解方法,编制非线性有限元程序NACFSTLF;最后对已有火灾下钢管混凝土柱的试验资料进行双重非线性有限元分析并考察钢管混凝土柱初始缺陷对其抗火性能的影响。分析结果表明:火灾下钢管混凝土柱的轴向变形-火灾时间曲线的计算结果基本上反映钢管混凝土柱的变形特性,而计算的耐火极限基本上是试验结果的上限;同时随着火灾下柱初始缺陷的增大,相同火灾时间下柱的跨中侧向挠度变形逐渐增大,耐火极限逐渐降低,而对柱的轴向变形影响相对较小。     

高层建筑结构边节点抗震性能研究

通过7根留有施工缝的高层建筑结构边节点的低周反复抗震性能试验,研究了轴压比、节点核心区的混凝土强度等级、柱中混凝土在梁中的延伸长度等对梁柱边节点抗震性能的影响,对构件的破坏特征、承载能力、延性性能、滞回曲线和骨架曲线进行了对比分析。试验结果表明:所有试验构件均为梁端受弯破坏;柱中混凝土在梁中的延伸长度对骨架曲线的形态、屈服荷载和最大荷载都没有显著影响;但是延伸长度对节点的延性性能是有影响的,延伸长度为0.5h(h为梁高)的边节点构件的位移延性系数小于延伸长度为1.0h和1.5h的构件。     

多种冲击载荷条件下的人体肋骨骨折有限元分析

旨在研究不同碰撞载荷条件下基于不同失效模型的人体肋骨骨折机理. 为此采用已验证的人体有限元胸部模型来分析人体肋骨骨折现象. 该模型基于人体解剖学结构,包含了人体胸椎、腰椎、肋骨、胸骨、肋间软骨、胸腹部器官和其他的软组织,定义的生物材料参数都基于已有的文献记载. 基于人体在损伤生物力学领域内一些较为典型的肋骨骨折失效模型,根据已发表文献中的人体标本实验载荷条件模拟了人体肋骨结构在不同冲击载荷下的骨折现象,并与这些实验结果进行了对比分析. 所引用的实验结果包括单根肋骨强度结构实验和人体胸部正面碰撞块冲击实验. 从文中有限元仿真分析的结果来看,针对不同的载荷条件,不同肋骨骨折失效模型的适用性各不相同. 该人体胸部有限元模型可用于车辆交通事故中冲击载荷条件下的人体肋骨损伤生物力学研究.      

正弯矩和拉力共同作用下刚性组合节点承载力计算方法

框架结构中某柱发生失效会造成梁跨度增加,进而导致梁的内力增大、跨中挠度变大,作用在失效柱上方节点的荷载组合也由负弯矩转变为同时存在的拉力和正弯矩．针对此工况,本文对在正弯矩和拉力作用下的刚性钢-混凝土组合节点进行内力分析,采用内力平衡法推导了拉弯承载力公式,并与相应的组合梁及钢梁的公式进行对比．同时利用ABAQUS有限元软件建立组合节点的有限元分析模型,得到不同参数下钢-混凝土组合节点的拉弯相关曲线,并与本文所提出的公式的计算结果进行了对比,两者吻合较好,为刚性组合节点在拉力和正弯矩共同作用下的拉弯受力设计提供了一定的参考依据．     

轴向约束梁柱在火灾引起温度沿截面不均匀分布条件下的大变形分析

火灾升温引起钢材强度和刚度降低,对温度沿截面分布不均匀的构件还将产生热弯曲,火灾下结构分析同时涉及几何非线性和材料非线性,无法求得解析解,只能通过数值方法求解.本文基于轴线可伸长梁理论,用勒让德多项式作为基函数逼近梁柱轴向和横向变形,根据平衡方程误差平方和最小的条件确定多项式系数的方法,分析了轴向约束钢柱在火灾引起的沿截面线性分布温度场下的受力和变形性能.考虑了温度梯度、轴向约束刚度比、荷载比、构件长度等参数的影响和升温条件下钢材的弹塑性性能的影响,该方法结果与解析结果和有限元分析结果吻合.研究表明,随着荷载比的增大构件的临界温度迅速降低,轴向约束刚度、温度梯度和构件长度仅影响构件的变形,对构件的临界温度影响较小.