预制预应力综合管廊接头设计计算方法研究

以2010年上海世博会园区预制预应力综合管廊工程为背景, 基于内力平衡和变形协调条件, 并考虑接头拼缝变形形态、预应力筋伸长和遇水膨胀橡胶条弹性模量的影响, 提出了包含抗 弯刚度计算模型和抗弯承载力计算模型的采用预应力筋连接的预制预应力综合管廊接头设计 计算方法. 与现有试验结果的对比分析表明, 该方法的计算结果与试验结果吻合良 好. 该文的主要研究成果已成功应用于2010年上海世博会园区预制预应力综合管廊工程.     

无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析:(Ⅱ)连接转动刚度和算例分析

计算半刚性连续框架柱的有效长度系数时,必须先确定梁柱连续转动刚度。本文提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:用梁线理论和弯矩-转角曲线确定切线连接刚度。另外,通过两个算例:门式组合框架和三层两跨组合框架,研究了连接的非线性弯矩-转角特征和荷载水平大小对有效长度系数的影响,比较了本文简化方法、Barakat-Chen简化方法与精确方法计算的有效长度系数。研究表明,本文简化方法具有很好的精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析和设计。     

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。     

基于梁-柱连接转动模型变截面门式刚架抗震承载力分析

轻型门式刚架结构变形能力小、延性性能较低,地震对其影响不可忽略。传统计算中梁柱连接通常按刚性节点考虑,但端板连接节点具有明显的半刚性特征,考虑节点转动影响的抗震承载力计算对于结构设计有着重要意义。本文在变截面门式刚架梁-柱端板连接转动关系研究的基础上,将节点域转动模型导入整体结构中,以转动弹簧形式模拟梁柱连接。针对简化模型进行分析,与试验以及全尺寸实体单元有限元模型计算结果比较发现,其在承载力计算上精度较高,误差在10%以内,满足工程应用要求。本文研究将简化变截面门式刚架结构的抗震承载力计算,具有较好的理论与工程意义。     

半刚性钢框架的内力分析

采用二阶非线性分析方法分析和设计半刚性钢框架，包括连接的柔性以及构件的几何非线性的影响，提出了半刚性钢框架中梁柱单元刚度矩阵和半刚性梁的单元刚度矩阵；推导了半刚性梁在集中荷载，均布荷载，线性荷载作用下的固端弯矩的求解公式；连接的柔性对无支撑框架的侧移有很大的影响，设计时通过变化连接的刚度以平衡梁的跨中和端弯矩。     

体外预应力加固的技术研究

通过ANSYS有限元模型, 以体外预应力筋为研究对象, 对体外预应力加固的关键技术 进行了研究, 得出体外预应力的作用位置, 尽可能拟合原结构的受力状况, 保证 加固工程的安全性; 体外预应力的补强力筋, 应采用等效面积的置换原则, 使施工的过程 趋于合理; 体外力筋的连接装置, 应该``适、薄、强'; 在加固工程中, 体外预应力筋 纵向交错布筋的设置, 能提升结构的整体延性.     

预应力钢框架梁柱节点抗震性能研究

为减少钢框架结构在地震作用下的残余变形和损伤,提出一种新型预应力钢框架梁柱节点。梁柱通过预应力钢绞线进行拼接,当拼接处弯矩超过节点的临界张开弯矩时,梁柱节点张开;卸载后节点在预应力作用下重新闭合,实现自复位功能。采用理论与试验相结合的方法,先研究了预应力钢框架梁柱节点的基本构造和工作机理,推导出梁端剪力、轴力以及弯矩表达式,建立起节点弯矩-转角关系理论分析模型。然后对3个试件进行低周往复加载试验,分析预应力和抗滑移系数对节点抗震性能的影响。试验结果表明,施加预应力能明显提高节点的抗弯能力并减小其残余变形,使试件具有一定的自复位能力;预应力节点耗能系数β_E满足大于0.25的基本要求;基于试验结果,利用ABAQUS软件对试件进行非线性有限元分析,二者吻合较好。     

钢结构框架中组合梁等效刚度的确定方法

刚接或半刚性连接的组合梁在荷载作用下,在梁的长度范围内既有正弯矩作用段,又有负弯矩作用段,由于组合梁截面在正弯矩作用和负弯矩作用下截面抗弯刚度不一致,因而在弯矩为零的点处梁的截面抗弯刚度发生突变,而组合梁框架分析的关键是确定组合梁刚度突变分界点的位置及确定在整体分析中所采用的等效梁的刚度。本文根据应变能相等的原理对钢结构框架中组合梁的等效抗弯刚度进行了研究,推导了其等效刚度的表达式,并给出不同荷载作用形式下刚接框架组合梁等效刚度简化计算公式,为组合梁钢框架的整体分析提供了便利。最后分析了水平荷载以及梁柱连接特性对组合梁等效刚度的影响,分析结果表明,采用本文提出的组合梁等效刚度进行半刚性连接框架整体分析偏于安全。     

单舱矩形立式预制综合管廊力学性能研究

基于管廊原型单调静载试验和ABAQUS混凝土塑性损伤本构模型,建立了损伤因子与材料真实应力-应变之间的关系,对新型单舱矩形立式预制综合管廊结构的受力变形性能进行了数值计算分析,探明了管廊结构在单调静载作用下的破坏机理和荷载、应力集中和腋角钢筋设置对结构受力性能的影响。结果表明:预制管廊单调受力屈服破坏经过四个阶段,即内侧跨中的拉伸开裂屈服破坏、外侧跨中的压缩屈服破坏、腋角处的拉伸开裂破坏、钢筋的拉伸屈服破坏。其中,跨中处的屈服荷载是425kN,开裂荷载是360kN;跨中处开裂弯矩的试验值大于理论值和数值分析计算值,说明应用类似钢筋笼式的绑扎技术制成的预制管廊,结构整体性强,且提高了顶板、底板和侧墙的抗弯变形能力,可减少产生裂缝的几率;管廊四周腋角处钢筋的设置使得结构跨中的承载力提高了20%～30%,对管廊跨中结构起到了很好的加固作用,但增加过多腋角钢筋对提高承载力及减少裂缝产生的作用不明显。     

轻型变截面门式刚架梁-柱端板连接转动模型研究

以门式刚架端板竖放连接节点滞回试验为基础,对节点域的弯矩-转角转动关系进行研究,其中节点域定义为节点、1.0倍柱大端截面、1.5倍梁大端截面长度区域,节点域包含结构破坏位置,可反映出整个门式刚架的受力情况。首先,基于强化双线性模型,通过理论分析得到节点域的初始刚度K_0和极限弯矩M_u的计算公式;其次,根据节点试验结果,确定了分段系数β=0.87,衰减系数α=0.63;最终,建立了门式刚架端板竖放连接的节点域M-θ模型。同时,根据试验结果,拟合出弹塑性阶段卸载刚度Ku的计算公式,并给出滞回规则,建立节点域的弯矩-转角滞回模型。本文的研究可为门式刚架抗震性能简化分析奠定理论基础。     

正常使用极限状态下半刚性连接组合梁框架侧移的简化计算

对于无支撑半刚性连接框架而言,仅依靠梁柱本身的抗弯刚度为整个结构提供必需的水平抗侧移刚度,在满足正常使用要求的极限情况下,很有可能是框架的侧移控制设计而不是其承载力,为了充分理解半刚性连接组合梁框架在水平荷载下的侧移特性,本文采用等效刚度梁的概念,将半刚性连接的框架简化为等效的刚接框架,通过等效刚接框架与实际半刚性连接框架有限元分析结果的比较,表明采用等效刚接框架法能准确预测半刚性连接框架的侧移.半刚性连接组合梁框架中的有关参数对其侧移具有不同的影响,半刚性连接组合梁框架的侧移计算可用等效刚接框架进行简化计算,通过算例验证了建议的简化方法不仅可以使计算大大简化,而且具有工程设计可接受的精度.     

桥墩柔性防撞装置的静力学模型研究

文章利用一个简单模型,分析了我国自主研发的桥梁柔性防撞装置的基本静力学性能.即分析研究了装置分别在平动、转动以及平动转动耦合时的结构响应.构建物理模型:两个刚性的椭圆型结构箱梁环绕在桥墩上,箱梁之间由均布弹簧圈支撑连接.研究表明:1)纯平动下,无量纲化弹性反力与平动方向不一致,可以分解为垂直方向上两个分力,分别与各自方向上的无量纲位移近似认为是线性关系,外力通过椭圆中心时需要外扭矩平衡装置,无量纲平衡扭矩与无量纲位移平方成正比;2)纯转动下,转角很小时,无量纲扭矩为转角的三次方函数.此外,文章还定性的分析了平动转动同时发生时的力学性能,即:平动对扭矩转角关系的影响、转动对力位移关系的影响.     

核电厂安全壳施工和运行阶段应力分析

核反应堆安全壳是确保核电厂安全的关键设施,同时也是防止放射性物质扩散的最后一道屏障.基于法国电力集团(EDF)进行的缩尺比例为1/3的无钢衬里安全壳Benchmark试验模型,应用大型通用有限元软件ABAQUS建立了其有限元模型.有限元模型中混凝土、普通钢筋和预应力筋采用分离式建模;通过在预应力筋单元上加预拉应力的方法考虑了预拉应力的作用.分析了该有限元模型在预应力张拉过程以及0.52MPa的绝对内压下的受力性能,重点研究了模型穹顶和圆柱形筒壁的内外表面在这两种工况下的拉应力分布.分析表明,该安全壳模型在两种工况下基本处于受压状态,拉应力集中的区域是预应力筋分布稀疏或预应力值较小的区域,预应力筋良好的起到了防止混凝土受拉的作用,能够满足设计要求;危险部位是穹顶与环梁连接处、洞口周边、筒壁底部、筒壁和基础底板相接处.     

复合型裂纹位移场的分析

本文分析了复合型裂纹尖端v向位移场的特点,即v=0的位移线和切点连线(等位移线斜率为零的切点的连线)均为直线,它们的斜率与K_Ⅱ∶K_Ⅰ有关.在裂纹两岸的v向位移大小相等符号相反.当纹尖有刚性转动时,裂纹两岸同x处的v向位移不同.利用它们的代数和可消除变形位移,而得到两倍的刚性转角位移,从而求出刚性转角,并找到无刚性转角时的v=0位移线和切点连线. 作者利用上述特点,由贴片云纹干涉法得到有刚性转角的条纹图中求出转角、纹尖精确位置、和应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ.与文[4]的计算值一致,实验与计算的条纹图吻合得很好,结果令人满意.     

体外预应力梁摩擦效应的非线性分析

构造了简单的体外预应力梁的摩擦单元,摩擦单元位于转向块和体外筋之间的角平分线上,能模拟转向块和体外筋之间的有摩擦或无摩擦滑移。考虑混凝土、钢筋和体外筋应力-应变的非线性关系,采用梁截面弯矩-轴力-曲率的三折线模型,探讨了体外预应力梁的性能。对简支梁和连续梁的不同因素进行计算,包括不同摩擦系数、不同体外筋和钢筋面积、不同偏心距以及对称和非对称荷载形式。计算结果表明,对于简支梁和对称荷载下的连续梁,承载力的摩擦效应可以忽略,最大预应力增量和挠度的摩擦效应不宜忽略,最小预应力增量的摩擦效应明显;对于非对称荷载下的连续梁,承载力、最大和最小预应力增量以及挠度的摩擦效应不可忽略。     

节点连接刚性对门式刚架结构承载能力的影响

分别按《建筑结构荷载规范》（GBJ9－87）和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102。98）附录A的荷载规定对一门式刚架中摇摆柱节点连接刚性对结构承载能力的影响进行了分析。在分析中引入了节点弹簧单元,使摇摆柱与横梁的连接节点刚性从完全不考虑刚性（即铰接）到半刚性连接直至完全刚性连接之间变化,发现当适当考虑节点的连接刚性时,部分构件的内力将与完全忽略节点连接刚性时有较大差别,而与节点完全刚性连接时的内力比较接近,考虑工程实际情况,指出在结构分析中,将非刚性连接节点分别按铰接和半刚性连接处理,按最不利情况进行结构设计,对保证结构的可靠性是非常必要的,通过对比按两种荷载规定计算的结果发现,按前者分析的结果较后者的大很多,即前者的规定较后者保守。     

预制装配式管廊的施工力学性能研究

以吉首市综合管廊一期工程为背景，基于预制管廊施工回填过程中的原型观测试验和ABAQUS中的“生死单元”功能，建立管廊施工回填过程的三维动态数值模型，研究施工回填过程中装配式管廊的受力变形特性。结果表明：回填阶段管廊结构受力变形呈“两阶段”变化，管廊覆土深度小于2 m时，管廊结构整体上受力变形较小，管廊覆土深度大于2 m时，管廊结构受力变形基本呈线弹性增长；覆土荷载对预制段、现浇段、预制段与现浇段搭接3种不同断面处的管廊结构产生的纵向受力变形整体上大于横向变形，管廊结构顶板和底板跨中位置受力变形明显；就断面变形差异而言，预制段与现浇段搭接处横向受力变形明显。考虑施工过程中管廊的受力变形特性，在管廊结构设计时，对管廊结构顶板和底板的跨中、预制段承插口、尤其是预制段与现浇段搭接等部位需加以特别考虑。     

无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析:(Ⅰ)柱的有效长度系数方程

本文基于钢结构设计规范GB50017-2003,利用三柱子框架模型,考虑了连接的非线性弯矩-转角关系和楼板组合效应的影响,推导了无侧移半刚性连接组合框架柱的有效长度系数方程式,同时考虑了梁端和柱远端不同约束情况对有效长度系数的影响。另外,分析了GB50017规范附录D表D-1求解的精确性。研究表明,当柱远端刚接时,推导的方程式类似于GB50017规范附录D表D-1给出的无侧移刚接框架柱的有效长度系数计算公式;对于三柱子框架模型,当柱远端铰接时,用GB50017规范附录D表D-1得到的有效长度系数设计柱是不安全的,但最大误差只有11%。     

预应力混凝土空间组合式滑移模型

考虑预应力钢筋和混凝土间的粘结滑移效应,结合组合式模型和分离式模型的优点,提出了一种预应力混凝土空间组合式滑移模型。通过预应力钢筋和混凝土单元交点处的虚拟结点,将模拟预应力钢筋和混凝土交界面的无厚度环形粘结单元嵌入组合单元中。粘结单元忽略预应力钢筋-混凝土间的径向相对位移,通过内、外表面的切向位移差值表征预应力钢筋的相对滑移量。基于位移有限元框架,根据预应力钢筋、混凝土、粘结单元各自的本构模型,由虚功原理推导出三者对组合单元刚度矩阵的贡献,建立了该空间组合式滑移模型的有限元平衡方程,并给出了有限元计算流程。在该模型中,预应力钢筋能以任意形式穿过混凝土单元而不需考虑其走向,网格划分灵活;对单个粘结单元而言,在平衡方程中缩减了2个虚拟结点的6个自由度,自由度数减少了8%。     

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。