ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
对天津奥林匹克中心体育场大型空间钢结构屋盖的主桁架吊装、结构安装过程以及采用不同卸载方式的支撑卸载过程进行数值模拟,并选择部分关键受力构件进行安装过程和卸载过程的应力监测以及结构施工完毕后的温度应力测试。结果表明,钢结构安装过程中构件应力很小,方案合理;根据数值模拟结果并结合现场施工条件确定的间隔跳跃等值同步卸载方式切实可行,支撑卸载过程中各支撑上作用力稳步均匀下降,钢结构内力增加平缓,结构逐渐趋于设计受力状态;日照导致结构杆件温度分布不均匀,部分杆件产生较大温度应力;均匀温度变化条件下结构产生的温度应力较小,且与计算值相符。
天津奥林匹克中心体育场大跨度钢管桁架结构铸钢节点受力和构造复杂,为考察铸钢节点的受力性能,评价其安全性,对铸钢节点进行了足尺试验和有限元计算分析。首先建立节点有限元实体模型进行有限元计算分析;根据有限元计算结果,布置应变测点,对节点进行设计荷载作用下的试验,得到节点应力试验值。结合试验结果与有限元计算结果,分析了节点的应力分布规律,表明天津奥林匹克中心体育场铸钢节点具有较高的承载性能和足够的安全性。
设计了双向压弯构件试验加载和量测装置;对14根高温后矩形钢管混凝土双向压弯构件的残余力学性能进行了试验测试;并对温度、长细比、加载偏心角度、截面高宽比和套箍系数等参数进行了研究。研究发现,温度、长细比、加载偏心角度、套箍系数、截面高宽比是影响高温后矩形钢管混凝土双向偏压构件承载力及延性的主要因素,高温后该类构件仍有较高承载力,所有试件的位移延性系数平均值大于8,表明高温后矩形钢管混凝土双向压弯构件具有较好的延性。
结合静载、低周往复及拟动力等历次环梁节点的试验结果,总结了环梁节点的破坏形态,提出了基于试件破坏面极限平衡的节点环梁承载力设计方法。该方法综合考虑了环梁环筋和箍筋的相互作用及框架梁、环梁截面尺寸的影响。利用三维有限元分析了在框架梁端弯矩作用下环梁的应力分布,比较了楼板的存在对环梁环向、径向以及竖向应力的影响,从而考虑楼板对环梁承载力的有利作用。在此基础上进一步提出了节点环梁实用的承载力计算公式,由框架梁梁端的配筋可直接求得环梁的配筋,极大地简化了设计计算工作。该计算公式与试验数据符合良好,可用于工程设计。
进行了7个按实际工程2∶3比例缩尺、75°倾斜的钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁节点试验。其中5个试件采用单调方式加载,2个试件采用低周反复方式加载。试验过程中,对环梁截面上、下环筋,环梁箍筋以及纵梁纵筋的应变分布及大小进行了量测,记录了试件的荷载-位移曲线。改变试件环梁环筋与纵梁纵筋的比例,改变环梁箍筋形式及加配特殊构造钢筋等措施,对斜柱抗剪环-环梁节点的宏观受力机理、最终破坏形态、受力性能及其影响因素等进行了分析研究。试验结果表明,通过对环梁合理配筋构造,抗剪环-环梁节点能够有效地传递框架梁端的弯矩和剪力;无论最终破坏发生在框架梁端还是环梁内,试件都能达到所要求的承载能力和延性;加大环梁截面高度与纵梁截面高度的比例,可将试件破坏时混凝土的压碎区由环梁斜裂缝下端转移到纵梁端下部,从而形成纵梁端发生弯曲破坏的理想破坏模式。
直接空冷结构体系是火力发电厂随着空冷工艺出现而形成的一类特殊工业建筑,结构体系及其受力性能复杂。取1/4子结构,模拟边界条件,按1:8缩尺比例制作模型进行风机扰力和地震作用下的试验研究。测试了结构的动力特性,结构与风机的共振点,结构在不同风机转速和风机开启状况下的幅频曲线以及结构构件的动应变。选择ElCentro波对模型进行拟动力试验。得到了结构的动力反应,分析了结构自振频率与阻尼比变化、变形性能、滞回性能和破坏模式等,给出了骨架曲线及其特征点。采用SAP2000有限元程序进行数值计算,分析结果与试验结果基本吻合。研究表明扭转振动是直接空冷结构体系的主要振型,应该考虑振型耦合;风机多点谐振激励引起的结构振动响应较小,风机低频运转对结构的影响大于高频运转对结构的影响。直接空冷结构体系为单道防线体系,大震下结构系统进入非线性后,设备系统能够保持弹性工作状态,结构易形成柱铰破坏机制。
钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁技术,是建立在钢板-混凝土组合梁基础上的一种加固方法。为了研究其受弯性能,对1根钢筋混凝土对比梁和10根钢板-混凝土组合加固简支梁进行了试验研究。加固试件包括直接加固、损伤后加固及持载加固试件。量测分析了试件的荷载、挠度、应变、裂缝宽度及其发展等。试件的破坏形态包括弯曲破坏和新老混凝土剥离破坏。试验表明,组合加固可以大大提高钢筋混凝土梁的承载力和刚度,试件具有良好的延性。采用弹性方法和塑性方法分析了试件的开裂荷载和极限受弯承载力,计算结果与试验吻合良好;用现有规范方法对试件刚度进行估算存在一定误差。
为研究半刚性连接梁柱组合节点的抗震性能,开展了1个纯钢框架梁柱中节点、2个组合框架梁柱中节点的低周反复荷载试验。梁柱采用平齐式高强螺栓端板连接,试验采用柱顶加载模式。对试件的试验现象、变形、应变和耗能能力等进行了分析和比较。试验结果表明,组合节点相对于纯钢节点而言,由于负弯矩作用下钢筋的抗拉作用和正弯矩作用下混凝土板的抗压作用,其受弯承载力和转动刚度均有较大程度地提高;连接弯矩-转角关系的滞回曲线饱满、稳定,具有良好的耗能能力;平端板连接梁柱组合节点在反复荷载作用下具有较高的承载力和良好的延性,抗震性能良好。
进行了32个圆CFRP-钢管混凝土压弯构件的试验研究。结果显示,构件的载荷-中截面挠度曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降阶段,构件的破坏属于延性破坏。分析表明,从加载之初直到极限荷载,钢管和CFRP在纵向和环向都可以协同工作,环向应变沿截面周边分布不均匀;钢管纵向应变沿截面高度的分布基本符合平截面假定;纵向受压的钢管存在内力重分布过程,纵向受拉区钢管对核心混凝土的环向约束效果不显著;构件的挠曲线大致为正弦半波曲线。采用纤维模型法分析圆CFRP-钢管混凝土压弯构件的荷载-中截面挠度曲线,分析结果与试验结果吻合较好且偏于安全。
进行了4个圆钢管约束钢筋混凝土(CTRC)和4个方钢管约束钢筋混凝土(STRC)压弯构件滞回性能的试验研究,并进行了两个钢筋混凝土(RC)对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.34、0.65和0.80)和混凝土强度等级(C30和C60)。试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到了显著提高。随轴压比和混凝土强度的提高,CTRC压弯构件的受弯承载力提高;但轴压比和混凝土强度对试件的延性无明显影响。随轴压比和混凝土强度的提高,STRC压弯构件的受弯承载力提高,但延性下降。相同轴压比条件下,CTRC压弯构件的受弯承载力和延性明显优于STRC构件。根据试验结果,建议了钢管约束钢筋混凝土柱截面受弯承载力的计算方法。建立了钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型数值计算方法,计算中采用随荷载的增加而不断增大钢管对核心混凝土的约束效应的方法,数值计算结果与试验结果吻合良好。
为了深入考察预留孔道、间接钢筋内表面范围内混凝土核心面积和局部受压面积比等关键参数对局部受压承载力的影响,完成了12个素混凝土试件、9个配置网片式间接钢筋的混凝土试件和9个配置螺旋式间接钢筋的混凝土试件的轴心局部受压承载力试验。获得了间接钢筋的应变分布、楔形体特征及破坏形态等试验资料。试验结果表明:预留孔道的存在将使混凝土局部受压承载力提高系数降低,其降低幅度随孔道直径的增大而增大;当网片式间接钢筋的种类、直径、根数、网片间距不变或螺旋式间接钢筋的种类、直径及螺旋间距不变时,局部受压承载力随混凝土核心面积的增加而线性提高。建立了基于试验结果的考虑预留孔道直径和核心面积大小影响的混凝土局部受压承载力计算公式,可供相关设计标准修订时参考。
通过249块立方体试块抗压强度试验,研究了水灰比为0.74、0.55和0.43的不同来源再生混凝土抗压强度及概率分布特征。试验结果表明,不同强度等级废混凝土混和后得到的再生粗集料,将显著降低再生混凝土的抗压强度;不同来源再生混凝土抗压强度的均值较单一来源再生混凝土减小,而方差和变异系数增大;采用正态分布模型对不同来源再生混凝土抗压强度的分布进行了检验,利用Monte-Carlo模拟方法进一步验证了该分布规律。最后根据统计分析和Bayes估计结果,给出了不同来源再生混凝土抗压强度标准差的建议取值,即在强度等级低于C20时其值取为5.0MPa,在强度等级为C20其值取为6.0MPa。
为了得到屋面板自振效应和流固耦合效应对大跨度空间结构风振系数的影响,首先对不同风速时程数值模拟方法的计算效率和计算精度进行比较,确定适合大跨度空间结构风速时程数值模拟的方法;分别针对考虑屋面板自振效应和流固耦合效应推导了风荷载计算公式;对天津奥林匹克中心体育场大跨度钢管桁架结构和某体育馆屋盖大跨度单层球面网壳结构进行风振系数计算分析。结果表明,考虑屋面板自振效应,结构风振系数增大;考虑流固耦合效应,结构风振系数减小,且风和结构的耦合起主要作用,风和屋面板耦合的影响很小,可忽略不计;同时考虑屋面板自振效应和流固耦合效应,结构风振系数分布规律基本不变,屋面板自振效应与流固耦合效应对结构风振系数的影响不能相互抵消,且对不同结构影响程度不同。
空冷支架结构体系是电厂结构的重要组成部分,结构及设备的安全性直接关系到发供电的正常运行。本文针对空冷支架结构及内部设备的特点,进行了基于结构内容物的性能设计方法研究,提出了结构的抗震性能目标、性能水准及实施性能设计的方法。其性能水准确定兼顾了结构及内容物的抗震性能水准,并划分为五个水平,采用结构层间位移角限值予以量化。给出的相关设计指标,可以有效地保证不同强度地震作用下结构及设备的安全。并通过算例说明基于结构内容物性能的抗震设计方法的实施步骤。
从已经得出的框架结构二阶效应规律来看,我国《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)中用来反映有侧移框架结构P-Δ效应规律的偏心距增大系数法(或称ηs-l0法)不论从力学概念上还是方法上都有待作出根本性改进。本文在阐述了有侧移框架结构中P-Δ效应和P-δ效应的规律后,提出了能同时考虑层效应特征和引起结构侧移弯矩作用下的非弹性曲率增量特征的ηs-l0法改进方案。通过对比分析证实了改进后的方案能较准确反映框架结构P-Δ效应的真实规律,并与美国规范对应方法以及层增大系数法具有等效性。
考虑钢筋锈蚀对混凝土结构的抗力影响,根据我国现行结构可靠度设计规范设计原理,提出了钢筋混凝土建筑结构预期使用期可靠度设计的实用方法。首先,考虑三种荷载组合以及不同恒荷载与可变荷载效应比影响,给出了代表性钢筋混凝土构件在给定环境下、不同使用期的可靠度分析方法;提出了预期使用期结构设计可靠度水平的确定原则,即预期使用期内结构构件可靠度指标不能低于现行规范的标准;在我国结构可靠度设计表达式基础上引入耐久性折减系数,给出了该系数的确定方法,通过该系数在设计阶段保证和实现预期使用期内结构构件可靠度指标不低于现行规范的标准。最后,通过算例验证了该方法的有效性和简便性。
花岗岩残积土变形模量的取值对广东、福建等地区部分建筑物的沉降分析至关重要。针对现有部分地区花岗岩残积土变形模量取值方法没有考虑土质特性的不足,选取花岗岩残积土天然地基上的载荷试验和标准贯入试验数据,结合统计分析原理,提出了在广东地区按照残积土的三种不同土质分别计算其变形模量E0的分析方法,并考虑了土体固结的影响,与实测沉降结果进行对比分析,给出了新的修正系数。通过对实际工程的计算,验证了此方法的合理性,为国家和地区性规范关于残积土变形模量取值部分的发展提供了参数依据。
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