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U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖结构研究与应用

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建筑结构学报 2012年第7期33卷 61-69页

作者：胡岚马克俭湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 贵州大学空间结构研究中心贵州贵阳550003

提出一种多层大跨度结构体系——U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖,该结构体系由U形钢板-混凝土组合下肋、钢筋混凝土上肋和上下肋间设置的钢筋混凝土剪力键形成的需考虑夹芯层剪切变形的空间楼盖。介绍了该楼盖结构体系... 详细信息

提出一种多层大跨度结构体系——U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖,该结构体系由U形钢板-混凝土组合下肋、钢筋混凝土上肋和上下肋间设置的钢筋混凝土剪力键形成的需考虑夹芯层剪切变形的空间楼盖。介绍了该楼盖结构体系的简化计算模型、弹性连续化理论分析方法和实用分析方法,通过仿真模型试验及实际工程应用,验证了弹性连续化理论分析方法与实用分析方法的正确性。研究结果表明:采用由上、下表层薄膜刚度和具有一定抗剪刚度的剪力键夹芯层组成的U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖简化计算模型进行弹性连续化理论分析,其分析结果与仿真模型试验结果基本相符,相对误差最大不超过5%;按等强和等刚度原则将U形钢板-混凝土组合空腹夹层板折算成钢筋混凝土实腹梁的实用分析方法,其计算结果与仿真模型试验结果基本相符,相对误差最大不超过4%。以黑龙江中医药大学文体中心B区57 m×39 m+57 m×36 m双跨多层(地下1层、地上3层)工程为算例,并与原位测试结果进行比较,说明U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖安全可靠,且具有较好的经济性。

关键词：大跨度楼盖结构 U形钢板-混凝土组合空腹夹层板高强螺栓连接

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轴压套管构件静力稳定的理论与试验研究

工程力学 2013年第3期30卷 8-16,23页

作者：申波马克俭邓长根湖南大学土木工程学院长沙410082 贵州大学空间结构研究中心贵阳550003 同济大学建筑工程系上海200092

针对轴压套管构件,理论研究了初弯曲内核与柔性套筒未接触、点接触、线接触、线接触屈曲后等变形过程,利用小挠度二阶平衡微分方程推导了内核及套筒挠度、弯矩、剪力、接触力等物理量的计算公式;进行了两类套管构件的试验研究。理论与... 详细信息

针对轴压套管构件,理论研究了初弯曲内核与柔性套筒未接触、点接触、线接触、线接触屈曲后等变形过程,利用小挠度二阶平衡微分方程推导了内核及套筒挠度、弯矩、剪力、接触力等物理量的计算公式;进行了两类套管构件的试验研究。理论与试验的对比研究表明:1)内核与套筒的刚度比小于0.005时,内核可以由低阶屈曲模态变形到高阶屈曲模态;内核与套筒的刚度比大于0.005时,内核将与套筒一起发生侧向失稳破坏;2)套筒较刚、内核长细比较小、内核-套筒净间隙较大,不利于显著提高内核的轴压承载力;内核外伸套筒部位是薄弱部位,为避免该部位的局部屈曲,需要减小该部位的长度,并对其予以加强。

关键词：套管构件内核屈曲接触构造

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基于超单元法的空腹夹层板精细化有限元分析

建筑科学与工程学报 2023年

作者：盛夏肖建春陈顺云马克俭贵州大学空间结构研究中心贵州省结构工程重点实验室

空腹夹层板精细化有限元分析存在计算模型总自由度数庞大，导致运算效率低的问题。根据空腹夹层板的构造特点，将其分成若干相同的基本网格，把任一网格当成子结构并凝聚成超单元，再控制超单元的边界自由度数量。以超单元为基础扩展出... 详细信息

空腹夹层板精细化有限元分析存在计算模型总自由度数庞大，导致运算效率低的问题。根据空腹夹层板的构造特点，将其分成若干相同的基本网格，把任一网格当成子结构并凝聚成超单元，再控制超单元的边界自由度数量。以超单元为基础扩展出新计算模型，明显地降低了空腹夹层板有限元模型的总自由度数，从而提高计算效率。为了验证超单元法在空腹夹层板精细化有限元在线弹性分析中的精度与运算效率，分别用不同超单元和0.1m的实体单元，建立一块平面尺寸16 m?16 m的混凝土空腹夹层板精细有限元模型并做静、动力分析。结果表明：超单元法提取空腹夹层板参数受限制小，能较快提取结构参数完成计算；超单元边界节点数越少，运算效率越高，但误差相应增大。当超单元的节点数对比精细有限元缩小约89%并合理放置时，计算最大误差不超过6%且计算时间能节省11%至24%，模态和时程分析图像吻合度较好。基于超单元法的空腹夹层板精细化有限元分析适用于空腹夹层板结构线弹性阶段的参数分析计算。

关键词：超单元空腹夹层板边界自由度子结构节点

考虑桥面板空间组合作用的组合空腹夹层板桥刚度研究

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应用力学学报 2022年第1期39卷 121-128页

作者：余芳张华刚马克俭魏威郭钰吴琴贵州大学空间结构研究中心贵阳550025 贵州省结构工程重点实验室贵阳550025 贵州建工监理咨询有限公司贵阳550085 贵州民族大学建筑工程学院贵阳550025

针对组合空腹夹层板桥的刚度计算,基于实体单元模型的参数化分析结果,提出了采用刚度放大系数来修正杆系模型结果的实用方法。推导了考虑剪切变形的简支钢空腹梁的等代抗弯刚度,并乘以刚度放大系数来分析混凝土板对结构的影响;与已有试... 详细信息

针对组合空腹夹层板桥的刚度计算,基于实体单元模型的参数化分析结果,提出了采用刚度放大系数来修正杆系模型结果的实用方法。推导了考虑剪切变形的简支钢空腹梁的等代抗弯刚度,并乘以刚度放大系数来分析混凝土板对结构的影响;与已有试验进行对比,验证壳-实体有限元建模方法的正确性,进一步分析了混凝土板和钢空腹梁截面参数对刚度放大系数的影响规律。结果表明:混凝土板厚度,钢空腹梁的高度、网格尺寸、上(下)肋高度及腹板厚度对刚度放大系数的影响最大;限定6个参数的取值范围得到的4 050个壳-实体有限元模型,涵盖了组合空腹夹层板桥实际设计中的所有可能条件,拟合出了刚度放大系数的计算公式。

关键词：组合空腹夹层板桥空间组合效应刚度放大系数有限元

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组合空腹梁的静力特性研究

建筑结构学报 2004年第5期25卷 66-70,104页

作者：黄勇马克俭陈波贵州工业大学土木建筑学院贵州贵阳550003

提出了一种新的组合空腹板结构形式,它由下层交叉钢肋、上层混凝土板及连接上下层并使之共同工作的钢管或钢管混凝土剪力键组合而成。为研究该类结构的静力特性,对组合空腹板的组成单元——组合空腹梁进行了足尺模型试验,侧重研究组合... 详细信息

提出了一种新的组合空腹板结构形式,它由下层交叉钢肋、上层混凝土板及连接上下层并使之共同工作的钢管或钢管混凝土剪力键组合而成。为研究该类结构的静力特性,对组合空腹板的组成单元——组合空腹梁进行了足尺模型试验,侧重研究组合空腹梁下层钢肋、上层混凝土板的内力分布规律;对组合空腹板建立了基于空间梁单元与壳单元的混合元计算模型、空间壳单元计算模型两种有限元分析方法,对试验模型进行了理论分析。将试验数据、两种有限元计算方法的计算结果进行了比较。研究结果表明,组合空腹梁的内力分布均匀,能较好地发挥材料强度,具有刚度大、整体性好的特点;对简支组合空腹梁,其下层钢肋处于拉-弯、上层混凝土板处于压-弯的受力状态,弯曲应力在总应力中占了较大的比例;研究结果同时也验证了理论分析的可靠性。

关键词：混凝土板静力特性腹板内力分布共同工作剪力键钢管混凝土简支足尺模型试验板结构

加劲板对钢空腹夹层板剪力键剪切性能影响研究

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建筑科学 2022年第3期38卷 18-24页

作者：肖同马克俭卢亚琴贵州大学空间结构研究中心贵州贵阳550025 贵州省结构工程重点实验室贵州贵阳550025

剪力键是空间钢网格结构的核心构件,其剪切性能对整体结构抗剪能力影响很大。为研究加劲板对钢空腹夹层板剪力键剪切性能的影响,运用ABAQUS通用有限元软件,建立了有无竖向加劲板两组节点纯剪切状态下的数值模型。研究剪力键节点的抗剪性... 详细信息

剪力键是空间钢网格结构的核心构件,其剪切性能对整体结构抗剪能力影响很大。为研究加劲板对钢空腹夹层板剪力键剪切性能的影响,运用ABAQUS通用有限元软件,建立了有无竖向加劲板两组节点纯剪切状态下的数值模型。研究剪力键节点的抗剪性能,选取了竖向加劲板宽度和厚度对节点极限承载力进行参数分析,进而研究了竖向加劲板宽厚比对节点承载力的影响。研究结果表明:纯剪切状态下,有加劲板的构件承载力明显高于无加劲板的构件。竖向加劲板的设置,使得T型钢上(下)肋和方钢管可以整体协同受力,使剪力键节点域的受力更加均匀。竖向加劲板宽度和厚度对剪力键节点域承载力影响较大,给出了竖向加劲板宽厚比的建议取值范围,研究结论可为工程设计提供理论参考。

关键词：空腹夹层板加劲板剪力键剪切性能参数分析

蜂窝型混凝土空腹夹层板剪力键静力参数化分析

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科学技术与工程 2023年第10期23卷 4286-4292页

作者：刘捷马克俭卢亚琴贵州大学空间结构研究中心贵阳550025 贵州省结构工程重点实验室贵阳550025

为进一步研究蜂窝型混凝土空腹夹层板新型楼盖结构,同时完善空腹夹层板结构体系,本文研究以某大学文体中心的蜂窝型混凝土空腹夹层板楼盖为基础,提取出其重要构件Y字形剪力键进行模型简化并建立了有限元基准模型。再通过参数化分析,研... 详细信息

为进一步研究蜂窝型混凝土空腹夹层板新型楼盖结构,同时完善空腹夹层板结构体系,本文研究以某大学文体中心的蜂窝型混凝土空腹夹层板楼盖为基础,提取出其重要构件Y字形剪力键进行模型简化并建立了有限元基准模型。再通过参数化分析,研究不同因素影响下Y字形剪力键静力性能变化。结果表明,纵筋配筋率对剪力键的受剪承载力影响较小,而箍筋体积配箍率、混凝土强度和剪力键截面面积对其有较大影响。为蜂窝型混凝土空腹夹层板的设计研究提供了一定的参考价值。

关键词：混凝土结构蜂窝型空腹夹层板参数化分析楼盖结构

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应用参数方程解析几何

数理天地（高中版） 2022年第3期 86-87页

作者：马克俭甘肃省陇南市礼县第二中学 742201

高中数学中,参数方程是应用最多的元素,特别是在几何解析教学中,使用方程可以简化几何结构,求解不同的几何变量.方程和几何融合,使用数形结合的方法解答问题,既锻炼了学生的空间思维能力,又有效锻炼了学生的逻辑思维能力,开阔学生视野,... 详细信息

高中数学中,参数方程是应用最多的元素,特别是在几何解析教学中,使用方程可以简化几何结构,求解不同的几何变量.方程和几何融合,使用数形结合的方法解答问题,既锻炼了学生的空间思维能力,又有效锻炼了学生的逻辑思维能力,开阔学生视野,提高学习效率.

关键词：参数方程解析几何空间思维能力

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混凝土折板式拟球面网壳的几何非线性分析

空间结构 2022年第4期28卷 38-47页

作者：胡茂狄张华刚马克俭贵州大学空间结构研究中心贵州贵阳550003 贵州大学贵州省结构工程重点实验室贵州贵阳550003

混凝土折板式拟球面网壳是通过面切割球壳再网格化而成.混凝土折算厚度较小,稳定问题可能成为工程应用的控制因素.采用有限元法进行几何非线性全过程分析,讨论了主要参数对非线性稳定性的影响,并拟合临界承载力公式.结果表明:非线性屈... 详细信息

混凝土折板式拟球面网壳是通过面切割球壳再网格化而成.混凝土折算厚度较小,稳定问题可能成为工程应用的控制因素.采用有限元法进行几何非线性全过程分析,讨论了主要参数对非线性稳定性的影响,并拟合临界承载力公式.结果表明:非线性屈曲为跃越屈曲并在密肋平板形成薄弱区,结构的屈曲位移约为跨度的1/47;结构的矢跨比应控制在1/7.5~1/5之间,提高矢跨比可增大结构的刚度;支座环梁刚度对结构非线性稳定性的影响很小,建议支座环梁高度不小于跨度的1/60;脊梁刚度对临界荷载影响较大;不宜采用过大的密肋梁刚度以避免过多增加结构自重,密肋梁截面高度宜控制在跨度的1/240~1/120之间;与密肋梁类似,不建议采用过厚的屋面板;初始几何缺陷会导致结构临界荷载减小,结构的最大初始缺陷可按跨度的1/300采用.本文拟合的非线性临界荷载近似计算公式可用于估计结构的几何非线性稳定承载力.

关键词：混凝土折板式拟球面网壳几何非线性稳定临界荷载参数化分析有限元法