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基于楼板薄膜效应的钢框架-组合楼板体系抗连续倒塌研究

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基于楼板薄膜效应的钢框架-组合楼板体系抗连续倒塌研究

作者：史奉伟山东科技大学

学位级别：硕士

近年来,恐怖袭击或生产生活中的意外事故所引发的各种突发性爆炸事件,会引起建筑结构的局部破坏甚至整体连续性倒塌,对人民的生命财产安全构成极大的威胁,因此亟待研究建筑结构抗连续倒塌性能。但是,当前结构抗连续倒塌研究主要集中在... 详细信息

近年来,恐怖袭击或生产生活中的意外事故所引发的各种突发性爆炸事件,会引起建筑结构的局部破坏甚至整体连续性倒塌,对人民的生命财产安全构成极大的威胁,因此亟待研究建筑结构抗连续倒塌性能。但是,当前结构抗连续倒塌研究主要集中在钢筋混凝土框架结构与纯钢框架结构上,对于组合结构特别是组合楼板在连续倒塌过程中受力特性的研究还不完善。连续倒塌工况下组合楼板作为平面构件对结构有很好的双向拉结作用,通过大变形下的拉力薄膜效应使得板在发生较大挠度时仍能保持稳定,能够维持结构的整体稳定性,提高结构的抗倒塌能力。因此,研究组合楼板对结构抗连续倒塌性能的影响具有重要的现实意义。本文主要从理论分析和数值模拟两个方面研究连续倒塌工况下组合楼板薄膜效应发展破坏机理,以及对结构抗倒塌性能的影响,主要研究内容如下:(1)介绍了组合楼板的基本构成和工作机理,分析了在承载能力极限状态条件下组合楼板受力特点和破坏机理,在此基础上分析连续倒塌工况下组合楼板薄膜效应的发展机理以及工程应用,基于正交异性板块有限元理论,通过拟板法提出连倒塌工况下组合楼板正交各向异性计算分析方法和实用简化计算模型。(2)采用拆除构件法对一钢框架组合结构工程实例进行拆柱分析,建立了拆除角柱、长边中柱、短边中柱和内柱的四种工况下的分析模型,研究组合楼板、梁的受力机制,分析组合楼板对失效点位移、剩余结构内力的影响,评估剩余结构的抗连续倒塌性能。(3)通过对连续倒塌工况下直接影响区域梁板联合抗力体系的受力和变形模式分析,建立考虑楼板薄膜效应的抗力模型进行结构静力抗力计算与分析,获得结构的非线性静力抗力需求;在此基础上根据变形体力学能量守恒原理,推导梁板联合破坏体系的静-动力抗力需求之间的关系,利用抗倒塌能力曲线评估结构的抗倒塌动力性能,采取有限元软件SAP2000建模分析,验证分析方法的适用性和有效性。(4)根据爆炸荷载作用的特点简化荷载时程函数对倒塌工况下的结构简化力学模型进行动力理论分析,研究柱失效时间对结构动力响应的影响;通过有限元软件建立弹塑性动力数值分析模型,研究组合楼板的存在对结构动力性能的影响,通过提出组合楼板薄膜效应抗力提高系数,量化组合楼板在连续倒塌过程中所起作用。

关键词：建筑结构连续性倒塌组合楼板薄膜效应能量平衡

白浪河无轴式摩天轮钢结构施工过程模拟与监控

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建筑钢结构进展 2020年第4期22卷 141-148页

作者：刘哲严加宝史奉伟山东建筑大学土木工程学院济南250101 天津大学建筑工程学院天津300072

白浪河无轴式摩天轮采用创新的固定立体环状结构形式,其施工过程中风荷载和温度作用影响显著。为保障结构的施工安全和安装精度,采用非线性分步建模技术对结构施工全过程进行模拟分析;基于模拟结果确定了结构合拢温度和变形预调值,并对... 详细信息

白浪河无轴式摩天轮采用创新的固定立体环状结构形式,其施工过程中风荷载和温度作用影响显著。为保障结构的施工安全和安装精度,采用非线性分步建模技术对结构施工全过程进行模拟分析;基于模拟结果确定了结构合拢温度和变形预调值,并对结构施工过程和加载过程关键杆件进行监测。结果表明:施工过程中温度作用所引起的结构应力可达60MPa,在分析时应考虑构件安装温度的影响;采用正装迭代法确定结构变形预调值可有效控制结构的最终位形,合理选择合拢温度可降低竣工后结构的应力水平,最大应力降幅达40 MPa;施工过程和加载过程中结构关键杆件应力及位移均在可控范围之内,施工方案可行。研究成果可为类似结构施工提供技术支撑。

关键词：无轴式摩天轮分步建模技术施工模拟合拢温度变形预调值施工监测正装迭代法

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基于楼板薄膜效应的钢框架抗连续倒塌研究

工业建筑 2016年第3期46卷 113-118页

作者：史奉伟王来董硕山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590

组合楼板作为钢框架结构的主要构件,在支撑柱失效情况下能产生很大的挠度,进而产生薄膜效应影响结构的抗连续倒塌性能。通过研究楼板挠曲悬链线阶段组合楼板薄膜效应对多层钢框架抗连续倒塌性能的影响,分析组合楼板在连续倒塌过程中的受... 详细信息

组合楼板作为钢框架结构的主要构件,在支撑柱失效情况下能产生很大的挠度,进而产生薄膜效应影响结构的抗连续倒塌性能。通过研究楼板挠曲悬链线阶段组合楼板薄膜效应对多层钢框架抗连续倒塌性能的影响,分析组合楼板在连续倒塌过程中的受力,提出考虑楼板薄膜效应的结构承载力计算方法。通过有限元分析软件进行框架连续倒塌分析,验证计算方法的准确性,探讨楼板对塑性铰发展、结构极限承载力、失效点位移的影响。研究表明:组合楼板能显著提高结构的抗连续倒塌性能。

关键词：连续倒塌组合楼板薄膜效应极限承载力计算有限元分析

基于填充墙等效斜压杆模型的钢框架结构连续倒塌分析

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工程抗震与加固改造 2016年第3期38卷 55-60页

作者：董硕王来史奉伟山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590

填充墙作为钢框架的主要组成部分,对结构的抗连续倒塌性能有一定的影响,但实际工程设计与研究中没有考虑填充墙的影响。在连续倒塌工况下,分析填充墙在钢框架结构的受力情况,提出填充墙的等效压杆模型的极限承载力计算方法及简化方法,... 详细信息

填充墙作为钢框架的主要组成部分,对结构的抗连续倒塌性能有一定的影响,但实际工程设计与研究中没有考虑填充墙的影响。在连续倒塌工况下,分析填充墙在钢框架结构的受力情况,提出填充墙的等效压杆模型的极限承载力计算方法及简化方法,得到考虑填充墙作用下塑性铰阶段的失效点竖向承载力。通过有限元分析对已简化的模型进行框架连续倒塌分析,验证计算方法的准确性,探讨填充墙对塑性铰的形成发展、极限承载力值的影响。研究表明,填充墙能有效提高结构抗连续倒塌性能。

关键词：连续倒塌填充墙拆除构件法等效斜压杆模型极限承载力计算有限元分析

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钢筋混凝土板力学性能的影响因素分析

安徽建筑 2016年第2期23卷 172-175页

作者：董悦史奉伟董硕山东省土木工程防灾减灾重点实验室(山东科技大学) 山东青岛266590

楼板是建筑结构重要构件,基于有限元软件ANSYS对钢筋混凝土板在荷载作用下进行力学性能分析,研究了板的尺寸、材料强度、边界条件对楼板力学性能的影响。结果表明:在集中荷载作用下,减小板的边长比、加强约束条件、提高混凝土强度、提... 详细信息

楼板是建筑结构重要构件,基于有限元软件ANSYS对钢筋混凝土板在荷载作用下进行力学性能分析,研究了板的尺寸、材料强度、边界条件对楼板力学性能的影响。结果表明:在集中荷载作用下,减小板的边长比、加强约束条件、提高混凝土强度、提高钢筋强度、增加板的厚度都会减小板的变形;增加板的厚度、提高混凝土强度、提高钢筋强度都对弯矩没有太大影响。

关键词：钢筋混凝土板有限元分析力学性能影响因素

砌体填充墙钢框架结构三支杆模型的抗连续倒塌分析

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钢结构 2016年第8期31卷 8-12页

作者：董硕王来史奉伟山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590

组合结构中填充墙对结构的强度、刚度及延性有显著的影响。在连续倒塌工况下框架和墙之间的相互作用直接影响组合结构的刚度和动态特性,在设计中直接忽略填充墙作用的方法并不经济、安全。提出一种简单方法,将填充墙等效为三支杆模型来... 详细信息

组合结构中填充墙对结构的强度、刚度及延性有显著的影响。在连续倒塌工况下框架和墙之间的相互作用直接影响组合结构的刚度和动态特性,在设计中直接忽略填充墙作用的方法并不经济、安全。提出一种简单方法,将填充墙等效为三支杆模型来估算砌体填充墙钢框架在角部压碎模式下的刚度、竖向承载力。通过已有的砌体填充墙钢框架失效的数据建立非线性简化模型,对此模型进行连续倒塌分析得到填充墙对组合结构刚度、动态特征的影响。研究表明填充墙能有效提高结构抗连续倒塌能力。

关键词：连续倒塌填充墙三支杆模型构件拆除法

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考虑楼板作用的钢框架抗连续倒塌动力分析

钢结构 2016年第8期31卷 13-17页

作者：史奉伟王来董硕山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590

为研究考虑楼板作用的钢框架抗连续倒塌动力性能,运用结构动力学原理对简化力学模型进行理论分析,研究支撑柱失效时间与结构动力响应的关系,基于SAP 2000平台对考虑和不考虑组合楼板的钢框架有限元模型进行弹塑性动力反应分析,研究柱不... 详细信息

为研究考虑楼板作用的钢框架抗连续倒塌动力性能,运用结构动力学原理对简化力学模型进行理论分析,研究支撑柱失效时间与结构动力响应的关系,基于SAP 2000平台对考虑和不考虑组合楼板的钢框架有限元模型进行弹塑性动力反应分析,研究柱不同失效时间对失效点位移、振动频率等方面的影响。通过提出组合楼板薄膜效应对结构抗力提高系数ψ,量化组合楼板在连续倒塌过程中所起作用。结果表明:剩余结构动力响应随着柱不同的失效时间而变化,当失效时间为竖向自振周期的10%时,动力效应最大;组合楼板的存在能大大降低结构的最大动力响应,明显减小失效点位移,通过拉力薄膜效应可提高结构抗力至原来的1.6倍左右。

关键词：连续倒塌组合楼板动力效应薄膜效应抗力提高系数

角钢连接型方钢管混凝土柱-钢梁内隔板式节点受力性能分析

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角钢连接型方钢管混凝土柱-钢梁内隔板式节点受力性能分析

第十六届全国现代结构工程学术研讨会

作者：刘新杰吕艳史奉伟山东兴华建设集团有限公司技术中心浙江东南网架股份有限公司山东科技大学土木工程与建筑学院

钢管混凝土结构由于具有强度高、延性好等优点被广泛应用于多高层结构。本文利用有限元分析软件ANSYS分析了角钢连接型方钢管混凝土柱-钢梁内隔板式节点在单调荷载和周期荷载作用下静力性能,并研究了柱壁厚度、角钢肢长以及轴压比等因... 详细信息

钢管混凝土结构由于具有强度高、延性好等优点被广泛应用于多高层结构。本文利用有限元分析软件ANSYS分析了角钢连接型方钢管混凝土柱-钢梁内隔板式节点在单调荷载和周期荷载作用下静力性能,并研究了柱壁厚度、角钢肢长以及轴压比等因素对节点承载力和荷载-位移曲线的影响。分析表明角钢短肢长度和轴压比对节点的受力性能影响相对较大,而钢管柱壁厚度影响相对较小。

关键词：方钢管混凝土内隔板承载力滞回曲线非线性有限元分析

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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楔形变截面柱平面内稳定极限承载力研究

安徽建筑 2015年第6期22卷 134-136页

作者：钱敏鹿翰史奉伟康莉莉彭伟山东省土木工程防灾减灾重点实验室(山东科技大学) 山东青岛266000

应用非线性板壳有限元分析方法对楔形变截面柱的平面内稳定极限承载力进行分析,探讨了腹板高厚比、翼缘宽厚比、楔率和构件长细比等对楔形变截面柱平面内稳定承载力的影响,与此同时考虑了腹板局部屈曲和构件整体屈曲;并与现行《门式刚... 详细信息

应用非线性板壳有限元分析方法对楔形变截面柱的平面内稳定极限承载力进行分析,探讨了腹板高厚比、翼缘宽厚比、楔率和构件长细比等对楔形变截面柱平面内稳定承载力的影响,与此同时考虑了腹板局部屈曲和构件整体屈曲;并与现行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)中有效截面法的计算结果进行比较,以期为相关工程设计提供参考。

关键词：楔形变截面柱楔率极限承载力