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强震作用下构件损伤对钢框架结构受力性能的影响

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建筑结构学报 2012年第10期33卷 94-101页

作者：王萌石永久王元清清华大学土木工程系北京100084

为研究强震作用下结构发生局部屈曲造成损伤对钢框架结构抗震性能的影响,采用通用有限元软件ABAQUS,分别建立杆系模型以及三维精细钢框架模型,比较了是否考虑累积损伤抗震指标的差异。应用国内外典型试验结果,验证了三维精细模型对模拟... 详细信息

为研究强震作用下结构发生局部屈曲造成损伤对钢框架结构抗震性能的影响,采用通用有限元软件ABAQUS,分别建立杆系模型以及三维精细钢框架模型,比较了是否考虑累积损伤抗震指标的差异。应用国内外典型试验结果,验证了三维精细模型对模拟局部屈曲累积损伤现象的准确性及适用性。在此基础上,建立杆系和三维精细壳单元有限元模型,分别进行拟静力加载以及罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,对比了结构变形、滞回耗能、破坏形态等方面的特征。研究结果表明:加载初期,杆系模型和三维精细壳单元模型计算结果基本一致;随着结构损伤累积,两者出现明显的差别,杆系模型会低估结构的变形大小以及塑性发展程度。

关键词：钢框架损伤退化局部屈曲弹塑性时程分析有限元分析受力性能

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钢框架焊接节点损伤破坏行为分析

工程力学 2013年第4期30卷 73-82页

作者：石永久王萌王元清清华大学土木工程系清华大学结构工程与振动教育部重点实验室北京100084

为了正确地评价损伤累积效应对结构的影响并准确的预测结构的破坏形态,采用一批在不同循环加载制度下、构造形式不同的钢框架焊接节点试验,深入分析节点损伤破坏的因素和分类。计算试验中所有节点的累积滞回能、最大变形、最大荷载、屈... 详细信息

为了正确地评价损伤累积效应对结构的影响并准确的预测结构的破坏形态,采用一批在不同循环加载制度下、构造形式不同的钢框架焊接节点试验,深入分析节点损伤破坏的因素和分类。计算试验中所有节点的累积滞回能、最大变形、最大荷载、屈服位移和屈服荷载,从而根据这些基本参数计算每个节点10种损伤指数的发展趋势,比较损伤模型对于节点损伤退化性能描述,验证并探讨不同损伤模型反应破坏模态以及对结构破坏预测的准确性。试验以及分析结果表明:加载制度对破坏模态有较大影响,对于大幅值加载试件,更易发生逐步退化破坏,而小幅值加载的试件,易发生突然破坏;不同损伤模型具有应用的局限性并且参数组合形式对其损伤指数分布影响较大;以变形为参数的模型也能够较好的表现破坏发展趋势并且通过调整参数,与同时考虑能量的模型分布相近,但其形式更为简单并且只与当前量有关,不需要积分计算,在程序中容易实现,为下一步嵌入程序选取模型提供重要的依据,为今后的工程应用提供有力的工具。

关键词：钢框架焊接节点损伤累积指数破坏模式滞回耗能塑性变形

索网点式幕墙在主体结构多点激励下地震响应分析方法探讨

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工程力学 2010年第11期27卷 40-45页

作者：石永久李勇王元清土木工程安全与耐久教育部重点实验室清华大学土木工程系北京100084

针对主体结构对单层索网点式玻璃幕墙地震响应的影响,指出了主体结构二次地震输入的纵向空间变异性,进而提出考虑主体结构影响的单层索网玻璃幕墙的地震响应分析方法,即多点激励联合法,并从理论及有限元算例分析上验证了其可行性和必要... 详细信息

针对主体结构对单层索网点式玻璃幕墙地震响应的影响,指出了主体结构二次地震输入的纵向空间变异性,进而提出考虑主体结构影响的单层索网玻璃幕墙的地震响应分析方法,即多点激励联合法,并从理论及有限元算例分析上验证了其可行性和必要性。利用多点激励联合模型,在假设二次输入数学模型基础上,研究了主体结构二次输入参数对索网动力响应的影响,及阻尼对索网幕墙地震响应的影响,并得出结论:主体结构位移输入幅值和层间转角较大,或输入主频接近索网基本频率时,主体结构对索网幕墙位移影响较大。最后利用此方法进行算例分析对主体结构的影响大小进行了初步估计,为实际工程中索网幕墙的抗震设计提供参考。

关键词：单层索网玻璃幕墙主体结构多点输入联合激励法二次输入

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强震作用下钢材等效本构模型应用研究

建筑结构学报 2013年第10期34卷 84-92页

作者：王萌石永久王元清北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 清华大学土木工程系北京100084

为研究考虑损伤退化的钢材等效本构模型在整体框架中的应用及其用于强震作用下钢框架结构弹塑性时程分析的可行性,选取已有典型钢框架静力及动力试验,对其分别采用等效本构模型和传统的两折线模型进行计算,并与试验结果进行对比分析,验... 详细信息

为研究考虑损伤退化的钢材等效本构模型在整体框架中的应用及其用于强震作用下钢框架结构弹塑性时程分析的可行性,选取已有典型钢框架静力及动力试验,对其分别采用等效本构模型和传统的两折线模型进行计算,并与试验结果进行对比分析,验证等效本构模型的可靠性和对计算精度的提高作用。在此基础上,将等效本构模型应用于10层钢框架结构抗震性能分析中,采用增量动力分析法,研究损伤累积退化对多高层钢框架结构强震作用下动力响应的影响,并与不考虑损伤退化的模型计算结果进行对比分析。分析结果表明:累积损伤退化的发生会加剧结构的动力响应,若不考虑此影响,会低估结构变形,导致结构存在一定的安全隐患。采用等效本构模型的增量动力分析能够较为合理地反映结构在强震作用下的承载性能退化现象,但不同地震波作用下的计算结果差异较大。

关键词：钢框架结构等效本构模型损伤退化弹塑性时程分析增量动力分析动力响应

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单层网壳在高温状态下的整体稳定承载力分析

中国科学：技术科学 2013年第3期43卷 291-297页

作者：白音翟建磊石永久王元清北京航空航天大学交通科学与工程学院北京100191 清华大学土木工程系结构工程与振动教育部重点实验室北京100084

在对单层网壳火灾升温下非线性分析原理总结的基础上,通过对约800例4种常见形式的单层球面网壳结构(K8型、短程线型、施威德勒型及联方型),在设置不同几何参数的条件下,进行了整体不均匀升温、局部高温下的双重非线性有限元全过程分析,... 详细信息

在对单层网壳火灾升温下非线性分析原理总结的基础上,通过对约800例4种常见形式的单层球面网壳结构(K8型、短程线型、施威德勒型及联方型),在设置不同几何参数的条件下,进行了整体不均匀升温、局部高温下的双重非线性有限元全过程分析,得到了其弹塑性稳定承载力的计算结果.并通过数学回归得到了火灾下单层网壳结构弹塑性稳定承载力计算表达式,给出单层网壳结构的实用抗火设计方法.

关键词：单层球面网壳火灾弹塑性稳定承载力抗火设计方法

钢框架梁柱节点焊缝损伤性能研究Ⅰ:试验研究

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建筑结构学报 2012年第3期33卷 48-55页

作者：石永久熊俊王元清清华大学土木工程系北京100084

选取20个钢框架全焊接梁柱节点局部试件进行单向拉伸和拉压循环试验,记录了试件的破坏模态和应力-应变曲线,分析了材料强度、加载方式、板件厚度、宽度等参数对节点局部焊缝性能的影响,研究了焊缝开裂对节点损伤的影响。试验表明,循环... 详细信息

选取20个钢框架全焊接梁柱节点局部试件进行单向拉伸和拉压循环试验,记录了试件的破坏模态和应力-应变曲线,分析了材料强度、加载方式、板件厚度、宽度等参数对节点局部焊缝性能的影响,研究了焊缝开裂对节点损伤的影响。试验表明,循环加载会显著削弱焊接试件承载能力和变形能力,导致焊缝的开裂和破坏;焊缝在循环荷载作用下,受压的塑性发展会削弱焊缝延性;焊缝开裂和板件屈曲是节点损伤的两大主要因素,焊缝中裂纹发展导致节点承载力下降和刚度损伤;板件屈服后的局部屈曲对节点的损伤有待进一步研究。

关键词：钢节点单向拉伸试验拉压循环试验焊缝损伤

高性能耐火耐候钢-混凝土简支组合梁抗火性能的数值分析

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工业建筑 2022年第2期52卷 67-74页

作者：程赟石永久王文昊班慧勇余香林土木工程安全与耐久教育部重点实验室清华大学土木工程系北京100084

随着钢材冶炼技术发展,采用耐火耐候钢、闭口压型钢板提升钢-混凝土组合梁抗火性能成为钢结构抗火设计新方法。采用ABAQUS有限元软件,选取合理的材料高温热-力学性能参数和计算策略,并通过数值计算结果与钢-混凝土组合梁抗火性能试验结... 详细信息

随着钢材冶炼技术发展,采用耐火耐候钢、闭口压型钢板提升钢-混凝土组合梁抗火性能成为钢结构抗火设计新方法。采用ABAQUS有限元软件,选取合理的材料高温热-力学性能参数和计算策略,并通过数值计算结果与钢-混凝土组合梁抗火性能试验结果对比,验证了数值模型的准确性与可靠性。以此为基准模型,改变材料热膨胀系数、荷载比、钢梁截面尺寸等参数,总结得出钢材热膨胀系数、钢梁高度、楼板厚度、荷载比对耐火耐候钢-混凝土简支组合梁耐火极限影响较大的结论,并基于参数化计算,分析数值模型计算组合梁正截面抗弯承载力与GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中承载力法计算结果的差异,提出了标准升温下该型组合梁修正的承载力计算方法。

关键词：耐火耐候钢简支钢-混凝土组合梁抗火性能计算方法

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考虑累积损伤退化的钢材等效本构模型研究

建筑结构学报 2013年第10期34卷 73-83页

作者：王萌石永久王元清北京交通大学土木工程学院北京100044 清华大学土木工程系北京100084

在结构抗震分析中,钢材在循环荷载作用下的一维本构关系是利用杆系模型进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更准确地模拟结构在强震作用下的反应,提出能够考虑累积损伤、刚度和强度退化的钢材等效本构模型,包括骨架曲线、滞回准则... 详细信息

在结构抗震分析中,钢材在循环荷载作用下的一维本构关系是利用杆系模型进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更准确地模拟结构在强震作用下的反应,提出能够考虑累积损伤、刚度和强度退化的钢材等效本构模型,包括骨架曲线、滞回准则以及退化特征,利用损伤控制因子数学模型对钢构件、节点及结构的损伤退化全程进行描述。根据提出的等效本构模型并利用有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言开发能够进行钢框架强震作用分析的损伤退化过程计算程序。采用等效本构模型对典型试验进行模拟分析,其结果与试验结果吻合良好,充分证明钢材等效本构模型用于钢构件在强震作用下弹塑性分析的准确性及可行性。

关键词：钢材等效本构模型数值分析损伤退化骨架曲线滞回准则退化特征

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钢框架焊接节点局部屈曲累积损伤分析

哈尔滨工业大学学报 2012年第4期44卷 86-93页

作者：王萌石永久王元清清华大学土木工程系北京100084

为解决试验和三维有限元方法在模拟结构地震作用下的局限性,在构件阶段寻找损伤退化的影响因素以及退化特征对改进杆系模型计算的准确性显得尤为重要.采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,结合国内外已有的钢框架焊接节点拟... 详细信息

为解决试验和三维有限元方法在模拟结构地震作用下的局限性,在构件阶段寻找损伤退化的影响因素以及退化特征对改进杆系模型计算的准确性显得尤为重要.采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,结合国内外已有的钢框架焊接节点拟静力试验,验证了建立的有限元模型对模拟局部屈曲的准确性和适用性.通过算例参数分析,对钢框架梁柱节点局部屈曲累积损伤现象进行深入探讨,得到节点局部屈曲累积损伤退化分布曲线形式并分析影响因素,进而得到节点强度退化的规律,为提出考虑损伤退化的杆系模型提供有力的工具.参数分析结果表明:剪切域强弱以及板件宽厚比对于节点的破坏模式有较大影响.通过局部加强,改变节点的破坏模式,可以有效提高结构的延性和耗能能力,防止结构由于焊缝开裂导致提前破坏,在大震作用下退化程度快进而严重影响结构的整体受力性能.

关键词：钢框架焊接节点局部屈曲累积损伤有限元分析(FEM) 滞回曲线强度退化