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装配式地铁车站节点试验混凝土裂缝监测与识别的研究

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铁道科学与工程学报 2021年第12期18卷 3303-3310页

作者：杨雨冰卢明健刘超华南农业大学水利与土木工程学院广东广州510642 广州大学土木工程学院广东广州510006

对混凝土裂缝进行监测,有利于开展结构损伤评估工作。以某装配式地铁车站的地下连续墙-腰梁-支撑节点试验为背景,开展基于光学频域反射计(optical frequency domain reflectometer,OFDR)的分布式光纤技术在混凝土裂缝监测和识别中的应用... 详细信息

对混凝土裂缝进行监测,有利于开展结构损伤评估工作。以某装配式地铁车站的地下连续墙-腰梁-支撑节点试验为背景,开展基于光学频域反射计(optical frequency domain reflectometer,OFDR)的分布式光纤技术在混凝土裂缝监测和识别中的应用,研究不同加载条件下分布式光纤应变曲线的特征。试验表明:与单调加载相比,低周循环加载时得到的光纤应变曲线尖峰更多,峰值更小,表明低周循环加载造成的裂缝更多,但宽度更小,这与现场观察到的现象一致;单调加载中的光纤应变曲线更易于裂缝的识别和精准定位。

关键词：光频域反射计(OFDR) 节点试验低周循环加载单调加载裂缝识别

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循环荷载作用下植筋黏结性能的研究

工业建筑 2014年第8期44卷 136-139页

作者：康洪幸上海发电设备成套设计研究院上海200240

化学植筋技术是一种基于混凝土结构的新型后锚固技术,但目前对动力荷载下的植筋受力情况研究较少。综合国内外对化学植筋在静力作用下的黏结机理,对植筋试件在低周循环荷载作用下的黏结性能进行试验研究。通过4个混凝土试件的植筋在低... 详细信息

化学植筋技术是一种基于混凝土结构的新型后锚固技术,但目前对动力荷载下的植筋受力情况研究较少。综合国内外对化学植筋在静力作用下的黏结机理,对植筋试件在低周循环荷载作用下的黏结性能进行试验研究。通过4个混凝土试件的植筋在低周循环荷载作用下的黏结性能试验,得到植筋的位移-荷载及应变-荷载等滞回曲线、植筋轴向应变及黏结应力曲线等并对此进行分析,得出一些植筋在动荷载作用下黏结性能相关的结论。

关键词：化学植筋低周循环加载滞回曲线黏结性能

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新型梁柱装配式刚性节点的抗震性能研究

新型梁柱装配式刚性节点的抗震性能研究

作者：张颜颜青岛理工大学

学位级别：硕士

随着经济水平的提高，工程领域的交流扩展，钢结构逐渐发展成为主流结构形式。而传统的钢结构建筑的连接节点广泛采用焊接形式，这种节点使构件运输成本提高，且施工不便。而“装配式钢结构建筑”为国家实现建筑节能提供了一个平台。其... 详细信息

随着经济水平的提高，工程领域的交流扩展，钢结构逐渐发展成为主流结构形式。而传统的钢结构建筑的连接节点广泛采用焊接形式，这种节点使构件运输成本提高，且施工不便。而“装配式钢结构建筑”为国家实现建筑节能提供了一个平台。其先进性表现在：构配件生产工厂化、现场施工机械化、组织管理科学化，可以减少建筑垃圾，减少建筑施工对环境的不良影响，提闻建筑质量，提闻节能产品在建筑中的集成程度，节约劳动力、缩短建造周期。本文研究的一种新型梁柱装配式节点，是符合预制装配建造的结构形式。该节点是通过在悬臂梁与框架梁的上下翼缘交互布置拼接板，并且预先在钢结构加工厂里通过焊缝完成两侧拼接板与梁的连接。在节点的现场安装过程中，两侧已经焊牢的拼接板充当耳朵板作用，使安装梁段快速就位。就位后，再用螺栓完成拼接板与另一侧梁上下翼缘的连接，以及腹板的拼接，完成了梁柱刚性节点的安装。该新型装配式梁柱刚性节点结构合理、传力明确、现场安装过程快速就位、无焊接、施工效率高，安全性好，既可提高安装效率，又避免了现场焊接引起火灾的风险。同时，该种节点在施工现场全部采用螺栓拼装，这给施工现场条件恶劣不方便施焊的工地，带来极大的方便。本文在参考国内外文献的基础上，设计了新型梁柱装配式节点基本试件，通过改变盖板的螺栓数目、盖板长度、宽度及厚度、盖板横截面面积、悬臂梁段长度、高强螺栓预拉力和摩擦系数8个参数分别设计了DM、GBL、GBW、GBT、GA、XBL、BP和FC八组试件，利用有限元软件ABAQUS，考虑材料、几何和接触状态三种非线性对八组试件进行低周循环加载下的数值模拟。研究了节点的破坏形态、滞回性能、承载力等。有限元分析结果表明：由等强设计法设计的基本试件的延性和耗能能力较好，在此基础上改变螺栓数目、盖板长度、宽度及厚度、盖板横截面面积、悬臂梁段长度对节点的极限承载力和延性有一定的影响。减少螺栓数目后的节点极限承载力下降不大，而且还可以利用拼接区的螺栓滑移、拼接连接板的塑性变形来耗散能量;而增加螺栓数目会使节点的延性和极限承载力提高，但提高的幅度不大。盖板宽度及厚度对节点的滞回性能有一定影响，建议设计中应使盖板的横截面积大于梁翼缘横截面积，其比值宜控制在1.25?1.50之间，且盖板厚度不应小于梁翼缘厚度。悬臂梁段长度是影响节点滞回性能的重要因素，经过以上对比分析知悬臂梁段长度宜取1.1?1.5倍梁高范围。改变高强螺栓预拉力和摩擦系数对节点在弹塑性阶段的受力基本无影响。本文还研究了钢框架新型梁柱装配式节点在弹性和塑性状态下的应力分布规律，亦将其受力性能和变形能力与普通无拼接节点进行对比。结果表明：在弹性阶段，由于高强螺栓预紧力的作用，连接板件与梁翼缘整体共同受力，相当增大截面的惯性矩，其弹性极限承载力略高于无拼接节点;在塑性阶段，高强螺栓摩擦型连接转化为承压型连接，连接板件间发生相对滑移，消耗了部分能量，其转动能力高于无拼接节点。

关键词：新型梁柱装配式节点有限元分析低周循环加载滞回曲线抗震性能

装配式地铁车站支撑与腰梁、连续墙节点力学性能研究

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装配式地铁车站支撑与腰梁、连续墙节点力学性能研究

作者：王迪华南理工大学

学位级别：硕士

装配式建筑具有建筑质量高、材料能耗小、生产效率高、噪声污染小等优点,面对人口红利消失、环保政策日趋严厉等问题,我国发展装配式建筑势在必行。目前装配式地下结构主要应用于盾构隧道,装配式地铁车站应用较少,国内研究也处于起步阶... 详细信息

装配式建筑具有建筑质量高、材料能耗小、生产效率高、噪声污染小等优点,面对人口红利消失、环保政策日趋严厉等问题,我国发展装配式建筑势在必行。目前装配式地下结构主要应用于盾构隧道,装配式地铁车站应用较少,国内研究也处于起步阶段。本文探索了一种能够适用于由内支撑与腰梁组成围护结构并兼做永久结构的装配式地铁车站,进行了支撑与腰梁、连续墙节点的静载及低周循环加载试验,对比腰梁与连续墙之间分别采用钢板连接及接驳器连接两种方式下节点的静力承载、延性、耗能等力学性能,并且建立三维有限元模型,通过足尺试验及有限元计算模拟相结合的方式,对节点给出优化建议。主要研究内容与取得的成果如下:(1)根据内力计算及数值模拟结果中支撑与腰梁、连续墙节点加载的受影响区域设计足尺试件尺寸,制作试件,开展静载及低周循环加载试验。(2)对比了钢板连接及接驳器连接节点的静载试验结果,两者的破坏均始于支撑顶部纵筋屈服,随后底部混凝土在正应力及剪应力作用下达到二轴强度,试件破坏。与接驳器连接节点相比,钢板连接节点的水平钢板能够较好地协调不同位置处钢筋的应力。比较钢板连接及接驳器连接节点在静载条件下的承载力、延性、钢筋应变,认为钢板连接的支撑与腰梁、连续墙节点的力学性能优于接驳器连接节点。(3)对比了钢板连接及接驳器连接的低周循环加载试验结果,与接驳器连接节点相比,钢板连接节点强度退化小于接驳器连接节点,刚度大于接驳器连接节点。钢板连接节点正向承载力略小于接驳器连接节点,但正向延性优于后者;钢板连接节点负向承载力及延性均大于接驳器连接节点。钢板连接节点承载力、延性、强度及刚度等抗震性能优于接驳器连接节点,可优先作为装配式地铁车站考虑的节点形式。(4)建立了钢板连接节点三维有限元计算模型,与试验对比验证了数值模型的准确性,进一步探讨了竖向钢板偏移误差、预埋锚筋及水平钢板钢筋对节点承载力的影响,建议在设计及施工允许的范围内适当上移竖向钢板,预埋锚筋及水平钢板钢筋直径及间距可进一步优化。

关键词：装配式结构地铁车站节点连接足尺试验低周循环加载

地铁车站顶板多洞横梁力学性能试验及数值模拟研究

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地铁车站顶板多洞横梁力学性能试验及数值模拟研究

作者：毛星航华南理工大学

学位级别：硕士

随着社会的进步发展和人们日益见长的交通需求,地铁出行在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色,可谓“承上启下”,是联系地面与地下的客运枢纽带,因此其结构的安全和稳定显得尤为重要。本论文依托于广州市某装配式地铁车站关键构件试... 详细信息

随着社会的进步发展和人们日益见长的交通需求,地铁出行在人们日常生活中扮演着越来越重要的角色,可谓“承上启下”,是联系地面与地下的客运枢纽带,因此其结构的安全和稳定显得尤为重要。本论文依托于广州市某装配式地铁车站关键构件试验研究——地铁车站顶板开有多个孔洞的横梁,车站内部重要管线拟在横梁孔洞内穿过,在结构美观的同时也增大了经济效益。横梁开设多个孔洞后受力性能的好坏、结构的稳定性等关系着车站的整体安全。本文将对相应部位做模型试验研究,主要研究内容及研究结果如下:(1)以广州市某装配式地铁车站实际工程为背景,采用Abaqus有限元软件,建立地铁车站三维整体有限元模型,计算提取顶板开多洞横梁的内力,并以此为基础,设计缩尺比例为1:2.5的缩尺模型试验方案,开展多洞梁的力学性能试验,试验包括静力加载和低周循环加载两部分。(2)静力加载试验的结果分析表明:破坏形态属于延性破坏,在试件达到破坏前,构件有较大的变形,有明显的破坏预兆,开洞位置受压弦杆相对于其他位置抗剪强度更高,是一种合理的破坏形态。正常使用工况下,多洞梁裂缝开展宽度较小,钢筋应力处于较低水平,孔洞附近的加强钢筋发挥了作用,有一定的安全保障。随后破坏位置出现在孔角处,孔角混凝土陆续出现剥落,随着受拉钢筋塑性变形的发展,试验梁由于受压区混凝土边缘纤维达到极限压应变被压碎而破坏。(3)低周循环加载试验的结果分析表明:破坏形态属于延性破坏,钢筋首先达到屈服,随后加载点处混凝土压碎而破坏。滞回曲线的饱满程度上,多洞梁加载过程中曲线整体表现为反S型,饱满程度相对较低,说明梁腹开洞对梁自身抗震性能有所影响,但孔洞区域的加强配筋有效抑制了孔周裂缝的产生与发展,梁的整体性并未受到过多的削弱。(4)采用Abaqus软件建立多洞梁静力加载与低周循环加载的三维数值模型,将有限元数值模拟结果与静力加载、低周循环加载试验结果的承载力和破坏形式进行了对比,两者总体上吻合较好,发展趋势基本一致,表明数值结果具有一定的参考性和可靠性。在此基础上,对混凝土强度等级、配筋强度展开了参数化分析。

关键词：地铁车站多洞梁静力加载低周循环加载数值模拟

火电厂主厂房带支撑纵向框架结构弹塑性有限元分析

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火电厂主厂房带支撑纵向框架结构弹塑性有限元分析

作者：常飞虎西安科技大学

学位级别：硕士

大型火电厂主厂房高度大、跨度大,纵向为框架结构,在框架柱之间加入消能支撑能更好的满足结构弹塑性和抗震要求。有学者对带支撑纵向框架结构进行了伪静力和拟动力加载试验研究,而用有限元理论对结构受力性能研究较少,对结构中如何确定... 详细信息

大型火电厂主厂房高度大、跨度大,纵向为框架结构,在框架柱之间加入消能支撑能更好的满足结构弹塑性和抗震要求。有学者对带支撑纵向框架结构进行了伪静力和拟动力加载试验研究,而用有限元理论对结构受力性能研究较少,对结构中如何确定支撑位置也未做过深入研究,本课题利用ANSYS软件对某电厂主厂房的简化模型进行弹塑性有限元分析。本文对边跨支撑结构、无支撑结构和中跨支撑结构进行有限元模拟,根据模拟计算的结果系统分析了该结构裂缝的发展过程及分布特点、滞回性能、延性、刚度、各层的侧移、钢支撑和消能器的受力情况等。研究表明:水平低周循环荷载作用下底层梁首先出现裂缝,随着荷载的增加柱底依次开裂;第一个塑性铰出现的位置在支撑跨的左端柱底,无支撑结构在右端边跨柱顶;结构的滞回曲线在屈服前为“梭”形,屈服后为“弓”形,有明显的刚度退化现象;加入边跨支撑对结构刚度的提高有很大作用,结构初始刚度提高172%,屈服刚度提高110%;边跨支撑的刚度比中跨支撑结构的刚度大,初始刚度大25%,屈服刚度大17%;结构的二、三层间侧移较小且比较接近,底层侧移较大;消能支撑中的支撑杆所承担的水平剪力与消能器所承担的水平剪力近似,但各阶段两者的位移值相差较大,消能器的位移值大约是支撑杆的2至5倍;结构设置支撑与否和设置支撑在不同位置时受力性能不同。根据研究结果,本文提出了三种结构的相对刚度与相对荷载关系式和结构支撑布置的设计建议,具有重要的理论意义和一定的工程应用价值。

关键词：框架结构消能支撑建模低周循环加载弹塑性分析

地铁车站顶板开洞横梁力学性能试验及数值模拟研究

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地铁车站顶板开洞横梁力学性能试验及数值模拟研究

作者：冯梓航华南理工大学

学位级别：硕士

地铁车站与市民的出行日益紧密,是城市交通的枢纽,是联系地面、地下的客运纽带,其安全和稳定尤其重要。本论文依托于广州市某装配式地铁车站关键构件研究-地铁车站顶板横梁,车站内部分管线拟在顶板横梁所开的孔洞内通过。顶板横梁开洞... 详细信息

地铁车站与市民的出行日益紧密,是城市交通的枢纽,是联系地面、地下的客运纽带,其安全和稳定尤其重要。本论文依托于广州市某装配式地铁车站关键构件研究-地铁车站顶板横梁,车站内部分管线拟在顶板横梁所开的孔洞内通过。顶板横梁开洞后受力性能的好坏关系着车站的安全,对相应处将做重点研究并做模型试验。本文主要研究内容及研究结果如下:(1)以实际工程为背景,通过Abaqus有限元软件,建立了三维整体车站模型,从中提取顶板开洞横梁的内力,并以此为基础,设计缩尺比例为1:2.5的试验方案及加载方案,开展地铁车站顶板开洞横梁的力学性能试验,试验包括静力加载和低周循环加载。(2)静力加载试验的结果分析表明,正常使用工况下,开洞梁裂缝开展宽度较小,钢筋应力处于较低水平,满足设计使用要求且有足够的安全储备。在试件达到破坏前,构件有较大的变形,有明显的破坏预兆,开洞位置受压弦杆的抗剪强度高,是一种合理的破坏形态,构件展现出良好的延性破坏行为。(3)在低周循环加载试验中,对实腹梁和开洞梁的滞回曲线、耗能能力等拟静力特性指标展开了分析和探讨,结果表明两者均表现出了延性破坏特征,梁腹开洞确实对梁自身抗震性能有所削弱,但孔洞区域的加强配筋有效抑制了孔周裂缝的产生与发展,其承载力高于实腹梁,梁的整体性并未受到过多的削弱,前期开洞梁的耗能能力甚至略高于实腹梁。(4)三维数值模型选取了典型关键点工况,对静力加载条件下梁腹开洞的工作机理进行了探究。数值模拟结果表明:单纯提高混凝土的强度等级对提高构件的承载力作用并不明显,但对延性却有着不可忽视的不利影响;孔侧斜筋的配置使得混凝土和箍筋更好地发挥协同抗剪作用,裂缝开展和变形均得到有效的控制;随着孔洞高度的增大,开洞梁的承载力呈逐步下降趋势,受压弦杆越容易发生混凝土的脆性断裂而破坏。

关键词：地铁车站梁腹开洞静力加载低周循环加载数值模拟