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空间钢框架连续倒塌拟静力试验

解放军理工大学学报（自然科学版） 2013年第2期14卷 195-201页

作者：谢甫哲舒赣平东南大学土木工程学院江苏南京210096 解放军理工大学国防工程学院江苏南京210007

为考察钢框架结构中一根框架柱失效后,剩余结构在倒塌过程中的受力和变形情况,采用MTS和千斤顶配合的方法对二层空间钢框架结构进行了拟静力试验。试验结果显示,在倒塌过程中,框架梁的受力方式从受弯为主向受拉为主转变,当竖向位移达到2... 详细信息

为考察钢框架结构中一根框架柱失效后,剩余结构在倒塌过程中的受力和变形情况,采用MTS和千斤顶配合的方法对二层空间钢框架结构进行了拟静力试验。试验结果显示,在倒塌过程中,框架梁的受力方式从受弯为主向受拉为主转变,当竖向位移达到200mm时,失效区域部分框架梁全截面受拉;当竖向位移接近250mm时,梁柱连接节点处焊缝发生断裂。目前应用比较广泛的H型钢全焊接刚性连接节点延性不够好,在梁形成明显的悬链线效应之前即发生破坏。采用显式动力法以准静态的加载方式对试验过程进行了模拟,建议在对含有H型钢全焊接刚性连接节点的钢框架结构进行连续倒塌分析时,采用较精确的节点模型以真实反应节点的受力。

关键词：空间钢框架连续倒塌拟静力试验显式动力分析

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空间钢框架二阶弹塑性稳定极限承载力分析

湖南大学学报（自然科学版） 2006年第1期33卷 6-10页

作者：卢倍嵘舒兴平沈蒲生王元清湖南大学土木工程学院钢结构研究所湖南长沙410082 清华大学土木工程系北京100084

采用非线性连续介质力学的有限变形理论和内力屈服面塑性流动理论，对空间钢框架结构体系进行了二阶弹塑性稳定极限承载力分析，同时分析了主弯曲、非对称水平荷载对空间钢框架极限承载力的影响．经算例分析得知：如果非对称水平荷载比... 详细信息

采用非线性连续介质力学的有限变形理论和内力屈服面塑性流动理论，对空间钢框架结构体系进行了二阶弹塑性稳定极限承载力分析，同时分析了主弯曲、非对称水平荷载对空间钢框架极限承载力的影响．经算例分析得知：如果非对称水平荷载比在0．5～2．0之间，则水平荷载的非对称性对结构的极限承载力影响很小；主弯曲对钢框架整体极限承载力的影响随结构层数的增加而减小．

关键词：空间钢框架二阶弹塑性极限承载力非线性连续介质力学

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空间钢框架几何非线性分析的新梁-柱单元

西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2008年第1期40卷 53-59页

作者：王连坤郝际平张俊峰陈红英西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理,在其势能项中引入了全部六个应力分量,考虑了结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连带弯矩影响及弓形效应,采用可计入单元剪切变形影响的三次多项式插值函数,详细推导了考虑剪切变形及力矩转动... 详细信息

基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理,在其势能项中引入了全部六个应力分量,考虑了结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连带弯矩影响及弓形效应,采用可计入单元剪切变形影响的三次多项式插值函数,详细推导了考虑剪切变形及力矩转动属性的空间钢框架梁-柱单元几何非线性切线刚度矩阵.利用框架节点的平衡条件对单元刚度矩阵进行简化,得到了结构整体的几何刚度矩阵.并通过算例证明了本方法的精确度和有效性.

关键词：空间钢框架剪切变形梁-柱单元三维空间转动几何刚度矩阵

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空间钢框架修正精细塑性铰法理论研究

西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2010年第4期42卷 509-513,520页

作者：张俊峰郝际平钟炜辉郑州大学土木工程学院河南郑州450001 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

建立了考虑剪切变形及二阶效应影响的空间梁柱单元,可考虑截面的逐渐屈服,以及残余应力引起的分布塑性对单元刚度的影响.单元刚度矩阵包含了轴向、弯曲和扭转位移之间的耦合效应、弯扭屈曲以及结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连... 详细信息

建立了考虑剪切变形及二阶效应影响的空间梁柱单元,可考虑截面的逐渐屈服,以及残余应力引起的分布塑性对单元刚度的影响.单元刚度矩阵包含了轴向、弯曲和扭转位移之间的耦合效应、弯扭屈曲以及结构变形过程中由于力矩空间转动引起的连带弯矩影响.采用C++编制了高等分析程序,通过几何、材料非线性算例证明了本文研究方法的精确度和有效性.

关键词：空间钢框架精细塑性铰法几何刚度矩阵剪切变形弯扭屈曲

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空间钢框架在循环荷载作用下的受力性能研究

空间钢框架在循环荷载作用下的受力性能研究

作者：王纪斌西安科技大学

学位级别：硕士

目前,国内外对钢结构框架抗震性能的研究大都集中在节点或平面框架的受力性能上,对空间钢框架的受力性能研究很少。实际的框架结构都是空间结构,本文从结构的整体受力性能出发,考虑结构的空间作用效应,深入研究了刚性连接空间钢框架在... 详细信息

目前,国内外对钢结构框架抗震性能的研究大都集中在节点或平面框架的受力性能上,对空间钢框架的受力性能研究很少。实际的框架结构都是空间结构,本文从结构的整体受力性能出发,考虑结构的空间作用效应,深入研究了刚性连接空间钢框架在循环荷载作用下的受力性能,以更好地协调结构承载力、刚度和延性三者的关系,对于指导设计工作具有十分重要的现实意义。本文考虑材料非线性和几何非线性,用有限元法对刚性连接空间钢框架的受力性能进行了深入研究,真实地模拟了其在各种情况下的受力状态。通过对5个系列21个试件的计算与分析,主要研究了刚性连接空间钢框架在循环荷载作用下的滞回性能、破坏机理,以及框架轴压比、高跨比、剪跨比、柱长细比和框架节点形式等对刚性连接空间钢框架整体抗震性能的影响。结果表明:刚性连接空间钢框架在循环荷载作用下破坏时首先在首层框架梁端产生塑性铰,然后是框架柱脚屈曲形成塑性铰;在结构设计中应保证框架梁端焊缝的有效连接,通过构造措施保证基础对柱脚的良好约束,同时应适当增大边柱和角柱的安全系数,防止边柱和角柱柱脚的过早破坏;翼缘与腹板连接部位焊缝在循环荷载作用下受力复杂,应力集中现象严重,且处于三向应力状态,加剧了焊缝出现脆断的可能性;结构设计中认为梁翼缘只承担弯矩而不承担剪力,腹板只承担剪力而不承担弯矩,实际上容易造成对接焊缝设计过载,使得对接焊缝在地震中发生脆性破坏的可能性增大;狗骨式、盖板式和加腋式节点钢框架都能比较好的实现梁端塑性铰外移,从而有效地降低梁端焊缝应力,减小梁端焊缝出现脆性破坏的可能性。本文所建立的有限元模型考虑问题较为全面,精度较高,能够真实的模拟刚性连接空间钢框架在循环荷载作用下的受力行为。本文深入地分析了刚性连接空间钢框架在循环荷载作用下的受力性能,研究工作和得出的结论对于指导工程设计具有一定的参考价值,为进一步研究空间钢框架的抗震性能打下了良好的基础。

关键词：空间钢框架非线性有限元循环荷载滞回性能抗震设计

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空间钢框架连续倒塌破坏机理研究

空间钢框架连续倒塌破坏机理研究

作者：黄晨西安科技大学

学位级别：硕士

建筑结构的设计往往忽略突发事件的影响，没有考虑偶然荷载的不利作用。在突发事件中偶然荷载导致结构承重构件失效，促使结构发生连续倒塌破坏。如何降低结构的连续倒塌破坏、延长结构体系保持稳定的时间是结构抗连续倒塌破坏研究中的... 详细信息

建筑结构的设计往往忽略突发事件的影响，没有考虑偶然荷载的不利作用。在突发事件中偶然荷载导致结构承重构件失效，促使结构发生连续倒塌破坏。如何降低结构的连续倒塌破坏、延长结构体系保持稳定的时间是结构抗连续倒塌破坏研究中的难点。本文采用有限元分析软件SAP2000对一座四层空间钢框架结构在一根承重柱失效的情况下进行连续倒塌分析，主要研究内容及结论如下：（1）采用拆除构件法对四层空间钢框架结构分别进行线性静力分析、线性动力分析、非线性静力分析及非线性动力分析。各种方法的实用性不同：线性静力分析中采用动力放大系数2能等效模拟结构的动力效应;线性静力分析可以简单、有效的对一般结构进行连续倒塌分析;非线性动力分析能较准确模拟结构连续倒塌破坏。（2）在非线性动力工况下采用替代路径法分析四层空间钢框架结构在不同位置承重柱失效时梁端塑性铰的产生及发展、失效节点竖向位移时程曲线可得：塑性铰仅在失效承重柱上部楼层产生;失效承重柱所处楼层越高，塑性铰的发展程度越深，失效点竖向位移越大，梁的塑性转角越大;拆除角柱后结构连续倒塌破坏最严重。（3）分析不同位置承重柱失效后结构的内力变化，探究连续倒塌过程中柱及梁端内力（轴力、弯矩及剪力）重分配规律及分布形式。研究表明框架内柱、角柱失效后剩余结构中柱构件会发生受压破坏;距离失效柱越远，构件内力变化越小;失效柱上部的柱及梁端内力会发生反向;结构的一根承重柱失效后剩余结构构件的内力一般在0.2s内达到最大值，该时间段内发生连续倒塌破坏机率较高。（4）研究梁跨度的改变对结构塑性变形的影响。失效承重柱与跨度增大的梁距离越近，结构塑性变形越大，失效点的竖向位移越大。研究承重柱构件失效时间的长短、楼层数对于结构连续倒塌破坏的影响，可得构件失效时间越短，结构连续倒塌破坏越严重;楼层数的变化对结构连续倒塌破坏无明显影响。

关键词：空间钢框架连续倒塌拆除构件法非线性时程分析内力重分布

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空间钢框架受力状态及失效准则研究

空间钢框架受力状态及失效准则研究

作者：陈发鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

钢框架结构由于传力机制明确、空间布置灵活等优点在世界范围内被广泛应用。目前关于框架结构失效的判定准则主要有以下三种:形成机构体系、结构变形超限、承载能力发生显著下降。上述准则基于不同的理论依据得到不同的失效荷载,对失效... 详细信息

钢框架结构由于传力机制明确、空间布置灵活等优点在世界范围内被广泛应用。目前关于框架结构失效的判定准则主要有以下三种:形成机构体系、结构变形超限、承载能力发生显著下降。上述准则基于不同的理论依据得到不同的失效荷载,对失效的定义也不尽相同。长久以来,失效准则始终缺乏统一性。本文基于能量的角度对空间钢框架的受力状态进行研究。结合数值模拟结果,提出相应的失效准则并预测失效荷载,然后验证失效准则的合理性。同时尝试基于能量描述结构的受力情况和协同工作能力,分析混凝土楼板对空间钢框架结构的失效影响。具体研究内容如下:首先,阐述了与受力状态相关的基本概念。通过理论推导分析了应变能密度和(SEND)作为结构受力状态参数的可行性。并以数值模拟结果为基础分析了斜率法构造受力状态参数的合理性,接下来介绍了M-K寻求受力状态特征点的方法。其次,基于SEND对已有的不带楼板空间钢框架试验结果数据进行处理分析,根据SEND曲线特征点和受力模式的变化提出失效准则和失效荷载的预测方法。最后,并对失效准则的合理性进行验证。通过SEND分布模式进行结构局部受力情况的分析,结合有限元模拟结果,揭示结构抵御外荷载过程中结构各部分的参与度和协同工作性能。

关键词：空间钢框架受力状态应变能密度和失效准则协同工作

半刚性连接空间钢框架在地震作用下的侧移分析

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世界地震工程 2008年第4期24卷 30-35页

作者：邵永松王晓东谢礼立中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150080 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

利用有限元软件ANSYS建立10个层数为2层、6层和10层空间框架结构模型进行了时程分析。对比了层数、连接相对刚度以及不同地震波对于框架结构楼层位移和层间位移角的影响;同时对刚性连接和半刚性连接框架柱的剪力变化情况进行了对比分析... 详细信息

利用有限元软件ANSYS建立10个层数为2层、6层和10层空间框架结构模型进行了时程分析。对比了层数、连接相对刚度以及不同地震波对于框架结构楼层位移和层间位移角的影响;同时对刚性连接和半刚性连接框架柱的剪力变化情况进行了对比分析。结果表明在地震作用下梁柱连接节点半刚性的存在在一定程度上增加结构的侧移,但同时使结构的内力有所降低。

关键词：半刚性连接空间钢框架动力时程分析弹塑性分析

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半刚性连接空间钢框架二阶弹性分析

湖南大学学报（自然科学版） 2005年第2期32卷 50-53页

作者：舒兴平丁国强林鹏姜晓辉湖南大学土木工程学院钢结构研究所湖南长沙410082 上海宝冶建设有限公司上海200941

基于连续介质力学有限变形理论推导了空间钢框架几何刚度矩阵,采用Kishi Chen幂函数模型描述半刚性连接特性,导得了半刚性连接空间杆单元几何刚度矩阵,并编制了二阶弹性分析程序,对空间钢框架在弹性阶段的性能进行了研究.分析结果表明:... 详细信息

基于连续介质力学有限变形理论推导了空间钢框架几何刚度矩阵,采用Kishi Chen幂函数模型描述半刚性连接特性,导得了半刚性连接空间杆单元几何刚度矩阵,并编制了二阶弹性分析程序,对空间钢框架在弹性阶段的性能进行了研究.分析结果表明:半刚性连接的存在使空间钢框架的双向侧移有明显增加,且随着框架层数增加影响增大.因此,在钢框架结构的分析设计中,须考虑半刚性连接的影响.

关键词：钢结构半刚性连接空间钢框架二阶效应刚度矩阵