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中高剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙受力性能有限元分析

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建筑结构学报 2015年第S2期36卷 1-8页

作者：汪家继樊健生陶慕轩聂建国清华大学土木工程系北京100084 清华大学北京市钢与混凝土组合结构工程技术研究中心北京100084

基于中高剪跨比双钢板组合剪力墙的试验结果,在***平台下建立有限元模型,采用分层壳单元模拟双钢板组合剪力墙,模型考虑地梁对应变渗透的影响。对比表明计算模型与试验结果吻合良好。基于该有限元模型分析了轴压比、混凝土抗压强度、钢... 详细信息

基于中高剪跨比双钢板组合剪力墙的试验结果,在***平台下建立有限元模型,采用分层壳单元模拟双钢板组合剪力墙,模型考虑地梁对应变渗透的影响。对比表明计算模型与试验结果吻合良好。基于该有限元模型分析了轴压比、混凝土抗压强度、钢板屈服强度、含钢率、剪跨比等参数对剪力墙的刚度、承载力和极限位移角的影响。分析表明:双钢板剪力墙在大震下的轴压比不宜超过0.4。增加混凝土抗压强度、钢板屈服强度或含钢率均会显著增加承载力,但随着混凝土抗压强度的增加,极限位移角降低。双钢板剪力墙压弯初始抗侧刚度主要由混凝土贡献,含钢率对初始抗侧刚度影响较小。此外,增大剪跨比可提高剪力墙的极限位移角。

关键词：双钢板-混凝土组合剪力墙中高剪跨比有限元分析抗震性能

方钢管混凝土节点核心区剪切试验及其数值模拟

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建筑结构学报 2017年第5期38卷 61-68页

作者：程曦聂鑫樊健生清华大学土木工程系北京100084 清华大学北京市钢与混凝土组合结构工程技术研究中心北京100084

为研究方钢管混凝土节点核心区的受力性能,在分析梁柱节点核心区受力特征的基础上,设计了方钢管混凝土节点核心区的直接剪切试验。试验装置简单,能够确保核心区发生剪切破坏,有效反映其受力特征。通过改变钢材及混凝土的强度、节点几何... 详细信息

为研究方钢管混凝土节点核心区的受力性能,在分析梁柱节点核心区受力特征的基础上,设计了方钢管混凝土节点核心区的直接剪切试验。试验装置简单,能够确保核心区发生剪切破坏,有效反映其受力特征。通过改变钢材及混凝土的强度、节点几何形状及加载方向等参数,完成了13个方钢管混凝土节点核心区试件的单调和往复剪切加载试验,得到了节点剪切破坏特征、荷载-位移曲线等结果,分析了相关参数的影响。在试验结果的基础上,利用理想弹塑性模型模拟钢材,并利用修正了剪力传递系数的固定角弥散裂缝模型模拟混凝土,提出了适用于一般节点核心区分析的高效精细有限元数值模拟方法。模拟结果与试验结果吻合良好,可为复杂组合结构的非线性分析提供参考。

关键词：方钢管混凝土节点核心区剪切试验精细有限元模型

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RC框架结构节点核心区剪力计算方法

建筑结构学报 2016年第5期37卷 242-246页

作者：陶慕轩聂建国清华大学土木工程系北京100084 清华大学北京市钢与混凝土组合结构工程技术研究中心北京100084

准确计算节点核心区剪力设计值是节点核心区抗剪设计的关键。GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》(简称《混凝土规范》)和GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》(简称《抗震规范》)中给出了不同的节点核心区水平剪力计算公式。基于受力... 详细信息

准确计算节点核心区剪力设计值是节点核心区抗剪设计的关键。GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》(简称《混凝土规范》)和GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》(简称《抗震规范》)中给出了不同的节点核心区水平剪力计算公式。基于受力平衡条件,对这两部规范中的节点核心区水平剪力计算公式进行讨论,并给出改进建议。结果表明:《混凝土规范》中对不同位置节点受剪计算应采取不同的计算公式,但顶层节点公式未考虑单侧柱端剪力对节点核心区水平剪力的贡献,而《抗震规范》中的建议公式可考虑这一贡献。《混凝土规范》和《抗震规范》中的公式均采用梁端弯矩之和等于柱端弯矩之和的假定,主要适用于节点核心区几何尺寸远小于梁跨或柱高的情况。建议公式中考虑了单侧柱端剪力对节点核心区水平剪力的贡献,其适用范围更大。

关键词： RC框架结构节点核心区剪力受力平衡条件规范公式

后浇LSECC装配整体式梁受力性能试验研究

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工程力学 2018年第10期35卷 56-65,74页

作者：丁然芶双科樊健生张君清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 清华大学北京市钢与混凝土组合结构工程技术研究中心北京100084

该文基于一种新型高韧性低收缩ECC材料-LSECC,提出了两种后浇LSECC装配整体式框架节点方案,以达到提升高烈度区装配整体式框架节点抗震性能并简化配筋的目标。以节点模型为基础构建了对应的梁式构件,完成了5根后浇LSECC装配整体式梁的... 详细信息

该文基于一种新型高韧性低收缩ECC材料-LSECC,提出了两种后浇LSECC装配整体式框架节点方案,以达到提升高烈度区装配整体式框架节点抗震性能并简化配筋的目标。以节点模型为基础构建了对应的梁式构件,完成了5根后浇LSECC装配整体式梁的静力单调加载试验。通过对承载力、刚度、破坏形态与裂缝发展的分析,初步论证了LSECC应用于装配整体式节点的可行性和优势,并对界面(包括热接和冷接)构造、纵筋锚固等关键基础问题进行了探究,提出了合理的构造措施,为后续大比例梁柱节点抗震性能试验奠定了基础。试验表明:采用LSECC的装配整体式梁具有等同现浇梁的承载力和延性,且裂缝宽度相比混凝土梁明显减小;梁跨中采用ECC的范围越大,初始刚度越低,在加载过程中刚度退化越缓慢;ECC与钢筋具有更好的协同工作能力和粘结强度,其锚固搭接长度相比混凝土节点可显著降低,在装配整体式节点处应用该材料能够保证足够的粘结锚固能力;适当的界面构造配筋可有效提升后浇ECC与预制混凝土界面的力学性能,确保界面不成为薄弱面。

关键词：纤维增强水泥基复合材料装配整体式混凝土框架低收缩ECC(LSECC) 框架节点界面

新型海上超大型钢-混凝土组合箱式浮体平台结构设计与分析

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工程力学 2019年第11期36卷 147-157页

作者：王晓强陶慕轩清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 清华大学北京市钢与混凝土组合结构工程技术研究中心北京100084

钢-混凝土组合结构在大型海上人工岛的建设中具有重要的应用价值和发展潜力。该文针对传统钢结构和混凝土结构用于超大型海上浮式平台的不足,提出一种新型超大型钢-混凝土组合浮箱式平台结构,并总结了该类结构整体方案的设计流程。为实... 详细信息

钢-混凝土组合结构在大型海上人工岛的建设中具有重要的应用价值和发展潜力。该文针对传统钢结构和混凝土结构用于超大型海上浮式平台的不足,提出一种新型超大型钢-混凝土组合浮箱式平台结构,并总结了该类结构整体方案的设计流程。为实现设计流程中的水弹性力学分析,在开源水动力学程序包NEMOH的基础上基于Fortran语言开发了三维水弹性响应计算程序包THhydro,并采用日本学者Yago和Endo的试验结果验证了程序的准确性。通过水弹性响应分析与结构强度分析,对新型超大型钢-混凝土组合浮箱式平台进行了整体结构方案设计,并与传统钢结构方案设计结果进行了对比讨论。结果表明:组合结构应用于海上超大型浮式平台具有可行性;在吃水深度和应力控制水平相当的情况下,组合结构平台相比传统钢结构平台可显著降低结构用钢量;钢与混凝土之间的配比会显著影响结构用钢量和载重量等指标;波浪产生的结构效应占总效应的比例达20%~60%,可见可靠的水弹性力学分析对该类结构设计非常重要。最后,对组合结构应用于超大型海上浮式平台仍需进一步开展的研究工作进行了展望。

关键词：钢-混凝土组合结构水弹性响应超大型浮体箱式结构钢板-混凝土组合结构方案设计

圆形截面柱组合框架中非对称钢梁截面框架梁梁端极限状态有效翼缘宽度研究

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工程力学 2023年第8期40卷 59-67,256页

作者：彭炜杰陶慕轩清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 清华大学北京市钢与混凝土组合结构工程技术研究中心北京100084

楼板有效翼缘宽度是组合框架梁梁端极限承载力验算的关键参数之一,已有的有效翼缘宽度计算公式存在荷载模式不匹配、等效准则不匹配、无法考虑钢梁截面的非对称性等不足。为此,该文重点讨论了侧向荷载作用下采用圆形截面柱的组合框架中... 详细信息

楼板有效翼缘宽度是组合框架梁梁端极限承载力验算的关键参数之一,已有的有效翼缘宽度计算公式存在荷载模式不匹配、等效准则不匹配、无法考虑钢梁截面的非对称性等不足。为此,该文重点讨论了侧向荷载作用下采用圆形截面柱的组合框架中非对称钢梁截面框架梁端的承载力极限状态有效翼缘宽度的计算方法。在有限元软件***(2018)中建立精细化数值模型,通过单变量分析筛选出对有效翼缘宽度有显著影响的关键变量。在合理的取值范围内对这些关键变量进行充分的排列组合,得到一系列的数值算例结果。对这些数值结果进行回归分析,基于前人得出的对称钢梁截面情况的计算公式,保留其基本框架而修改其中相关参数,得出侧向荷载作用下非对称钢梁截面组合框架梁有效翼缘宽度的计算方法。

关键词：钢-混凝土组合结构框架梁非对称钢梁截面极限抗弯承载力有效翼缘宽度

采用通用有限元程序的弥散裂缝模型和分层壳单元模拟钢筋混凝土构件裂缝宽度

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工程力学 2020年第4期37卷 165-177页

作者：陶慕轩赵继之清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 清华大学北京市钢与混凝土组合结构工程技术研究中心北京100084

该文基于弥散裂缝模型,采用通用有限元程序的分层壳单元计算钢筋混凝土构件裂缝宽度的方法。讨论了理论基础,Bazant和Oh提出的经典裂缝带理论主要针对素混凝土构件,严重的局部化效应导致显著的网格依赖性,而将裂缝带理论拓展到工程常用... 详细信息

该文基于弥散裂缝模型,采用通用有限元程序的分层壳单元计算钢筋混凝土构件裂缝宽度的方法。讨论了理论基础,Bazant和Oh提出的经典裂缝带理论主要针对素混凝土构件,严重的局部化效应导致显著的网格依赖性,而将裂缝带理论拓展到工程常用的配筋混凝土构件时,由于多裂缝分布发展的特点,裂缝带宽应修改为平均裂缝间距而使计算结果与网格无关。在理论基础讨论的基础上,给出了采用通用有限元程序的弥散裂缝模型和分层壳单元计算钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算流程,其中,平均裂缝间距将有限元分析中的“应变”概念和工程设计中的“裂缝宽度”概念紧密联系起来,是计算流程中最关键的参数。以某承受负弯矩的简支组合梁混凝土板开裂分析为例,验证并讨论了网格相关性、大软化模量导致数值收敛困难的应对策略、平均裂缝间距的决定性作用等重要问题。

关键词：裂缝带理论开裂平均裂缝间距有限元方法分层壳单元裂缝宽度网格相关性

竖向承重与水平抗侧相分离的组合结构体系在地震作用下的受力机理分析

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建筑结构学报 2021年第8期42卷 13-24页

作者：赵鹤陶慕轩聂鑫侯兆新龚超清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 清华大学北京市钢与混凝土组合结构工程技术研究中心北京100084 中冶建筑研究总院有限公司北京100088

为提升装配式建筑的抗震性能、提高其标准化程度,提出了竖向承重与水平抗侧相分离的组合结构体系(以下简称"可分体系"),以某六层办公楼工程为实例设计了可分体系的结构方案,并对其在地震作用下的受力机理与传统刚接组合框架结构体系(以... 详细信息

为提升装配式建筑的抗震性能、提高其标准化程度,提出了竖向承重与水平抗侧相分离的组合结构体系(以下简称"可分体系"),以某六层办公楼工程为实例设计了可分体系的结构方案,并对其在地震作用下的受力机理与传统刚接组合框架结构体系(以下简称"传统体系")进行了对比研究。利用有限元软件Midas Gen进行反应谱法设计,在此基础上采用自主开发的COMPONA-FIBER纤维模型非线性有限元程序进行弹塑性时程分析,针对可分体系与传统体系的自振特性、弹塑性时程响应、结构整体破坏模式和关键构件受力特征等进行对比分析。结果表明:可分体系在水平地震作用下呈现与传统体系完全不同的变形模式、受力特征和破坏模式;在水平地震作用下,可分体系的变形模式以弯曲变形为主,顶层层间位移角最大;在可分体系中框架梁均为简支,仅承受竖向荷载,内力基本不随地震动变化,可以实现标准化设计制作,剪力墙和柱底部受力最大,其中剪力墙承担了大部分基底剪力,相比传统体系,剪力墙的设置会放大可分体系的基底剪力;罕遇地震作用下可分体系的破坏主要集中于剪力墙,为弯曲破坏模式,其底部损伤最大。

关键词：组合结构可分体系弹塑性时程分析受力性能

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组合节点变形机制和破坏形态的定量评价

土木工程学报 2016年第8期49卷 61-68页

作者：陶慕轩聂建国清华大学北京市钢与混凝土组合结构工程技术研究中心北京100084 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

节点的变形机制和破坏形态分析是其抗震性能评估的重要内容,但目前缺乏有效的定量评价方法。该文基于多尺度数值模型,对组合节点变形机制和破坏形态的定量评价方法开展研究。提出采用"变形分量比例图"分析组合节点的变形机制,该图可根... 详细信息

节点的变形机制和破坏形态分析是其抗震性能评估的重要内容,但目前缺乏有效的定量评价方法。该文基于多尺度数值模型,对组合节点变形机制和破坏形态的定量评价方法开展研究。提出采用"变形分量比例图"分析组合节点的变形机制,该图可根据多尺度模型的位移结果直接计算得到。"变形分量比例图"反映了梁弯曲、柱弯曲、和节点域剪切三种主要变形分量随层间位移角以及层间位移方向角的变化规律,可直观地揭示组合节点在任意层间位移方向上的破坏形态。层间位移方向角对空间组合节点的变形机制和破坏形态影响显著,必须利用"变形分量比例图"全面验算组合节点在任意可能层间位移方向上的破坏形态,并进一步优化设计确保任意可能地震入射方向上的预期破坏机制。

关键词：变形机制破坏形态组合节点定量评价层间位移角层间位移方向角变形分量比例图