建筑科学与工程学报

往复荷载作用后钢管混凝土柱-组合梁节点耐火性能数值分析

2025年01月20 00:00

为研究钢管混凝土柱-组合梁节点在往复荷载作用后的耐火性能,利用有限元软件ABAQUS建立了该节点的有限元分析模型,并与已有试验结果进行对比验证。在此基础上,分析了往复荷载作用后塑性损伤和残余变形对组合梁节点火灾下的应力和变形的影响,以及不同损伤程度、荷载作用水平和防火保护层厚度对节点耐火极限和破坏模态的影响。结果表明:地震预损伤对节点的耐火极限有不利影响,且随损伤程度的增加,耐火极限下降明显; 重度损伤下节点的耐火极限与无损伤节点相比降低了23.5%; 重度损伤的节点在火灾作用下形成塑性铰,且产生较大的耗能损伤,轻度和中度损伤下未形成明显塑性铰,耐火极限分别仅下降1.0%和3.6%; 对于以梁损伤作为预损伤模式的节点,梁荷载比和防火保护层厚度是影响有地震预损伤节点耐火极限的主要因素; 随柱荷载比的增大,耐火极限呈降低趋势,但整体影响不大。

SRPE管约束GFRP海砂混凝土柱的轴压力学性能研究

2025年01月20 00:00

采用试验与数值模拟相结合的方法,研究了钢骨架增强聚乙烯(SRPE)管约束玻璃纤维增强塑料(GFRP)海砂混凝土柱的力学性能和受力机理。通过24个轴压短柱试验,研究SRPE管钢丝体积配箍率、混凝土强度和GFRP箍筋间距等参数对组合柱力学性能的影响规律; 在确定合理材料本构模型的基础上,运用ABAQUS有限元软件进行数值模拟和参数分析。结果表明:在试验参数范围内组合柱虽均发生剪切破坏,但仍具有较好的延性,说明SRPE管和GFRP箍筋对海砂混凝土形成了良好的约束效应; 有限元数值参数分析结果表明,提高环向钢丝体积配箍率能显著提升峰值承载力、剩余承载力和延性,提高混凝土强度能显著提升峰值承载力、剩余承载力和弹性刚度,但延性明显降低,其他参数对组合柱力学性能的影响程度不显著; 基于参数分析结果,提出了组合柱轴压承载力和峰值应变简化计算式,可为类似工程实践提供参考。

钢管混凝土束剪力墙-钢梁全螺栓连接节点初始刚度及抗震性能研究

2025年01月20 00:00

针对钢管混凝土束剪力墙结构提出了2种全螺栓刚性连接节点,共设计了6个基于高强螺栓的钢管混凝土束剪力墙-H型钢梁全螺栓端板式连接节点和1个钢管混凝土束剪力墙-H型钢梁全螺栓侧板式连接节点。对7个节点进行了低周往复加载试验,采用ABAQUS软件建立有限元模型,将有限元模拟结果与试验结果进行对比验证后,通过参数化分析系统研究了不同参数对钢管混凝土束剪力墙-H型钢梁全螺栓连接节点抗震性能的影响。结果表明:2种全螺栓连接节点均能实现刚性连接; 端板式节点的刚度主要取决于钢梁端板厚度和墙体端板厚度,侧板式节点主要通过螺栓的滑移来耗散能量,表现出低屈服承载力、高延性的特点; 侧板式节点中螺栓直径、摩擦因数对节点滑移荷载有较大影响,对抗弯极限承载力影响较小; 给出的节点设计建议可为工程设计提供参考。

UHPC免拆模板钢筋混凝土柱抗震性能参数分析及承载力计算

2025年01月20 00:00

为研究UHPC免拆模板钢筋混凝土柱在不同参数影响下的抗震性能,基于ABAQUS软件中混凝土塑性损伤(CDP)模型,考虑模板与后浇混凝土的界面接触滑移建立了数值分析模型; 讨论了轴压比、普通混凝土强度、配筋率和模板厚度等参数对UHPC免拆模板-RC柱承载力和延性的影响; 基于平截面假定,给出了UHPC免拆模板-RC柱的承载力计算公式。结果表明:建立的有限元模型能较好地模拟试件的承载力、骨架曲线和混凝土损伤情况; 随着轴压比的增大,试件的承载力和延性均先增大后减小,轴压比为0.7时承载力和延性均最高; 随着混凝土强度的提高,试件的承载力逐渐增大,但增长幅度却逐渐降低; 提高配筋率可以提高试件的承载力,但对延性影响不大; 模板的厚度对试件的承载力和延性影响显著,当模板厚度从10 mm增加到25 mm时,试件的承载力提高了24.1%,但其延性降低了43.8%,在保证试件拥有足够的承载力和变形能力下,建议UHPC模板厚度选择15～20 mm; 基于平截面假定得到的承载力计算方法可以很好地预测试件的承载能力,计算值与模拟值(试验值)的比值均值为0.97,标准差为0.04。

基于结构功能和供电功能的电力系统震后功能损失评估研究

付兴,胡译尹,李钢,李宏男 — 2025年01月20 00:00

为探究电力系统的地震失效概率,提出了一种结合易损性分析方法和潮流分析法的功能损失评估方法。该方法首先从结构功能和供电功能两个维度定义了电力系统的功能函数,通过专家调查问卷,利用层次分析法确定了功能函数中各子系统的重要性系数以及各子系统中结构功能与供电功能的分项加权系数。然后以建筑场地设防烈度对应的峰值地震动加速度(PGA)替代了传统研究地震风险的概率分析方法,并应用《城市工程系统抗震韧性评价导则》中所提供的电力系统基础设施元件在4种极限损坏状态下的易损性曲线,对电力系统震后剩余功能进行了评估。最后考虑到电力系统前序元件的供电功能失效会影响后序元件的正常工作(级联故障),利用潮流分析方法和蒙特卡洛模拟方法,以带有7个负荷的小型电力系统为例,研究了其震后元件及系统的失效概率。结果表明:当PGA大于0.2g(g为重力加速度)后,考虑电力系统元件间级联故障的潮流分析方法和利用易损性曲线估算方法的分析结果逐渐分离,前者失效概率更高,且剩余功能更少,因此在开展电力系统整体功能评估时,非常有必要考虑元件间的级联关系; 结合易损性曲线方法和潮流分析法能够宏观评估复杂电力系统的失效概率,并且此方法可以很便利地应用到城市电力系统中,是研究电力系统韧性的一种有效方法。

双向螺旋箍筋约束混凝土圆柱轴压性能试验研究与承载力计算

杨坤,王亚昆,刘睿,孙珊珊,王博 — 2025年01月20 00:00

为探讨双向螺旋箍筋约束混凝土圆柱的轴压性能,对6根不同配置的螺旋箍筋约束混凝土圆柱进行了单向轴心受压试验,分析其应力-应变曲线和破坏形态,探讨箍筋间距、箍筋形式和配箍特征值等因素对约束混凝土柱强度及延性性能的影响,提出适用于双向螺旋箍筋约束混凝土圆柱轴压承载力的计算公式。结果表明:单向螺旋箍筋与双向螺旋箍筋均能在一定程度上提高混凝土圆柱的承载力及延性; 箍筋间距相同时(双向箍筋试件的配箍量是单向箍筋试件的2倍),双向交叉螺旋箍筋约束混凝土试件的承载力和延性性能均高于单向螺旋箍筋约束混凝土试件; 对于双向交叉螺旋箍筋约束混凝土试件,当其配箍率大于2.68%时,试件承载力达到第一峰值并出现小幅下降后仍能继续增加,甚至出现第二峰值; 配箍率相同时(双向箍筋试件的箍筋间距是单向箍筋试件的2倍),双向交叉螺旋箍筋约束混凝土试件与单向螺旋箍筋约束混凝土试件的延性相差不大,但前者承载力略高; 在不降低柱的延性和强度的前提下,采用双向交叉螺旋箍筋可以增加箍筋间距,避免由于箍筋间距过小而引起混凝土浇筑振捣困难的问题,从而提高承担较大荷载(如桥梁柱)柱的可施工性。

双层混合配筋偏压混凝土柱正截面承载力试验及理论计算

陆春华,葛浩,倪铭志,漆仲浩,张虹宇,张云舒 — 2025年01月20 00:00

为研究普通钢筋与玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋双层混合配筋混凝土柱的偏心受压性能,对3种双层配筋形式的混凝土柱进行了偏心受压静载试验; 对比分析了双层混合配筋混凝土柱与双层单一配筋混凝土柱的偏压破坏过程、侧向变形以及荷载-应变关系等试验结果,推导了双层混合配筋偏压混凝土柱正截面承载力计算公式。结果表明:在相同配筋率下,双层混合配筋柱极限承载力明显高于纯钢筋柱,纯GFRP筋柱极限承载力最小; 双层纯钢筋柱的侧向变形最小,纯GFRP筋柱的侧向变形最大,混合配筋柱介于二者之间; 双层混合配筋柱正截面平均应变分布仍符合平截面假定; 提出的受压承载力计算公式预测值与试验实测值吻合较好,二者比值的均值为0.98,变异系数为0.076; 研究成果可为双层混合配筋柱的实际工程应用提供一定的理论基础。

L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算方法

2025年01月20 00:00

基于叠加原理,在《矩形钢管混凝土组合异形柱技术规程》提供的理论计算公式基础上,研究了L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算方法。在考虑再生混凝土有效约束面积影响的基础上,提出了L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算公式,绘制出轴力-弯矩关系曲线。结果表明:通过引入钢管对内填再生混凝土的约束效应系数,考虑钢管对不同粗骨料取代率再生混凝土的有效约束作用,并根据约束强弱将钢管对内填再生混凝土的约束区域进行划分,可得到再生混凝土的有效约束面积; 通过与试验及数值模拟结果对比,验证了L形方钢管再生混凝土组合异形柱偏压承载力计算公式的有效性,该公式可用于预测L形方钢管再生混凝土组合异形柱的偏压承载力,轴力-弯矩关系曲线可较为准确且安全地预测试件的承载力。

空腹桁架转换结构腹杆刚度对结构内力与抗震性能的影响研究

2025年01月20 00:00

为研究腹杆刚度对结构整体受力性能的影响,建立了考虑不同腹杆刚度的空腹桁架转换框架结构模型,分别进行了竖向荷载和地震增量下的动力分析。结果表明:适当增大腹杆刚度能够减小上、下弦杆的弯矩峰值,增加竖向刚度; 当腹杆与弦杆的刚度比接近0.8时,下弦杆跨中位置处和腹杆位置处的正弯矩大致相同; 随着地震动强度的增大,腹杆刚度对结构抗震性能的影响显著增加; 腹杆刚度增大时,结构在罕遇地震或极罕遇地震时的抗倒塌能力有所降低,抗倒塌储备系数减小; 边腹杆与弦杆的线刚度比值从0.078增大至1.323时,结构在罕遇地震作用下达到生命安全性能水准的概率增大44%,在极罕遇地震作用下达到防止倒塌性能水准的概率增大98%; 对于空腹桁架转换结构,优化设计时应综合考虑腹杆刚度改变对结构内力与抗震性能的影响。

基于卷积神经网络和多标签分类的复杂结构损伤诊断

2025年01月20 00:00

为研究复杂空间框架节点损伤识别问题,利用多标签分类的优势,构建了多标签单输出和多标签多输出两种卷积神经网络模型,用于框架结构节点损伤位置的判断和损伤程度诊断。针对复杂结构损伤位置判断时工况多、识别准确率不高等问题,提出了一种能对结构进行分层(或分区)处理并同时完成损伤诊断的多标签多输出卷积神经网络模型。分别构建了适用于多标签分类的浅层、深层和深层残差多输出卷积神经网络模型,并对其泛化性能进行了研究。结果表明:提出的模型具有较高的损伤诊断准确率和一定的抗噪能力,特别是经过分层(分区)处理后的多标签多输出网络模型更具高效性,有更快的收敛速度和更高的诊断准确率; 利用多标签多输出残差卷积神经网络模型可以从训练工况中提取到足够多的损伤信息,在面对未经过学习的工况时也能较准确判断各节点的损伤等级。

基于二维卷积神经网络的结构加速度数据异常检测研究

2025年01月20 00:00

为提高结构加速度数据异常检测的效率和准确率,提出基于二维卷积神经网络(2D-CNN)的结构加速度数据异常检测方法。通过二维桁架数值模型验证了所提方法的有效性,并研究了2D-CNN卷积层数和加速度噪声水平对数据异常检测效果的影响。结果表明:提出的结构加速度数据异常检测方法能快速准确区分加速度数据异常类型,异常检测的准确率可达97%以上; 对于包含信息复杂、数据规模大的样本,采用4层以上的2D-CNN有助于提高加速度数据异常检测的准确率,采用5层卷积层的2D-CNN对数据异常辨识精度可达98%; 当加速度信噪比大于1时,数据异常检测准确率均在90%以上,当加速度信噪比为10时,准确率在97%以上,所提方法具有良好的容噪性和鲁棒性; 采用2D-CNN的数据异常检测方法可为传感器网络的有效运行提供技术支持。

在建输电铁塔-悬浮抱杆耦合体系动力特性分析

2025年01月20 00:00

为了明确在建输电铁塔-悬浮抱杆耦合体系的动力特性,以江苏省某500 kV双回路直线塔组立施工为工程背景,利用ANSYS软件对独立内悬浮外拉线抱杆、独立输电铁塔以及在建输电铁塔-悬浮抱杆耦合体系结构分别进行有限元三维建模; 采用Block Lanczos法对其动力特性进行模态分析计算,并提取3种模型的前20阶振型及自振频率进行对比分析。结果表明:内悬浮外拉线抱杆独立模型的低频振动以正交摆动、1阶扭转以及1阶弯曲为主,符合悬浮抱杆特殊的约束方式和传力体系; 在输电铁塔-悬浮抱杆耦合体系中,由于悬浮抱杆的稳定性较差,耦合体系第1～5阶的模态均为悬浮抱杆的独立振动; 从第6阶模态开始,出现输电铁塔杆件的局部振型以及整体摆动与局部构件振动的耦合振型; 在建输电铁塔-悬浮抱杆耦合体系中抱杆的前5阶振型与独立抱杆模态分析相同,但振动频率有所降低,考虑耦合效应将在一定程度上降低内悬浮外拉线抱杆的模态频率; 研究结果明确了不同施工阶段铁塔-抱杆耦合体系的动力特性,对实际施工中的加固方案设计具有一定的参考意义。

低水灰比水泥基材料早期塑性收缩研究

2025年01月20 00:00

为研究混凝土早期塑性收缩发展机制,探究不同的减缩抑制剂对混凝土收缩及裂缝发展的控制效果,分析水泥净浆的裂缝发展状态及主应变变化规律,分别选用再生混凝土微粉、碳化再生混凝土微粉、氧化镁基膨胀剂、聚乙烯纤维作为掺入材料,按照相应配合比拌合水泥净浆; 通过二维非接触数字图像方法(2D-DIC)研究了不同净浆的收缩裂缝发展历程,定量评价了不同工况下试件中线位置最大主应变的变化趋势; 最后通过扫描电镜对不同掺料作用下的裂缝开展状态进行评估。结果表明:不同材料对混凝土早期塑性收缩的裂缝发展影响不同; 掺入再生混凝土微粉与碳化再生混凝土微粉均能有效抑制水泥净浆的早期塑性收缩,碳化后的再生混凝土微粉较普通再生混凝土微粉能够进一步提升水泥净浆的收缩控制效果,裂缝出现时间延迟了10 min; 加入聚乙烯纤维可有效提高塑性开裂的发展时间并减少裂缝的开展宽度; 随着浇筑时间的增加,最大主应变逐渐增大,在4.5 h后达到0.033 80; 不同掺加剂对主应变的发展趋势影响各不相同,掺入碳化再生混凝土微粉工况下最大主应变在4.5 h时为0.027 95,能够使塑性最大主应变降低17.30%; 无掺加剂的水泥净浆中裂缝往往呈现主裂缝贯通、其余裂缝分散分布的特征; 掺入碳化再生混凝土微粉的情况下,裂缝之间的连接性增强,表明碳化再生混凝土微粉的掺入有效降低了水泥基材料的早期塑性开裂程度。

疲劳损伤下PPC斜拉桥主梁灌浆加固试验研究

2025年01月20 00:00

为研究部分预应力混凝土(PPC)斜拉桥疲劳损伤主梁采用灌浆加固后的刚度恢复效果和裂缝发展情况,以某座双塔斜拉桥为研究背景,选取跨中6个梁段,制作相似比为7.42的PPC斜拉桥节段缩尺模型,在经历了主梁具有不同初始损伤状态下的4轮疲劳试验后,对主梁开展了0.1、0.2、0.3、0.5 mm最大裂缝宽度的静载试验(对应工况1～4)。然后将主梁卸载至恒载状态,使用亲水性低黏度环氧结构胶对残余裂缝宽度W≥0.05 mm的裂缝进行带压灌浆修复,对灌浆后主梁开展相同裂缝宽度的静载试验,对比分析灌浆前后PPC斜拉桥主梁在各工况下的挠度、索力、刚度和裂缝发展情况,并与完好主梁的初始刚度进行对比。结果表明:环氧结构胶和主梁黏结作用良好,极大地减缓了裂纹扩展的速度; 在整个试验过程中,索力基本呈线性变化,斜拉索一直处于弹性阶段,使结构整体承载力有较大富余; 在PPC主梁经历了0.5 mm级裂缝大损伤情况下,环氧结构胶提高了裂缝处的界面黏结强度,使灌浆后主梁刚度恢复较好,在工况1～4中均不低于灌浆前主梁的刚度,但不能恢复到完好主梁的刚度。

斜拉桥非对称V形钢塔-混凝土基座结合部传力机理分析

肖逸鹏,周朝阳,何畅,陈世杰,刘一江 — 2025年01月20 00:00

为缓解塔柱到基座的刚度陡变,提出了在钢塔底部箱形截面内设置U形加劲肋的局部构造优化方式并建立了有限元模型,计算了混凝土承台、基座、钢锚箱及钢塔临底区域的应力,在此基础上,分析了塔底-承压板连接处应力以及箱内焊缝缺陷的影响,研究了承压板与混凝土基座之间的界面应力,探讨了各部件对结合部内力传递的贡献。结果表明:在钢塔底部箱内设置U形加劲肋可有效降低钢塔底部应力峰值,在典型最不利荷载组合下,钢-混结合部各部分应力均未超限; 在最小轴力和最大弯矩工况下,柱底壁板、肋板与承压板之间焊缝沿线以受压为主,且满足焊缝强度要求; 当柱底箱内焊接存在质量缺陷时,附近壁板和承压板应力增加,但肋板与承压板连接处仍能传递部分压力; 两种工况下承压板与混凝土基座之间均无脱开风险; 塔底竖向压力主要依靠承压板直接传给混凝土,而剪力大多通过锚箱传递。

富水砂层深基坑桩锚支护参数对邻近城市道路的影响

杨晓华,张天阳,王志丰 — 2025年01月20 00:00

为了减小基坑开挖对邻近城市道路的影响,提高支护结构的安全性,避免过大的安全冗余,以实际工程为背景,采用FLAC3D软件建立桩-土-道路荷载共同作用的数值模型,通过与现场监测数据对比验证了模型的准确性,在此基础上分析了围护桩桩径、嵌固深度、锚索锚固段长度及预应力参数变化对围护结构及邻近道路变形特性的影响。结果表明:原支护桩参数相对保守,在满足基坑稳定性要求的前提下,桩径0.8 m、嵌固深度7.5 m仍能满足道路沉降控制值要求; 提升桩径和嵌固深度能有效抑制围护结构及道路变形,当嵌固深度提升至8.5 m后对基坑变形的控制效果提升不明显; 该场地条件下锚索的临界锚固段长度约为12 m,锚固段长度提升对基坑外5～30 m道路范围内的沉降控制效果显著; 在围护桩桩径0.8 m、嵌固深度7. 5 m的条件下,预应力值在150～250 kN范围内每提升50 kN,各锚固段长度下桩体深层水平位移减小率均在同一水平(约10%); 各工况下邻近道路最大沉降点出现位置与桩锚参数有关,随着围护结构变形引起的道路沉降占比逐渐减小和道路荷载引起的道路沉降占比逐渐增大,道路最大沉降发生位置有从道路邻近基坑侧边缘向道路中心移动的趋势; 研究成果可以为类似工程提供参考。

短桩斜锚复合基础抗拔承载特性分析与计算

2025年01月20 00:00

针对喀斯特地区输电线路工程中普遍存在的上覆4～7 m厚土、下卧硬岩的特殊地基条件,提出一种新型短桩斜锚复合基础。为了探究该复合基础的抗拔承载特性,完善其抗拔承载力的计算方法,通过ABAQUS有限元软件建立了基于现场典型试验的抗拔承载模型,确定了复合基础的最优锚杆倾角和抗拔承载机制。在此基础上,研究了短桩直径、嵌岩深度、锚长及锚数等构造参数对基础的抗拔承载力和发挥系数的影响。结果表明:抗拔承载力随锚杆倾角的增加呈先增大后减小的趋势,并在锚杆倾角为15°时达到峰值,较0°时承载力增加了46.5%; 增大基础构造参数可有效提高基础的抗拔承载力,其中锚数对基础抗拔承载力的影响最大,嵌岩深度、锚长和桩径对基础抗拔承载力的影响依次减小,锚数由4根增至8根,承载力平均增长率达28.9%; 在发挥系数方面,嵌岩深度对斜锚承载力发挥系数k₂的影响最为显著,可将其提升至0.85; 结合基础的抗拔承载机制和上拔荷载与锚杆倾角的关系,提出考虑锚杆倾角的抗拔承载力理论计算方法,通过与数值结果进行对比,验证了方法的有效性,可为短桩斜锚复合基础的工程应用提供理论参考。

不同坑底加固方式对管廊基坑变形影响研究

2025年01月20 00:00

基于PLAXIS 3D有限元软件,针对广州南沙某管廊基坑工程,系统分析了抽条加固、格栅状加固、裙边加固与满堂加固的面积置换率、加固宽度d、加固深度h等加固参数对基坑变形(围护结构侧移、地表沉降和坑底隆起)的影响,得到了加固参数的限值。结果表明:不同加固形式和加固参数对基坑变形的控制效果不同; 4种加固方式均存在加固深度限值,抽条加固的加固深度限值为0.8H(H为基坑开挖深度),格栅状加固与满堂加固控制围护结构变形与地表沉降的加固深度限值为0.6H,控制坑底隆起的加固深度限值为0.8H,裙边加固深度大于0.6H时,控制效果显著; 抽条加固、裙边加固不存在加固宽度限值,抽条加固宽度对基坑变形无影响,裙边加固增大加固宽度,对围护结构侧移与地表沉降的控制效果呈线性增加,加固宽度大于0.39B(B为基坑宽度)后对坑底隆起的控制效果显著,但裙边加固会使坑底中央隆起凸出,且加固宽度一般不超过0.3B,因此不建议在软土基坑工程中使用裙边加固; 抽条加固、格栅状加固存在加固面积置换率限值,抽条加固控制基坑各项变形的面积置换率限值为66.67%,格栅状加固纵向面积置换率为64.29%时,中轴线存在加固区,隆起曲线呈“M”形,加固效果较好; 加固面积相同时,加固效果从大到小依次为抽条加固、格栅状加固、裙边加固,加固体积相同时,加固效果从大到小依次为满堂加固、抽条加固、格栅状加固。