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湖南大学学报（自然科学版） 2020年第1期47卷 76-82页

作者：吴琴张华刚李富江张鑫魏艳辉马克俭贵州大学空间结构研究中心贵州贵阳550003 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 贵州建工监理咨询有限公司贵州贵阳550081

为了解网格式框架抵抗水平荷载作用的能力,基于D值法,假定轴力在结构横截面上呈线性分布,且考虑弯曲变形和剪切变形的影响,得到了在倒三角形分布荷载、均布荷载和顶点集中荷载等作用下结构的等效抗侧刚度公式,并用有限元法及试验做了对... 详细信息

为了解网格式框架抵抗水平荷载作用的能力,基于D值法,假定轴力在结构横截面上呈线性分布,且考虑弯曲变形和剪切变形的影响,得到了在倒三角形分布荷载、均布荷载和顶点集中荷载等作用下结构的等效抗侧刚度公式,并用有限元法及试验做了对比.结果表明:结构侧移以剪切变形为主,但弯曲侧移的影响随结构高度的增加而增加,因此应考虑弯曲侧移对总侧移的影响;中柱的轴向变形对结构抗侧刚度及侧移的影响较小;与有限元法及试验结果的折算抗侧刚度相比,本文的等效抗侧刚度公式具有理想的计算精度,可用于预估结构的抗侧能力.

关键词：网格式框架等效抗侧刚度 D值法有限元分析试验研究

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网格式框架的整体稳定分析

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空间结构 2015年第2期21卷 55-59页

作者：张华刚吴琴宋玲玲贾晓飞马克俭赵敏贵州大学空间结构研究中心贵州贵阳550003 贵州大学勘察设计研究院贵州贵阳550003

现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙是由混凝土网格式框架和充填在框架网格间的现浇磷石膏共同组成的新型墙体结构.考虑现浇磷石膏的脆性影响,网格式框架是组合墙的主要承重骨架,由于其面外刚度较弱,因此整体稳定问题是工程应用时不容... 详细信息

现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙是由混凝土网格式框架和充填在框架网格间的现浇磷石膏共同组成的新型墙体结构.考虑现浇磷石膏的脆性影响,网格式框架是组合墙的主要承重骨架,由于其面外刚度较弱,因此整体稳定问题是工程应用时不容忽视的.本文将网格式框架看作交叉梁系板架,考虑双向压力作用,采用能量法分析其在两邻边夹支另两邻边固支和两对边简支另两对边一夹一固边界条件下的整体稳定,得到了网格式框架弹性失稳临界荷载的计算表达式,与有限元算例的对比分析表明,本文临界荷载的计算精度较为理想.

关键词：网格式框架整体稳定能量法临界荷载

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网格式框架的静力性能和弹塑性分析

网格式框架的静力性能和弹塑性分析

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作者：秦冬冬贵州大学

学位级别：硕士

网格式框架是在传统框架基础上通过网格状横梁和立柱对结构进行改进而提出，有效降低了框架的内力峰值、提高了框架的刚度，有利于磷石膏等工业固体废渣的利用，已进行的工程实践表明，网格式框架具有较为理想的技术经济指标。　　本文... 详细信息

网格式框架是在传统框架基础上通过网格状横梁和立柱对结构进行改进而提出，有效降低了框架的内力峰值、提高了框架的刚度，有利于磷石膏等工业固体废渣的利用，已进行的工程实践表明，网格式框架具有较为理想的技术经济指标。　　本文结合地区资源优势交代了课题的研究背景，对当前墙体结构的研究及发展现状进行了系统总结，回顾了结构的抗震设计原则、基于性能化抗震设计的研究和应用现状、结构抗震分析的计算方法。　　本文以网格式框架为研究对象，运用结构力学分析方法推导了其抗剪刚度，并与普通框架的抗剪刚度进行了对比，表明网格式框架的抗剪刚度要高于普通框架;本文基于抗侧刚度等效提出了网格式框架的简化计算方法。基于静力有限元基本原理对网格式框架进行了考虑横梁和立柱刚度影响的算例分析，表明网格式框架具有良好的受力性能。网格式框架可与空腹夹层板等密肋空心楼盖形成盒式结构，本文分析了楼盖对网格式框架力学性能的影响。　　考虑可能出现的影响网格式框架稳定的因素，本文进行了结构弹性稳定分析、考虑初始缺陷的几何非线性分析、并同时考虑几何和材料非线性进行了双重非线性分析。表明结构弹性稳定主要受立柱控制，但层间横梁可对立柱形成平面内的有效支撑，初始缺陷对结构稳定性的影响不明显，材料非线性对结构极限荷载的影响较大。　　本文系统总结了静力弹塑性分析中体系的转换、侧向加载模式、静力弹塑性分析方法及其实现步骤;回顾了动力弹塑性时程分析的数值计算方法，恢复力模型及地震波选取等基本理论。应用弹塑性分析原理，按照结构构件的重要程度不同，对网格式框架各构件进行了性能目标划分，通过计算来设定塑性铰，基于SAP2000对结构进行了Pushover分析，参照有关规范选取了两条天然波和一条人工波对结构进行了动力弹塑性时程分析。对静力弹塑性两种加载模式计算结果与时程计算结果进行对比，主要是通过对比基底剪力和层间位移等，找出其中与时程分析平均值较为接近的加载方式，并列出静力弹塑性计算性能点的数据。

关键词：网格式框架静力性能弹塑性分析抗震设计盒式结构

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高层磷石膏墙体网格式框架结构在水平荷载作用下的简化计算

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工业建筑 2012年第5期42卷 98-101,105页

作者：卢亚琴马克俭张华刚袁波李莉姜岚湖南大学土木工程学院长沙410082 湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室长沙410082 贵州大学空间结构研究中心贵阳550003 贵州大学土木建筑工程学院贵阳550003

磷石膏墙体网格式框架作为一种新的结构形式,可利用现行建筑结构设计软件进行工程设计,根据结构在水平荷载作用下顶点侧移相等的原则,建立高层磷石膏墙体网格式框架结构等效为剪力墙结构的墙厚度折算公式,理论计算值和磷石膏墙体网格式... 详细信息

磷石膏墙体网格式框架作为一种新的结构形式,可利用现行建筑结构设计软件进行工程设计,根据结构在水平荷载作用下顶点侧移相等的原则,建立高层磷石膏墙体网格式框架结构等效为剪力墙结构的墙厚度折算公式,理论计算值和磷石膏墙体网格式框架结构有限元分析结果误差仅0.4%,与等效剪力墙误差8.59%。与等效剪力墙有限元分析结果产生误差是由于未考虑洞口对截面面积和刚度削弱的影响。总的来说,理论计算值和有限元分析结果较吻合,等效剪力墙墙厚度折算公式符合实际,可为实际工程设计提供参考。

关键词：网格式框架剪力墙有限元水平荷载

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现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙在竖向荷载作用下协同工作性能分析

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空间结构 2021年第1期27卷 44-51页

作者：吴琴张华刚杨想红王林均马克俭贵州民族大学建筑工程学院贵州贵阳550025 贵州大学空间结构研究中心贵州贵阳550003

现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙是由混凝土网格式框架和现浇磷石膏共同组成.为了解现浇磷石膏对组合墙竖向承载力的影响,推导了在竖向荷载作用下组合墙中混凝土网格式框架的荷载分配系数,分析并确定了混凝土网格式框架与现浇磷石膏... 详细信息

现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙是由混凝土网格式框架和现浇磷石膏共同组成.为了解现浇磷石膏对组合墙竖向承载力的影响,推导了在竖向荷载作用下组合墙中混凝土网格式框架的荷载分配系数,分析并确定了混凝土网格式框架与现浇磷石膏的协同工作的影响因素.通过有限元分析研究楼层梁截面高度、柱截面宽度、梁跨度等因素对荷载分配系数及两者协同工作的影响,检验理论公式的正确性.结果表明:混凝土网格式框架荷载分配系数的理论计算结果与有限元分析结果误差小于7%,计算精度较好;现浇磷石膏的弹性模量对荷载分配系数的影响最大,柱截面宽度的影响次之,梁柱的混凝土等级对其影响较小;将有限元分析结果、试验结果与理论计算结果进行对比,混凝土网格式框架的荷载分配系数公式具有理想的计算精度,可为结构的工程应用提供参考.

关键词：现浇磷石膏网格式框架荷载分配系数有限元分析试验研究

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钢筋混凝土网格式框架侧移刚度研究

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建筑结构 2015年第10期45卷 61-64页

作者：王其明李晨陈志华马克俭段学科天津大学土木工程学院天津300072 北京市建筑工程设计有限公司北京100055 贵州大学空间结构研究中心贵阳550003

钢筋混凝土网格式框架的侧移刚度是衡量其力学性能的一个重要指标,对一组高度分别为60,88.8,121.2,150m的普通框架、网格式框架、密柱深梁框架的侧移刚度曲线进行对比。结果表明,在120m以下结构高度时,网格式框架在侧移刚度上具有较大... 详细信息

钢筋混凝土网格式框架的侧移刚度是衡量其力学性能的一个重要指标,对一组高度分别为60,88.8,121.2,150m的普通框架、网格式框架、密柱深梁框架的侧移刚度曲线进行对比。结果表明,在120m以下结构高度时,网格式框架在侧移刚度上具有较大的优势,侧移刚度值约为普通框架的1.5~2倍;在正常布置的情况下,网格式框架适用于高度在150m以下的结构;当结构高度超过150m时,相对密柱深梁框架和普通框架,若不改变柱梁的线刚度比,网格式框架侧移刚度较大的优势已经不存在了。利用理论推导公式对上述三种框架结构的侧移刚度进行了计算,得出的结论与前述计算结果吻合;柱梁的线刚度比是影响网格式框架侧移刚度的主要因素,当网格式框架的柱梁的线刚度比小于7时,在材料用量基本相同的情况下,网格式框架具有比普通框架和密柱深梁框架更大的侧移刚度。

关键词：钢筋混凝土网格式框架侧移刚度

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改性磷石膏—混凝土网格式框架组合墙受压力学性能研究

改性磷石膏—混凝土网格式框架组合墙受压力学性能研究

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作者：曾洲贵州大学

学位级别：硕士

磷石膏是工业生产磷肥而产生的固体废渣,贵州省是磷矿大省,拥有瓮福、开阳两大磷矿公司,每年排放大量磷石膏废渣。目前磷石膏的主要处理方式为堆放,不仅会占用大量的土地,而且长时间的堆放会污染土壤和地下水,因此对磷石膏的资源化利用... 详细信息

磷石膏是工业生产磷肥而产生的固体废渣,贵州省是磷矿大省,拥有瓮福、开阳两大磷矿公司,每年排放大量磷石膏废渣。目前磷石膏的主要处理方式为堆放,不仅会占用大量的土地,而且长时间的堆放会污染土壤和地下水,因此对磷石膏的资源化利用具有重要意义。本研究通过对工业废弃磷石膏进行改性,将磷石膏作为建筑材料而应用于磷石膏-混凝土网格式组合墙体,为处理磷石膏的资源化利用提供一条有效途径。本文首先论述了磷石膏、混凝土网格式框架组合墙的研究现状,介绍了本文研究的主要内容及研究意义。本课题首先进行聚乙烯纤维增强磷石膏受压力学性试验。采用纤维增强原理,在磷石膏基体中掺入长度为3mm的聚乙烯纤维,设计了7组不同聚乙烯纤维掺量的磷石膏配合比,制作了42个100mm×100mm×100mm立方体试件,并对试件进行压缩试验。试验结果表明:聚乙烯纤维增强磷石膏复合材料的破坏形态主要为劈裂破坏、X形破坏和局部破坏三种;聚乙烯纤维的掺入,可有效控制裂缝的扩展,提高材料的强度和延性,防止脆性破坏。复合材料的抗压强度随着纤维掺量的增加,先增大,后减小;当纤维掺量在1.5%左右时,达到最大强度(约5.10MPa),相比于未掺纤维磷石膏强度(约3.51MPa),抗压强度提高了45.3%。通过分析应力-应变曲线,并结合应变测试结果,得到纤维掺量为0%和1.5%时试件的弹性模量分别为1739.01MPa和2700.07MPa,可为数值模拟和实际工程设计提供参考。通过ABAQUS软件对纤维增强磷石膏-混凝土网格式框架组合墙进行有限元线性模拟。由数值模拟应力云图可知,墙体主要承力部件为中柱和边柱,填充墙内的填充材料对上部荷载具有传递分担作用。填充材料的存在,阻碍了墙体变形,减缓了楼层梁受压时的竖向位移。通过数值模拟,得到墙体在均布荷载作用下,无填充、磷石膏填充及纤维增强磷石膏填充三类墙体的极限承载力,分别为600kN、1080kN和1247kN,相比于无填充网格墙,承载力分别提高了63.64%和88.94%,填充材料对墙体力学性能改善显著。对墙体进行1/3缩尺,设计和制作了3组6榀墙体,采用均布加载方式对墙体承载力进行试验研究。在竖向均布荷载作用下,网格墙体中混凝土梁主要承受弯矩引起的拉力,对墙体起拉杆作用;边柱和中柱承担大部分竖向荷载,填充材料承担部分竖向荷载。试验结果显示,墙体均为中柱先破坏,而后墙体整体丧失承载力。未掺纤维的磷石膏填充墙体破坏时,填充处磷石膏出现宽而深的贯穿裂缝,在中柱破坏后,磷石膏从网格中脱落;纤维增强磷石膏填充墙体中柱破坏后,仅产生大量微裂缝和变形,但不发生磷石膏脱落现象。试验研究表明,纤维磷石膏填充墙体相比于磷石膏墙体,极大地改善了墙体的变形性能,提高了墙体延性。试验数据分析结果表明,墙体同一截面位置,中柱应力远大于边柱及填充材料,有填充的墙体相比于无填充框架墙体,极限承载力提高41%左右,楼层梁最大竖向位移减少45%左右。该数据再次证实了填充材料在提高墙体承载力和改善墙体延性的作用。三种墙体的试验结果与有限元分析结果进行对比表明,墙体破坏情况与有限元应力云图吻合,墙体的承载力比较接近,平均误差小于15%。表明有限元结果具有较高精度,满足建筑工程精度要求,验证了有限元模型的合理性。

关键词：磷石膏聚乙烯纤维网格式框架组合墙承载力有限元分析

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陶粒泡沫混凝土网格式框架组合墙体力学性能研究

陶粒泡沫混凝土网格式框架组合墙体力学性能研究

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作者：易秋贵州大学

学位级别：硕士

陶粒由工业废渣等原材料加工而成,是一种利废、环保、节能的新型建筑材料,符合国家关于绿色节能建材的发展要求,是研究高性能混凝土的热点之一。目前,国家在大力提倡装配式建筑的发展,研究轻质高强的建材用以装配式墙体,符合国家和产业... 详细信息

陶粒由工业废渣等原材料加工而成,是一种利废、环保、节能的新型建筑材料,符合国家关于绿色节能建材的发展要求,是研究高性能混凝土的热点之一。目前,国家在大力提倡装配式建筑的发展,研究轻质高强的建材用以装配式墙体,符合国家和产业的发展需求。本文首先对我国墙体材料、墙体类型和节能与结构一体化墙体的研究现状进行阐述。在前期试验研究的基础上,通过适当调整配合比以及在陶粒外裹水泥浆,对84块陶粒泡沫混凝土立方体试件进行压缩试验,采用数字图像相关技术对试件表面进行测量。研究了陶粒泡沫混凝土的立方体抗压强度、泊松比、弹性模量等基本力学参数以及陶粒泡沫混凝土的抗压强度与密度之间的关系,减水剂掺量、砂子含泥量和陶粒外裹水泥浆对试件抗压强度的影响。研究结果表明:陶粒泡沫混凝土的典型破坏形态为劈裂破坏;陶粒泡沫混凝土的抗压强度和密度之间呈指数函数关系;减水剂掺量和砂子含泥量与陶粒泡沫混凝土的抗压强度之间无显著关系;陶粒外裹水泥浆可以解决陶粒在施工和运输过程中的上浮问题,并提高陶粒泡沫混凝土的抗压强度;陶粒泡沫混凝土的泊松比可取0.22。利用大型通用有限元软件ABAQUS对陶粒泡沫混凝土网格式框架、普通混凝土网格式框架、陶粒泡沫混凝土网格式框架组合墙体进行非线性分析。模拟了墙体的破坏过程,给出了相应的荷载-位移曲线以及对应的开裂荷载和破坏荷载;分析了在达到破坏荷载时,试件中各部件的应力情况,为后续试验分析奠定了一定的理论基础。通过对比有限元模型分析结果可知:陶粒泡沫混凝土网格式框架的破坏荷载大约为普通混凝土框架的59%,开裂荷载为普通混凝土框架墙的51%;陶粒泡沫混凝土网格式框架组合墙体的开裂荷载为普通混凝土框架的2.75倍,破坏荷载为普通混凝土框架的2.39倍;组合墙中填充的陶粒泡沫混凝土为框架柱、框架梁提供支撑,限制框架柱、框架梁的变形,与框架形成一个整体,共同工作,会提高组合墙的竖向刚度,从而大幅提高组合墙的承载力。根据有限元分析结果,按1/3缩尺比例制作了3组共6榀试件进行轴心受压试验。通过分析试验结果,得到了陶粒泡沫混凝土网格式框架、普通混凝土网格式框架、陶粒泡沫混凝土网格式框架组合墙体的荷载-位移曲线。试验结果表明:相同配筋情况下,陶粒泡沫混凝土网格式框架墙的破坏荷载大约混凝土框架墙的65.56%,而开裂荷载仅为混凝土框架墙的24.58%;组合墙的开裂荷载为框架墙的2.66倍,破坏荷载为框架墙的3.02倍。将试验结果与有限元分析结果对比可知:陶粒泡沫混凝土网格式框架试验荷载与有限元模拟结果比较接近,而普通混凝土框架和组合墙体的试验荷载与有限元模拟结果相差较大;此外,三种墙体的试验位移较数值模拟结果均偏小。

关键词：陶粒泡沫混凝土网格式框架组合墙有限元分析轴心受压试验研究

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现浇磷石膏—混凝土网格式框架组合墙平面外偏心受压力学性能研究

现浇磷石膏—混凝土网格式框架组合墙平面外偏心受压力学性能研究

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作者：董晓龙贵州大学

学位级别：硕士

贵州省旅游资源丰富,风景优美的青山绿水为贵州的GDP做出了极大贡献,然而贵州作为一个磷矿资源大省,每年湿法生产磷酸后排放了大量磷石膏,对我们赖以生存的青山绿水造成了极大地污染。工业废料磷石膏现浇于网格式框架构成网格式框架组合... 详细信息

贵州省旅游资源丰富,风景优美的青山绿水为贵州的GDP做出了极大贡献,然而贵州作为一个磷矿资源大省,每年湿法生产磷酸后排放了大量磷石膏,对我们赖以生存的青山绿水造成了极大地污染。工业废料磷石膏现浇于网格式框架构成网格式框架组合墙,将磷石膏转化为新型建筑材料,减少了混凝土的用量,促进磷石膏的资源化利用,有利于环境保护和贵州省经济发展。本文首先叙述了磷石膏、节能墙体和网格式框架组合墙体的研究现状以及研究目的和意义。以现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙为研究对象,运用有限元线弹性理论分析了研究对象在平面外偏心荷载作用下的力学性能。数据分析表明,现浇磷石膏对网格式框架组合墙有明显的强度贡献作用。根据有限元分析结果制定了试验方案,按1/3缩尺比例制作了4组试件进行偏心距为40mm的竖向加载试验,每组试件均含2榀组合墙和1榀网格式框架。试验结果表明:试件的楼层梁先于层间梁开裂,中柱先于边柱被压溃,试件破坏时,组合墙上可见明显的现浇磷石膏崩塌现象;组合墙开洞对结构承载力有明显影响,未开洞组合墙的承载力约为网格式框架承载力的1.5倍,而开洞组合墙的承载力与网格式框架的承载力相当;现浇磷石膏可以有效分担结构的竖向偏心荷载,在同级偏心竖向荷载作用下,组合墙中混凝土构件的压应力明显低于纯网格式框架构件的压应力;弹性有限元分析的应力结果与试件开裂前的应力测试结果误差较小,明显表明了现浇磷石膏的强度贡献作用。本文对竖向偏心荷载作用下现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙混凝土柱的内力分配系数进行研究。为了考察竖向偏心力大小变化对不同考察截面混凝土柱内力分配系数的影响,取平面外偏心距为40mm,四种不同竖向偏心力施加于现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙和对比框架;为了考察开洞、开门情形对网格式框架组合墙不同考察截面受拉、受压面混凝土柱内力分配系数的影响,通过开洞、开门算例与相同构件尺寸和截面的算例进行对比。分析表明,荷载大小的变化对不同截面混凝土柱内力分配系数几乎没有影响,而开洞、开门情形对混凝土柱在不同考察截面的柱内力分配系数影响很大,特别是对开洞洞口两侧中柱以及开门侧中柱和边柱的内力分配系数影响尤为明显。

关键词：现浇磷石膏网格式框架组合墙有限元分析平面外偏心受压试验研究内力分配系数

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网格式框架的静力弹塑性分析

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贵州大学学报（自然科学版） 2015年第1期32卷 98-102页

作者：秦冬冬张华刚贾晓飞宋玲玲贵州大学空间结构研究中心贵州贵阳550003

静力弹塑性Pushover分析是目前广泛使用的一种基于性能的抗震分析方法。本文论述静力弹塑性Pushover分析方法的基本原理,对10层网格式框架在8度罕遇地震下的抗震性能进行评估,结果表明,塑性铰首先出现在层间梁上,然后向楼面梁和柱上发展... 详细信息

静力弹塑性Pushover分析是目前广泛使用的一种基于性能的抗震分析方法。本文论述静力弹塑性Pushover分析方法的基本原理,对10层网格式框架在8度罕遇地震下的抗震性能进行评估,结果表明,塑性铰首先出现在层间梁上,然后向楼面梁和柱上发展,能够较好满足大震不倒的抗震设防要求。

关键词：网格式框架 Pushover分析塑性铰性能点

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