基于人工铰的自适应结构减震性能与恢复力研究

钢筋混凝土框架结构节点处应力集中、侧向刚度小,在地震作用下容易导致结构整体失稳倒塌,而且梁端、柱端出现的塑性铰破坏严重,难以修复。提出一种全新的结构形式和一种新型人工铰：此种自适应结构能让建筑结构在地震作用下改变自身刚度、增大自振周期,减弱作用于结构的地震作用;新型人工铰具有良好的恢复力性能,能解决传统塑性铰破坏后难以修复的问题,通过设置人工铰将梁端铰从梁根处转移,能解决节点处应力集中的问题。通过ABAQUS软件改变人工铰的位置,建立3个自适应结构有限元模型与现浇框架模型进行对比研究。结果表明,基于自适应结构的控制系统方法让结构减少了70%的地震作用,人工铰和节点处抗震性能和恢复力性能良好。自适应结构可以广泛应用于各种装配式建筑,极大降低人工成本,彻底实现装配式建筑的智能化施工,对于装配式建筑的发展与推广具有重要的意义。此外,还提出了较方便的承载力计算方法和设置人工铰的设计建议。     

预应力约束下装配式剪力墙结构减震性能研究

为了应对中国在新时期提出的“经济,适用,绿色,美观”的建筑政策,装配式结构逐渐成为近年来关注的焦点.对比传统现浇结构,装配式结构更符合节能、节材、环保等要求.因此,进一步研究装配式结构的抗震性能是非常重要的.考虑现有装配式剪力墙结构节点连接部位存在湿作业、施工难度大,常常出现强构件弱节点,抗震性能有待进一步深入研究等情况.为此我们提出一种新的结构形式———预应力约束下装配式剪力墙结构,该结构通过预应力筋连接结构的墙、板,使结构形成一个整体,减少施工现场湿作业,施工质量得以提高.当地震发生时结构通过改变自身的刚度,使其自震周期增大,达到减小地震应力的目的,同时很多提高延性因素的条件也无需考虑,避免钢材的浪费.通过对现浇剪力墙结构模型和预应力约束下装配式剪力墙结构模型进行时程分析,计算结果表明:与现浇剪力墙结构相比,预应力约束下装配式剪力墙结构可减小90%的地震作用,减震效果显著.     

预制+现浇装配式地铁地下车站结构地震反应的三维有限元分析

目前对装配式结构的抗震性能研究较少,尤其对装配式地下结构的抗震性能研究尤为缺乏。鉴于此,本文以实际新型预制装配+现浇钢筋混凝土箱型框架式地铁地下车站结构为研究对象,通过建立土-地连墙-装配式地下车站结构的二维和三维两种非线性整体有限元模型,分析了该类新型车站结构的整体抗震性能。结果表明:采用带肋梁预制装配板与现浇钢筋混凝土板的叠合楼板和钢管混凝土中柱的施工工艺能够明显增强结构抗震性能;同时发现二维有限元模型的计算结果高估了车站结构中柱顶底端的地震损伤程度,而低估了车站结构纵梁与中柱连接部位的地震损伤程度。在强地震作用下,建议采用土与地下结构非线性动力相互作用的三维有限元分析模型来真实反应车站结构中柱和纵梁的抗震性能。     

部分预制装配式地铁地下车站结构整体抗震性能研究

文中以新型预制装配+现浇钢筋混凝土箱型框架式地铁地下车站结构为研究对象,考虑预制构件与现浇构件的叠合作用与连接设计,建立了土-地连墙-地下结构非线性静动力耦合相互作用有限元模型,通过与传统现浇式车站结构的层间位移角、结构加速度和地震损伤的对比分析,探明了该部分预制装配式地铁地下车站结构的整体抗震性能水平。结果表明:由于预制装配式构件采用高标号混凝土,使得预制装配+现浇钢筋混凝土箱型框架式地铁地下车站结构的整体抗震性能明显优于对应的传统非装配现浇式车站结构;同时,输入具有明显低频振动特性的地震动时车站结构的地震反应最为强烈;预制+现浇叠合构件的横截面上,现浇部分混凝土的地震损伤明显大于同截面预制部分混凝土的地震损伤。     

灌浆套筒连接装配式混凝土双柱墩的双向拟静力试验研究

灌浆套筒连接装配式混凝土双柱墩在桥梁结构中大量应用,但在多向荷载作用下的抗震性能研究缺乏深入认识。本文开展了灌浆套筒连接装配式双柱墩的双向拟静力试验,研究了其破坏模式、滞回特性、刚度退化和延性性能等,并与现浇墩进行了比较。分析了装配式混凝土双柱墩等效计算高度的取值和动轴力的影响,讨论了墩顶位移计算方法。结果表明,在强轴方向,装配式双柱墩的耗能、强度、变形性能和延性等与现浇墩基本接近,而在弱轴方向这些指标明显小于现浇墩。理论计算得到了墩顶极限位移约为实测值的86.8%,具有较好的计算精度,但计算结果偏保守。     

太昊陵显仁殿结构动力性能分析

以淮阳县太昊陵显仁殿为研究对象,采用数值模拟分析方法探讨结构动力特性,并对其进行多水准地震作用下的动力性能分析。结果表明:结构基本自振周期为0.826 3s,结构纵向抗侧刚度弱于横向抗侧刚度,横向抗侧刚度弱于扭转刚度;在多遇地震作用下,结构保持完好,能满足规范"小震不坏"的抗震设防目标;设防地震作用时,结构侧移较大,易发生局部破坏现象;罕遇地震作用时,木构架严重倾斜,部分山墙严重破坏甚至倒塌,导致木构架扭转变形加剧。研究结果可为显仁殿及同类建筑的维修加固提供技术支持。     

高烈度设防烈度下高层框剪隔震体系地震反应计算分析研究

在高烈度区高层框剪结构引入隔震技术,其目的是尽量减小地震荷载,增大结构处在弹性变形的适应范围,使抗震阶段的设计目标更易于实现和确保。将隔震体系简化分析模型引入高层框剪隔震体系,研究隔震支座厚度变化对框剪隔震体系地震反应的影响,并在高烈度设防烈度地震下进行结构动力时程分析。计算结果说明:加高隔震支座厚度,可以在一定程度上减小框剪隔震体系的地震荷载。设防烈度地震下,8度时上部结构自振周期为1~2s的框剪隔震体系完全能满足现行规范位移限值要求,8.5度上部结构自振周期为1~1.4s的框剪隔震体系也能满足现行规范位移限值要求,在9度时一般无法满足设计要求。     

带现浇楼板钢框架-剪力墙结构的拟动力试验研究

为研究楼板平面内刚度对整体结构抗震性能的影响,对一个3层2跨的钢框架-剪力墙结构进行了等效单自由度拟动力试验研究。着重分析了该钢框架-剪力墙结构的破坏机制、耗能性能及变形恢复能力,从而掌握该钢框架-剪力墙结构的抗震性能。结果表明,现浇混凝土楼板刚性可以保证结构的空间整体性和水平力的有效传递,该组合结构体系具有良好的抗震性能。最后通过对刚度比系数R的分析,得到该组合结构体系能保证剪力的有效传递,特别是在强震作用下,能够使不同抗侧力构件协同工作,剪力墙承担80%以上的地震剪力。     

外剪-内框装配式混合结构体系适用高度的研究

提出了外剪-内框装配式混合结构体系的概念,介绍了这种新型结构体系的优点及适用范围。以1梯6户的塔式住宅为例,分别建立18层、25层和33层计算模型,研究该结构体系在不同抗震设防烈度情况下的楼层刚度、楼层受剪承载力比、地震作用下的结构剪重比、楼层位移比、楼层位移角等力学及抗震性能性能指标。经分析,外剪-内框装配式混合结构在塔式住宅应用上受力性能合理,结构控制指标符合规范要求,在抗震烈度6度和7度区33层以下住宅可以广泛应用。     

高层钢结构建筑横向支撑地震动力响应分析

为测试高层钢结构建筑抗震性能,在有限元模型中以某高层钢框架结构办公大厦作为研究对象,测试其横向支撑地震动力响应状况。选取地震峰值加速度为200 cm/s^2的El-Centro波作为地震波输入,采用瞬态动力方法分析不同楼板厚度下建筑地震模拟响应,得到建筑顶层位移时程曲线;在SAP2000结构软件中分析建筑工程添加横向支撑前后的反应谱,记录各楼层垂直与水平方向位移与层间位移角。得到如下结果:高层钢结构建筑在地震响应下产生的位移不随楼板厚度的增加而增大,楼板厚度为100 mm、170 mm时位移波动显著;添加横向支撑后,建筑水平刚度显著提升,同理,添加横向支撑后横向层间位移角的最大值变化较大,且低于1/250,符合相关建筑标准。     

多塔高层结构隔震设计与分析

结合某多塔高层隔震结构,采用弹性时程分析方法,分析了隔震结构在多遇地震和罕遇地震作用下的响应。主要包括自振周期、层间剪力、倾覆力矩和楼层位移等内容。结果表明,与非隔震情形相比,结构的自振周期明显增大,地震作用得到了较大的衰减。结构在地震作用下的隔震效果明显,楼层剪力及倾覆力矩均得到折减,在罕遇地震作用下隔震效果尤为显著。层间位移主要集中在隔震层,上部结构的层间位移几乎为零。     

中国古木结构建筑基于位移的抗震加固方法研究

提出了古木结构建筑采用基于位移的抗震加固方法,通过限制水平地震作用下结构的最大侧移和最大滑移而防止结构倒塌,其中最大侧移限值由结构的最大水平惯性力及其自身抗倾覆条件确定,最大滑移限值为柱基础半径。根据最大侧移限值并考虑古木结构建筑的特殊性,确定了在罕遇地震作用下的目标位移角及相应的目标刚度。最后分析了构架刚度下对古木结构建筑侧移和滑移的影响,认为适当加大刚度对建筑是有利的。研究结果可为古木建筑的抗震加固提供科学依据。     

上海港温室主楼抗震性能分析

上海港温室主楼建筑造型新颖、结构体系独特,使其结构动力特性和地震响应十分复杂.为了给结构抗震设计提供可靠的依据,主要研究了结构的自振特性,并应用有限元数值方法分别对结构在多遇和罕遇地震作用下的动力时程响应进行了分析.同时采用弹塑性静力(推覆)分析方法对结构在罕遇地震作用下的地震响应及推覆过程中塑性铰的分布状态进行了研究.结果表明,结构不存在明显的扭转不规则现象,且满足现行规范提出的各项抗震设防要求和既定的各项抗震性能指标,具有可靠的抗震承载力.     

基于位移的底部框架-抗震墙房屋抗震能力分析

在基于性能/位移抗震设计思想下,通过动力时程分析,研究了底部两层框剪砖房结构在不同地震强度作用下的弹塑性反应和变形特征;针对《规范》中对底部两层框剪砖房结构侧向刚度比的限定条件,研究了不同侧向刚度比条件下结构的抗震能力,得到了相关结论。     

全装配式预制混凝土结构梁柱组合件抗震性能试验研究

采用足尺模型对比试验方法对现浇高强混凝土梁柱组合件、预制混凝土结构高强混凝土后浇整体式梁柱组合件和高强预制混凝土结构全装配式梁柱组合件在低周反复荷载作用下的开裂破坏形态、滞回特性、骨架曲线、强度与刚度退化特性、耗能能力、节点核心区域的剪切变形、梁端与柱端的转动变形等抗震性能指标进行了系统研究。结果表明：高强预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件与现浇高强混凝土结构梁柱组合件具有相同的抗震能力，全装配式预制混凝土梁柱组合件的抗震性能和主要抗震性能指标与现浇高强混凝土梁柱组合件和预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件存在明显的差异。对于实际工程应用，应采取必要措施增加全装配式节点的耗能能力。     

远场长周期地震下基于规范设计隔震结构的抗震性能研究

隔震结构具有较长自振周期,且容易受地震动长周期特性的影响,因此其在长周期地震动作用下的抗震性能值得研究。以某基于规范设计的基础隔震结构为例,通过对该结构在规范规定地震作用和远场长周期地震作用下的地震响应进行分析和对比,研究长周期地震动对结构地震响应的影响;通过对钢筋和混凝土的损伤状态进行定义和标识,探讨长周期地震作用下基础隔震结构的损伤分布规律。研究结果表明,长周期地震动作用下隔震结构发生破坏的概率远大于具有相同峰值地面加速度的普通地震动,其中长周期地震动反应谱的谱峰值"后移"被认为是造成这种情况的主要原因,且长周期地震动作用下隔震结构的损伤分布并不均匀,其主要集中在结构的底层。     

特征参数对性态谱影响规律的研究

性能化抗震是工程抗震研究的重要方向。根据位移性能水准,计算不同周期结构达到性能水准时所需输入的最大地震动加速度值,建立性态谱;基于性态谱,研究自振周期、恢复力模型和第二刚度折减系数等特征参数对性态谱的影响。研究表明:性态谱表征了周期、性能水准和地震需求的三维谱关系,可预测达到不同性能水准时结构的地震需求;结构自振周期和第二刚度折减系数在短周期段对性态谱有显著影响,随结构自振周期的增大,谱值差别减小;双线型恢复力模型是否退化影响达到相同变形目标时的地震需求,退化模型性态谱谱值小于非退化模型。     

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(I):拟静力试验

通过拟静力试验研究了基于位移设计钢筋混凝土桥墩的抗震性能。利用基于位移抗震设计方法和桥梁抗震规范方法设计了各2根和1根1:2.5比例钢筋混凝土桥墩试件,对低周反复荷载作用下试件试验破坏形态、承载力、位移延性、滞回耗能、刚度退化等方面进行了比较分析,可以认为基于位移设计的钢筋混凝土桥墩能够达到预期的延性抗震要求,并且在相对耗能能力(与理想弹塑性模型相比)、刚度退化性能方面与现行规范抗震设计方法设计的桥墩相当。试验表明建议的钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法是实际可行的。     

基于位移设计的钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究(Ⅰ):拟静力试验

通过拟静力试验研究了基于位移设计钢筋混凝土桥墩的抗震性能。利用基于位移抗震设计方法和桥梁抗震规范方法设计了各2根和1根1：2．5比例钢筋混凝土桥墩试件,对低周反复荷载作用下试件试验破坏形态、承载力、位移延性、滞回耗能、刚度退化等方面进行了比较分析,可以认为基于位移设计的钢筋混凝土桥墩能够达到预期的延性抗震要求,并且在相对耗能能力（与理想弹塑性模型相比）、刚度退化性能方面与现行规范抗震设计方法设计的桥墩相当。试验表明建议的钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法是实际可行的。     

海上风电工程基础结构抗震性能研究

为了探讨海上风电工程基础与结构体系的抗震性能,采用ANSYS程序建立了三种基础型式的风电塔架结构数值模型,先采用振型分解反应谱法计算了结构的地震响应,进而分别将传统地震动和最不利地震动作为输入地震动,分析了三种基础结构体系的最大地震响应。结果显示:风电结构属典型的长周期结构,基础型式对结构的振动周期影响明显,单立柱桩式结构振动周期最长,八桩承台结构振动周期最短。地震作用下,单立柱桩结构的顶端位移响应也最大;振型反应谱法与传统地震动作用下结构的响应满足现行建筑抗震规范的要求,但最不利地震作用下结构的位移响应偏大,不满足规范对位移的相关规定;组合三桩结构底部基础与结构连接处是应力集中区。海上风电工程结构抗震设计的重要性应引起充分重视。