圆钢管混凝土组合框架拟动力性能有限元分析

提出了一种精细化有限元建模方法,采用ABAQUS有限元软件建立2层圆钢管混凝土柱-组合梁空间框架的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析。模型考虑了混凝土与钢材的合理滞回本构关系、钢管对核心混凝土的套箍约束作用、梁与柱的半刚性连接节点以及结构阻尼。位移、加速度、基底剪力、累积耗能的有限元结果与已有拟动力试验结果吻合良好,证明了模型具有较高的精度。进一步分析了结构损伤、钢管混凝土柱轴压比、钢管横向变形系数以及钢管、核心混凝土、钢梁、楼板和钢筋的应力。结果表明:3种幅值El Centro波作用下,组合框架基本处于弹性阶段,具有良好的抗震性能;柱的轴压比很小,且受压损伤小于楼板,该框架结构为典型的"强柱弱梁"体系;采用的建模方法具有求解效率高、数值稳定性好的特点,能有效反映结构的损伤过程,因此可方便地用于实际工程的抗震性能评估。     

型钢混凝土异形柱框架非线性地震反应分析

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱框架在输入地震动作用下的非线性反应,采用Opensees平台建立有限元模型进行数值模拟。经试验结果和Sap2000计算结果的验证,Opensees的计算结果较为合理。根据计算结果,给出SRC异形柱框架在El Centro波、Taft波和兰州波作用下的位移、加速度、基底剪力等时程曲线,并对其进行了分析。结果表明,SRC异形柱框架在地震作用下的变形整体上呈剪切型,位移曲线沿高度呈倒三角分布;随着输入地震动加速度峰值的增大,SRC异形柱框架的加速度反应动力放大系数逐渐减小,基底剪力的增长速度为先快后慢。     

多层钢管混凝土柱-铰接钢梁-混凝土核心筒结构振动台试验研究

验证研究新型多层钢管混凝土柱-铰接钢梁-混凝土核心筒结构的震损和反应特点。制作9层1/40的缩尺模型进行振动台测试,调查结构的震损特点、动力特性和地震反应。结果表明:震损出现在楼板与钢管混凝土柱、核心筒以及钢梁连接处的楼板上,震损破坏为变形引起的连接构造破坏和结构性破坏;自振周期随震损增加而增大,动力放大效应减小,侧向变形和层间位移显著增大;结构平均最大层间位移角超过规范框架-核心筒结构不倒塌限值的4.08倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;相对于超高层结构,多层结构的剪重比显著增大,未出现因倾覆力矩过大而导致核心筒破坏的情况,较大层间位移角与损伤破坏的相关性提高。     

装配式屈曲约束支撑在北京某高层建筑中的应用研究

本研究以实际建筑工程为例,应用有限元软件SAP2000对装配式屈曲约束支撑结构与普通支撑结构进行了弹塑性时程分析,对比了两种建筑结构在8度罕遇地震作用下的层间位移角和基底剪力的差异。结果表明:两种建筑结构的最大层间位移角均小于规范弹塑性层间位移角限值1/50;随着楼层增加,装配式屈曲约束支撑结构的层间位移角小于普通支撑结构的趋势明显,X、Y向最大减小率分别为19.3%与16.5%,抗震性能优于普通钢支撑结构;普通钢支撑结构的最大基底剪力大于装配式屈曲约束支撑结构的最大基底剪力。此成果可为实际工程应用提供理论指导。     

同级位移多次循环作用下型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究远场长周期地震动作用下SRC柱的抗震性能,对5个不同含钢率和配箍率的SRC柱进行同级位移循环加载10次的拟静力试验,分析其抗震性能指标。结果表明:同级位移循环次数对SRC柱抗震性能的影响与循环位移幅值有关。位移角不大于1/50时,同级位移循环次数对SRC柱的裂缝发展、承载力退化和耗能能力的影响均很小;位移角1/40时,随着位移循环次数的增加,SRC柱的裂缝不断发展,角部混凝土逐渐掉落,承载力退化幅度开始加大,耗能能力逐渐增强,损伤程度增长较快;位移角1/33时,同级位移多次循环导致SRC柱的损伤急剧发展,承载力快速降低,耗能能力明显增强,破坏程度显著加重。提高含钢率和配箍率均可以改善SRC柱的抗震性能。     

型钢混凝土框架结构基于增量动力分析的抗震性能评估

增量动力分析(IDA)是进行结构抗震性能评估的一种有效方法。根据IDA方法的原理和特点,提出用其评估型钢混凝土(SRC)结构在不同强度地震作用下变形和延性能力的具体步骤,并将结构不同性能水平极限状态和IDA曲线的斜率联系起来,结合现有试验确定各性能水准对应的曲线斜率下降幅值。在所提混凝土和钢材本构模型的基础上,采用IDA方法对一规则SRC框架结构进行分析,研究结构在各性能水平的层间位移角和延性分布情况,单条和多条地震记录的IDA曲线表明,SRC框架在多条地震记录下均具有良好的抗震性能。     

屈曲约束支撑钢框架结构影响因素的静力弹塑性分析

为检验抗侧刚度比和支撑布置方式等因素对具有不同总层数的屈曲约束支撑钢框架的抗震性能影响,借助SAP2000软件,探讨6层、12层、18层屈曲约束支撑钢框架结构在抗侧刚度比分别为1、2、3、4、5共五种工况及倒V型和单斜向两种支撑布置方式下的抗震性能。结果表明,屈曲约束支撑钢框架结构基底剪力-顶点位移曲线呈典型的双线性特征;随抗侧刚度比的增大,结构的层间位移角总体上呈降低趋势,基底剪力及支撑轴力增大,顶点水平位移变小,框架所分担的剪力降低;倒V型布置支撑较单斜向布置具有略大的基底剪力、谱加速度,较小的顶点位移、层位移、层间剪力和框架剪力分担率。分析表明,总体上来看,倒V型布置较单斜向布置时支撑框架结构具有略优的抗震性能;抗侧刚度比较支撑布置方式对支撑框架结构抗震性能的影响更为显著。     

型钢混凝土组合结构在不同抗震区抗震性能初步研究及其结构位移特征的初步探讨

对型钢混凝土梁柱框架结构、型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁框架结构、纯钢筋混凝土框架结构进行分析,讨论三者在在不同的地震作用下的层间位移角、有害层间位移角、变形特征曲线上的区别。研究表明:型钢混凝土框架结构呈现剪切型的变形特征,薄弱层出现在首层及二层,大震最大层间位移角可取小震时对应数值的6.5倍进行估算,型钢混凝土框架结构更适用于8度半以上抗震设防烈度地区。     

高强钢筋高延性纤维增强混凝土框架结构的屈服机制和抗震性能

为了对混凝土框架结构的地震破坏机制和抗震性能进行控制,在框架柱中配置高强钢筋,并将纤维增强混凝土(FRC)用于框架结构的预期损伤部位。结构柱中的高强钢筋用来减小结构的残余变形,FRC材料用来增加结构的耗能能力和损伤容限。设计了三个框架,采用动力弹塑性时程分析方法进行分析。研究结果表明,采用高强钢筋提高了结构的整体承载能力,在层间侧移角达到3%之前避免了柱铰的出现(包括底层柱底),并且减小了结构的残余变形;预期损伤部位采用FRC材料能够提高结构的塑性耗能。     

外套预制砌体加固结构的应用及弹塑性分析

目前城市中存在着大量的老旧砌体房屋，由于建造年代久远，房屋大多缺乏抗震设计，存在着严重的安全隐患。应用外套预制装配技术对上海市某6层砌体结构进行加固改造，并应用结构分析软件SAP2000进行砌体结构弹塑性分析。通过加固前后结构地震响应分析，结果表明：相比于原结构，加固后砌体部分承担基底剪力小震和大震分别减小51.21%和13.70%,原砌体结构承担剪力得到有效削弱。原结构小震层间位移角大于1/2 000,可能发生轻微破坏，大震层间位移角大于1/250,存在倒塌风险。加固后砌体结构抗震性能得到明显改善，小震层间位移角小于1/3 500,大震层间位移角小于1/600,小震下可保证结构基本完好，大震下不致结构发生严重破坏，有效地提高了原结构抗震能力。加固后砌体结构峰值位移平均降幅在40%～90%之间，在小震作用下，加速度减小，而大震作用下则反向增大。     

横向钢梁空间约束作用对钢框架-混凝土核心筒结构弹塑性地震反应的影响

本文基于文献[5]建立的钢框架-混凝土核心筒混合结构弹塑性地震反应的拟三维分析模型,进一步考虑钢框架和核心筒之间横向梁的空间扭转作用,讨论了横向梁空间约束作用对钢框架-混凝土核心筒混合结构弹塑性地震反应的影响。算例分析表明:进一步考虑横向梁的空间扭转作用后所得的楼层位移和层间位移角比只考虑竖向作用所得的值偏大,可见,采用考虑横向梁空间竖向和扭转约束作用的拟三维分析方法更合理。     

梁铰型屈服RC框架结构地震弹塑性位移增大系数研究

本文通过弹性和弹塑性时程分析,研究了水平地震作用下梁铰型屈服RC框架模型结构的楼层屈服剪力系数、基本自振周期、楼层数3个因素对弹塑性位移增大系数的影响,通过非线性回归分析给出了弹塑性层间位移增大系数经验公式;通过分析滞回耗能沿楼层高度的分布,初步确定了梁铰型屈服RC框架结构的薄弱楼层位置;基于结构损伤分析,讨论了抗震规范中RC框架结构弹塑性层间位移角限值的水准。     

Shake-table testing of a self-centering precast reinforced concrete frame with shear walls

The seismic performance of a self-centering precast reinforced concrete (RC) frame with shear walls was investigated in this paper. The lateral force resistance was provided by self-centering precast RC shear walls (SPCW), which utilize a combination of unbonded prestressed post-tensioned (PT) tendons and mild steel reinforcing bars for flexural resistance across base joints. The structures concentrated deformations at the bottom joints and the unbonded PT tendons provided the self-centering restoring force. A 1/3-scale model of a five-story self-centering RC frame with shear walls was designed and tested on a shake-table under a series of bi-directional earthquake excitations with increasing intensity. The acceleration response, roof displacement, inter-story drifts, residual drifts, shear force ratios, hysteresis curves, and local behaviour of the test specimen were analysed and evaluated. The results demonstrated that seismic performance of the test specimen was satisfactory in the plane of the shear wall; however, the structure sustained inter-story drift levels up to 2.45%. Negligible residual drifts were recorded after all applied earthquake excitations. Based on the shake-table test results, it is feasible to apply and popularize a self-centering precast RC frame with shear walls as a structural system in seismic regions.     

Study of the seismic response of a recycled aggregate concrete frame structure

Based on six-degree-of-freedom three-dimensional shaking table tests, the seismic response of a recycled aggregate concrete （RAC） frame was obtained. The analysis results indicate that the maximum story shear force and overturning moment reduce proportionally along the height of the model under the same earthquake wave. The story shear force, base shear coefficient and overturning moment of the structure increase progressively as the acceleration amplitude increases. The base shear coefficient is primarily controlled by the peak ground acceleration （PGA）. The relationships between the PGA and the shear coefficient as well as between the PGA and the dynamic amplification factor are obtained by mathematical fitting. The dynamic amplification factor decreases rapidly at the elastic-plastic stage, but decreases slowly with the development of the elastic-plasticity stage. The results show that the RAC frame structure has reasonable deformability when compared with natural aggregate concrete frame structures. The maximum inter-story drift ratios of the RAC frame model under frequent and rare intensity 8 test phases are 1/266 and 1/29, respectively, which are larger than the allowable value of 1/500 and 1/50 according to Chinese seismic design requirements. Nevertheless, the RAC frame structure does not collapse under base excitations with PGAs from 0.066 g up to 1.170 g.     

带黏滞阻尼器SRC框支剪力墙结构消能减震分析

针对某型钢混凝土框支剪力墙高层建筑结构高宽比过大、竖向刚度不规则等问题,采用耗能减震技术,在转换层与避难层处设置黏滞阻尼器,采用ETABS进行非线性动力时程分析,研究黏滞阻尼器对型钢混凝土框支剪力墙结构的地震和风荷载控制作用,提高型钢混凝土转换构件的抗震性能。研究结果表明,在不同地震动作用下黏滞阻尼器均能有效地降低型钢混凝土框支剪力墙结构的地震响应,结构峰值位移和最大层间位移角的减幅分别介于3%～45%和2%～43%,而黏滞阻尼器耗散总输入能量比例最高达73.65%;在风荷载时程作用下,结构各控制楼层的峰值位移减幅介于1%～11%之间。     

地震作用下钢筋混凝土柱变形与损伤研究

为量化地震作用下钢筋混凝土（RC）柱损伤情况和变形,并将不同地震破坏状态下RC柱损伤和变形进行分析。从太平洋地震工程研究中心（PEER）数据库中收集91组RC柱抗震试验数据,选取4种广泛应用的构件损伤模型进行计算,将损伤发展曲线与层间位移角发展曲线进行对比分析。对RC柱损伤指标限值进行归一化处理,统计分析后得到不同破坏等级下的位移角限值,并给出了RC柱各破坏等级下的位移角限值与损伤指标限值对应关系。研究结果表明,牛荻涛损伤模型可更准确地评价地震作用下结构构件损伤程度,且与层间位移角发展曲线均呈近似线性增长趋势;不同破坏等级下的位移角限值验算保证率均＞80%,表明本文提出的位移角限值具有一定合理性。     

基于实例分析的绿色钢结构抗震与环保性能研究

为优化绿色钢结构建筑的安全性能与环保性能,基于一40层框架-支撑钢结构建筑实例进行抗震性能与环保性能分析。根据实际建筑参数构建该绿色钢结构建筑剖面图,基于时程分析法记录不同地震波作用下建筑水平位移随时间变化情况,基于Pushover分析法分析方钢管混凝土组合异形柱在罕见地震中的基底剪力和弹塑性变形,基于对比实验方法验证其环保优越性,并得出以下结论：建筑的方钢管混凝土组合异形柱符合国家抗震性能要求,整体建筑的抗震性能随楼层的增加而减弱;与钢筋混凝土结构、砖混结构相比,钢结构能有效节约施工水电用量、降低施工噪声,是一种抗震性强、环保性能优的绿色建筑形式。     

Effect of nonlinear soil-structure interaction on seismic response of low-rise SMRF buildings

The nonlinear behavior of a soil-foundation system may alter the seismic response of a structure by providing additional flexibility to the system and dissipating hysteretic energy at the soil-foundation interface. However, the current design practice is still reluctant to consider the nonlinearity of the soil-foundation system, primarily due to lack of reliable modeling techniques. This study is motivated towards evaluating the effect of nonlinear soil-structure interaction (SSI) on the seismic responses of low-rise steel moment resisting frame (SMRF) structures. In order to achieve this, a Winkler-based approach is adopted, where the soil beneath the foundation is assumed to be a system of closely-spaced, independent, nonlinear spring elements. Static pushover analysis and nonlinear dynamic analyses are performed on a 3-story SMRF building and the performance of the structure is evaluated through a variety of force and displacement demand parameters. It is observed that incorporation of nonlinear SSI leads to an increase in story displacement demand and a significant reduction in base moment, base shear and inter-story drift demands, indicating the importance of its consideration towards achieving an economic, yet safe seismic design.