混合结构振动台模型试验研究与计算分析

为研究混合结构的整体抗震性能,本研究以一个Ⅷ度区的LG大厦为原型,制作了1／20的整体模型,在同济大学土木工程国家重点实验室进行振动台试验,以考察地震动频谱及地震强度对混合结构地震反应的影响,了解混合结构体系的抗震性能、地震反应和破坏特征．本文还利用纤维模型建模对混合结构整体抗震性进行了非线性分析计算,并将计算结果与振动台试验数据进行对比分析,试验和计算结果表明：外钢骨框架-内混凝土核心筒混合结构具有较好的抗震性能．     

外型钢砼框架—内置型钢框架钢筋砼核心筒混合结构抗震性能试验研究与分析

(超)高层建筑结构一定程度上可代表城市、地区的经济发展水平,其结构体系的选择、承重构件的类型及其连接对其使用功能至关重要。随着我国经济的快速发展,可以预测在今后相当长一段时间内,中国将是(超)高层建筑发展的主要阵地。由于高度超限,抗侧力体系多种多样,其适用范围及适用高度均有所不同,目前还很难形成系统完整的、有针对性的规范、标准等作为设计依据。更需注意的是,一些抗震设防区域或高烈度区也出现了(超)高层建筑结构,且此高度范围的建筑基本均未受到相当强度的地震洗礼。因此,为确保此类建筑结构在地震区的安全可靠,为此类结构抗震设计提供普遍意义上的设计依据,对其抗震性能的研究尤为重要。目前国内外对(超)高层建筑结构,特别是地标性建筑的抗震设计主要根据静、动力试验完成分析,辅以数值模拟完成整体结构的分析作为结构设计的主要依据。本文将采用上述手段对可适用于(超)高层建筑的混合结构体系主要进行如下研究:(1)提出一种新的(超)高层建筑体系,即:外型钢混凝土框架—内置型钢框架的钢筋混凝土核心筒混合结构体系。根据相似原理设计出1:10的模型结构,并进行了地震模拟振动台试验研究;(2)结合振动台试验结果,对该体系中出现的薄弱楼层处的内置型钢框架的组合核心筒体进行了1:2模型的拟静力试验研究;(3)初步探讨了该组合核心筒体的非线性力学性能。论文具体开展并完成了以下工作:(1)提出"外型钢混凝土框架—内置型钢框架钢筋混凝土核心筒"混合结构,探讨其用于(超)高层建筑作为结构抗侧体系的可行性。根据现行规范、规程设计了"外型钢混凝土框架—内置型钢框架钢筋混凝土核心筒混合结构",利用ETABS软件进行了该类结构体系的原型结构整体分析及截面设计。(2)根据相似原理,依据原型结构的基本设计信息,完成了1:10大比例整体模型结构的设计,获得了模型中主要构件的截面设计信息。(3)对该类混合结构模型进行了地震模拟振动台试验,系统分析了整体模型结构在不同类型、不同强度水平的地震动作用下楼层的动力响应,研究了不同工况下模型结构的破坏机理、外框架与核心内筒之间的协同工作性能及整体模型结构的薄弱层位置等,并根据相似关系讨论了对应的原型结构的动力响应及其抗震性能。(4)在振动台试验研究基础上,对内置钢框架钢筋混凝土核心筒体进行了1:2模型结构的拟静力试验。深入研究了该类组合筒体的刚度及承载力变化、耗能机制、滞回特性、变形特点及破坏机理等。进一步分析了内置型钢框架对钢筋混凝土核心筒的承载能力及延性的影响;讨论了内置型钢框架与混凝土间的相互作用及协同工作性能。(5)采用大型建筑结构有限元分析程序STRAT对该内置型钢框架核心筒进行了大震非线性分析及抗震性能研究。上述研究的目的是研究本文所提出的混合结构体系整体抗震性能及其主要抗侧部分—内置型钢框架核心筒体的抗侧能力,探讨该类混合结构在(超)高层建筑结构,特别是地震区高层建筑结构中应用的可行性。本文的研究旨在抗震试验分析的基础上,对该类混合结构体系的综合抗震性能进行全面的分析讨论,对该类结构在地震区的应用提供分析基础,为该类结构体系相应的技术标准、规程的编制与制定提供参考依据,为我国(超)高层建筑结构的发展提供技术保证。     

双塔连体高层混合结构抗震性能研究

外钢框架-混凝土核心筒结构体系被认为是适合我国国情的高层建筑结构体系之一,我国已有多个采用这种结构体系的单塔楼工程实例,但对双塔连体高层混合结构的研究较少。本文针对上海国际设计中心不等高双塔连体混合结构,进行了7度多遇地震、基本烈度、罕遇地震和8度罕遇地震阶段的模拟地震振动台试验研究,得到了结构的破坏模式,并对模型结构和原型结构的动力反应进行了详细的分析,最后提出了此类结构设计的一些建议。研究表明,高位连体的竖向地震反应比较明显,设计中应适当考虑动力放大效应;在各水准地震作用下结构整体变形均呈现弯曲型;主塔楼核心筒在中震下可以保证"不坏",但结构小震下的层间位移略超过规范限值。     

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。     

上海浦东机场T2航站楼结构模型模拟地震振动台试验研究

上海浦东机场T2航站楼为下部钢筋混凝土框架、上部钢屋盖,两者通过Y形钢斜柱联接而成的大跨度空间混合结构,建筑造型新颖,结构形式复杂。为研究它在地震作用下的抗震性能,进行了1:35缩尺的模型结构振动台试验。本文详细介绍了航站楼结构体系、模型材料的选取、动力相似关系的确定以及试验方案的设计,并通过对试验现象和数据结果处理分析,考察了结构的动力特性,以及加速度、位移和应变反应。试验结果表明,组成此混合结构的框架结构、钢斜柱和钢屋盖在地震反应上各具特点,差异较大。该结构体系合理,具有足够的抗侧刚度,能够满足"小震不坏"、"大震不倒"的抗震设防要求。     

钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构振动台试验研究

某超高层钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构因指标超限在设计中采用了耗能减震技术,为了检验该减震结构的抗震性能,制作了1/35的缩尺模型,通过在钢管混凝土框架设置阻尼器或不设置阻尼器,进行模拟地震振动台对比试验,研究了模型结构的动力特性和不同烈度地震作用下的加速度、位移和应变响应。研究结果表明:地震作用下,该钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构与钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构相比,位移、加速度和应变响应均有一定程度的降低;罕遇地震作用下,通过设置耗能减震构件,层间位移角最大值从超过规范要求的1/84减低至满足规范要求的1/130,表明该减震结构具有更优良的抗震性能。     

钢框架-型钢混凝土剪力墙新型混合结构二阶非弹性地震反应分析

钢-混凝土混合结构作为高层建筑结构体系中的重要组成部分已经得到广泛的实践与应用,其中钢框架-型钢混凝土剪力墙混合结构是一种新型的混合结构体系。首先对国内外的钢-混凝土混合结构工程做了简要介绍,然后回顾了国内外关于钢-混凝土混合结构的地震反应分析理论和试验的研究现状与动态,并提出了当前钢-混凝土混合结构研究中存在的一些问题。     

北京机场新塔台结构模拟地震作用试验研究

本文对首都机场新塔台钢筋混凝土筒-钢框架组合结构缩尺模型进行了模拟地震振动台试验研究,分析了高耸塔台结构的地震反应和破坏特征,并对这种下部为混凝土筒体,上部为钢框架结构的锚固连接及钢榧架结构层间位移控制进行了探讨,为提出这类钢-混凝土组合结构体系抗震计算模型和设计理论提供了试验依据。     

基于易损性指数的S RC框架核心筒结构地震损伤评估

设计1个20层SRC框架核心筒结构模型,考虑地震的随机性和结构材料的不确定性,采用拉丁超立方体抽取结构-地震动样本,之后对其进行增量动力分析（IDA）,以第1周期谱加速度为强度指标,最大层间位移角为结构需求,定义4个性能水平,研究该结构的易损性。通过引入群体结构震害评估中易损性指数的概念,计算多遇、设防和罕遇地震下的易损性指数。结果表明:以易损性指数作为评价指标,该结构在多遇地震作用下,处于轻微破坏状态;在设防地震作用下,处于中等破坏状态;在罕遇地震作用下,结构处于严重破坏状态。可认为依据我国抗震规范设计的SRC框架核心筒结构能够满足"小震不坏"、"中震可修"和"大震不倒"的抗震设防目标。     

钢框架-混凝土核心筒超高层结构弹性分析

用ETABS软件对一栋带加强层的钢框架一混凝土核心筒结构进行了建模分析,通过反应谱法分析了地震荷载作用下钢框架-混凝土核心筒间不同连接形式以及加强层的不同数量对该结构自振周期、结构侧向位移以及结构内力的影响。     

Shake table testing of a multi-tower connected hybrid structure

Many single-tower reinforced concrete core wall-steel frame (RCC-SF) buildings have been built in China, but there are no buildings of different-height multi-tower hybrid system. A multi-tower RCC-SF tall building was thus studied because of its structural complexity and irregularity. First, a 1/15 scaled model structure was designed and tested on the shake table under minor, moderate, and major earthquake levels. Then, the dynamic responses of the model structure were interpreted to those of the prototype structure according to the similitude theory. Experimental results demonstrate that, despite the complexity of the structure, the lateral deformation bends as the "bending type" and the RC core walls contribute more than the steel frames to resist seismic loads. The maximum inter-story drift of the complex building under minor earthquakes is slightly beyond the elastic limitation specified in the Chinese code, and meets code requirements under major earthquakes. From the test results some suggestions are provided that could contribute favorable effect on the seismic behavior and the displacement of the building.     

基于IDA的方钢管混凝土框架-SPSW核心筒结构地震易损性研究

为研究方钢管混凝土框架-钢板剪力墙（SPSW）核心筒结构在不同强度地震下破坏概率,使用拉杆模型作为钢板剪力墙等效模型,与已有试验对比验证各参数有效性。以地震动峰值加速度（PGA）作为地震动强度参数,按照场地条件等要求选择11条地震动记录。以结构最大层间位移角作为损伤指标,对一典型方钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构进行增量动力分析（IDA）,得到IDA曲线簇。基于增量动力分析进行易损性分析,得到易损性曲线,并计算结构的抗倒塌储备系数。结果表明:8度多遇地震作用下,此结构处于正常使用状态。8度设防地震作用下,处于修复后可使用状态。8度罕遇地震作用下,处于生命安全状态。表明该结构具有良好的抗震性能,满足规范中“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的抗震设防目标。该结构抗倒塌储备系数大于规范建议值,具有较好的抗倒塌能力。     

近场地震下竖向刚度不同的混合结构动力性能分析

近场地震的动力特性明显不同于远场地震,因此有必要对结构在近场地震作用下的动力性能展开研究。以上部钢结构-下部混凝土结构这类竖向刚度不同的加层混合结构为研究对象,对其在近场脉冲型地震、近场无脉冲型地震及远场地震作用下的动力响应进行研究。结果表明:在多遇、设防、罕遇地震作用下,近场脉冲型地震会使结构的层间位移角、层间剪力、加速度等动力响应均放大并出现超限的情况,而且都比罕遇地震作用下结构的响应增大更明显;在进行近场区加层混合框架结构的设计和建设时,近场脉冲效应会使结构存在不满足规范的情况,有必要对竖向刚度不同的加层混合结构在近场区的适用性进行深入研究。     

青海玛多M7.4地震中剪力墙结构抗震性能初步分析

本文选取2021年5月22日青海玛多县发生的M7.4地震的大武地震台实测加速度及课题组用经验格林函数法模拟的野马滩大桥处的加速度,并将二者的绝对加速度反应谱与中国地震动参数区划图(GB18306—2015)给出的“双参调整”设计反应谱进行对比分析,得到地震波观测值和模拟值对当地抗震设防结构的影响程度应视结构形式而定.然后将两条地震波分别输入到某11层剪力墙结构,用PKPM的SATWE模块进行多遇地震、设防地震下的线弹性分析,并用PUSH模块进行罕遇地震下的静力弹塑性分析.该剪力墙结构在两地区不同地震波作用时,均达到了“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设防目标,其抗震性能目标达到C级.结论可为房屋建筑的抗震设防及震后应急响应提供很重要的参考.     

基于推覆分析的钢框架结构地震倒塌判别准则研究

结构地震倒塌判别准则是工程结构强震分析的关键问题。在层损伤模型的基础上,建立了基于推覆分析的建筑结构整体损伤模型,并以国内某2层2跨平面钢框架结构拟静力试验为背景,应用有限元程序ABAQUS对平面钢框架进行了强震倒塌数值模拟。分析了钢框架结构的倒塌破坏过程,基于建议地震倒塌判别准则研究了钢框架结构的损伤演化规律。结果表明:钢框架结构在强震作用下的损伤发展顺序与塑性发展顺序一致;基于推覆分析的结构整体损伤模型能较好的体现强震作用下钢框架结构的损伤演化规律,且在上下界处收敛;强震作用下,钢框架结构的初始损伤主要由结构的残余侧移引起,而后期损伤主要由结构的承载力和刚度退化引起。     

近断层地震作用下RC框排架结构易损性研究

为研究近断层地震作用下框排架结构破坏的可能性,以某钢筋混凝土框排架结构为原型建立有限元非线性分析模型,选取16条近断层地震波及8条远场地震波,采用增量动力分析方法绘制易损性曲线。结果表明:对于远场地震,8度多遇地震及基本地震时,结构正常使用、基本使用、修复后使用、生命安全及防止倒塌五个极限状态均未超越,满足“小震不坏,中震可修”的抗震要求;8度罕遇地震时,仅超越正常使用极限状态的概率为2.08%,满足“大震不倒”的抗震要求。而近断层地震时,在8度多遇地震时结构前四个极限状态均被超越,基本地震时结构超过修复后使用的极限状态概率为16.62%,有2.40%的概率达到生命安全的极限状态,罕遇地震时接近倒塌的概率为15\^4%。研究结果可为近断层地区框排架结构地震风险评估提供参考。     

上海浦东国际机场T2航站楼弹塑性时程分析

上海浦东机场T2航站楼结构为复杂大跨混合结构,本文采用NosaCAD2005有限元程序建立结构分析模型,模型主要由非线性杆单元组成,包括梁、柱和二力杆单元,梁、柱采用三段变刚度杆模型,以受弯为主的梁单元截面弯矩-曲率关系采用二折线和三折线模型,柱和二力杆截面采用纤维模型。通过多遇和罕遇烈度下的弹塑性时程分析,研究了该结构的变形、内力、破坏情况的发展历程。计算结果表明,该结构可以满足"小震不坏,大震不倒"的设防要求。