钢管混凝土框架-核心筒混合结构连续倒塌非线性动力分析

为研究钢管混凝土框架-核心筒混合结构在局部构件失效后的连续倒塌机制,基于ABAQUS纤维梁单元和分层壳单元,采用课题组开发的材料本构子程序iFiberLUT,进行了一栋33层钢管混凝土框架-核心筒混合结构在1、17、33层柱和核心筒墙体失效工况下的连续倒塌非线性动力分析,研究了典型柱和剪力墙失效后剩余结构的抗连续倒塌机制。结果表明:33层构件失效时上部节点位移反应最大,17层次之,1层最小,相比核心筒墙体失效,柱失效时上部节点竖向位移更大,震荡更明显;各工况作用对核心筒影响均较小,且核心筒的存在增强了楼板的薄膜效应,提高了结构抗倒塌能力,失效位置距核心筒越近提高越显著;典型构件失效后结构的传力路径遵循"就近原则"向周围构件传递,楼板和核心筒有力的提高了结构的冗余传递路径和整体性。     

地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡表面放大效应研究

为了研究地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡表面的放大效应,借用FLAC3D软件,建立了含软弱夹层顺层岩质边坡动力分析数值模型;在合理考虑地震动输入、边界条件、网格划分与模型参数的基础上,分析了地震动峰值、频率、持时以及初动方向等因素影响下的边坡表面放大效应。研究结果表明：①地震动峰值、频率和初动方向对边坡表面放大效应的影响较显著,而地震动持时对边坡表面放大效应的影响微小;②随着地震动峰值的增加,放大效应由软弱夹层之上的坡面及坡顶面向坡肩点逐渐增大,坡肩点的放大效应最大;③当输入地震动频率小于边坡的自振频率时,边坡表面加速度放大倍数较小,且频率越小,放大倍数越小,当输入地震动频率大于边坡的自振频率时,边坡表面加速度放大倍数较大,且频率越大,放大倍数亦越大。     

设置粘滞阻尼器的钢框架防连续性倒塌分析

为了研究设置有粘滞阻尼器的减震钢框架结构的防连续倒塌性能,对设置阻尼器的减震钢框架和未设置阻尼器的原钢框架分别进行了地震弹塑性时程分析,比较了两种情况下的层间位移角.分析结果表明,地震作用下,与原结构相比减震结构的层间位移角最大降低了64.3％.接着采用瞬时加载法对底层各柱失效时的减震钢框架和不设置阻尼器的原钢框架分别进行了动力倒塌分析,比较了减震结构和原结构防连续倒塌的能力,分析结果表明,底层柱失效时,减震结构各柱端点处位移均比原结构降低,最大处降低了63.5％.因此减震结构的阻尼器对结构防连续倒塌能起到较大的作用.     

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。     

大跨度轮辐式张弦梁构件失效后力学行为研究

以具体案例为依托,对大跨度轮辐式张弦梁结构的构件重要性进行分析并排序,探讨不同因素对关键构件重要性的影响,基于显示动力积分法模拟关键构件瞬间失效后的结构响应,考察结构在关键构件意外失效时的力学行为。分析结果表明：内环下弦杆、拉索、支座及靠近支座处上弦梁段为关键构件;单独增大上弦截面刚度时,各关键构件重要性随之降低,单独增大垂度、初始预应力时,拉索及支座的重要性随之提高,其余关键构件重要性随之降低;拆除内环下弦杆后,结构缺乏有效的备用荷载路径,内力重分布代价较大,局部区域出现严重变形,其余关键构件失效后,环梁为主要备用荷载路径;各关键构件瞬间失效后结构动力效应明显且不相同,对于此类结构,在分析时应考虑构件失效前的初始状态。     

门式钢框架结构非线性爆炸响应

采用ALE多物质流固耦合方法模拟爆炸荷载,对门式钢框架结构在内部爆炸荷载作用下的动力响应全过程进行了计算分析。分析中考虑了爆炸源的水平爆距和放置高度对框架结构动力响应的影响。研究结果表明,当爆炸源的放置高度较低时,水平爆距对框架柱的动力响应影响较大,而对框架梁响应影响较小;当爆炸源的水平爆距一定时,框架梁的动力响应随着爆炸高度的提高而增大。通过计算结果的分析对比得到使框架结构发生最大响应的最不利爆炸位置。     

不规则性对基础隔震结构抗连续倒塌性能影响研究

为研究基础隔震结构抗连续倒塌性能,以备用荷载路径法为基础,采用静力非线性Pushdown方法和静力线性方法对一栋典型的收进式竖向不规则钢筋混凝土基础隔震结构进行分析,从备用荷载路径的抗连续倒塌机制和需求能力比两个角度研究竖向不规则钢筋混凝土基础隔震结构的抗连续倒塌性能,为基础隔震结构抗连续倒塌设计提供参考;为进一步研究结构布置形式不规则性以及裙楼和塔楼层数变化对竖向不规则基础隔震抗连续倒塌性能的影响,分别建立塔楼布置不同、裙楼与塔楼层数变化的模型进行对比研究。研究表明:除角柱失效工况自身无法产生悬链线机制外,其余底层框架柱失效工况中备用荷载路径在整个推覆倒塌过程中均表现出明显的悬链线机制;当隔震支座失效时,由于隔震层水平刚度小,相邻支座无法提供足够的侧向约束作用而难以形成明显的悬链线机制;增加结构冗余度和备用荷载路径中参与荷载传递的构件数量可以有效提高剩余结构抗连续倒塌能力;除角柱和角支座外,隔震支座失效工况DCR值普遍大于对应位置底层框架柱失效工况,备用荷载路径中某些构件的失效风险相对较大。     

填充墙对底框结构地震反应的影响

为研究填充墙对底层框架多层砌体房屋地震反应的影响,以典型的填充墙-底层框架多层砌体房屋为基础,建立有限元计算模型并进行了弹塑性动力时程分析。根据不同模型的计算结果以及填充墙的刚度和强度,分析了填充墙对底层框架多层砌体房屋自振周期、地震作用下房屋整体变形、底层框架的损伤以及填充墙与底层框架相互作用的影响。计算结果表明：填充墙对房屋整体地震反应产生明显影响,其影响不能忽略。在上部砌体结构质量和刚度不变的情况下,结构自振周期随着填充墙刚度的增加而降低;随着填充墙与底层框架之间连接作用的增强,结构整体的变形减小,底层框架的损伤增大。当填充墙与底层框架之间采用弱连接时,采用强度较高的填充墙可以提高结构整体的变形能力,从而提高结构整体的抗震能力。     

爆炸荷载作用下钢柱的动力响应与影响因素分析

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立钢柱有限元模型,模拟爆炸荷载作用下钢柱的动力响应,并对影响钢柱动力响应的主要因素进行数值分析。考虑了不同爆炸荷载、材料失效应变、单元网格密度、柱高、柱截面尺寸和柱承担的轴向压力等参数的影响。通过对钢柱动力响应时程曲线进行分析,研究爆炸荷载作用下钢柱响应特性及其破坏机理;通过分析,得到各参数对其动力响应的影响规律。分析结果表明：增大柱的截面尺寸,能够降低柱跨中水平位移;增大柱截面高度,能有效地提高钢框架柱的抗爆承载力;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力大小,轴压比值不宜超过0.3。     

单层带支撑异形柱框架的高温性能研究

针对单层异形柱框架,通过高温数值分析,考察了支撑设置和受火位置对结构高温变形及内力的影响。研究结果表明：对于单层多跨异形柱框架,当只有一端有支撑跨时,会在一定程度上增大另一端的边节点水平位移和边柱侧向变形,对结构整体抗火不利;当左、右两端均有支撑跨时,非支撑跨在火灾作用下的梁轴力比很大,升温后期可能因梁跨中竖向位移急剧增大而发生破坏。基于上述研究结果,给出了4类单层带支撑异形柱框架火灾行为的初步判定方法。     

基于多弹簧模型的钢框架结构三维弹塑性地震反应分析

文章提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元,用于反复加载下钢构件的数值模拟。应用多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度的影响,针对单元模型的塑性区长度和弹簧布置两个参数,文中给出了合理建议取值。数值模拟分析表明,所提出的单元模型能够很好地模拟钢构件的弹塑性性能。在此基础上,以多高层钢结构商业设计软件MTS为平台,进行三维钢框架结构弹塑性动力时程分析模块的开发。最后,文章对一纯钢框架结构足尺振动台试验进行数值模拟,模拟分析结果表明,本文所提出的多弹簧单元模型及开发的动力分析模块能够较好地模拟钢结构在地震作用下的弹塑性性能。     

爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理

方钢管混凝土柱是被广泛采用的组合构件之一。爆炸发生时产生的爆炸冲击波可能会对框架结构内部的方钢管混凝土柱造成严重破坏,然而目前对其动力响应及破坏机理的研究成果相对较少。本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应和破坏机理进行了研究分析。建立了方钢管混凝土柱实体有限元模型,其中混凝土采用HJC模型,方钢管采用考虑应变率的塑性随动强化模型,爆炸荷载施加在柱子一侧表面。通过对方钢管混凝土柱的破坏过程的模拟,比较分析了其在不同＂比例距离＂下的动力响应和破坏形式,进而得出方钢管混凝土柱的破坏机理。在爆炸荷载作用下,方钢管对其核心混凝土有一定的约束作用,使其处于复杂应力状态之下,从而使混凝土强度得以提高,塑性和韧性同时得到改善;同时,由于混凝土的存在,延缓了方钢管柱底和柱顶过早地发生局部屈曲。随着＂比例距离＂的增大,柱中水平位移逐渐减小。结果表明,方钢管混凝土柱具有良好的延性、优越的抗爆性能,所提出的破坏机理可供结构抗爆设计的进一步研究参考。     

钢框架结构的地震损伤研究

基于预定损伤法对钢框架构件主要设计参数进行损伤敏感度分析,研究主要设计参数与钢框架结构梁、柱损伤的关系;揭示钢框架结构梁、柱的损伤及梁、柱线刚度比、结构高宽比、柱轴压比、锈蚀率对楼层损伤的影响规律;获得楼层的损伤与整体结构损伤的关系,最终建立钢框架结构的损伤演化模型。研究成果可为建立地震激励下钢框架结构的损伤模型提供理论基础和数据支持。     

基于Pushover分析方法的多层地铁车站地震反应研究

为系统研究多层地铁车站结构地震反应,本文采用地下结构Pushover分析方法对Ⅱ、Ⅲ类场地9座不同结构形式的地铁车站结构进行系列拟静力推覆分析。研究结果表明:中柱是多层地铁车站结构关键抗震构件,地震作用下易先于其他构件产生损伤甚至破坏,车站结构出现整体性塌毁主要是由于中柱首先产生剪切破坏而丧失竖向承载力导致的。中柱是地铁车站结构重要的竖向承力构件,侧墙是地铁车站结构主要水平承力构件。损伤演变速度及损伤累计程度排序为中柱>侧墙>板。对于多层地铁车站结构而言,结构底层中柱和侧墙通常承受更高的轴压作用,使其损伤和破坏先于上层构件。中柱顶、底端和墙、板交界位置在地震作用下极易产生损伤破坏,建议在抗震设计中对这些位置适当地进行加强处理。     

Analytical correlation of a dynamic brace buckling experiment

A dynamic response analysis procedure for an x-braced tubular steel offshore platform frame is described, including details of the mathematical model adopted to represent the dynamic buckling behaviour of the brace member. Results obtained with this mathematical technique are compared with experimental data measured during shaking table tests of a 5/48 scale model frame. The agreement between experiment and analysis is excellent for different levels of response, ranging from linearly elastic to cyclic brace buckling.     

多层空心砌块房屋混凝土结构抗震性测试研究

为了研究多层空心砌块房屋混凝土结构抗震性测试,按照1∶5缩尺比例建造空心砌块房屋混凝土结构模型进行抗震性测试实验。根据实际原型参数遵从相似理论的要求选择模型参数,通过电液伺服加载装置和液压千斤顶加载水平、垂直方向荷载,对所建造模型进行动力特性测试、地震反应分析、结构最大地震反应以及位移响应进行了实例分析。结果表明,随着破坏程度加大,模型结构自振频率随之减小,阻尼比随之增大;有芯柱多层空心砌块房屋模型的抗震效果较强;强震状态下,结构动力特性变化较大,破坏层聚集了房屋结构的最大反应;当加速度为125 cm/s时,结构最大位移为2.73 mm,低于规范值,模型结构具备一定延性。     

Shake table testing and numerical simulation of a self‐centering energy dissipative braced frame

The self‐centering energy dissipative (SCED) brace is a new steel bracing member that provides both damping to the structure and a re‐centering capability. The goal of this study was to confirm the behavior of SCED braces within complete structural systems and to confirm the ability to model these systems with both a state‐of‐the‐art computer model as well as a simplified model that would be useful to practicing engineers. To these ends, a three‐story SCED‐braced frame was designed and constructed for testing on a shake table. Two concurrent computer models of the entire frame were constructed: one using the opensees nonlinear dynamic modeling software, and a simplified model using the commercial structural analysis software sap2000 . The frame specimen was subjected to 12 significant earthquakes without any adjustment or modification between the tests. The SCED braces prevented residual drifts in the frame, as designed, and did not show any significant degradation due to wear. Both numerical models were able to predict the drifts, story shears, and column forces well. Peak story accelerations were overestimated in the models; this effect was found to be caused by the absence of transitions at stiffness changes in the hysteretic model of the braces. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

强震下钢筋混凝土框架和砖混结构的动力响应分析——以云南漾濞6.4级地震为例

以2021年5月21日云南漾濞6.4级地震所获取的漾濞台强震动记录作为输入,对不同高度(低层、多层和高层)钢筋混凝土框架结构以及一低层砖混结构进行动力时程分析,探讨不同高度钢筋混凝土框架结构动力响应特点,对比砖混结构与低层框架结构地震响应的不同,并对结构进行性能评定.主要分析结果表明,所有结构的楼层加速度响应中,竖向加速度放大效应显著,尤其是低层框架;框架结构Y方向楼层傅里叶幅值谱峰值主要在1~2.5 Hz频率范围;多层框架的层间位移角响应更大;所有框架结构以及设防的砖混结构层间位移角均未超过中等破坏限值;与低层框架结构相比,基本周期更短的砖混结构水平向楼层加速度放大效应更为显著;设防的砖混结构具有良好的抗震性能.分析结果可为灾区震害评估和震后修复提供指导,同时为建筑结构抗震设计提供一定参考.     

Seismic response of masonry-infilled steel frames via multi-scale finite-element analyses

Effects of masonry infills on the seismic vulnerability of steel frames is studied through multi-scale numerical modelling. First, a micro-modelling approach is utilized to define a homogenized masonry material, calibrated on experimental tests, which is used for modelling the nonlinear response of a one-story, single span, masonry-infilled portal under horizontal loads. Based on results of the micro-model, the constitutive behavior of a diagonal strut macro-element equivalent to the infill panel is calibrated. Then, the diagonal strut is used to model infill panels in the macro-scale analysis of a multi-span multi-story infilled moment-resisting (MR) steel frame. The seismic vulnerability of the MR frame is evaluated through a nonlinear static procedure. Numerical analyses highlight that infills may radically modify the seismic response and the failure mechanism of the frame, hence the importance of the infill correct modelling.