方钢管混凝土框架在低周反复荷载作用下的非线性有限元分析

本文建立了方钢管混凝土框架结构的三维非线性有限元分析模型,用以研究方钢管混凝土框架在低周反复荷载作用下的抗震性能。该模型考虑了钢与混凝土的粘结滑移作用。通过与方钢管混凝土框架结构在低周反复荷载作用下试验所得的滞回曲线和刚度退化曲线的对比,发现该模型的计算结果较为精确,可以应用于方钢管混凝土框架的结构分析中。同时由试验和有限元分析计算的结果也可以得出结论,方钢管混凝土框架具有较好的抗震性能。     

民用高层建筑多层钢-混凝土结构抗震性能分析

针对民用高层建筑的多层钢-混凝土结构的抗震分析存在缩尺效应、环境限制等问题,本文基于纤维模型理论并采用PERFROM-3D软件建立有限元模型,给出大型混合结构的弹性动力时程分析和阻尼计算方程,并给出了一个17层的民用高层建筑算例。针对算例中的混合结构体,采用El-Centro地震动,输入不同的地震动模拟实际情况,探索不同地震工况对此类结构的影响,并给出该结构的抗震性能分析以及应对方法,具有较强的实践意义。     

组合深梁填充钢框架的恢复力模型

为实现结构刚度可在一定范围内渐变,同时充分发挥组合钢板的性能,介绍一种新型高层抗震加固结构体系—组合深梁。通过在水平低周反复荷载下,2个组合深梁填充钢框架结构模型试验,得到内填组合深梁钢框架结构的滞回曲线。试验过程中,混凝土板限制了钢板失稳变形,钢板塑性得以发展;组合深梁最后耗能破坏,随后钢框架发生破坏。试验结果显示:组合深梁主要由钢板部分来承担水平剪力和弯矩,混凝土板并不承担水平荷载;试件的滞回曲线饱满且骨架曲线有明显的塑性流动阶段,试件的延性和耗能能力较好,证明内填组合深梁钢框架结构抗震性能良好。最后,利用得到的试验数据进行回归分析,建立该结构恢复力模型,可用于组合深梁结构的弹塑性反应分析。     

考虑组合效应的钢框架梁柱节点恢复力模型研究

为了研究考虑节点区组合效应后高层钢框架节点的抗震性能,根据钢框架节点在低周反复荷载作用下足尺模型试验研究成果,总结了各试验节点试件的滞回性能,包括节点的延性、耗能能力等指标.在试验滞回曲线的基础上,考虑试件强度、刚度退化等影响,建立了考虑组合效应的梁柱节点的恢复力模型,所建立的模型可以用于结构弹塑性时程反应分析和钢框架节点抗震设计.     

直接基于位移设计的高强钢组合K形偏心支撑钢框架的抗震性能研究

K形高强钢组合偏心支撑(K-HSS-EBF)是指耗能连梁和支撑采用Q345钢,而框架梁、框架柱采用高强度钢(如Q460)。为研究其在罕遇地震作用下的抗震性能,在试验研究的基础上,采用直接基于位移的抗震设计方法设计了5层、8层和12层算例,分别进行静力推覆分析和动力弹塑性分析,研究高强钢组合偏心支撑钢框架在罕遇地震作用下层间侧移分布和破坏模式。研究结果表明:直接基于位移的抗震设计方法设计的算例在罕遇地震作用下,结构的层间侧移满足我国现行抗震规范的要求,结构呈理想的渐进式梁铰屈服机构,并证明该设计方法的合理性和可靠性。     

结构质量对半刚性连接钢框架抗震性能的影响

为了对半刚性连接钢框架进行更好的抗震设计以及加快其在工程中的应用,本文对两种不同质量的T型钢连接钢框架模型进行了拟动力试验,通过对比分析两种钢框架在地震作用下的应变、位移和荷载的变化情况以及滞回性能,研究质量对T型钢连接钢框架抗震性能的影响。试验结果表明:在一定范围内,T型钢连接钢框架模型的质量对其动力反应和抗震性能有较大的影响,减小钢框架的质量对抗震有利,同时在进行抗震设计时要考虑其合理性和经济性。     

基于OpenSees的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架数值模拟

提出了一种既有钢筋混凝土框架结构的抗震加固方法,该法采用防屈曲支撑提高框架结构体系的水平承载力和耗能能力,利用外包钢进一步提高柱子的抗弯和抗剪承载力。采用开源有限元程序OpenSees,分别建立空钢筋混凝土框架和防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的分析模型,对2榀钢筋混凝土框架的抗震性能进行模拟。防屈曲支撑采用了弹塑性桁架单元模型,加固框架柱混凝土考虑了外包钢的约束作用。将分析结果与拟静力试验结果进行比较,以检验分析模型的准确性,以及研究防屈曲支撑和外包钢对混凝土框架抗震性能的影响。分析结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好,验证了基于OpenSees建立的数值模型的准确性;外包钢有效改善了框架柱的抗弯承载力和变形能力;防屈曲支撑显著提高了加固框架体系的水平刚度、水平承载力和耗能能力。     

基于塑性分析近似构建附加黏弹性阻尼器框架结构推覆曲线

基于性能的抗震设计要求使用非线性静力分析方法来评估新设计或已有消能结构的抗震性能。使用该方法对消能结构抗震性能评估的一个必要条件是要得到结构的推覆曲线。本文基于塑性理论,给出了快速、有效建立附加黏弹性阻尼器框架理想双线型推覆曲线的简化分析方法。使用该方法构建附加阻尼体系的推覆曲线无需借助结构分析软件。将3种侧向荷载模式(第1振型模式、FEMA-273模式和均布模式)作用下的简化分析结果与结构分析软件的推覆分析结果进行了比较,表明基于塑性理论的简化分析方法能够较准确地预测附加黏弹性阻尼器框架的推覆曲线,只要结构失效时能形成梁铰型侧移机构。     

分离式结构体系的地震响应分析

改进结构体系有助于提高钢结构建筑的受力性能和经济性,根据对不同结构体系的分析,提出了分离式结构体系。建立分离式结构和刚接钢框架结构的有限元模型,选取不同场地类别地震动记录,比较多遇地震和罕遇地震作用下不同结构体系的响应,研究底层最大剪力在分离式体系内部的分配情况,分析分离式结构体系的经济性。研究结果表明:分离式结构对地震荷载引起的变形起到了很好的控制作用,比刚接钢框架结构在抗震方面有着比较显著的优势。采用分离式结构可以减少用钢量,有效的降低钢结构建筑的整体造价。分离式结构体系的基底剪力大部分由支撑承担,柱只承担非常小的一部分,很好的实现了承载功能的分离,便于有针对性选择合适的抗侧力体系。     

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。     

四种地下结构抗震设计简化分析方法对比

在地下结构抗震设计简化分析方法中，强制反应位移法将土层变形施加在有限元模型侧边界模拟地震作用，反应加速度法将土层加速度施加到整个有限元模型上模拟地震作用，此外还有仅将土层加速度施加到土层模型上模拟地震作用的方法。上述方法均规避了反应位移法中关于弹簧刚度的取值问题，提高了计算效率。本文以1个双跨箱形结构为例，用动力时程分析的计算结果作为校核，分析了强制反应位移法、反应加速度法和仅将土层加速度施加到土体中的简化分析方法在不同侧边距条件下的计算精度，再结合常用的反应位移法，对比分析了4种简化分析方法的误差。分析结果表明:使用强制反应位移法时，侧边距取为1倍结构宽度导致的误差最小，反应加速度法和仅在土体施加加速度的简化方法对侧边距取值不敏感，反应位移法在角点造成的误差最大。     

设计变截面交叉柔性力学的模型在装配式钢构建筑梁柱预应力中的分析

为了提高装配式钢构建筑梁柱的抗震性能,设计一种变截面交叉柔性力学模型进行截面抗震性的预应力评估。方法中采用极限承载力约束进行抗震性分析,引入抗弯刚度软化系数进行误差修正,求出钢构建筑梁柱的荷载作用力矩,通过应力评估和结构解耦性设计,实现钢构建筑梁柱的抗震性评估。构建以钢材强度、延性指标和钢框架地震易损特征为约束参量的抗震性能分析函数,建立装配式钢构建筑梁柱开裂初始预应力预测方法,实现装配式钢构建筑梁柱预应力的准确评估。试验结果表明,所提模型能够对装配式钢构建筑梁柱的应力应变关系、屈服强度以及极限承载力进行准确计算,提高配式钢构建筑梁柱的抗震性能。     

SRC框支剪力墙结构地震反应简化分析模型研究

针对钢筋混凝土高层框支剪力墙结构抗震性能差的缺点,提出采用型钢混凝土（SRC）梁柱框支剪力墙,试验结果表明了其良好的抗震性能。提出了框支剪力墙结构地震反应简化分析模型,将结构简化为由墙单元和框支单元组成的弹簧体系,墙单元采用二元件模型。推导了框支单元刚度矩阵,基于理论公式和试验结果给出了框支单元恢复力模型。根据提出的简化模型,编制了结构地震反应时程分析程序。程序计算结果与ETABS分析结果及振动台试验结果吻合较好,为进一步对SRC框支剪力墙结构进行地震反应分析提供了理论基础。     

多点激励下拱桥竖向地震反应的简化计算方法

以某大跨公路拱桥为例,通过对拱桥在三种行波输入模式下地震反应的对比计算,提出了拱脚行波输入的简化输入方式;利用拱桥结构的对称性特点,提出了多点输入下半拱叠加的简化计算方法。经验证,这一计算方法具有良好的计算精度,可将较为复杂的拱桥多点输入地震反应计算问题,转化为工程技术人员熟悉的一致输入下地震反应计算问题。     

装配式钢模块柱-柱和梁-梁组合的框架结构及其抗震性能分析

钢模块装配式框架形成模块柱-柱和梁-梁分离的框架结构,模块之间除了节点连接之外、柱-柱和梁-梁没有连接形成结构整体的柱和梁,模块和模块协同工作并提高结构柱、梁和整体承载与抗震能力的性能没有充分利用和发挥,是这类结构仍需研究和发展的重要方面.本文提出了一种外包钢板柱-柱组合和垫板螺栓连接梁-梁组合的结构形式,并进行了设计...     

预应力混凝土圆形储煤筒仓地震反应分析

使用ANSYS软件对一大直径预应力混凝土圆形储煤筒仓结构建立了有限元模型,以储料质量沿高度分布不变为原则,采用施加质量单元的方法模拟储料的分布,通过对预应力混凝土筒仓进行地震作用下的受力、变形分析,研究了预应力混凝土筒仓结构的受力性能及整体抗震性能,同时分析了筒仓结构地震作用简化计算方法的可行性.分析结果表明,水平地震作用对筒仓预应力结构部分的环向力无显著影响,预应力筒仓结构具有良好的抗侧力性能;同时,在结构基本振型指数选取合理时,采用底部剪力法估算筒仓水平地震作用是可行的.所得结果可为同类筒仓结构的地震反应分析提供参考.     

大跨度钢桁架转换层结构的竖向地震反应分析

对某一带钢桁架转换层的复杂高层结构进行了有限元建模,分别采用振型分解反应谱法、时程分析法和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)的设计反应谱法对大跨高位钢桁架转换层结构的竖向地震响应进行了分析.对采用振型分解反应谱法计算此类结构响应时所要选取的振型数及振型组合方法进行了探讨,并对规范采用10％的重力荷载代表值...     

Winkler model for dynamic response of composite caisson–piles foundations: Seismic response

A simplified method with a dynamic Winkler model to study the seismic response of composite caisson–piles foundations (CCPF¹) is developed. Firstly, with the dynamic Winkler model, the kinematic response of the CCPF subjected to vertically propagating seismic S-wave is analyzed by coupling the responses of caisson part and pile part. Secondly, a simplified model for the foundation–structure system is created with the structure simplified as a lumped mass connected to the foundation with an elastic column, and through the Fast Fourier Transformation (FFT) this model is enabled to solve transient seismic problems. Thirdly, the proposed method for the seismic response of CCPF-structure systems is verified by comparison against 3D dynamic finite element simulation, in which the Domain Reduction Method (DRM²) is utilized. Lastly, the mechanism and significance of adding piles in improving the earthquake resistance of the foundation and structure is analyzed through an example with different soil conditions. Discovered in this study is that adding piles under the caisson is an efficient way to increase seismic resistant capability of the soil–foundation–structure system, and the main mechanism of that is the elimination of the pseudo-resonance.     

新型摩擦“塑性铰”构造的抗震性能研究

提出了一种安全性高、成本低的新型摩擦"塑性铰"构造的概念和几何设计,以实现精准耗能和大震可修的延性设计抗震目标。以钢结构梁柱延性节点的设计理论为基础,推导了该构造的力学性能理论和工作机制,并应用于钢框架结构进行了静力弹塑性分析。通过ABAQUS有限元软件建立了5个工况的数值分析模型,进行了有限元模型的循环往复位移荷载分析,探究了新型摩擦"塑性铰"构造的抗震性能。结果表明:该构造模型仅发生了抗剪螺栓的剪切破坏,可实现其精准耗能和结构的快速修复;具有较好的转动性能,满足层间位移角要求;摩擦耗能随着旋转加载螺栓预应力和摩擦系数的增大而增大,其滞回曲线较饱满,延性系数较大,具有较好的抗震性能;理论分析和有限元分析的承载力基本吻合,分别为15.92 kN、15.84 kN;抗剪螺栓的剪切和纯摩擦耗能两阶段的等效粘滞阻尼系数分别为0.318、0.671,纯摩擦耗能阶段的耗能能力较好。在钢框架中摩擦"塑性铰"的形成与发展符合抗震性能要求,Pushover分析可作为结构抗震性能评估的有效方式。     

基于OpenSees的某超高层建筑结构地震响应分析研究

超高层已成为城市发展中的重要建筑型式，而超高层结构体系的抗震性能是当前重要的关注之一。以某实际工程为例，通过“基于性能”地震分析计算平台OpenSees,建立相应的复杂超高层建筑结构有限元模型，并通过基于现场微振动检测技术的动力特性参数识别验证所建立模型的合理可靠性。进而，开展地震作用下结构动力响应分析，主要从基底剪力、层间位移角、结构顶点位移以及损伤破坏等方面进行探讨。研究成果可为复杂超高层建筑结构的抗震设计提供技术支持。