新型混合结构体系在超高层建筑的应用研究

结合广州珠江新城西塔实际工程,对巨型钢管混凝土斜交网格外筒+钢筋混凝土内筒的新型混合结构体系进行了比例为1:50的微粒混凝土模型振动台试验及4根钢管混凝土柱"X"形相贯节点试验,探讨了体外预应力的施加对结构整体受力性能的影响。研究结果表明,结构模型在7度罕遇地震作用下基本可保持弹性,在8度罕遇地震作用后稍有损伤;交角对节点最终破坏形成区域及承载力影响较大,各节点的承载力均能满足设计要求;体外预应力的施加能有效地抵抗节点层平面内向外的推力,充分利用构件的受力性能。     

上海环球金融中心大厦结构模型振动台抗震试验

上海环球金融中心大厦高101层,结构高度492m,高宽比8．49,拟建成为世界上结构主体最高的建筑物。大厦采用了三重结构体系抵抗水平荷载,它们由巨型框架、钢筋混凝土核心筒及构成核心筒和巨型型钢混凝土柱之间相互作用的伸臂桁架组成;核心筒竖向不连续,由低筒、中筒和上部筒3部分组成;二对角巨型柱在42层以上开始分叉形成倾斜曲面,巨型斜撑只设置在垂直立面上,且采用单向支撑。根据我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002),该建筑总高超过了型钢混凝土框架一钢筋混凝土筒体最大高度190m的限值,同时高宽比超过了设防烈度7度地区为7的限值。为研究它在地震作用下的抗震性能,进行了缩尺(1／50)模型的振动台试验。试验结果表明,该结构体系合理,具有足够的水平刚度,在地震作用下位移反应不大,扭转效应比较小,满足我国抗震设防要求。     

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。     

巨型框架-次框桁架结构抗震性能分析

提出了巨型框架—次框桁架结构体系。采用ANSYS有限元程序对巨型框架—次框桁架结构体系进行了抗震动力时程分析,讨论了该结构体系在多条地震波作用下的动力位移及内力等地震响应。计算结果表明,巨型框架—次框桁架结构体系具有良好的抗震性能,能够提高巨型框架结构的抗震性能,不但可以有效地降低结构构件的地震内力,同时也不会给主框架结构体系的布置带来较大的影响,巨型框架—次框桁架结构是一种抗震性能良好的结构体系。计算结果对巨型结构的抗震设计有较大的参考价值。     

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。     

低周反复荷载下方钢管混凝土框架抗震性能的试验研究

通过对一榀两跨三层的方钢管混凝土组合框架在低周反复荷载作用下的模型试验，深入研究了方钢管混凝土组合框架的滞回性能、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。研究结果表明：方钢管混凝土结构的抗震性能优于混凝土结构。     

大型支撑框筒结构的非线性地震反应分析

大型支撑框筒结构是巨型桁架体系的主要形式之一。本文对大型支撑框筒结构进行了罕遇地震下的弹塑性时程分析，结果表明，大型斜撑区段端部，即大型斜撑与角柱相交处是大型支撑框筒结构抗震的薄弱环节。总的来说，大型支撑框筒结构的抗震性能优越，是超高层建筑设计中应予优先考虑的一种高效巨型结构体系。     

组合梁-方钢管混凝土柱框架结构抗震性能的pushover分析

采用考虑组合梁多材料截面引起的正向、负向刚度、强度和承载力不同的截面本构模型,建立了组合梁结构的弹塑性分析模型,对一个15层的钢混凝土组合梁-方钢管混凝土柱框架结构开展了多遇地震、罕遇地震下的pushover分析,为组合框架结构体系的抗震性能分析以及pushover方法在该体系中的应用提供了参考。在此基础上,与钢梁-方钢管混凝土柱框架结构、钢梁-钢筋混凝土柱框架结构进行对比研究,比较了几种结构的动力特性,表明组合梁-方钢管混凝土柱框架结构体系相对于其它两种框架结构体系具有更好的抗震性能。     

不同方向水平力下多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能研究

提出了一种异形截面的多腔钢管混凝土巨型柱,研究了其在不同方向水平力作用下的抗震性能。进行了6个1/25缩尺的巨型柱模型在竖向荷载和不同方向水平反复荷载作用下的抗震性能试验研究,其中:2个试件的水平力沿截面长轴方向施加,2个试件的水平力沿截面短轴方向施加,2个试件的水平力沿与长轴及短轴呈45度方向施加,3种水平力加载方向的试件轴压比分别为0.5、0.25。基于试验结果,分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、延性、滞回特性、耗能和破坏特征。进行了数值模拟分析,计算结果与试验符合较好。研究表明,提出的异形截面多腔钢管混凝土巨型柱有良好的抗震性能,且其抗震性能与水平力作用方向相关。     

基于性能的钢管混凝土空间简体结构抗震设计

钢管混凝土空间简体结构是将钢管混凝土柱通过环状桁架拉结形成中空筒状的高耸特种结构,在化肥厂的建造中得到了广泛的应用,但其抗震性能的研究目前仍属空白.以应用比较广泛的110m高,17m直径的典型造粒塔为工程背景,对此类结构进行了基于性能的抗震设计研究.采用三维弹塑性有限元模型对结构进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析,同时用Push-over方法进行静力弹塑性分析,得到了罕遇地震作用下梁柱塑性区的主要分布.结果表明,楼梯间钢柱和环状桁架对其抗震性能影响较大,此类结构抗震性能一般较好.最后根据结果提出了相应的抗震设计对策,可为同类构筑物设计提供参考.     

圆钢管混凝土边框剪力墙抗震性能试验研究

圆钢管混凝土边框剪力墙是在普通混凝土剪力墙基础上研发的一种新型组合剪力墙。其将圆钢管混凝土柱和普通混凝土剪力墙进行了优势组合,形成多道抗震防线。为了解该组合剪力墙的抗震性能,进行了3个1/5缩尺试件的低周反复荷载试验,其中包括1个圆钢管混凝土柱框架结构、1个普通混凝土剪力墙和1个圆钢管混凝土边框剪力墙。在试验研究基础上,分析了圆钢管混凝土边框剪力墙的承载力、刚度及其退化过程、延性、滞回特性、耗能能力及破坏特征。研究表明:圆钢管混凝土边框剪力墙的抗震性能比普通混凝土剪力墙显著提高,且其承载力、抗震耗能能力均高于圆钢管混凝土柱框架和普通混凝土剪力墙承载力、抗震耗能能力之和,可用于高层和超高层建筑的抗震设计。     

圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙抗震性能试验研究

圆钢管混凝土边框内藏桁架剪力墙是一种新型组合剪力墙.为了解这种剪力墙的抗震性能,进行了 3个1/5缩尺试件的低周反复荷载试验.3个试件中,1个为圆钢管混凝土柱框架结构,1个为圆钢管混凝土边框-钢桁架结构,1个为圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙.基于试验,对比分析了各试件的承载力、刚度及其退化过程、滞回特性、耗能能力及破...     

大跨度钢管混凝土拱桥抗震性能指标研究

高轴压比钢管混凝土墩柱的试验结果对钢管混凝土拱肋具有较大的借鉴意义。为明确大跨度钢管混凝土拱桥的抗震性能指标,研究了高轴比钢管混凝土构件的破坏过程及延性性能。以弯矩作为性能指标将高轴压比钢管混凝土构件的试验破坏过程分为轻微损伤、有限损伤与严重损伤3个阶段,结合钢管混凝土截面性能状态的数值分析,探讨了高轴压比钢管混凝土构件的破坏机理。结果表明:高轴压比钢管混凝土构件具有一定的可用延性;提出了以计算等效屈服弯矩作为抗震性能指标,适当利用延性和实现钢管混凝土拱桥的有限损伤抗震设计,并给出了与有限损伤相关的截面性能状态及参数。研究成果弥补了规范在此方面的不足,可供高烈度地震区大跨度钢管混凝土拱桥抗震设计时参考。     

钢管混凝土边框高强混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

钢管混凝土边框组合剪力墙是一种新型组合剪力墙。本文进行了2个1/4缩尺的高强混凝土剪力墙模型的低周反复荷载试验,模型1为普通钢筋混凝土剪力墙,模型2为钢管混凝土边框组合剪力墙。在试验研究基础上,对比分析它们的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征,建立了组合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明,钢管混凝土边框高强混凝土组合剪力墙与普通剪力墙相比抗震性能显著提高。     

ISO-834标准火灾作用后钢管混凝土的轴压刚度和抗弯刚度

火灾后钢管混凝土的轴压刚度和抗弯刚度是钢管混凝土结构变形性能和抗震分析的重要指标，也是火灾后钢管混凝土修复和加固的重要依据之一，本文利用数值方法计算了标准火灾作用后钢管混凝土轴压构件和纯弯构件荷载-变形关系曲线，分析了受火时间、材料强度、含钢率、截面尺寸等因素的影响规律，最后推导了标准火灾作用后钢管混凝土轴压刚度和抗弯刚度的简化计算公式，所得结果可供有关钢管混凝土结构工程设计时参考。     

方钢管混凝土柱与钢梁的外肋环板节点抗震性能试验研究

为研究外肋环板节点的抗震性能,本文对3个十字型足尺试件进行了低周反复循环加载试验,分析了各试件的破坏过程及特征,然后根据实测的滞回曲线对节点的承载力、延性、耗能能力、强度退化、刚度退化等抗震性能指标进行了详细的比较分析。研究结果表明,外肋环板节点构造措施简单合理,具有较好的抗震性能。通过空钢管试件和填充混凝土试件的对比分析,表明在钢管中填充混凝土有利于改善节点的抗震性能。     

高轴压比下钢管混凝土边框组合剪力墙抗震性能试验研究

钢管混凝土边框组合剪力墙是一种适用于高层及超高层建筑的新型组合剪力墙。轴压比是影响剪力墙抗震性能的一个主要因素,高层建筑底部轴压比较大。本文进行了1/4缩尺的1个普通钢筋混凝土剪力墙模型和1个钢管混凝土边框组合剪力墙模型在高轴压比下的低周反复荷载试验。在试验研究基础上,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征,建立了钢管混凝土边框组合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明:在高轴压比下钢管混凝土边框组合剪力墙与普通剪力墙相比抗震性能显著提高。     

再生空心砌块砌体填充墙-钢管再生混凝土框架骨架曲线模型研究

为研究再生空心砌块砌体填充墙-钢管再生混凝土框架的骨架曲线模型,设计制作了2榀试件并对其进行低周反复加载试验,获取其滞回及骨架曲线。在此基础之上,对试件的骨架曲线模型进行相关的理论分析,建立了再生空心砌块砌体填充墙—钢管再生混凝土框架的四折线骨架曲线模型。研究表明:试件的滞回曲线呈现为饱满的梭形,表现出了良好的抗震耗能性能;通过相关理论分析建立的四折线骨架曲线模型与试验实测骨架曲线吻合良好,可为该类结构在地震作用下的弹塑性地震反应分析提供相关参考。     

锚定式方钢管混凝土柱与钢梁节点抗震性能试验研究

通过低周反复加载试验对6个锚定式方钢管混凝土柱-H形钢梁节点进行了试验研究,研究了不同轴压比情况下节点的破坏模式、延性、耗能性能、强度及刚度退化等。试验结果表明,破坏之前节点具有良好的滞回性能、延性及耗能能力,满足现行抗震规范的要求。锚定式方钢管混凝土梁柱节点可以用于拉力较小的节点。文中提出了有关的设计建议。     

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。