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。     

耗能段腹板高厚比对Y型偏心支撑钢框架滞回性能影响的试验研究

Y型偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中抗震耗能的结构形式之一,为了研究Y型偏心支撑钢框架中耗能梁段腹板高厚比对结构滞回性能的影响,进行了2榀1/3缩尺Y型偏心支撑钢框架的低周反复荷载试验.本文主要介绍了试验过程,分析了Y型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力.试验结果表明:Y型偏心支撑钢框架延性好、耗能能力强,耗能梁段腹板高厚比的改变对Y型偏心支撑钢框架强度、刚度以及耗能能力具有较大的影响.耗能梁段腹板高厚比设计得合理,Y型偏心支撑钢框架侧向刚度较大,可以满足在小震或中震作用下的结构变形要求,在大震作用下提供良好的变形能力和耗散地震能量的功能.     

增设落地剪力墙对框架结构地震剪力分配的影响研究

为研究地震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌机理,验证基于内力分配得到的抗倒塌措施的合理性,设计2组缩尺比例为1∶4的框架结构模型并开展振动台对比试验,单次双向输入地震动峰值加速度为1.0 g,分析地震作用下填充墙-框架结构变形模式和破坏特点,对比分析有、无落地剪力墙框架结构柱间内力分配规律。研究结果表明,填充墙影响框架结构整体变形及柱破坏模式,横向满砌填充墙约束结构扭转变形,即使在双向地震作用下,偏心结构也未发生扭转;由于窗下半高连续填充墙的约束作用,窗间柱抗侧刚度变大,在地震作用下承担的地震剪力是不受半高连续填充墙约束柱的6～8倍;设置落地剪力墙可优化底层柱间地震剪力分配,使框架柱地震剪力分配趋于均匀,避免结构因“凝震聚力”而发生倒塌,实现“大震不倒”。     

工程结构中支撑减震结构响应及力学性能研究

为研究不同支撑方式对钢结构抗震性能的影响,利用PKPM对某8层钢结构建筑进行建模,再对模型进行反应谱和Pushover分析,对比分析了四种支撑方案下的用钢量、基底剪力、层间位移等多种评价指标,在分析计算的基础上探讨支撑布置的影响规律.结果表明:四种布置支撑的方式均可使结构的抗侧刚度有较大的提高,不同的支撑布置方式对构件的挠度和应力比有一定程度的区别,采用方案一,结构的抗侧刚度提高显著,在小震和大震的作用下侧移均较小,其基底剪力显著大于其他三种方案,需要格外关注结构的基底应力变化;采用方案三和四,可以一定程度地减少结构成本,其在地震作用下的结构响应相对较不稳定,但也能保持较大的抗侧刚度,其结构响应的各项指标均能满足规范要求;采用方案二,其结构响应在所选方案中表现最不理想,但其能最大限度地将用钢量的消耗降低,同时地震作用下各结构响应指标均能满足的规范要求,在施工条件用钢量、作业环境等条件受限的情况下,可优先考虑采取此方案.     

不同支撑形式高强钢组合偏心支撑抗震性能研究

耗能梁段作为偏心支撑结构的耗能元件,在大震作用下通过弹塑性变形吸收地震能量,保护主体结构处于弹性受力状态。现行规范基于强度的设计理论,为了保证耗能梁段进入塑性或破坏,梁柱构件需要进行放大内力设计,导致截面过大,而且基于强度的设计方法很难保证结构的整体破坏状态。目前,抗震设计越来越重视基于性能的设计思想,该方法能够评估结构的弹塑性反应。对于高强钢组合偏心支撑,其中耗能梁段和支撑采用Q345钢,框架梁柱采用Q460或者Q690高强度钢材,高强钢不仅带来良好的经济效益,而且能够推广高强钢在抗震设防区的应用。利用基于性能设计方法设计了4种不同形式的高强钢组合偏心支撑钢框架,包括K形、Y形、V形和D形,考虑4层、8层、12层和16层的影响。通过Pushover分析和非线性时程分析评估该结构的抗震性能,研究结果表明:4种形式的高强钢组合偏心支撑钢框架具有类似的抗震性能,在罕遇地震作用下,几乎所有耗能梁段均参与耗能,而且层间侧移与耗能梁段转角沿高度分布较为均匀。其中:D形偏心支撑具有最大的抗侧刚度,但延性较差,而Y形偏心支撑的抗侧刚度最弱,但延性最佳。     

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。     

钢框筒Pushover 析侧向力分布方式的影响比较

钢框筒结构是空间受力结构,Pushover分析时侧向力直接施加在腹板框架上是否合适和对钢框筒设计安全性的影响需要评估。利用SAP2000软件对2个30层钢框筒结构进行了双向地震弹塑性时程分析和四种侧向力分布方式的Pushover分析,并比较了它们的层间位移角、基底剪力、塑性铰分布,以及分析了高度等效分布中高度影响因子k的影响。研究表明:倒三角分布、多振型组合分布(SRSS分布)和高度等效分布与时程分析的结果存在一定的偏差,不足以考虑大震下剪力滞后效应对结构偏下楼层的柱的影响;均匀分布在大震下的塑性铰分布可在一定程度上预测偏下楼层可能的柱铰和梁铰;高度等效分布在中震或大震下过高估计了高阶振型的影响,可考虑k取1.4来减小这种影响。Pushover方法在钢框筒的初步设计中具有一定的价值,宜优先考虑SRSS分布和均匀分布方式,且应重点关注大震下的塑性铰分布,仍建议在Pushover分析基础上用弹塑性时程分析进行双向或三向大震下的校核。     

隅撑支撑钢框架的抗震性能

隅撑支撑框架是一种新型的耗能支撑钢框架结构形式,在小震作用下,具有较大的抗侧移刚度,在大震作用下,具有较好的耗能性能。隅撑是隅撑支撑框架中的耗能构件,其设计参数对隅撑支撑框架的抗震性能有重大影响。本文主要通过非线性有限元分析,探讨了隅撑的设计参数对隅撑支撑钢框架抗震性能的影响。     

罕遇地震下的屈曲约束支撑框架结构的动力响应研究

为分析支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素在罕遇地震下对屈曲约束支撑框架结构动力响应的影响,借助有限元分析软件SAP2000,分别对6层、12层、18层屈曲约束支撑框架结构模型进行了罕遇地震下的时程分析,详细研究了多高层结构体系的层间位移角、底层剪力、支撑内力等随支撑布置方式、刚度比、结构总层数等因素变化的规律。分析表明,倒V较单斜布置更能有效降低底层剪力、增大支撑轴力、降低层间位移角,从而降低结构的地震响应,更有利于结构消能减震;随着结构总层数的增大,支撑的屈服层数呈现出增多的趋势;刚度比七为2—4时,能使较多层数的屈曲约束支撑参与到消能减震的过程之中,较好地实现抗震设防目标。     

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。     

部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构的简化分析

本文推导了弹性状态下部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构在摩擦支座滑移和不滑移两种情况下的基本微分方程及周期、位移、内力计算公式,并给出了算例比较。研究表明:(1)摩擦支座滑移情况相比不滑移情况,周期增大,总水平地震作用减小,顶点位移及最大层间位移角均有所减小,总剪力墙的最大弯矩和最大剪力、总框架的层剪力有较大幅度减小;(2)摩擦支座滑移带来的附加剪切刚度比摩擦支座滑移前总滑移柱剪切刚度小;(3)中震或大震当主体结构基本处于弹性工作阶段时,考虑摩擦支座滑移进行计算分析比不考虑摩擦支座滑移更加经济。     

梁柱节点刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响

为了研究不同梁柱节点刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响,利用ABAQUS有限元软件建立了不同梁柱节点连接刚度的六层两跨平面钢框架模型,并对其滞回性能进行了非线性数值分析,对比分析了各模型的承载力、侧向刚度、延性、耗能能力等特性。结果表明:随着节点刚度的增大,各模型的屈服荷载、极限荷载、抗侧刚度、延性系数逐渐增大。Y形偏心支撑半刚接钢框架节点刚度越接近理想刚接情况,其抗震性能越好。倒三角水平循环荷载作用下,各模型均为耗能连梁首先屈服,且按照由底层到顶层的顺序逐渐屈服,中间底层柱在受力过程中应力较大,设计时应重点考虑。     

钢框架-混凝土抗侧力结构的抗震性能研究

在双重抗侧力结构体系中,地震作用主要由支撑框架或剪力墙等抗侧力结构承受,框架则主要承受竖向荷载,但是对框架的水平抗力也有具体要求。我国规范和美国规范对钢框架-剪力墙结构中框架应该承担的剪力有不同的规定,并且给出相应的抗震校核方法。此外,人们需要了解在混合结构中减少柱的数量对结构抗震性能的影响。为此,本文进行了2种钢-混凝土混合结构地震响应的有限元分析,并且考虑了柱距的变化,得到了轴压比的变化规律,对由两国抗震校核方法的计算结果进行了对比,提出了相关的设计建议。     

半刚性框架-密肋网格不同屈服点薄钢板剪力墙时程分析研究

采用有限元软件ABAQUS对内填墙板屈服强度分别为100 N/mm~2、160 N/mm~2和235 N/mm~2的半刚性框架-密肋网格钢板剪力墙进行动力时程分析。对三个模型在大震下的层间位移角、墙板面外变形、应力反应、加速度响应及层间剪力等进行了对比研究。结果表明:大震下屈服点越低的墙板越早进入塑性状态并开始屈服耗能,其层间位移角及相应的平面外塑性变形越大,刚度退化越明显。同时,内填墙板仅出现局部屈曲,且先于周边框架进入塑性阶段,梁、柱及节点未发生明显变形,结构未发生整体面外屈曲,受力模式符合"强框架、弱墙板"的设计理念,密肋网格的设置提高了墙板的面外约束刚度,限制了墙板的平面外变形。     

底柱加强对高层混合结构地震能量反应的影响

近年来,能量分析方法在结构抗震设计中的应用问题受到国内外地震工程界的普遍关注,被认为是今后结构抗震设计理论的发展方向之一.以一钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构为对象,通过逐渐增大框架底层柱截面,分析它们在不同类型地震波下的地震能量反应,结果表明,加强钢框架底层柱使结构总输入能基本不发生变化,结构滞回耗能在总输入能中的比例ν和底部剪力墙滞回耗能占结构总滞回耗能的比例μ均随结构刚度特征值λ的增大而减小,因此,加强钢框架底层柱能够提高外钢框架-内混凝土剪力墙结构体系的抗震能力,降低其在强震作用下的损伤程度.     

钢筋混凝土平面框架结构拟动力有限元分析

采用ABAQUS软件建立2层1榀1跨钢筋混凝土平面框架结构的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析,模型考虑混凝土的塑性损伤和钢材的弹塑性混合强化性质、结构阻尼和连续地震引起的塑性损伤累积效应。在位移、恢复力的计算结果与已有拟动力试验结果符合较好的基础上,进一步分析该平面框架的结构损伤、塑性耗能分配机制以及混凝土、钢筋的应力-应变。结果表明:小震、中震作用下,平面框架结构基本处于弹性阶段,大震作用时进入塑性阶段;地震往复作用使梁柱节点处混凝土比柱底更容易压碎,1层梁比2层梁更容易破坏;梁的塑性耗能占比远远大于柱,该框架为典型的"强柱弱梁"结构体系;采用的建模分析方法能有效反映结构的损伤过程,可方便地用于实际工程的抗震性能评估。     

钢框架-钢板剪力墙结构抗震性能研究

基于等效拉杆理论,对3组不同高度的钢框架-钢板剪力墙结构进行动力时程分析,研究了结构的层间侧移角、塑性铰出现顺序和外框架与支撑架的剪力分配等指标。结果表明:设计合理的钢框架-钢板剪力墙结构符合双层抗侧力体系设计原则。钢板剪力墙进入弹塑性状态后其支撑架的刚度并不明显退化,结构在各级地震下的外框架与支撑架的剪力分配比例较为稳定。另外,其剪力分配比例受其结构失稳类别的影响,一般情况下,外框架分配的剪力随结构高度的增加而增加。     

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。     

抗弯框架-钢板剪力墙结构体系抗震性能研究

基于等效拉杆理论和静力弹塑性分析法,对8层钢板剪力墙结构进行了静力推覆分析,在节点铰接和刚接连接形式下,分析了结构层间剪力分配、荷载-位移曲线、塑性铰出现顺序等指标,研究了节点刚度变化对结构整体性能的影响.结果表明:三跨刚接模型中,剪力墙承担约65％水平剪力,钢框架承担约35％,梁柱铰接后承载力降低29％左右.单跨刚接模型中,剪力墙承担约80％水平剪力,钢框架承担约20％,梁柱铰接后承载力降低9％左右.梁柱刚接为双重抗侧力体系,相邻跨框架能提供有效刚度,节点连接形式对结构承载力的影响不容忽视.     

星海金融商务区超高层综合体结构超限抗震设计

星海金融商务区超高层综合体建筑高度为193.30 m,共51层,采用超B级高度高层结构及钢筋混凝土框架—核心筒结构,采用SATWE及MIDAS两个程序对其进行计算分析,计算结果相近,小震下结构周期比、位移角、位移比、剪重比均满足规范要求。对其进行弹性时程计算时,发现顶部楼层地震力放大,中震、大震下底部加强部位的主要墙肢、框架柱及其余楼层的主要墙肢、框架柱均满足规范要求和性能目标,穿层柱需满足中震弹性,支撑楼面梁的连梁受剪承载力满足中震弹性,框架柱在1~24层为型钢混凝土柱,最后提出本工程结构加强措施。