基于人工铰的自适应结构减震性能与恢复力研究

钢筋混凝土框架结构节点处应力集中、侧向刚度小,在地震作用下容易导致结构整体失稳倒塌,而且梁端、柱端出现的塑性铰破坏严重,难以修复。提出一种全新的结构形式和一种新型人工铰：此种自适应结构能让建筑结构在地震作用下改变自身刚度、增大自振周期,减弱作用于结构的地震作用;新型人工铰具有良好的恢复力性能,能解决传统塑性铰破坏后难以修复的问题,通过设置人工铰将梁端铰从梁根处转移,能解决节点处应力集中的问题。通过ABAQUS软件改变人工铰的位置,建立3个自适应结构有限元模型与现浇框架模型进行对比研究。结果表明,基于自适应结构的控制系统方法让结构减少了70%的地震作用,人工铰和节点处抗震性能和恢复力性能良好。自适应结构可以广泛应用于各种装配式建筑,极大降低人工成本,彻底实现装配式建筑的智能化施工,对于装配式建筑的发展与推广具有重要的意义。此外,还提出了较方便的承载力计算方法和设置人工铰的设计建议。     

不同地震动作用下隔震结构减震影响分析

基于地震动加速度峰值和速度峰值比值（PGA／PGV）选用了13条不同频谱的地震波,对不同参数条件下多层基础隔震结构地震响应进行非线性时程分析,得到了不同地震动作用下隔震结构模型的地震反应。计算结果表明：随PGA／PGV增大,隔震结构减震率整体上呈增大趋势,但是PGA／PGV对减震率的影响程度还受结构自振周期,上部结构侧移刚度的影响,应综合考虑。     

中间柱型黏滞阻尼器装配式钢框架减震性能研究

为研究黏滞阻尼器与装配式钢框架中间柱式连接的整体抗震性能,且跨内不同位置的减震效率,设计出3个足尺的三层装配式钢框架结构:无控结构、柱靠边布置结构和柱居中布置结构,利用振动试验台对其进行测试,对比研究模型结构的地震反应,并采用有限元软件SAP2000进行模拟验证。试验和数值模拟结果均表明:无控结构在地震输入下地震反应较大,对其附设黏滞阻尼器后,地震响应得到有效控制,且柱居中布置结构的附加阻尼比高于柱靠边布置结构,其减震效果更优。     

装配式混凝土金属消能减震连接体系抗震性能分析研究

为了研究装配式混凝土金属消能减震连接体系的抗震性能,对金属消能减震连接体系和普通预制装配式框架进行了数值仿真分析,分析了消能器不同设计参数对该体系抗震性能的影响。分析结果表明:金属消能减震连接体系的抗震性能优于普通预制装配式框架,屈服位移有显著提高,较好的延缓了梁端的破坏,对梁端保护作用明显,并且有效的解决了梁端后浇区施工困难的问题;金属消能器腹板高度越小耗能效果越好,但初始刚度及承载力也越小;翼缘板厚度越小消能器越早屈服耗能,但过小的翼缘板厚度会导致耗能能力不足,并且应变过大会导致其与梁柱连接部位被破坏;随着消能器高度的增加,构件跨中弯矩越大,也越早屈服耗能,但过大的消能器高度会导致其弯曲变形严重。     

叠合装配式地铁车站结构地震动力响应及减震措施研究

地铁车站结构的减隔震技术目前仍处于起步阶段,缺少针对各类车站减隔震技术机理的系统性研究,故在“双碳”背景下开展装配式地铁车站的减隔震技术研究具有重要科学意义。以新型的“预制+现浇”的地铁车站为背景,建立叠合装配式地铁车站结构的有限元模型;以提升结构中柱抗震性能为目的,在中柱端部设置弹性滑移支座;利用动力时程分析法对比分析不同减隔震措施对叠合装配式车站结构地震响应特性的影响。结果表明：隔震支座的设置改善了车站结构的传力机制,抗震性能更好的侧墙承受了更多的地震荷载,有效地削弱了结构中柱的地震损伤程度;当隔震支座设置在柱顶时,整体隔震效果最为合理;隔震支座的摩擦系数对叠合装配式车站的抗震性能影响明显,且摩擦系数越小,对提高结构中柱的抗震性能越有利。研究结果可为类似地铁车站结构的减隔震工程提供参考。     

装配式剪力墙结构抗震试验研究

近年来我国各区域地震频发,房屋在地震中受损较为严重,如何提升房屋的抗震性是目前亟待解决的问题。以某市的装配式剪力墙高层住宅结构试点工程为试验对象,对其剪力墙结构进行设计改进,通过反复多次的荷载试验,分析其破坏受损过程,验证改进结构的抗震性能。试验结果表明:改进型的装配式剪力墙结构具有较好的抗震性能,应用推广前景良好。     

采用软钢阻尼器连接的L形装配式剪力墙抗震性能试验研究

基于"强水平缝弱竖向缝"的设计理念,对采用软钢阻尼器直接连接腹板墙和翼缘墙的L形装配式剪力墙试件进行低周反复荷载试验。试验结果表明试件的整体工作性能良好,其位移延性系数均大于2.6,具有良好的变形性能;阻尼器平面内工作性能良好,能够实现屈服耗能。设计中应考虑阻尼器的屈服力对单片墙肢轴压比的影响,以满足规范对试件轴压比的要求,同时避免试件在两个加载方向的承载力产生较大差异。     

螺旋箍筋约束套筒浆锚搭接的装配式剪力墙抗震性能有限元分析

采用有限元分析软件ABAQUS建立现浇剪力墙和螺旋箍筋约束套筒浆锚搭接装配式剪力墙有限元模型,用单向加载的方法模拟模型的正向骨架曲线。结果表明,在边缘构件受压区设置约束混凝土模型,可以较好地模拟螺旋箍筋约束边缘构件的剪力墙的抗震指标,并证明利用ABAQUS软件模拟现浇和装配式剪力墙力学性能的可行性,为采用浆锚搭接的装配式剪力墙相关的研究提供依据。     

水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构抗剪性能研究

为实现剪力墙结构震损后的快速修复，提出一种水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构(Repairable precast shear wall with horizontal steel connections, RPW-HSC),采用ABAQUS软件对高宽比为1.0的RPW-HSC试件进行建模分析，数值模拟结果与试验结果吻合良好。通过有限元参数化建模，研究钢制连接中剪切板的厚度、开缝处小钢柱的高宽比、钢板强度及轴压比对RPW-HSC试件抗剪性能的影响，建立RPW-HSC抗剪承载力设计方法。结果表明：RPW-HSC试件的刚度与抗剪承载力随剪切板厚度、钢材强度及轴压比的增加而增加，但参数过大会导致该试件由钢制剪切板破坏转变为上部预制混凝土墙体破坏；当钢制剪切板开缝处小钢柱高宽比小于3时，试件的破坏由开缝处小钢柱的弯曲破坏变成上部预制混凝土墙体的剪切破坏。因此，需控制合理的设计参数以实现RPW-HSC试件结构损伤可控及震损可修复。RPW-HSC试件抗剪承载力设计方法获得的理论计算值与试验值及有限元结果吻合较好，验证了抗剪承载力设计方法的准确性。     

基于位移的减震结构设计方法研究

针对减震结构的设计, 其振型分解反应谱方法不能反映阻尼器的非线性和结构在大震下的性能;时程分析法需要多次试算、十分繁琐的情况,采用以结构构件设计为主、线性粘滞阻尼器为强度补充的设计思想,将结构等效为单自由度体系,利用基于位移的设计方法对线性粘滞阻尼减震结构进行设计,并利用该方法设计1栋13层框架剪力墙结构,最后通过动力时程分析验证了该方法的可行性.     

装配式人防外墙等效荷载作用下整体性能的分析

运用有限元模拟计算,分析了在等效荷栽及墙外侧土压力的共同作用下,装配式人防外墙结构的整体性能及结构的开口情况、灌注桩的应力分布、装配式墙板的应力以及应变分布等。研究发现：装配式人防外墙结构会产生开口,但开口值较小;桩体的受力比较连续,桩体混凝土沿土压力方向逐渐由受压为主变为受拉为主,墙体的上下端面应力比较集中。结果表明,本文的研究成果对装配式人防外墙结构的设计和施工实践具有指导意义。     

基于实例分析的绿色钢结构抗震与环保性能研究

为优化绿色钢结构建筑的安全性能与环保性能,基于一40层框架-支撑钢结构建筑实例进行抗震性能与环保性能分析。根据实际建筑参数构建该绿色钢结构建筑剖面图,基于时程分析法记录不同地震波作用下建筑水平位移随时间变化情况,基于Pushover分析法分析方钢管混凝土组合异形柱在罕见地震中的基底剪力和弹塑性变形,基于对比实验方法验证其环保优越性,并得出以下结论：建筑的方钢管混凝土组合异形柱符合国家抗震性能要求,整体建筑的抗震性能随楼层的增加而减弱;与钢筋混凝土结构、砖混结构相比,钢结构能有效节约施工水电用量、降低施工噪声,是一种抗震性强、环保性能优的绿色建筑形式。     

隔震结构地震波选择方法研究

隔震结构的设计一般是采用时程分析算法进行的,故选择合适的地震波十分重要。而目前设计人员往往依据隔震前模型进行隔震设计,存在一定的不合理性。本文依据隔震前和隔震后两种不同的选波模型和对地震波反应谱控制频段的不同提出三种选波方案:方案一为对所选地震动的加速度反应谱在场地特征周期Tg附近的平台段和隔震前结构基本周期T1a所在下降段的控制;方案二为对在Tg附近的平台段和隔震后结构基本周期T1b所在下降段的控制;方案三为对所选地震动的加速度反应谱在Tg附近的平台段和隔震前、后两结构基本周期段的分别控制。通过对某五层混凝土框架隔震结构分别输入三种方案所选的20条地震动记录,对比隔震结构的水平向减震系数的离散性,分析罕遇地震作用下支座位移的合理性,证明方案三可以取得最优的计算结果,并提出一种基于规范设计反应谱不同频段的三频段控制选波方法。此外选取5个不同结构形式的工程算例验证三频段控制选波方法对于一般结构的适用性。     

地震作用下钢框架高层结构的抗震性能研究

钢框架高层建筑结构是当前高层建筑设计中使用最为广泛的技术,为提升其抗震性能,本文研究将调谐质量阻尼器安装在钢框架高层建筑结构顶部,考虑到建筑空间需求、防止集中荷载和提升控制效果等因素,在相同楼层或同顶部接近楼层中设置数个较小的、频率一致的子控制装置,通过设置调谐质量阻尼器受控结构等效阻尼比求极值的方法,获取最优刚度与最优阻尼系数;将获取的结果在有限元软件中进行模态分析获取模态质量,实现钢框架高层建筑结构扭转振动的减振控制。实验结果表明,地震荷载下,该方法使得建筑结构顶层角位移峰值和角加速度峰值分别降低50%和30%左右,建筑结构响应下降19%～26%,提高了高层建筑结构的稳定性。     

某新型梁柱节点的装配式钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计研究

在一种新型无黏结预应力装配式混凝土梁柱框架节点抗震性能试验基础之上，使用基于位移的抗震设计方法对新型框架节点的无黏结预应力装配式钢筋混凝土框架结构进行整体抗震设计研究。首先使用有限元软件sap2000进行预应力三维结构设计并建立相应的有限元模型，同时建立该梁柱节点的梁恢复力模型，进而实现自定义塑性铰本构关系研究该装配式框架结构。使用pushover分析去表征结构的抗震性能，对比研究不同目标位移下的相应性能水平要求。通过施加Y方向均匀分布荷载对结构进行弹塑性推覆分析，对结构的层间位移角、破坏机制进行分析讨论。结果表明：按照"功能良好""生命安全""防止倒塌"三水平的设计均达到预期结果，各层层间位移角和薄弱层的性能均能满足规范的相应要求。并选用三条地震波对结构进行弹塑性动力时程分析，表明基于该新型梁柱节点的装配式结构在基于位移的抗震设计中可以较好满足相关抗震性能水平要求。     

不同设防标准RC框架结构基于易损性分析的抗震性能评估

借助非线性动力时程分析,对严格按照规范Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度设计的5个三跨6层钢筋混凝土框架结构开展易损性分析,建立了基于峰值加速度的易损性曲线。从易损性的角度对不同设防标准RC框架结构的抗震性能做了定量评价,并探讨了设防标准对RC框架结构易损性的影响。分析表明,对应于设防小震、中震及大震水平的峰值加速度,结构“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的失效概率均在18%以内,可认为结构满足三水准的性态控制目标。随着结构设防标准的提高,其易损性随之降低,相同峰值加速度对应的各个破坏状态的超越概率均有所降低。此外,将框架结构的设防烈度提高1度,其“大震不倒”的失效概率会明显减小。而将框架结构的设防烈度降低1度,其“大震不倒”的失效概率会显著增加,最高可达4倍。     

考虑墙-框连接刚度影响的填充墙框架结构抗震性能分析

历史震害表明,填充墙与框架的连接刚度对框架结构的抗震性能有重要影响。我国《建筑抗震设计规范》(2010)建议"框架结构中的砌体填充墙,宜与柱脱开或采用柔性连接",但对二者的具体连接刚度,规范并没有做出明确规定。运用ABAQUS软件,对前人开展的考虑填充墙与框架连接影响的框架结构拟静力试验进行数值模拟,对比分析填充墙框架结构破坏特征及滞回曲线等抗震性能指标,验证了有限元模型的可靠性。基于某典型框架结构,建立不考虑填充墙、考虑填充墙与框架不同连接刚度的框架结构有限元模型。模态分析表明,连接刚度对框架结构的频率影响较小,结构的动力特性趋于一致;多遇地震和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析表明,合适的连接刚度可以提高结构的抗震性能。研究可为框架结构的抗震设计提供参考。     

强震区非对称连续梁桥地震响应及性能评价

为研究高烈度地区不等跨连续梁桥的抗震性能，依托某高速公路上一座主跨为（40+60+35）m的典型不等跨连续梁桥，建立其动力分析有限元模型，获得该桥的模态特性。在E1概率和E2概率两种地震水平作用下，同时采用反应谱分析和时程分析法，对不等跨桥梁结构的地震响应进行分析。最后根据桥墩验算截面的弯矩-曲率关系曲线，探讨该桥梁的抗震性能。研究结果表明：动态时程反应分析与反应谱分析所得的结果基本吻合，由于反应谱分析假定结构线弹性状态而时程反应分析考虑了材料的弹塑性，在E2概率水平下，两者个别响应值有较大差别；由于反应谱法是对各阶模态下最大响应的组合，动态时程反应分析是同一时刻各地震波引起的结构响应的组合，因而时域和频域计算结果会存在一些误差，频域结果偏于保守；E1、E2概率地震作用下，主桥桥墩检算截面仍然在弹性范围内工作，满足弹性设计要求。     

地震动差动作用下大跨度空间网壳结构的反应分析

选取100m跨度的双层柱面网壳结构为研究对象,采用时程分析法,分别进行了结构在单向和三向地震行波输入作用下的反应分析,并针对多种视波速情况进行了研究,考查了地震动不同输入情况下结构杆件内力的分布特点,对其进行了对比分析,为大跨网壳结构的抗震设计提供了理论依据。研究表明,考虑行波效应会使结构部分构件内力有一定程度的提高,多维地震作用比单维地震作用下结构的杆件内力大。由此得出结论：对于大跨度空间网壳结构,应该进行多维非一致输入下的地震反应分析;为保证抗震安全,应对可能出现的地面视波速进行全面分析。