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。     

基于结构弹塑性地震反应的柱变轴力加载方法研究

通过对平面框架弹塑性动力反应的分析，本文对地震作用下框架柱的轴力变化规律进行了研究，结果表明，在试验中使轴力与弯矩成比例变化的加载方案与框架柱的实际受力情况最一致，而假定轴力与水平侧移成比例变化则会带来一定的误差，但仍可作为近似的变轴力加载方法。     

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。     

带暗柱钢筋砼等肢L形柱轴压比限值调整系数研究

至今,带暗柱的等肢L形柱轴压比限值调整系数尚未得到充分研究,因而限制了其在工程中的应用.为此,针对等肢L形柱,采用非线性全过程数值分析方法,通过C++编制程序,并使用相关实验数据对程序进行了验证;在不同抗震等级、肢高纵筋配筋率及体积配箍率下,计算了带暗柱与不带暗柱钢筋混凝土等肢L形柱的截面曲率延性比,并根据《混凝土异形柱结构技术规程》给出的不同抗震等级下异形柱截面曲率延性比的要求,确定了各抗震等级下带暗柱与不带暗柱的等肢L形柱的轴压比限值及其比值;最后通过拟合分析法及调整系数法确定了带暗柱等肢L形柱轴压比限值的调整系数.     

叠合柱高墩概率地震易损性分析

为了评估叠合柱高墩的抗震性能,根据结构可靠度理论,推导了概率地震易损性函数解析式。以一座叠合柱高墩连续刚构为研究对象,对叠合柱高墩的合理性能指标进行分析和量化,建立了以轴力为变量的截面概率抗震能力模型。考虑材料强度和地震动的不确定性,采用IDA方法对结构-地震动样本进行地震需求分析,建立了以PGA为变量的控制截面概率地震需求模型并进行概率地震易损性分析。结果表明曲率指标对数均值与对数轴力之间符合三次多项式回归关系,曲率抗震能力随轴力的增大而减小。在纵向地震作用下,曲率需求与PGA之间仍然满足对数线性关系,墩底区域最容易发生损伤,矮墩比高墩更容易发生损伤,在设计地震作用下,叠合柱高墩发生倒塌的概率极小。     

薄壁波纹钢管混凝土柱滞回性能试验研究

近年来,薄壁钢管混凝土柱由于其良好的力学性能和施工性能在各类建筑结构和桥梁上得到了广泛应用,但震害表明,普通薄壁钢管混凝土柱抗局部屈曲能力和屈曲后抗震性能较差。提出了一种薄壁波纹钢管混凝土柱,为了初步探索其抗震性能,以轴压比和截面形式为主要参数,进行了2根薄壁波纹钢管混凝土柱和2根普通薄壁钢管混凝土柱低周反复加载试验研究。主要结论如下:在轴压比相同的情况下,薄壁波纹钢管混凝土柱的滞回曲线明显要比其它两种截面形式的饱满;在相同位移时,薄壁波纹钢管混凝土柱的耗能能力明显好于方形和圆形的。三种截面形式的延性较接近且延性系数均超过3,且强度退化和刚度退化趋势和程度基本一致。综合分析,薄壁波纹钢管混凝土柱抗震性能较之圆、方形薄壁钢管混凝土柱的相当或稍好。研究结果可供城市高架桥的分析与设计参考。     

钢管混凝土叠合柱的抗震延性研究

震害表明,高层建筑中轴压比较大的钢筋混凝土柱的变形能力较弱。为了提高大轴压比柱的变形能力,进而改善结构的抗震性能,采用钢管混凝土叠合柱是最有效的方法之一。本文首先通过截面分析,阐释了钢管混凝土叠合柱在高轴压比下提高柱子延性的机理。然后基于已有的钢管混凝土叠合柱试验,采用通用非线性有限元软件ABAQUS建立了钢管混凝土叠合柱的有限元模型。有限元分析结果与试验结果吻合良好,说明了有限元模型的合理性。在此基础上,分析了名义轴压比、套箍系数等参数对钢管混凝土叠合柱位移延性系数的影响,得到了影响外围钢筋混凝土与核心钢管混凝土之间轴力重分配和叠合柱延性的关键参数。通过回归分析,得到反映各关键参数影响的叠合柱位移延性系数的简化计算公式,在此基础上,计算得到了各抗震等级叠合柱位移延性系数的下限值,为叠合柱的延性估算和复核提供参考。     

蜂窝状钢骨混凝土L形柱抗震性能的试验研究

为了考察轴压比对蜂窝状钢骨混凝土L形柱抗震性能的影响,本文进行了3根不同轴压比的蜂窝状钢骨混凝土L形柱的低周往复水平荷载试验,研究了该L形柱的破坏形态、滞回特性、延性、黏滞阻尼系数等抗震性能.研究表明:蜂窝状钢骨能增强钢骨与混凝土间的黏结能力,提高其协同工作与整体受力性能.蜂窝状钢骨的存在,延缓了L形柱的刚度退化,提高了延性,增强了结构的耗能能力及抗震性能.轴压比对该新型构件的破坏形态及抗震性能影响明显.随着轴压比的增大,构件的破坏形态由类似于剪切破坏向轴压破坏形态转变.轴压比越大,构件的极限承载力越大,但延性与黏滞阻尼系数越小,耗能能力越低,抗震性能越差.研究还发现,该新型构件的正、反方向承载力及延性有所差别.     

宽肢T形柱的滞回特性及耗能分析

基于4根钢筋混凝土宽肢T形柱的试验数据。分析比较了不同尺寸和轴压比的宽肢T形柱沿工程轴方向受力时的强度、刚度及延性等抗震性能指标，重点分析了宽肢T形柱在水平力正反两方向上加载时的不同特性，为宽肢T形柱的设计提供依据。     

约束钢筋混凝土十字形柱的高温轴力分析

利用结构抗火分析软件SAFIR,研究了高温下约束十字形柱的轴力变化过程,考察了众多参数对该过程的影响规律,初步建立了其实用计算方法。研究结果表明：①荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载偏心率、截面尺寸对该变化过程影响较大,而柱长度、材料强度、混凝土保护层厚度、配筋率则对该过程影响较小。②随着轴向约束刚度比增加,轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值均逐渐增大,且后者的增大效应相比前者更为显著。③有无转动约束存在对轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值影响有限,非零转动约束刚度比盼大小对轴力变化系数随升温时间的变化过程影响很小。④随着荷载比增加,轴力变化系数峰值迅速减小,这一趋势对于偏压柱更为显著;随着荷载偏心率增加,轴力变化系数迅速增大。由于火灾中相邻构件之间相互约束作用的客观存在,正确把握高温下约束构件的内力变化过程对科学解释其真实火灾行为是必要的。     

轻质砌块填充墙对钢框架地震反应影响分析

本文根据现有的填充墙钢框架结构试验和理论研究成果,提出了一种适用于结构整体分析的框架填充墙有限元模型。采用杆系模型并编制了相应的弹塑性地震反应分析程序。通过对空框架和带填充墙钢框架的地震反应分析,研究了轻质砌块填充墙的存在对钢框架顶层位移反应、底层柱弯矩及柱轴力反应的影响,得出了有益的结论。为进一步完善钢结构抗震设计提供了理论基础。     

底部加强型多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能试验研究

为适应巨型框架结构发展,提出了一种底部加强型多腔钢管混凝土巨型柱。为了比较它与相应普通多腔钢管混凝土巨型柱抗震性能的差异,进行了6个1/25缩尺的巨型柱模型在轴向压力或轴向拉力下的低周反复荷载试验研究。6个模型中:按底部截面构造区分,3个试件为底部加强型巨型柱模型,3个试件为相应普通巨型柱模型;按轴力作用方向区分,4个试件为轴压试件,轴压比分别为0.5、0.25,2个试件为轴拉试件,轴拉比为0.2。比较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。研究表明:底部加强型巨型柱与普通巨型柱相比,承载力、延性、耗能能力明显提高,刚度退化速度减慢,工作性能较稳定;轴压试件与轴拉试件相比,轴压试件抗震性能相对较好。     

钢桁架(ST)约束混凝土组合柱抗震性能研究

目前,组合柱在建筑结构中进行了广泛应用和研究,研究表明:截面形式对组合柱的抗震性能有很大影响。首先,对钢桁架(ST)约束混凝土组合柱进行了试验研究。并在此基础上,利用有限元软件ABAQUS建立了数值分析模型;其次,基于数值分析模型,分析了组合柱中各部件的应力应变状态,分别考察了轴压比、缀板排列方式、体积配箍率、角钢肢宽与肢厚等因素对柱抗震性能的影响;最后,给出了组合柱在不同抗震等级下轴压比限值的建议值,可为后续组合柱的研究提供参考。研究表明:随着轴压比的增大,组合柱的延性变差,承载力先增大后减小;合理的缀板排列方式可有效抑制角钢的局部屈曲;随着体积配箍率的增大,组合柱的承载力有一定提升,延性提高较为显著;随着角钢肢宽和肢厚的增加,组合柱的承载力和延性均有显著提升。     

带现浇楼板RC框架结构抗震性能的多因素影响分析

采用pushover和非线性动力时程分析方法,分析了多因素下带楼板框架和不带楼板框架的抗震性能,并研究了在双向地震作用下框架结构的性能及需求。建立两组模型并完成对比分析,结果表明:考虑楼板的框架结构在不同轴压比及柱端弯矩增大系数作用下抗震性能会降低;在单向地震作用下可实现结构的"强柱弱梁"屈服机制;斜向地震作用下带楼板的框架结构,在轴压比取值高于0.56或者柱端弯矩增大系数高于2.0时,才能形成"强柱弱梁"屈服机制;斜向地震作用下用空间带楼板框架模型考虑结构体系的空间抗震机制更加合适。     

结构参数对双链式悬索桥地震响应的影响

以某双链式悬索桥为工程背景,建立了空间有限元计算模型.运用几何非线性时程分析方法,分析并探讨了不同垂跨比、阻尼比,塔桥不同连接方式和双链位置对双链式悬索桥地震响应的影响.分析表明,竖向地震动分量使桥塔轴力迅速增大,加劲梁采用钢筋混凝土边梁可有效减小地震响应;塔梁间采用简支连接方案其抗震性能比固定支座连接方案、滑动支座连接方案要好;双链式悬索桥横向抗震性能优于单链式悬索桥.对双链式悬索桥抗震性能的研究,为此类悬索结构的设计选型,乃至减震、隔震及抗震加固提供了参考.     

带防屈曲支撑的钢管混凝土框架抗震性能参数分析

设置防屈曲支撑的钢管混凝土框架是一种新型钢管混凝土减震结构。采用有限元软件Opensees对设置防屈曲支撑的单层单跨钢管混凝土减震框架进行数值模拟,研究了框架梁柱线刚度比、防屈曲支撑初始刚度以及钢管混凝土柱轴压比等设计参数对该减震结构抗震性能的影响。研究结果表明：1数值模拟和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性;2梁柱线刚度比在0.1~0.3之间变化时,钢管混凝土减震框架的抗震性能较好;3BRB耗能支撑的初始刚度K1在40~80kN/mm变化时,减震框架的耗能减震效应较明显;4在合理的钢管混凝土柱轴压比范围内,当轴压比较大时,在钢管混凝土框架中设置防屈曲支撑能明显地提高结构的耗能能力和改善结构的强度退化现象。     

双向地震动作用下单拱大跨地铁车站结构地震响应分析

地铁车站结构作为现代城市交通工程的重要组成部分,其抗震问题已成为城市工程抗震和防灾减灾研究的重点与难点。以深圳地铁3号线四期低碳城单拱大跨车站为研究对象,采用近场波动有限元方法,建立三维土-结构相互作用整体有限元分析模型。选取3条人工波和3条天然波作为输入地震动,分析水平单向地震动、水平与竖向双向地震动作用下单拱大跨地铁车站结构三维地震响应规律。研究结果表明,双向地震动作用下单拱大跨无柱结构及矩形框架有柱结构的水平位移及层间位移均略小于单向地震动作用下,但矩形框架有柱结构在竖向地震动作用下的中柱轴压比明显增加,说明单拱大跨车站结构可有效降低双向地震动作用下中柱轴压比变大的风险;双向地震动作用下的结构峰值弯矩大于单向地震动作用下,说明进行结构设计时应适当考虑竖向地震动作用的影响;单拱大跨无柱结构拱顶弯矩明显小于矩形框架有柱结构顶板跨中弯矩,改善了常规矩形框架结构顶板受力性能,但由于单拱大跨无柱结构缺少中柱竖向支撑作用,其底板及侧墙底部弯矩明显大于矩形框架有柱结构,尤其在双向地震动作用下更明显,因此单拱大跨无柱结构需加强底板及侧墙的厚度与配筋,以抵抗较大的弯矩响应。     

抗震框架柱端弯矩增大系数的构成因素识别及量化评价

钢筋混凝土柱端弯矩增大系数是减缓柱端在强地面运动下形成屈服区,改善结构性能的重要抗震措施。目前虽已见有对中国规范取值有效性的分析评价结果,但对影响其取值的主要因素与影响程度则未见有关文章发表。本文设计了不同抗震等级的3个典型空间框架结构,通过对其非弹性动力反应分析结果的逐时点量化识别以及梁端抗弯能力超强的考察,识别出"梁端抗弯能力超强"和"节点处柱端弯矩比例从多遇到罕遇地震作用的增长率"是决定ηc取值的两个主要因素,而柱轴力从多遇到罕遇地震作用的变化则对ηc取值无明显影响。在完成以上两个主要因素定量统计的基础上,对各抗震等级ηc的合理取值作了进一步评价。     

设计因素对RC框架结构地震易损性的影响

考虑到结构抵抗地震作用的机制为结构和地震动的不确定性与非线性相互耦合的过程,采用增量动力分析(IDA)考虑地震动的不确定性,选取16条地震动记录,基于OpenSEES的有限元建模理论对13榀平面RC框架结构进行基于IDA方法的地震易损性分析,分别讨论轴压比、高宽比、混凝土强度以及纵筋强度等结构参数对RC框架结构抗震性能的影响。结果表明:柱轴压比对结构抗震性能的影响显著,而高宽比对结构抗震性能的影响不明显;在保证柱轴压比相近的前提下,提高柱混凝土强度能够提升结构的抗震性能;相同地震作用下梁柱配置纵筋强度较高的框架结构达到立即使用(IO)状态和生命安全(LS)状态的概率较配置纵筋强度较低的大,配置纵筋强度较高的框架结构较配置纵筋强度较低的表现出更好的抗倒塌能力。     

钢筋混凝土带暗柱等肢T形柱轴压比限值调整系数的研究

若干研究已表明设置暗柱能有效提高T形柱的延性,但迄今为止带暗柱T形柱轴压比限值的研究尚为空白,这影响了带暗柱T形柱的工程应用。文中采用非线性全过程数值计算方法,计算了不同肢长、不同抗震等级下带暗柱与不带暗柱钢筋混凝土等肢T形柱在不同纵向受力钢筋配筋率和不同体积配箍率时的截面曲率延性比;根据《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJ149-2006)给出的各抗震等级下对异形柱截面曲率延性比的要求,确定了带暗柱与不带暗柱的等肢T形柱的轴压比限值,进而求出两者同一肢长下轴压比限值的比值;最后通过回归分析得到了带暗柱等肢T形柱轴压比限值的调整系数公式。利用此公式并根据《规程》JGJ149-2006中规定的不带暗柱T形柱的轴压比限值即可求出带暗柱等肢T形柱的轴压比限值。