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。     

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。     

RC框架结构地震塑性损伤分析

基于经典塑性模型与连续损伤模型,根据广义应力空间塑性力学确定了塑性变形的演化法则,文中发展了一种地震塑性损伤分析方法。用来进行混凝土框架结构的抗震分析,将塑性损伤的本构关系运用于两端具有塑性铰的梁模型,模拟框架结构的梁柱。同时该方法的损伤指数可以确定结构各单元和整体的地震时性能,确定结构极限荷载,算例表明该方法具有可靠的精度。     

强震下四边钢柱支承单层柱面网壳弹塑性地震响应研究

采用集中塑性铰理论和SAP2000结构分析软件,对某体育练习馆（钢柱周边支承单层柱面网壳）整体结构进行了强震下弹塑性地震响应分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了节点位移响应、杆件塑性铰的分布特征和结构的整体变形与失效形态,并评定了整体结构在强震下的极限承载力与失效类型。结果表明：该结构在强震下的失效界限地震加速度峰值为1260gal,最大竖向变形为短向跨度的1/163,满足＂避难与救灾建筑结构＂的抗震性能设防要求;结构的失效类型为动力失稳破坏,临界失效时出现塑性铰的杆件较少,结构塑性发展程度不充分;由整体稳定控制的单层柱面网壳在满足稳定承载力的要求下具有较大的抗震潜能。     

摩擦耗能钢框架刚塑性抗震设计方法的研究

基于强震下摩擦耗能钢框架的能量转化机制,发展了一种结构基于性能刚塑性抗震设计方法。将预设的耗能部位(梁柱塑性铰及摩擦耗能元件)假定为理想刚塑性,其它部位为刚性,采用刚塑性模型来预测结构地震反应。以预控的塑性机构及位移限值作为性能目标,考虑结构的P-Δ效应,根据能量相等原则,将结构等效为刚塑性单自由度体系,运用刚塑性位移反应谱完成结构内力计算,最后通过9层的摩擦耗能钢框架进行设计,并运用pushover分析和非线性动力分析进行了验证,结果表明该方法具有满意的精确度。     

合理确定梁端塑性铰弯矩值及改进钢框架梁连接设计

多次强震震害表明,梁破坏时梁端截面并未能形成理想塑性铰,而是在梁柱连接处发生脆性破坏。提出了改进钢框架梁连接设计的具体作法,即局部加大梁端焊缝截面的同时,在梁端一定距离处又适当削弱梁翼缘尺寸,合理确定梁端塑性铰弯矩,按梁两端出现同向塑性铰求出钢框架梁柱连接、梁的拼接处的内力(M、V)作为多遇地震作用下的调整内力设计值,改进梁柱连接、梁拼接的设计,供工程设计和修订相应规范作参考。     

抗震结构柱端塑性铰形成机制有限元分析

针对汶川地震中钢筋混凝土结构出现大量的脆性破坏,以抗震结构设计中的塑性铰为研究目标,应用ANSYS程序对框架结构中最易出现塑性铰的节点部位进行了有限元分析。计算中采用了钢筋单元与混凝土单元变形不协调模型。结果显示,引起柱端脆性破坏的原因在于节点部位梁与柱的刚度失衡,柱端延性下降。目前抗震设计规范中的"强柱弱梁"、"强剪弱弯"原则和相关措施,不能保证塑性铰一定出现在梁端,结构抗震设计中常用的本构关系模型有待改进。     

中高层钢筋混凝土异形柱框架-抗震墙结构的抗震性能研究

本文通过对一幢中高层住宅在不同水准地震作用下进行的弹性计算和弹塑性动力时程分析,研究了钢筋混凝土异形柱框架-剪力墙结构的动力特性和抗震能力。结果显示该结构整体抗侧刚度大,抗震性能较好。进入塑性阶段后,塑性铰分布合理,满足了结构延性设计的要求。     

若干典型巨型钢框架结构的罕遇地震反应分析

针对若干有代表性的巨型钢框架结构进行了在强震作用下考虑几何非线性的弹塑性时程反应分析，得到了结构的位移、速度、加速度时程响应，给出了结构各层位移包络值、层问位移包络值和塑性铰出现的位置，并讨论了巨型梁柱、地震波等因素对巨型钢框架结构抗震性能的影响。     

梁端楔形翼缘连接钢框架抗震性能和抗震设计研究

根据两跨两层梁端楔形翼缘连接钢框架试件的低周反复加载试验,研究了梁端楔形翼缘连接钢框架结构在地震作用下的滞回性能、耗能机制、耗能能力和破坏形态。结果显示,试件破坏模式为延性,塑性铰出现在梁翼缘变化处,远离梁柱交界,梁端楔形翼缘连接钢框架具有良好的抗震性能。针对梁端楔形翼缘连接钢框架的特点,提出了强柱弱梁、强节点弱杆件和节点域抗震设计要求。     

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。     

预制预应力混凝土装配整体式框架拟动力试验研究

通过一榀二跨二层预压装配式预应力混凝土框架拟动力试验,研究了预压装配式框架的破坏机制、变形性能、刚度退化及耗能能力等抗震性能,并对模型结构进行弹塑性动力分析。研究表明,预压装配式预应力结构有着很强的变形恢复能力,框架节点处于双向受压状态,节点刚度和核心区抗裂性得到增强,提高了框架整体抗侧刚度。在竖向和水平力的作用下,梁端在叠加的负弯矩作用下率先出现塑性铰,可实现"强柱弱梁"的设计要求,预压装配式预应力结构具有良好的抗震性能。     

某高位转换高层建筑结构设计

对某高位转换高层建筑进行结构设计分析,重点分析了PKPM不同计算模块对转换构件的计算结果,对比发现不同的模块计算结果有较大不同,在结构设计时应对结果进行仔细分析综合判断,才能作为设计依据。同时根据规范设定的抗震性能目标,研究结构的整体抗震性能,分别进行多遇地震作用下的弹性反应谱分析和罕遇地震作用下的推覆分析,结果表明:结构满足抗震性能要求。在多遇地震作用下,结构完全处于弹性工作,在罕遇地震作用下,塑性铰出现的时间和位置合理,满足抗震性能要求。     

钢筋混凝土梁柱边节点抗震性能参数分析

通过2个钢筋混凝土梁柱边节点的低周反复荷载试验,从骨架曲线、变形能力和耗能等方面对边节点的抗震性能进行了研究,进一步应用有限元程序ABAQUS对梁柱边节点进行有限元参数分析,研究轴压比和配筋率对节点抗震性能的影响。研究结果表明:随着柱端弯矩增大系数的提高,边节点试件的破坏模式从柱端混凝土压溃破坏转变成梁端塑性铰破坏,现行规范规定柱端弯矩增大系数有效实现了"强柱弱梁"预期设计目标;若边节点试件发生梁端破坏,柱轴压比变化对钢筋混凝土节点承载力和抗震性能影响甚微;随着柱配筋率逐步提高,框架梁梁端出现了塑性铰,显著提高了节点的承载力和抗震性能。     

底商住宅在罕遇地震作用下的弹塑性时程分析

采用弹塑性时程分析程序CANNY对采用框架-非连续抗震墙结构的板式底商住宅进行了罕遇地震作用下的抗震性能分析。计算结果表明,在房屋的底层和端部布置适当数量的抗震墙,可有效提高结构的底层侧向刚度和房屋的整体抗扭刚度,改变了框架结构的抗震不规则形态。在7度罕遇地震作用下,结构弹塑性变形沿竖向分布均匀,无明显薄弱层,结构塑性铰分布合理,可满足规范的抗震设防要求。     

装配式人工消能塑性铰框架-摇摆墙抗震性能研究

为提高装配式钢筋混凝土(RC)框架结构的抗震性能,并针对震后梁、柱构件损伤严重等问题,提出一种基于人工塑性消能铰的装配式混凝土框架-摇摆墙结构.人工消能塑性铰即梁、柱构件在梁端采用机械铰及附加耗能钢板连接的构造,基于该构造的框架结合底部铰接的剪力墙,形成人工消能塑性铰框架-摇摆墙结构.使用OpenSEES软件建立了人工...     

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。     

楼板开角缝实现RC框架“强柱弱梁”效果的有限元分析

利用有限元软件ADINA对一栋6层现浇钢筋混凝土框架结构的梁柱节点做了拟静力分析与地震动力反应分析,并对普通梁柱节点与周围楼板设角缝节点的结果对比。分析计算结果表明,对于普通梁柱节点,在梁柱节点处采用开角缝的措施之后,梁受力主筋屈服明显提前,柱混凝土裂缝明显减少,梁、柱塑性铰出现时间间隔增加。首层柱柱脚处塑性铰的出现延后,更加接近总体机制破坏。     

轴压比对RC框架实现“强柱弱梁”的影响研究

针对现浇楼板中板筋对纵向梁抗弯能力的提高作用,采用ABAQUS进行不同轴压比下的RC空间框架结构非线性分析,通过不同节点处的梁、柱钢筋应力对比,讨论了不同轴压比对应的结构和同一结构中不同节点位置在实现"强柱弱梁"上的难易程度以及梁端塑性铰的出现条件。研究结果表明,轴压比对板筋在纵向梁抗弯能力中参与程度的影响较大,低轴压比的结构比高轴压比的结构更容易出现梁端塑性铰;同一结构中内节点对应的纵向梁端比外节点更难出现塑性铰;为实现"大震不倒",建议在满足现行结构设计规范提出的相关要求外,对同一节点处的梁、柱端实际承载能力进行复核,使得考虑了现浇楼板参与作用后的梁端实际承载力依然小于柱端实际承载力。     

改进型非对称加腋节点的抗震性能分析

为研究十字型非对称加腋节点的抗震性能,设计了上翼缘翼缘板加强和下翼缘加腋的节点形式,并与仅下翼缘加腋、上翼缘盖板加强下翼缘加腋的加腋节点进行了对比研究,通过理论计算以及Ansys模拟研究了不同节点构造及参数取值对加腋节点抗震性能的影响。分析结果表明:3种构造的加腋节点试件塑性铰均发生离加腋端约梁高的1/4-1/3处。美国规范AISC steel design guide series12所计算的梁塑性破坏时剪力偏小。梁上翼下翼缘梁柱焊缝应力呈中部大两端小的分布趋势,上翼缘焊缝应力对于焊缝起到决定性作用。随着加腋长度的增加,塑性铰的位置离加强端的距离变大;翼缘板加强节点的梁柱上翼缘焊缝应力变小,其他2种构造节点应力有变大趋势;梁柱下翼缘的焊缝应力均随加腋长度的增加而变小;3种构造的试件最大承载力均随之加大。