单向预应力混凝土空间框架弹塑性时程分析

参照中国现行结构设计规范,按不同抗震等级设计4个处于结构临界高度(24m)和临界跨度(18m)的7度二、三级和8度一、二级单向预应力空间框架(一级框架中柱"强柱弱梁"级差调整按建议公式弱化设计),然后基于OpenSEES有限元分析平台,进行双向地震动下的弹塑性时程分析,研究其在罕遇地震下的抗震性能和能力。结果表明:各框架沿两个方向屈服程度均不高、具有较好的整体抗震能力。其中,取较低抗震等级的7度三级和8度二级框架,其整体地震反应较取较高抗震等级的7度二级和8度一级框架略大,但差异并不明显。RC框架方向形成理想的"梁铰机制",PC框架方向形成"柱铰机制",PC框架抗侧刚度更大、抗震能力更强。抗震等级为一级的PC框架经弱化中柱设计后,可以有效引导框架在中柱出铰,但仍不能避免边柱少量出铰,可考虑适当加强边柱予以控制。     

基于梁铰机制的柱端弯矩增强措施研究

汶川地震中钢筋混凝土框架结构塑性铰普遍出现在柱端,该震害现象促使我国抗震规范在2010版提高了"强柱弱梁"措施。新的柱端弯矩增大系数取值对一、二抗震等级而言与已有研究结果相近,但低烈度区、三级抗震的取值仍缺乏依据。该文按现行中国规范设计5个位于Ⅱ类场地的不同设防烈度分区、不同抗震等级的规则钢筋混凝土平面框架,讨论现浇板钢筋、梁下部纵筋等对"强柱弱梁"措施的影响规律。以强震下除底层柱下端外其他柱截面纵筋不屈服的梁铰机制为原则建立非线性计算模型,对每个框架分别输入30条符合要求的地震波,在OpenSees平台上对5个框架进行罕遇地震下的非线性反应分析,并对柱端弯矩增大系数需求进行统计分析。结果表明,对于7度区三级抗震框架的柱端弯矩增大系数,抗震规范取1.3明显不足,建议提高其取值,并同时附加将中间节点处绝对值较小的梁端负弯矩取为零的计算原则;8度区二级框架、9度区一级框架的柱端弯矩增大系数需求的统计结果较规范取值偏大得相对较少。基于梁端实际配筋和材料强度标准值的柱端弯矩增大系数需求的统计特征值离散性更小、沿楼层变化不大,同时其已包含板钢筋的贡献,是相对更好的"强柱弱梁"措施形式,此时抗震规范的一、二抗震等级的弯矩增大系数仍有待提高。     

双向地震作用下我国“强柱弱梁”措施的有效性评估

以往研究柱端弯矩增大系数时一般基于平面分析模型,双向水平地震作用对框架"强柱弱梁"屈服机制的影响未引起重视。严格按中国规范设计出5个不同地震烈度分区的规则空间框架,在OpenSees平台上,采用基于柔度法的纤维模型从而更加真实地模拟柱在双向弯曲和变化轴力作用下的非线性反应,对五个框架进行了罕遇地震下的非线性反应分析。结果表明,7度0.1g区三级抗震空间框架形成了柱铰为主的混合耗能机制,7度0.15g区三级抗震空间框架少量楼层发生了层侧移反应,8度0.2g区、0.3g区二级抗震空间框架均是部分楼层出现明显层侧移反应的典型柱铰机制,9度0.4g区一级抗震空间框架则形成了梁铰、柱铰均较严重的梁柱铰混合机制。五个空间框架在双向地震下的塑性铰分布特征均比相应平面框架更不利。我国不同烈度区、不同抗震等级的空间框架结构在罕遇地震下形成了不同的的塑性铰耗能机制。     

云南某工程购物中心南区Pushover静力弹塑性分析

采用静力弹塑性方法对云南某工程购物中心南区（钢框架结构体系）在罕遇地震作用下的抗震性能进行了分析。结果表明,在罕遇地震作用下,该结构的最大弹塑性层间位移角小于规范的限值;钢框架结构的塑性铰主要出现在梁端;绝大部分钢框架柱处于弹性,只有极少数钢框架柱出现了塑性铰,通过调整设计使得全部框架柱都不出现塑性铰。该工程的设计达到了预定的抗震设防目标。     

罕遇地震作用下的弹塑性时程分析及抗震性能化评价在工程中应用

按照弹塑性性能、内力等效原则,采用"等效柱"代替框剪结构中的剪力墙进行弹塑性时程分析,从而按照杆元单元的塑性铰来模拟实际结构中的剪力墙塑性性能。本文结合实际工程,分析了结构在罕遇地震作用下地震反应,包括层间位移、塑性铰出现的先后顺序、位置,以及塑性铰破坏的程度,从而达到结构抗震性能化目标。     

V型偏心支撑钢框架结构抗震性能分析

采用pushover方法对V型偏心支撑钢框架在三种罕遇地震烈度下的抗震性能进行分析,得出该结构在不同罕遇地震作用下的抗震模式及结构性能点,并对其抗震性能进行评定;该结构在地震作用下塑性铰依次出现于耗能梁段和框架梁上,耗散大量的地震能量,同时避免框架柱遭受破坏,满足强柱弱梁和规范要求.     

基于性能的带边框板柱-剪力墙结构抗震设计

板柱-剪力墙结构属抗震性能相对不利的结构体系,我国现行的抗震设计规范要求板柱-剪力墙结构周边应设置有梁框架。结合一栋5层带边框板柱-剪力墙结构的实际工程,采用抗震性能化设计方法,进行罕遇地震下的有限元非线性分析,讨论结构在多遇及罕遇地震作用下的响应,绘制结构层间位移的变化曲线,分析塑性铰的分布情况。结果表明,适当加强边框框架侧向刚度后可以有效地提高结构的抗震性能,有效降低抗震墙承担的地震水平作用,弹塑性位移角满足规范要求,出现的塑性铰都在可修复范围,结构安全可靠。     

传统框架及楼板局部设缝框架柱端弯矩增大系数分析

柱端弯矩增大系数是实现结构"强柱弱梁"的关键措施之一。分析了传统框架的柱端弯矩增大系数,表明现浇楼板对框架梁端抗弯承载力的贡献不可忽略,抗震规范给出的柱端弯矩增大系数难以实现梁铰屈服机制,柱端出现塑性铰难以避免,由此对框架梁侧楼板局部设缝,以消除楼板对框架梁端抗弯承载力的贡献,从而分析该楼板局部设缝框架的柱端弯矩增大系数,表明现行抗震规范给出的柱端弯矩增大系数对于楼板局部设缝的框架可以实现"强柱弱梁"屈服机制。     

考虑现浇楼板的柱端弯矩增大系数可靠指标分析

本文分析了考虑梁侧楼板有效翼缘宽度范围内板配筋的框架柱端弯矩增大系数可靠指标关系,表明考虑梁侧现浇楼板配筋,抗震规范给出的柱端弯矩增大系数难以实现梁铰屈服机制,柱端出现塑性铰难以避免。分析表明,柱端弯矩增大系数取值达到2.0以上,才能满足建筑结构安全等级为二级时延性破坏的可靠指标β基准值。     

钢筋混凝土框架柱端弯矩增大系数初探

四川汶川地震中,房屋典型的震害表现为,一些钢筋混凝土框架结构柱端出现了严重的塑性铰,而梁端震害反而较轻,"强柱弱梁"的抗震设计目标在混凝土框架中未能实现。本文首先总结了我国现行规范中关于"强柱弱梁"的相关规定及存在的问题,然后分析不同柱端弯矩增大系数对框架结构塑性铰分布的影响,结果表明,当柱端弯矩增大系数取为1.7时能有效地实现"强柱弱梁"。     

广州天王中心大厦弹塑性地震反应分析

本文对采用巨型框架结构的广州天王中心大厦进行了罕遇地震下的弹塑性时程分析。将整体结构划分为两个子结构,对每一子结构分别采用平面协同模型进行静力弹塑性分析,得到层剪力-层间位移四折线骨架曲线和塑性铰分布。塑性铰分布表明结构符合“强柱弱梁”的原则。将两个子结构用刚性楼板连接,对结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析。计算结果表明,结构能满足大震不倒的设防要求。     

基于MIDAS的某超限混合结构的静力和动力弹塑性分析

利用MIDAS Building分别对某钢-混凝土混合结构进行7度罕遇地震作用下的静力弹塑性Pushover分析和动力弹塑性时程分析,并对两者的结果进行对比分析,结果表明两种方法结构在罕遇地震作用下的结构地震响应基本趋势相同,结构能够满足"大震不倒"的设防要求,Y向抗震性能优于X向抗震性能,但与静力弹塑性分析相比,动力弹塑性时程分析的塑性铰分布更符合实际情况,因此动力弹塑性时程分析更能反映结构的破坏机制。     

我国混凝土框架结构强柱弱梁措施的实际控制效果

为了识别强柱弱梁措施的实际抗震控制效果,对影响框架结构梁、柱端抗弯能力及二者相对强度的因素进行了分析归纳。严格按中国规范设计出5个不同地震烈度分区的规则平面框架结构,考察了这些结构在采取强柱弱梁措施后其柱、梁之间的实际强度级差系数及其规律,对这些框架进行了多波输入下的非弹性动力反应分析。结果表明,在罕遇地震下,9度区(一级抗震等级)框架形成了抗震性能良好的梁铰机构;而8度区二级抗震等级和7度区三级抗震等级的框架形成了以柱铰为主或柱铰偏多的梁、柱铰混合机构。分析结果揭示出,在现行强柱弱梁措施的调控下,不同抗震等级的框架结构在强震下所形成的塑性耗能机构存在明显差异,并可能导致在抗震安全水平上的不一致性。     

双向地震作用下传统框架与楼板局部设缝框架动力弹塑性分析

本文对双向地震作用下传统框架和楼板局部设缝框架进行了动力弹塑性分析。结果表明,楼板局部设缝框架在极限状态下框架梁端受拉钢筋应力高于框架柱相应值,并且塑性铰主要分布在框架梁端,呈梁铰屈服机制,而传统框架塑性铰主要分布在柱端,呈柱铰屈服机制。因此楼板局部设缝框架能满足"强柱弱梁"的抗震要求,从而改善了结构的抗震性能。     

某超高层框架—核心筒结构弹塑性分析研究

针对超高层混凝土框架-核心筒结构的弹塑性时程分析与性能化设计进行了研究。首先,对Midas Building的有限元理论进行介绍。在此基础上,对某超高层框架-核心筒进行弹塑性分析,并对结构进行性能化分析与研究。结果表明,在罕遇地震作用下,结构楼层位移角时程包络满足不大于1/100抗震设防要求;实现了"强柱弱梁"的延性设计要求,整个外框架梁在罕遇地震作用下基本保持弹性工作状态,框架柱应变始终未超出屈服应变值,该结构设计分析研究对此类超高层框架-核心筒结构设计提供参考。     

人字支撑复合结构的合理耗能机制选择分析

通过对柔性梁柱加"人字"支撑形成的一榀新型复合结构进行静力弹塑性(Pushover)分析,从理论上研究该复合结构的抗震性能,满足按9度多遇地震的抗震能力和罕遇地震的抗倒塌验算。其耗能机制为"混合机制",塑性铰出现的位置及顺序为:支撑、梁端、柱下端、柱上端。为了得到更合理的抗震耗能机制,对影响复合结构耗能机制的主要因素、底层柱刚度和配筋、底层及二层支撑的配筋进行分析,由此优化出满足"强柱、中梁、弱支撑"多道防线抗震性能要求的合理耗能机制。计算结果表明,人字支撑复合结构的水平侧移表现为剪切变形。     

柱端弯矩放大系数对“强柱弱梁”实现的影响

为探究柱端弯矩放大系数对实现"强柱弱梁"的影响,本文采用ABAQUS有限元软件,建立了不同柱端放大系数的9个钢筋混凝土(RC)框架结构梁杆单元模型,通过动力弹塑性分析,分析了不同弯矩放大系数下结构层间位移角和塑性铰的变化与分布情况。结果表明:随着柱端弯矩增大系数ηc的增大,最大层间位移角显著降低,但ηc达到一定值时变化趋于平稳;柱端弯矩系数的增大改变了梁柱节点的破坏形态,不同节点和不同楼层实现"强柱弱梁"破坏形式的难易程度不同,角节点和地震动方向上的边节点较中柱所在节点和与地震动垂直方向的边节点容易产生强柱弱梁型节点,顶层较底层和中间层容易产生强柱弱梁型节点。结果可供RC框架结构抗震设计参考。     

方矩管混凝土柱高层钢结构住宅结构性能分析

文章对方矩管混凝土柱框架-支撑体系高层钢结构住宅结构性能用两款软件对比分析,得出该结构的刚度比、周期比、位移比等均满足我国现行规范的要求。运用MidasGen对结构进行Pushover分析得出结构在性能点处塑性铰的分布情况,结构整体布置上符合"强柱弱梁"原则。对结构进行动力非线性时程分析后得出,该结构体系在罕遇地震作用下具有良好的抗震性能。     

基于构件耗能分布的钢筋混凝土框架非线性地震反应分析

为了研究地震作用下钢筋混凝土框架结构构件的耗能分布及其转化规律,基于材料本构关系和多弹簧单元模型建立了1个规则的多层框架结构计算模型,进行了8度罕遇地震作用下能量时程分析,得到了各构件的滞回耗能和塑性铰分布情况。计算结果表明:各层梁、柱滞回耗能占总滞回耗能的比值呈现下大上小趋势,由于底层柱相对薄弱,其滞回耗能占结构总滞回耗能比例较大;各层内梁滞回耗能要小于外梁,中柱滞回耗能大于边柱;结构塑性铰首先出现在最薄弱的底层梁端和柱根,此阶段主要通过柱的变形来储存和消耗能量,随着地震波的持续输入和结构非线性的发展,塑性铰从底层向上逐步开展,耗能转为由梁起主导作用。由于该模型考虑了楼板翼缘效应,结构并未完全按照"梁铰"机制破坏,而是按照"混合"机制破坏,这可能导致结构因为柱的破坏而过早失效。     

混凝土框架结构抗倒塌设计方法探讨

混凝土框架结构对楼板与梁整浇在一起后,框梁强度、刚度都增强估计不足,仅对柱强度计算采用内力增大系数予以调整,变形计算未明确采用嵌固端取基础顶的整体模型分析,结构地震层位移角大于计算位移角,大震时层位移较大的底层框柱端首先因刚度不足变形大而出现裂缝,而其本身配筋安全储备又较小,在强震往复作用下,柱端先于梁端出现塑性铰结构变为机动体系,未实现强柱弱梁的设防要求,应从调整梁柱布置尺寸关系,提高梁柱线刚度比值,保证框柱刚度不低于与之相连的框梁刚度;采用整体计算模型进行计算分析,减小层弹塑性位移角限值,底层柱配筋取嵌固端在地面和整体分析模型的包络值,提高框柱特别底层框柱的安全储备;使大震发生时框架梁端先于柱端出现塑性铰,实现具有两道防线和一定耗能能力强柱弱梁型框架的设计要求。