半刚性框架-屈曲约束钢板剪力墙结构振动台试验研究

为研究半刚性框架-钢板剪力墙结构的抗震性能,进行了1个缩尺比为1/3的单跨4层钢框架-屈曲约束钢板剪力墙的振动台试验。试验采用模拟地震动的方法,选取El Centro波、Taft波和一条人工合成波,分析在7度多遇至9度罕遇共计8个水平地震作用工况下结构的动力特性和动力响应。研究结果表明：在多遇地震作用下,结构无明显塑性变形;罕遇地震作用时,1、3层墙板大部分区格形成拉力带。随着地震激励的增大,结构刚度逐渐退化,9度罕遇地震输入后结构抗侧刚度最大降幅仅为12%;屈曲约束钢板墙作为第一道抗震设防防线,率先进入弹塑性工作阶段,吸收耗散地震能量,避免框架发生破坏;在多遇及罕遇地震作用下结构的层间位移角分别为1/476和1/68,均满足我国现行抗震规范对层间位移角限值的规定。结构整体表现出优异的抗震性能,满足我国“两阶段,三水准”抗震设防要求。     

Seismic resilience design of a super high-rise office building

以一栋超高层办公楼为例，介绍了工程结构的抗震性能目标及耗能装置耗能目标，将可恢复功能防震结构的概念从理论应用到实际工程中。在传统抗震结构布置的基础上，根据结构受力特点布置了BRB、软钢连梁、伸臂阻尼及阻尼墙等耗能装置，并进行了多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震、极罕遇地震作用下的弹塑性分析。多遇地震作用下的弹性分析结果表明，结构主要指标均满足规范要求；罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明，可更换构件及黏滞阻尼构件充分耗能，能够有效地控制结构的残余层间位移角及结构的损伤，结构整体具有良好的震后可恢复性能；极罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明，结构可达到“不倒”的性能目标。     

框架-核心筒结构连梁抗弯刚度折减系数取值方法研究

对于框架-核心筒结构,连梁抗弯刚度折减系数取值的大小会影响结构的抗侧刚度与地震响应,从而影响到地震作用在核心筒与框架之间的分配比例,最终将影响连梁的设计内力和配筋。首先改进了预设屈服模式设计方法,在一次设计后,通过设防烈度作用下的弹塑性分析,计算各连梁的实际抗弯刚度折减系数,并利用该系数对结构进行二次设计。通过对比罕遇地震下结构弹塑性性能,发现二次设计后,结构的最大基底剪力和最大层间位移角均有所减小,且剪力墙的损伤程度得到改善,而二次设计对结构的配筋量无显著影响。其次,探究连梁抗弯刚度折减系数初始值对设计结果的影响。计算表明,当连梁抗弯刚度折减系数初始值分别为0.7、0.6和0.5时,经过设防烈度地震作用下的弹塑性分析,各连梁抗弯刚度折减系数的计算值相差较小,二次设计后的配筋量亦较为接近,说明该设计方法受连梁抗弯刚度折减系数初始值的影响较小。最后,研究了改进的预设屈服模式设计方法的迭代收敛性,结果表明,连梁抗弯刚度折减系数的计算值随着迭代设计次数的增加而逐渐收敛于一系列稳定的值,并且该值与连梁抗弯刚度折减系数的初始值无关。通过计算发现,迭代设计的收敛性较快,一般进行两次迭代即可使连梁抗弯刚度折减系数的取值趋于稳定。     

装配式自复位摇摆钢框架抗震性能研究

为了减轻传统钢框架在强震作用下的损伤与破坏,提出了具有自复位柱脚的装配式摇摆钢框架结构,阐述了该结构的构造形式与工作机理。设计并加工了一榀缩尺比例为1/4的摇摆钢框架,对其进行了低周反复加载试验和有限元模拟,研究其抗震性能。结果表明：利用复合组合碟形弹簧的弹性恢复力能够实现柱脚在强震作用下的可控摇摆,通过梁柱节点的消能减震装置有效控制了结构的累积损伤与残余变形;摇摆钢框架的滞回曲线是较为饱满的旗帜形,表明其具有较好的自复位性能和耗能性能;在加载至层间位移角1/30时,梁柱节点和柱脚没有发生任何屈服或屈曲,主体结构保持为弹性,损伤与破坏集中在消能减震装置处,拆卸和更换消能减震装置后,再加载曲线与原曲线基本吻合,有效实现了消能构件地震损伤可更换以及结构功能可恢复的设计目标;有限元的模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建立的有限元模型能够较好地模拟摇摆钢框架在循环加载时的滞回性能。     

重庆高科太阳座大厦模型结构振动台试验研究

重庆高科太阳座大厦是一幢建筑外立面扭转,结构平面、竖向不规则超限的复杂超高层建筑结构,采用了钢管（型钢）混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系。外立面扭转导致外框架中竖向构件不连续,形成受力复杂的空间斜柱,进而造成结构各层平面形状、布置不断变化,以及结构扭转不规则。通过1∶25缩尺模型振动台试验,对模型结构在6度多遇、设防和罕遇地震作用下的加速度、位移等动力响应以及结构的损伤破坏情况进行观测,评价该结构体系的整体抗震性能。研究结果表明：通过增大竖向构件截面方式提高结构层高较大的楼层刚度引起了结构局部刚度突变、应力集中,致使薄弱部位转移;结构顶部塔楼的收进导致鞭梢效应明显,急剧增大了楼层变形;CFST柱-SRC梁框架的SRC梁端和节点周围加强环梁,以及RC核心筒连梁为主要损伤部位;模型在6度罕遇地震作用下能保证“大震不倒”,该结构体系具有良好的抗震性能,能够满足预设抗震性能目标。     

带可更换部件的联肢剪力墙抗震性能研究

钢筋混凝土联肢剪力墙结构在地震作用下,钢筋混凝土连梁和剪力墙的墙脚常遭到严重破坏,修复困难。为此,提出了一种带有可更换连梁和可更换墙脚部件的可恢复功能联肢剪力墙,介绍了带可更换部件的联肢剪力墙的设计方法。为了研究带可更换部件的联肢剪力墙的抗震性能和破坏模式,以一片10层联肢剪力墙为例,对带有可更换部件的联肢剪力墙和传统联肢剪力墙进行了地震反应时程对比分析。计算结果表明,在地震作用下,可更换连梁和可更换墙脚部件先后屈服,破坏集中在可更换部件上,带可更换部件的联肢剪力墙的抗震性能显著提高。     

Shaking table test of a steel frame with replaceable curved knee braces

为实现钢框架结构的震后快速修复，提出了一种配置可更换弧形角撑和高强钢构件的抗弯钢框架结构。在目标水准地震作用下，结构塑性变形集中在弧形角撑上，高强钢构件基本保持弹性以降低震后残余变形，震后可通过更换弧形角撑快速修复结构。为研究所提出结构体系的抗震性能以及更换弧形角撑的可操作性，设计了1个带混凝土楼板的1/2缩尺模型进行振动台试验。试验结果表明：该模型实现了预定的损伤控制机制，能够满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的最大层间位移角限值要求；由于该模型在超罕遇水准的地震作用下可以保持较大的屈服后刚度，因此其残余层间位移角很小(不超过0.028%)，震后弧形角撑易更换；更换弧形角撑后，模型得到了一定程度的修复，但混凝土楼板开裂使得模型刚度未能完全恢复;在重复强震作用下，模型的最大层间位移角未发生显著变化，弧形角撑耗能稳定，但部分弧形角撑的最大变形有所增大，损伤在模型各局部呈现出不均匀发展的趋势。     

钢框架-轻木剪力墙混合结构抗震性能振动台试验研究

为研究钢框架-轻木剪力墙混合结构的抗震性能,设计了缩尺比为2/3的钢木混合结构模型,并对其进行了振动台试验。试验中选取汶川、Canterbury、El Centro和Kobe共4条地震波,并考虑多遇、设防和罕遇3个地震水准,相应的地震加速度峰值分别为0.14g、0.40g和0.80g。通过振动台试验获得了钢木混合结构的地震响应和破坏模式。结果表明：钢木混合结构在多遇地震作用下最大层间位移角为0.15%,罕遇地震作用下最大层间位移角为0.85%,均能满足规范对结构变形的要求;在试验过程中,结构的钢框架部分和钢木连接没有出现损伤,其主要破坏模式表现为轻木剪力墙面板钉节点的破坏,破坏部位主要位于墙体覆面板的边缘;多遇地震作用下,轻木剪力墙承担了结构地震剪力的55.1%以上,有效地提高了结构抗侧承载力;随着输入地震加速度峰值的增大,剪力墙刚度逐渐退化,其分担的地震剪力有所降低,但即使在罕遇地震作用下,轻木剪力墙分担剪力的比例仍能达到39.9%以上。     

宽连梁剪力墙及其抗震性能研究

提出一种通过加大连梁两侧或单侧宽度的方式,用以解决连梁受剪承载力不足的问题。基于连梁抗弯刚度等效的原则,可以有效避免连梁刚度增大,地震作用随之增大的现象。对宽连梁剪力墙结构在多遇地震作用下的层间位移角、动力特性、侧向刚度、连梁内力等进行分析,验证了宽连梁对改善连梁剪压比的作用。对普通连梁与宽连梁构件进行了弹塑性有限元分析,将其滞回性能、骨架曲线等进行比较,证明了宽连梁的变形能力和延性明显优于普通连梁。最后,通过对剪力墙结构的弹塑性时程分析,对宽连梁在高层结构中的抗震性能进行研究。分析结果表明：通过增加连梁宽度的方式能够有效提高连梁的受剪承载能力;与相同抗弯刚度的普通连梁相比,宽连梁的跨高比增大,其转动能力、延性与耗能能力明显增强;罕遇地震作用下宽连梁剪力墙结构在最大层间位移角、塑性铰分布、连梁剪力、受剪承载力等方面均显著优于普通连梁剪力墙结构。     

配置可更换弧形角撑的钢框架结构振动台试验研究

为实现钢框架结构的震后快速修复,提出了一种配置可更换弧形角撑和高强钢构件的抗弯钢框架结构。在目标水准地震作用下,结构塑性变形集中在弧形角撑上,高强钢构件基本保持弹性以降低震后残余变形,震后可通过更换弧形角撑快速修复结构。为研究所提出结构体系的抗震性能以及更换弧形角撑的可操作性,设计了1个带混凝土楼板的1/2缩尺模型进行振动台试验。试验结果表明：该模型实现了预定的损伤控制机制,能够满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的最大层间位移角限值要求;由于该模型在超罕遇水准的地震作用下可以保持较大的屈服后刚度,因此其残余层间位移角很小(不超过0.028%),震后弧形角撑易更换;更换弧形角撑后,模型得到了一定程度的修复,但混凝土楼板开裂使得模型刚度未能完全恢复;在重复强震作用下,模型的最大层间位移角未发生显著变化,弧形角撑耗能稳定,但部分弧形角撑的最大变形有所增大,损伤在模型各局部呈现出不均匀发展的趋势。     

某超高层办公楼结构抗震可恢复性能设计

以一栋超高层办公楼为例,介绍了工程结构的抗震性能目标及耗能装置耗能目标,将可恢复功能防震结构的概念从理论应用到实际工程中。在传统抗震结构布置的基础上,根据结构受力特点布置了BRB、软钢连梁、伸臂阻尼及阻尼墙等耗能装置,并进行了多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震、极罕遇地震作用下的弹塑性分析。多遇地震作用下的弹性分析结果表明,结构主要指标均满足规范要求;罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明,可更换构件及黏滞阻尼构件充分耗能,能够有效地控制结构的残余层间位移角及结构的损伤,结构整体具有良好的震后可恢复性能;极罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明,结构可达到“不倒”的性能目标。     

钢筋套筒灌浆连接装配式剪力墙结构三层足尺模型子结构拟动力试验

为研究钢筋套筒灌浆连接装配式剪力墙结构的抗震性能,完成了1个3层足尺模型在不同强度地震作用下的子结构拟动力试验,观察其破坏现象,研究其滞回特性、变形能力、刚度退化和钢筋屈服次序等。结果表明：试验模型的破坏集中在地震作用方向的连梁和窗下墙,连梁以弯曲破坏为主,窗下墙为剪切破坏,首层墙肢出现轻微的弯曲破坏;试验过程中,连梁纵筋、墙肢竖向钢筋及连梁箍筋依次受拉屈服,试验模型实现了“强墙肢弱连梁”及连梁“强剪弱弯”的设计目标;8度多遇、设防和罕遇地震以及9度罕遇地震作用下,试验模型的抗侧刚度分别降低约5％、20％、60％和80％,对应的最大层间位移角分别为1/3341、1/899、1/268和1/111,以层间位移角为参数,结构的破坏程度分别为完好、轻微损坏、中等破坏和倒塌;“预制底板出筋”和“预制底板不出筋”的双向叠合楼板均具有良好的整体性和平面内刚度,均可起到水平刚性隔板作用;墙体一字形截面竖向后浇段采用由2根U形钢筋组成的封闭箍代替普通箍筋具有可行性;预制夹心保温外墙的内、外叶墙之间连接可靠,外叶墙不参与结构受力,结构设计时可不考虑外叶墙的作用。     

竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震韧性试验研究

为了克服传统剪力墙的不利受损形态,提升剪力墙的抗震韧性,设计了方钢管混凝土作为边缘约束构件的竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙CPCSW,并进行了拟静力试验,在罕遇地震作用下剪力墙层间位移角达到弹塑性层间位移角规范限值时,该剪力墙满足相关规范的抗震要求且克服了剪力墙墙身剪切开裂及墙趾压溃的震害,但边缘约束构件下部拉应力较大...     

三层足尺分层装配支撑钢框架结构的振动台试验研究

为探究分层装配支撑钢框架体系在真实地震动力作用下的响应与性能,以某3层足尺房屋钢框架结构为研究对象,输入不同水准下的3条地震波进行振动台试验,分析了结构动力分步损伤行为、主（余）震层间变形、残余位移响应及其柔性支撑的可修复性。研究结果表明,结构满足我国规范对于抗震安全性的要求。在罕遇地震作用下,结构损伤集中于柔性支撑而主框架基本保持弹性,表现出损伤控制的特征,且震后基本无残余位移。未对支撑进行修复的结构在余震作用下的位移响应有所放大,但对支撑进行简易修复之后,结构抗震性能基本完全恢复。在超大地震作用下,主框架作为第二道抗震防线发展局部塑性变形,但震后残余位移仍然很小。柔性支撑初始是否张紧对结构初始刚度和层间位移分布有较大影响。支撑在动力作用下的突然张紧对结构产生了冲击效应,而支撑的延性可有效缓解此效应的影响。研究总体表明分层装配支撑钢框架体系应用于低多层建筑时具有优良的抗震性能与震后可恢复性。     

不同跨高比连梁的联肢剪力墙的Pushover分析

本文通过不同的侧向荷载分布模式,以变形和延性(包括顶点位移、层间位移、层位移、结构塑性铰分布)作为性能评估的参数,对不同连梁型式和跨高比的联肢剪力墙结构进行抗震性能分析.并对联肢剪力墙结构的计算结果进行了分析,提出了对实际工程具有一定参考价值的建议.     

竖向承重与水平抗侧相分离的组合结构体系在地震作用下的受力机理分析

为提升装配式建筑的抗震性能、提高其标准化程度，提出了竖向承重与水平抗侧相分离的组合结构体系(以下简称“可分体系”)，以某六层办公楼工程为实例设计了可分体系的结构方案，并对其在地震作用下的受力机理与传统刚接组合框架结构体系(以下简称“传统体系”)进行了对比研究。利用有限元软件Midas Gen进行反应谱法设计，在此基础上采用自主开发的COMPONA-FIBER纤维模型非线性有限元程序进行弹塑性时程分析，针对可分体系与传统体系的自振特性、弹塑性时程响应、结构整体破坏模式和关键构件受力特征等进行对比分析。结果表明：可分体系在水平地震作用下呈现与传统体系完全不同的变形模式、受力特征和破坏模式；在水平地震作用下，可分体系的变形模式以弯曲变形为主，顶层层间位移角最大；在可分体系中框架梁均为简支，仅承受竖向荷载，内力基本不随地震动变化，可以实现标准化设计制作，剪力墙和柱底部受力最大，其中剪力墙承担了大部分基底剪力，相比传统体系，剪力墙的设置会放大可分体系的基底剪力；罕遇地震作用下可分体系的破坏主要集中于剪力墙，为弯曲破坏模式，其底部损伤最大。     

世构体系框架结构模型振动台试验研究

为了研究预制预应力混凝土装配整体式框架结构(世构体系)抗震性能,以某实际工程世构体系框架结构为原型,对其底部两层进行缩尺模型振动台试验研究。观察试验模型在不同振动工况下的损伤及破坏情况,对模型在各水准地震作用下的动力特性、加速度、位移、应变及扭转反应进行分析,并根据试验现象与试验结果,对世构体系框架整体进行抗震性能的综合评价。结果表明：该预制装配框架体系在多遇地震作用下未出现明显损伤,在罕遇地震作用下节点核心区未出现裂缝,模型仍能保持较好的整体性,抗震性能良好;试验模型结构布置合理,地震作用下主要运动形式为平动;罕遇地震作用下,模型自振频率最大降幅为21.89%,最大层间位移角为1/122;虽然模型存在一定程度的损伤,但其弹塑性层间位移角均小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中的限值,满足我国“小震不坏”、“大震不倒”的抗震设防目标。     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能对比分析

为研究不同强度组合的高强钢组合K形偏心支撑框架结构的抗震性能,设计了一组不同强度(Q345、Q460、Q690钢材)组合的5层K形偏心支撑框架结构算例Q345-5、Q460-5和算例Q690-5,选取10条地震动记录对其进行动力时程分析,得到各算例在不同水准地震作用下的耗能梁段转角和层间位移角。研究表明：8度罕遇地震作用下,高强钢组合K形偏心支撑框架的层间位移角比传统K形偏心支撑钢框架大,各算例耗能梁段全部进入塑性变形阶段;塑性层间位移角到达规范限值时,算例Q460-5框架梁开始进入塑性变形阶段,算例Q690-5框架柱、框架梁和支撑均处于弹性变形阶段,还可以承受更大的地震作用;达到定义的极限状态时,与传统偏心支撑钢框架相比,算例Q460-5能够承受的地震作用和耗能梁段转角更小;算例Q690-5承受的地震作用和耗能梁段转角更大。     

超高层钢管混凝土重力柱-混凝土核心筒结构振动台试验研究

提出一种新型的钢管混凝土重力柱-核心筒结构体系,通过地震模拟振动台试验验证其抗震性能。以实际超高层钢管混凝土柱框架-混凝土核心筒建筑结构为参考,将钢框架梁与柱或核心筒的刚性节点改为螺栓连接的铰接节点,简化结构并制作1/40的缩尺结构模型,采用4条地震动记录进行不同工况的振动台试验,分析结构的震损特点、动力特性、侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和倾覆弯矩等。结果表明：震损主要出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应显著,侧向变形和层间位移显著增大;外排架柱的层间位移主要为不产生内力的刚体转动,核心筒层间位移角达1/26,超过规范JGJ 3—2010中规定的框架-核心筒结构体系不倒塌限值的3.85倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,随结构损伤增大楼层内力增加幅度减小。     

含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构抗震性能研究

地震作用下,传统钢框筒结构难以实现强柱弱梁的设计理念,大震下柱端往往先于梁端出现塑性铰。针对这一问题提出了含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,即在裙梁中设置可更换的剪切型耗能梁段,大震作用下结构利用剪切型耗能梁段良好的弹塑性变形能力进行耗能,其余构件仍处于弹性状态或部分发展塑性。设计了一组算例结构,包括传统钢框筒结构和含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,采用SAP2000有限元分析软件对算例结构进行了弹性和弹塑性地震反应分析,对比了传统钢框筒结构和不同耗能梁段布置形式的含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构在多遇地震、罕遇地震和极罕遇地震作用下的抗震性能和破坏模式。结果表明:在裙梁中设置剪切型耗能梁段对结构整体刚度的影响较小,含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构改变了传统钢框筒结构的耗能机制,主要通过耗能梁段的剪切变形代替裙梁端部塑性铰耗能。罕遇地震作用下耗能梁段全部进入塑性耗能,震后仅需替换损伤严重的耗能梁段即可快速恢复结构的使用功能。极罕遇地震作用下,传统钢框筒结构达到极限状态,而含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构的耗能梁段进一步发展塑性,其余构件保持弹性,结构具有足够的安全储备。