钢管混凝土斜交网格筒结构抗震性能研究

采用PERFORM-3D对钢管混凝土斜交网格筒结构进行静力弹塑性和动力弹塑性时程分析。分析该结构的屈服路径、侧向位移及层间位移角、剪力滞后效应、斜柱损伤及损伤分布模式。结果表明:钢管混凝土斜交网格筒结构传力途径明确,具有较大的抗侧刚度和较好的空间工作性能,且主次节点可以有效地平衡各斜柱内力差,使节点层变形小于其它非节点层;斜交网格筒结构的剪力滞比沿楼层高度由正剪力滞比转变为负剪力滞比,且随着结构的塑性发展,结构首次出现负剪力滞后的位置有所下降;不同类型地震波及不同加速度幅值对斜柱层损伤值影响较大,而对斜柱层损分布模式影响较小。     

钢筋混凝土剪力墙应变率效应试验与基于动力塑性损伤模型的模拟

应变率对混凝土材料的力学性能有着重要影响。该文在对2 片剪力墙构件进行快速加载试验的基础上,在混凝土塑性损伤模型中引入应变率效应,建立了考虑应变率效应的塑性损伤模型。应用该模型对该文所描述的快速加载下的剪力墙构件以及在拟静力作用下的另外3 个构件进行了有限元模拟,结果表明考虑应变率效应的混凝土塑性损伤模型较好地描述了钢筋混凝土剪力墙在快速加载下的非线性行为。最后,运用所建立的考虑应变率效应的混凝土塑性损伤模型对不同轴压比和加载速率下剪力墙构件的非线性性能进行了模拟与分析。     

高层斜交网格筒-核心筒结构抗震性能分析

摘　要：斜交网格筒新型结构体系具有较大的抗侧刚度,为建造高层、超高层结构提供了有利条件,目前已在国内外有多例成功实践,但相关抗震性能研究还很少。采用Perform-3D程序对典型钢管混凝土斜交网格筒-钢筋混凝土内筒结构进行了静力弹塑性分析。总结了体系塑性发展过程及构件屈服顺序,给出了斜交网格筒屈服路径,并从斜交网格筒作用力的变化阐述了内外筒间内力重分配的原因,明确了内外筒内力分配特点。基于内外筒抗侧刚度的发展过程,探讨了结构抗侧刚度退化的主要原因。     

超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的弹塑性时程分析

基于合理的材料弹塑性(损伤)本构关系模型,利用通用有限元软件ABAQUS建立了超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的精细有限元模型,考虑了结构的几何非线性和材料非线性性能,包括了钢材和混凝土材料的塑性损伤演化。进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,获得了核心筒和楼板的损伤演化过程、顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线、楼层位移角包络曲线以及地震作用下整体结构的能量反应规律。结果表明,罕遇地震作用下混凝土最大损失出现在这类结构体系中核心筒底部,为保证其在罕遇地震作用下更好的工作性能,建议在核心筒底部加强区域增设型钢和提高剪力墙配筋率等措施。采用非线性有限元分析方法,可较为清晰的揭示这类结构体系在罕遇地震作用下的工作特性,有关方法可为同类研究提供参考。     

延性纤维混凝土剪力墙抗震性能试验研究

该文为改善高性能混凝土剪力墙的抗震性能,提出在剪力墙塑性铰区采用延性纤维混凝土(DFRC),设计了4片剪跨比为2.1的剪力墙试件,并进行了拟静力试验。通过改变DFRC区高度、轴压比和约束箍筋数量,研究其破坏机理、耗能能力及变形性能。结果表明:1) 塑性铰区采用DFRC的剪力墙试件弹性阶段变长,剪力墙屈服后承载力降低缓慢;2) DFRC可有效控制剪力墙塑性铰区的弯剪斜裂缝的宽度,防止塑性铰区发生剪切破坏;3) DFRC区高度增大,剪力墙的变形和耗能能力明显提高,DFRC区约束箍筋数量增加,试件变形和耗能能力提高;4) 塑性铰区采用DFRC的剪力墙试件,塑性铰区损伤程度明显降低,对减轻剪力墙的地震破坏程度具有重要作用。     

高层框架-斜交网格结构协同受力性能研究

高层框架-斜交网格结构是由高层斜交网格结构和框架结构组成的双抗侧力体系。采用理论推导和数值模拟的方法研究了该体系处于弹性和弹塑性状态下楼层水平剪力分配规律。针对高层斜交网格结构和框架结构协同工作变形特点,提出结构体系的弹性平面简化分析模型,进一步推导出结构侧向变形和剪力计算公式,并研究了结构处于弹性阶段时的剪力分配规律;采用非线性静力推覆法对结构体系在弹塑性阶段的变形特性、刚度退化和剪力分配规律进行了研究。结果表明:高层斜交网格结构和框架结构的协同工作性能良好,结构在弹性阶段,结构刚度的特征值及荷载分布对其剪力分配影响较大;结构进入塑性阶段,斜柱刚度退化速率较快,楼层剪力存在重分配现象。     

型钢混凝土框架柱等效塑性铰长度研究

为了对地震作用下型钢混凝土框架柱的等效塑性铰长度做出较为准确的定义,根据课题组前期试验结果,对水平地震作用下型钢混凝土框架柱的破坏现象和机理进行了深入分析,建立了地震作用下型钢混凝土柱的柱顶极限位移模型,基于考虑纵筋屈服后型钢和核心区混凝土的弯曲效应以及型钢翼缘的应变渗透效应,通过理论分析与推导得到了柱顶极限位移模型中各分量对应塑性转角计算方法,最终采用曲率积分的原理建立了适用于型钢混凝土框架柱等效塑性铰长度的计算表达式。将解析方法得到计算结果与试验结果进行对比,结果表明:该文所提出的等效塑性铰长度计算公式与型钢混凝土框架柱在水平地震荷载作用下的试验结果吻合较好,该研究结果可为型钢混凝土组合结构构件基于性能的抗震设计和弹塑性分析提供一定的理论支撑。     

牺牲-耗能型伸臂桁架的设计和试验研究

伸臂桁架是超高层建筑中的重要抗侧力构件。该文以一个超高层框架-核心筒-伸臂桁架结构为研究对象,分别采用普通伸臂桁架和防屈曲支撑（BRB）伸臂桁架进行独立设计,得到两个结构模型—普通伸臂桁架结构（CO）和BRB伸臂桁架结构（BO）。罕遇地震弹塑性分析结果表明,由于BO模型中的BRB伸臂桁架始终保持较高强度,反而导致结构中其他构件的塑性耗能比例增加,最终其塑性耗能效果不如CO模型中的普通伸臂桁架。因此,该文提出了一种新型牺牲-耗能型伸臂桁架,通过试验研究和有限元模拟分析了牺牲-耗能型伸臂桁架的主要设计参数及抗震性能。结果表明:牺牲-耗能型伸臂桁架的牺牲段和耗能段强度最优比为6∶4左右;将CO及BO模型中的伸臂桁架分别按照等刚等强原则替换成对应的牺牲-耗能型伸臂桁架后,结构中伸臂桁架的塑性耗能明显增加,剪力墙的塑性耗能明显减少,其他构件如连梁、梁的塑性耗能基本呈减少趋势,牺牲-耗能型伸臂桁架起到了保护结构中其他构件的作用。     

基于损伤的型钢混凝土构件数值分析

为了对型钢混凝土构件进行精细化建模分析,首先建立了仅依靠材料参数的混凝土本构关系以及损伤演化方程,根据型钢应变的发展以及屈曲影响,得到了型钢损伤本构模型.通过对型钢与混凝土粘结-滑移机理的进一步分析,进而建立了一种同时考虑粘结损伤和力学损伤的型钢与混凝土界面损伤模型,以合理考虑粘结-滑移对构件力学性能的影响.最后,对型...     

双钢板混凝土组合剪力墙试验研究及结构弹塑性时程分析

以16个不同参数的带约束拉杆的双钢板混凝土组合剪力墙滞回加载试验为基础,研究了不同高宽比、轴压比以及不同约束拉杆间距的组合剪力墙破坏模式,得到了试件的滞回曲线、承载力、骨架曲线以及位移延性等抗震性能参数,并通过数值计算其与普通钢筋混凝土剪力墙的对比,分析得出组合剪力墙具有比普通剪力墙更好的承载力和延性。同时采用ABAQUS有限元软件对双钢板混凝土组合剪力墙结构和普通混凝土剪力墙结构进行不同地震作用水平的弹塑性时程分析,对比了二者的层间位移角及构件的塑性耗能,结果表明较之普通混凝土剪力墙,组合剪力墙可以有效的减小结构的层间位移角,降低剪力墙的塑性耗能,提高连梁的耗能比例,对结构抗震更为有利。     

钢管混凝土斜交网格筒结构地震能量反应分析

结合所建立的钢管混凝土柱的轴向恢复力模型对斜交网格筒结构进行了弹塑性时程分析，研究了结构中各能量项的分配规律，从结构-构件-楼层3个层面，依次分析了滞回耗能的分配规律，并探讨了结构动力特性和地震动参数对滞回耗能分布的影响。研究表明：结构主要依靠阻尼耗能和滞回耗能平衡地震输入的能量；斜柱和连梁是斜交网格筒结构的主要耗能构件；斜柱的滞回耗能随楼层增高递减且在模块相接处有明显突变，设计时此处应避免出现较大的刚度突变。研究从能量的角度揭示了斜交网格筒结构的损伤模式和耗能机制，为建立此类结构的地震损伤评估方法提供了参考。     

基于统一强度理论的钢管混凝土斜交网格平面相贯节点承载力分析

斜交网格筒结构是一种新型的（超）高层建筑结构体系,由斜柱斜交而成的节点是确保此类结构安全可靠的关键部位。基于国内外的试验研究和理论分析,分析了钢管混凝土斜交网格筒平面相贯节点的构造形式、受力性能和破坏形式。考虑相贯节点核心混凝土受到的约束作用,从双剪统一强度理论出发,对圆钢管混凝土斜交网格筒相贯节点区域内与节点区域外部的核心混凝土进行受力分析,建立了圆钢管混凝土斜交网格筒平面相贯节点承载力的计算公式。所得计算结果与试验结果吻合良好,说明所提出公式的合理性。该文还分析了影响此类相贯节点承载力的影响因素,对钢管混凝土斜交网格筒相贯节点的破坏形式及控制因素进行探讨。采用Von Mises屈服准则对椭圆连接板进行受力分析,提出了临界角度的计算公式。该文研究成果对工程实际具有一定的参考价值。     

基于应变模态分析的桁架结构损伤检测

选用桁架结构作为研究对象,应用应变模态分析方法对桁架结构的损伤进行检测。由位移模态振型推导应变模态进而用应变模态差值作为桁架结构损伤检测指标,提出了一种基于3σ准则的损伤阈值。通过应变模态差值与损伤阈值的对比来判别损伤有无并对损伤进行定位,用损伤前后应变差值的突变大小来初步确定桁架结构的损伤程度。对一具体桁架结构的单处和多处不同程度损伤工况,结合有限元软件进行了数值模拟。实际桁架的损伤检测实验验证了该方法的有效性。     

高层钢筋混凝土斜交网格结构振动台试验研究

为对高层钢筋混凝土斜交网格结构的破坏机理及抗震性能进行深入研究,对一高层钢筋混凝土斜交网格建筑进行了1/25的模型模拟振动台试验,在试验中针对模型进入非线性后,相似关系中的弹性模量比并非定值的问题,采用了分级相似关系,使试验结果能更贴近原型反应。研究了模型结构的动力特性和在不同地震烈度作用下的加速度反应及关键位置的应变变化情况,探究造成结构破坏的原因,找出模型结构破坏的薄弱环节。根据斜交网格结构的受力特点,结合模型破坏形态,总结高层钢筋混凝土斜交网格建筑的优缺点,并为高层斜交网格建筑的平面形式设计及材料选择提出建议。     

新型低剪力墙的非线性有限元与耗能分析

本文采用ＡＤＩＮＡ程序进行普通和新型钢混凝土低剪力墙的非线性有限元分析，介绍了计算所采用的单元模式，材料模式，计算模型，求解策略和收敛准则，建立了结构在低周反复荷载作用下的镗量反应方程，通过总输入能，弹性反应能，塑性累积耗能和耗能装置耗能的计算和对比，分析了新型低剪力墙的耗能能力。     

基于悬臂桁架损伤度异化的模态识别仿真分析

根据桁架结构杆单元为二力杆的特殊性质,悬臂桁架损伤程度差异对结构节点模态变化的影响,运用ANYSS的二次开发APDL语言对结构损伤单元应变模态进行仿真分析,得到结构损伤程度变化的相对应变的变化规律,检验相对应变参数进行结构无损检测的可行性。     

型钢混凝土剪力墙抗剪承载力计算公式研究

型钢混凝土剪力墙构件具有良好的抗震性能,已在高层和超高层建筑中得以广泛应用,然而对于型钢混凝土剪力墙抗剪承载力的研究还比较薄弱,可用于分析的试验试件比较少。根据作者完成的16个型钢混凝土剪力墙试件的试验数据,结合国内其他学者的试验研究成果,对型钢混凝土剪力墙抗剪承载力计算公式进行了研究。提出的公式不但能够分析普通的型钢混凝土剪力墙,而且还能够计算中间配置型钢的型钢混凝土剪力墙的抗剪承载力,适用范围更广。通过计算结果与试验实测的对比,提出的公式较好地反映了实际试验结果。     

高轴压比下内藏桁架的混凝土组合中高剪力墙抗震性能研究

轴压比是剪力墙抗震设计中一个重要的控制因素,它直接关系到剪力墙的抗震性能。该文进行了5个1/3缩尺的轴压比为0.5的中高剪力墙的抗震性能试验研究。包括:1个普通混凝土剪力墙、1个内藏钢框架混凝土剪力墙、1个内藏钢筋桁架混凝土剪力墙、1个内藏钢框架-钢筋桁架剪力墙及1个内藏钢桁架混凝土剪力墙。在试验研究基础上,对比分析了各剪力墙的承载力、刚度及其衰减过程、延性、滞回特性、耗能能力及破坏特征;建立了承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。试验表明:内藏钢框架及内藏桁架混凝土剪力墙的抗震性能比普通混凝土剪力墙明显提高。     

不同构造措施的冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙抗剪性能试验研究

研究了一种新型钢-混凝土组合墙体,即冷弯薄壁型钢增强的混凝土剪力墙的抗剪性能。通过5个冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙和1个钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验,研究了边缘构件纵筋类型及数量、表面钢模网、冷弯薄壁型钢底部锚固等构造措施对剪力墙抗剪性能的影响。研究表明：配筋合适的冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙的受剪性能和破坏模式与传统钢筋混凝...     

剪力墙结构原地坍塌爆破拆除数值模拟

采用ANSYS/LS-DYNA有限元程序对剪力墙结构原地坍塌爆破拆除过程进行模拟.在建模过程中,用杆系单元代替实体单元,将钢筋混凝土看作是单质均匀材料,采用约束混凝土材料本构关系和塑性应变破坏准则,最终模拟的结果与实际情况比较接近.