钢筋混凝土剪力墙结构层间位移角与构件变形的关系研究

为实现变形指标——层间位移角在剪力墙结构基于性能的抗震设计中的应用,研究了层间位移角与构件变形之间的关系.首先,通过弹性分析得到了层间位移角与构件变形关系的计算公式.然后对不同楼层数的3个剪力墙结构进行了弹塑性时程分析,研究了结构在各性能状态下层间位移角与构件变形之间的关系.通过对计算结果的统计分析建立了弹塑性层间位移角与构件变形关系的计算公式.利用提出的方法可以直接、较为简便地将结构的整体变形转换为构件变形.     

钢筋混凝土框架结构层间位移与构件变形关系研究

基于课题组已完成的钢筋混凝土3层3跨平面框架低周反复加载试验，以边(中)节点区域作为重点研究对象，分析了梁柱组合体中各种非线性局部变形引起的侧移在结构总层间变形中所占比例的变化规律。在此基础上，建立了构件局部变形与结构层间位移的转换关系。研究结果表明：对于发生“梁铰”破坏机制的框架结构，梁端转动对节点剪切变形的影响大于柱端转动，梁柱组合体作为整体共同承担结构的塑性变形；当结构整体位移角满足相应性能水平限值时，局部构件的变形仍有可能超限，简单利用单个构件的变形代表结构整体的变形是不合理的；对于破坏形式为“梁端弯曲破坏”的框架子结构，随着损伤加剧结构进入非弹性阶段后，梁变形成为层间位移的主要成分，柱变形引起的层间位移所占比例次之，节点剪切变形引起的层间位移所占比例最小；通过弹性理论分析，在塑性阶段引入塑性折减系数，推导建立的构件局部变形与结构层间位移转换关系式具有相对较高的精度，计算结果与试验实测数据基本吻合。     

钢筋混凝土框架基于位移的抗震设计

钢筋混凝土RC框架基于位移的抗震设计需要解决三个问题:确定大震作用下框架的层间位移角要求;框架的弹塑性层间位移与梁、柱、节点区变形之间的关系;通过量化的抗震构造措施实现梁、柱的变形能力。本文用特征延性谱法确定规则RC框架的层间位移角要求;通过框架节的侧移解构规则,建立了弹塑性状态下框架层间位移与构件变形的关系;建立了柱的目标侧移角与轴压比和配箍特征值、梁的目标侧移角与配箍特征值的关系。通过算例,介绍了采用本文方法进行RC规则框架设计的过程:并用弹塑性时程分析验证了本文方法的可行性。     

塑性铰区埋入高阻尼隔震橡胶层厚度的数值模拟分析

钢筋混凝土(RC)桥墩一旦出现塑性铰后,混凝土的破坏主要集中在塑性铰区域,而且塑性铰区混凝土的损伤及破坏程度在较大程度上影响RC桥墩的抗震性能。本文希望通过在RC桥墩塑性铰区域埋入橡胶层来提高其变形能力、增强延性和耗能能力,改善传统RC桥墩的抗震性能。基于橡胶、混凝土和钢筋的本构模型及承载力—变形理论,采用条带法,本文提出了不同轴压比、不同层间位移角所需要橡胶层厚度的计算方法,并编制了计算程序;分析得到了不同轴压比、不同层间位移角的RC柱中所需埋入的橡胶层的最小厚度,为确定RC柱塑性铰区所埋入橡胶层厚度提供参考。     

钢筋混凝土框架结构层间弹塑性位移计算方法及试验研究

钢筋混凝土框架结构的层间弹塑性位移是判别结构倒塌极限状态的重要指标,目前我国抗震规范规定的弹塑性位移限值仍是基于构件试验研究的结果,缺乏结构层面的计算方法和试验验证.为此,将规则框架结构的层间位移等效为梁柱组合体的侧移变形,分析组合体变形的组成,建立了梁柱组合体变形与构件变形的转换方法,提出了"强柱弱梁"型框架结构层间...     

基于构件变形的RC框架结构可修复能力评估方法研究

针对RC框架结构可修复能力不明确的问题,提出基于构件变形的RC框架结构可修复能力评估方法。研究以柱达到严重破坏作为结构拆除的判断准则,引入结构可修复能力储备系数来量化结构可修复能力。以结构动力失稳作为结构倒塌的判断准则,对按照我国规范GB50011-2010设计的48个RC框架结构分别进行增量动力分析;探讨柱分别达到严重破坏和结构倒塌状态下的层间位移角分布规律,包括最大层间位移角和残余层间位移角。发现柱达到严重破坏的残余层间位移角均值为1.48%,主要分布在0.5%~2.5%之间,且残余层间位移角超出0.5%时柱严重破坏的概率较高;柱达到严重破坏时最大层间位移角的数据离散性比不同残余层间位移角限值对应的数据离散性更小,且在基于残余层间位移角的拆除准则中可修复能力储备系数对残余层间位移角限值变化较为敏感,表明基于柱达到严重破坏的拆除准则比基于残余层间位移角的拆除准则更合理,可用于量化结构可修复能力。     

钢筋混凝土框架结构层间变形与构件局部变形关系的试验研究

将柱端弯矩增大系数、轴压比和梁剪跨比作为设计参数设计了9个1/2比例的钢筋混凝土框架节点,进行了低周反复荷载试验,研究了构件的破坏形式、各种构件的局部变形对层间位移的贡献。研究表明,结构的层间变形与构件局部变形的关系与试件的破坏形式有关。对于发生梁端弯曲破坏的试件,节点剪切变形引起的层间变形很小,在进行框架结构的弹塑性地震反应分析时,可近似忽略节点区的剪切变形;对于发生梁端弯曲破坏—节点剪切破坏或柱端弯曲破坏—节点剪切破坏的试件,在构件进入屈服状态后,节点的剪切变形引起的层间位移较大,在进行框架结构的弹塑性地震反应分析时,不能忽略节点剪切变形的影响。     

钢筋混凝土超高层建筑层间位移的模型试验研究

通过 11层框架 剪力墙平面截断模型的静力加载试验 ,研究了原型为 5 2层的钢筋混凝土超高层建筑在正常使用状态下的受力和变形 ,重点考察了层间位移与构件裂缝的关系 ,同时研究了竖向荷载及加强层对层间位移限值的影响。试验结果表明 ,正常使用状态下将钢筋混凝土超高层建筑的层间位移角控制在 1/ 5 0 0以内时 ,其竖向构件不会开裂 ,框架梁、连梁与填充墙的裂缝均可以控制在允许范围内。现行《高规》的层间位移限值可以放松     

竖向地震动对带缝RC框架抗震性能影响的数值研究

为研究竖向地震动对带施工缝RC框架结构抗震性能的影响,对7~9度区分别设计了4层规则框架结构,并对各框架结构建立考虑施工缝影响的数值模型,进行只输入水平地震波与同时输入水平和竖向地震波的非线性动力时程分析。对结构的顶点最大位移、层间位移角平均值以及塑性铰分布规律进行了对比,结果表明,竖向地震动对各烈度区带缝RC框架顶点最大水平位移的影响规律并不一致,可能使其增大或减小,主要取决于柱轴压比的变化规律。考虑竖向地震动影响会使各烈度区带缝框架的层间位移角增大,其中7度区框架的最大层间位移角超出了规范限值,9度区框架的层间位移角分布发生变化。竖向地震动会使构件端部提前出现塑性铰,并且柱端更容易出现塑性铰,梁端出铰较少。     

钢框架内填RC墙结构层间侧移限值的试验数据统计分析

钢框架内填RC墙结构是一种新型组合结构体系,我国建筑抗震设计规范尚未规定其变形限值。为提出钢框架内填RC墙结构在不同地震水准下合理的层间侧移限值,本文对已有的钢框架内填RC墙结构的试验数据进行了统计分析,基于概率方法分析了钢框架内填RC墙结构在开裂、显著屈服、峰值荷载、破坏时的最大层间侧移比。同时,还采用累积层间塑性侧移比、累积延性比、累积能量耗散系数对钢框架内填RC墙结构破坏时的性能点进行了定量描述。分析结果表明:钢框架内填RC墙结构首次开裂时的平均层间侧移比为1/1368;取单侧置信区间下限确定的钢框架内填RC墙结构显著屈服及峰值时刻的最大层间侧移比分别为1/253及1/97。钢框架内填RC墙结构在破坏时以单侧置信区间下限确定的最大层间侧移比及最大层间位移延性比分别为1/64及3.50;所对应的累积层间塑性侧移比、累积层间位移延性比、以及累积层间能量耗散系数分别为0.12、26.45、及12.13。     

钢筋混凝土框架结构竖向不规则参数的概率评估

采用蒙特卡罗模拟方法分析钢筋混凝土(RC)框架结构竖向不规则参数的抗震控制效果。以底层和中间层竖向楼层承载力和刚度不规则的5层和10层RC框架结构为分析对象,考虑地震动输入的随机性,通过非线性动力时程分析确定结构的最大层间位移角,并分析其随竖向不规则系数变化的规律和超越极限状态水准的失效概率。分析结果表明：楼层竖向承载力和刚度不规则对结构最大层间位移角的影响较大,最大层间位移角随竖向不规则系数的减小而增大,底层不规则较中间层不规则的影响大,承载力不规则较刚度不规则的影响大;竖向不规则对结构地震反应超越极限状态水准的失效概率有显著的影响,失效概率随竖向不规则系数的减小而增大,竖向不规则系数越小失效概率越大;承载力不规则系数为0.7和刚度不规则系数为0.8可作为竖向不规则参数的抗震控制点。     

竖向承重与水平抗侧相分离的组合框架-剪力墙结构体系抗震性能研究

为提高传统钢结构体系在住宅产业化应用中的标准化程度、装配化效率以及安全性能，提出了竖向承重与水平抗侧相分离的组合框架-剪力墙结构体系，并对其抗震性能进行了分析与评价。以某高层住宅楼工程为结构方案原型，基于多遇地震作用下弹性层间位移角相同的控制标准，分别按传统组合框架-剪力墙结构体系和按竖向承重与水平抗侧相分离的组合框架-剪力墙结构体系设计了两种结构方案，并建立了相应的有限元模型。采用静力弹塑性推覆方法，对两种体系在设防地震和罕遇地震作用下的变形和受力特征进行了对比分析，通过结构层间变形、关键构件损伤状态以及安全系数等指标对体系抗震性能进行了综合评估。分析结果表明：竖向承重与水平抗侧相分离的组合框架-剪力墙结构体系在地震作用下的侧移模式呈弯曲型，推覆过程中结构塑性铰主要出现在底层柱端，而传统组合框架-剪力墙结构体系侧移模式呈弯剪型，塑性铰主要出现在梁端；选取的两种剪力墙损伤判断标准均可用于准确判断两种结构方案的极限状态；在相同弹性层间位移角控制标准下，竖向承重与水平抗侧相分离的组合结构体系设计方案安全系数指标值更高，在地震作用下具备更高安全储备。     

大型火电厂钢结构主厂房框排架结构抗震性能试验研究

为了解钢框排架结构的抗震性能,以位于抗震设防烈度8度区的某大型火电厂钢结构主厂房框排架结构为原型,按1∶10缩尺比例设计制作试验模型,并对其进行拟动力试验,研究该结构在地震作用下的加速度反应、位移反应、滞回特性、刚度和耗能性能。研究结果表明：钢框排架结构延性相对较好,具有较强的塑性变形能力。模型结构底层和第二层层间位移角较大,是模型结构的薄弱层。模型结构在三种地震波（El Centro波、Taft波、兰州人工波）的多遇地震以及El Centro波的罕遇地震作用下,层间位移角均满足我国现行规范要求。钢框排架结构体系可满足8度设防要求,具有良好抗震性能。     

框架-混凝土核心筒混合结构位移限值的探讨

框架-混凝土核心筒混合结构在我国已得到广泛应用,但对其水平位移限值的研究尚不完善,还存在诸多问题。通过理论分析和有限元计算,讨论了高宽比对结构变形的影响,明确了高宽比与位移限值间的相关性。通过四个算例的位移特性和安全性的比较,认为相对层间位移角和顶点位移角可以作为层间位移角的有效补充,而且当外围框架类型不同时,宜视位移指标不同给出相应的位移限值。     

考虑结构整体特性的钢筋混凝土框架震后残余侧移响应研究

为了研究钢筋混凝土框架结构震后残余位移及结构整体特性对其影响,首先对3个楼层数不同的钢筋混凝土平面框架结构进行静力推覆分析,得到结构第一模态推覆曲线及相应等效三线形推覆曲线,进而基于等效推覆曲线获得结构整体的屈服后刚度比和下降段刚度比。其次,通过对钢筋混凝土平面框架结构在3个地震动强度水平、22条地震动记录输入下的弹塑性时程分析,分别计算得到最大层间位移角和最大残余层间位移角的平均值、标准差和变异系数,并分析结构整体特性如结构基本自振周期、屈服后刚度比、下降段刚度比等对最大层间位移角和最大残余层间位移角的影响,以及最大层间位移角和最大残余层间位移角之间的相关性。结果表明,最大层间位移角和最大残余层间位移角受结构基本自振周期影响明显,同一地震动强度水平下,两者均随结构基本自振周期的增大而增大。随着结构屈服后刚度比的增大和下降段刚度比绝对值的增大,最大残余层间位移角也增大,其离散性也随之变大。与上部楼层相比,高强度水平地震动下非线性发展较为充分的结构下部楼层的最大层间位移角和最大残余层间位移角的相关性较好。     

基于pushover法的地铁车站柱墙剪力比研究

层间位移角作为一项重要的抗震性能指标,往往用于评估地上或地下结构在正常使用条件下的水平位移,从而确保结构应具备的刚度。然而,由于地下地铁车站结构埋置于土体之中,受到周围土层的约束,其在地震作用下的层间位移角量值小、不易控制与监测。鉴于此,文章以典型两层三跨地铁车站为研究对象,基于大型有限元程序ABAQUS建立了土 车站结构非线性相互作用分析模型,开展了pushover弹塑性推覆分析,得到了车站结构各构件的剪力—层间位移角全过程曲线,并在此基础上确定了构件的关键性能点及其阈值,研究了地铁车站结构不同性能状态下中柱和侧墙剪力分配规律。分析结果表明,地铁车站下层中柱首先进入破坏状态;下层中柱剪力先增加后减小,但相较于车站侧墙,中柱分配到的剪力比例一直下降。在此基础上,进一步提出了归一化的柱墙剪力比作为评价地铁车站抗震性能的力学指标,可有效弥补单一位移指标的不足。     

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。     

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。