几种钢框架-支撑结构体系的特点和性能

钢框架-支撑体系具有良好的抗震性能和较大的抗侧刚度.介绍了中心支撑、偏心支撑及消能支撑等钢框架-支撑体系的构造和性能,通过比较,指出偏心支撑框架具有良好的耗能能力,消能支撑框架具有较强的抗侧钢度,是理想的抗侧力体系.     

铰接方钢管组合异形柱框架抗震性能研究

为解决村镇住宅体系存在的装配式程度及标准化程度较低、现场焊接工作繁多、室内建筑面积浪费等问题,提出了一种铰接方钢管组合异形柱框架体系。该体系中异形柱采用3根空钢管通过钢板与加劲肋组合而成的L形柱,梁柱节点为腹板螺栓连接的铰接节点。通过拟静力试验对该体系的抗震性能进行研究。研究结果表明：相比于铰接钢管混凝土组合异形柱,铰接空钢管组合异形柱框架体系先于梁端出现转角,最后破坏模式为柱脚破坏,具有更优良的抗震耗能和更缓慢的强度与刚度退化,并通过对比刚接节点和铰接节点的骨架曲线,发现节点刚接程度对结构整体的抗侧刚度影响较大。     

不同刚度比下防屈曲支撑钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究不同刚度比防屈曲支撑(buckling-restrained brace,BRB)钢筋混凝土框架的抗震性能,设计并制作了3榀BRB水平刚度与主体框架抗侧刚度比值分别为3、5、7的减震框架,通过低周往复荷载试验,对比研究其耗能减震能力、破坏形态、BRB连接节点及节点板性能、BRB转动变形性能、BRB端部附加弯矩产生机制等,探讨与BRB连接的梁、柱构件设计方法。研究结果表明：3榀框架滞回曲线饱满,耗能能力稳定,随着刚度比的增加,屈服荷载及极限荷载提高,BRB连接节点破坏越严重;BRB连接节点板的存在使框架柱塑性铰位置由柱端移至节点板趾部附近区域;水平荷载作用下,各框架中BRB端部由于转动变形产生附加弯矩,转动变形与层间位移角近似呈线性变化关系;加强消能子结构的延性构造措施是实现大变形下BRB充分耗能的有效途径。     

半刚接钢框架柱稳定承载力研究

通过引入线刚度修正系数来考虑连接的非线性,采用变刚度螺旋弹簧单元模拟半刚性节点的特性,给出了考虑连接节点刚度影响的无侧移、有侧移钢框架柱的计算长度系数公式,讨论了半刚性连接对框架稳定承载力的影响。研究结果表明:节点刚度对纯框架柱计算长度系数有显著的影响。在无侧移情况下,有限元分析结果与理论计算值吻合较好;在有侧移情况下,节点连接的有效刚度与作用在框架梁上的荷载大小及形式等有关,准确确定有效刚度比较复杂,理论计算与有限元分析结果相差较大,理论解偏于保守。     

新型卷边部分外包组合柱-钢梁端板连接组合框架层间抗震机理研究

为进一步研究新型卷边部分外包组合柱(PEC柱)-钢梁组合框架层间抗震机理,以新型卷边PEC柱-钢梁端板预拉对穿螺栓连接组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行水平低周往复荷载下抗震性能的有限元分析。基于计算数据整理,分析试件结构的承载力与抗侧刚度、节点连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点域传力机理和破坏模式等抗震性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和初始抗侧刚度;新型卷边PEC柱平均分担试件层间水平剪力;预拉对穿螺栓具有部分自复位功效;梁端连接具有较大的转动刚度,相应限制了其转动能力的发挥;试件最终破坏模式为所有梁端端板附近截面形成塑性铰的塑性机构,而相应层间剪切角和节点连接转角均超过设防烈度地震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好的抗震倒塌性能。     

基于子结构的薄钢板PEC柱-钢梁组合框架层间倒塌机理分析

为揭示薄钢板组合截面部分外包混凝土组合PEC柱-钢梁组合框架中间层倒塌机理,本文利用商业有限元软件ABAQUS,对采用预拉对穿螺栓端板狗骨式连接的薄钢板组合截面PEC柱-钢梁组合框架中间层子结构试验试件建模,并进行水平低周往复荷载下抗震性能的有限元分析。基于计算结果,分析试件结构的承载力与抗侧刚度、节点连接转动性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点区传力机理和破坏模式等抗震性能。研究结果表明:试件具有较高的承载力和较大的初始抗侧刚度;PEC柱平均分担试件层间水平剪力;预拉对穿螺栓表现出部分自复位功效;梁端截面削弱实现了塑性铰位置远离节点区,且保证了连接具有良好的转动能力和结构耗散地震能能力;试件最终破坏模式为所有梁端削弱截面形成塑性铰的塑性倒塌机构,对应节点连接转角和层间剪切角均满足中震层间侧移限值1/50要求,表明该结构体系具有良好的耗能能力和抗倒塌性能。     

装配式复式钢管混凝土框架-梁端螺栓连接钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为促进复式钢管混凝土框架剪力墙结构的建筑工业化,提出一种可完全装配式建造的复式钢管混凝土框架-梁端螺栓连接钢筋混凝土剪力墙结构体系,体系中梁-柱节点、柱-柱拼接节点和框架与剪力墙连接均采用全螺栓装配式连接。为研究该体系的抗震性能,开展了三榀1∶2缩尺模型的低周往复荷载试验,研究了各模型的破坏特征、滞回性能、延性、抗侧刚度和承载力退化。结果表明：梁端螺栓连接钢筋混凝土剪力墙(BRW)破坏形态与钢筋混凝土梁“剪压”型破坏特征相似;BRW先于框架发生破坏,可作为复式钢管混凝土框架的第一道抗震防线,框架则为第二道防线;BRW与框架的装配式连接可靠,在整个加载过程中可有效提高框架的承载力和抗侧刚度,可保证BRW与框架在地震作用下的协同工作能力,进而保障BRW的性能得以充分发挥。     

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构性能研究

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能。为研究不同梁柱连接刚度对双体系结构抗震性能的影响,完成了3个单跨两层不同梁柱连接刚度试件的水平低周往复加载试验研究,系统分析了三者的整体性能和破坏模态,拟从承载力、刚度、延性、耗能、整体性能和节点性能六个方面对双体系的节点刚度与墙体的匹配效果进行评价。结果表明:在半刚性框架内设置钢板墙能较大程度提高结构的极限承载力与侧向刚度;结构具有理想的屈服顺序,内填板在加载初期非常有效。屈服区域延伸至整个墙体时,附加荷载将基本上由边缘构件承担,试件破坏主要由内填板的屈服和框架柱的弯扭失稳控制;节点刚度退化小,且内填板的设置缓解了节点区自身的延性要求,梁柱连接形式对试件的抗侧刚度和整体强度的影响不大,降低连接刚度有利于提高试件延性和耗能能力。     

钢框架-偏心支撑结构体系在高烈度区工程中的应用研究

在结构方案设计阶段,对常见的8种结构体系进行了较为详细的分析对比,最终采用框架(矩形钢管混凝土柱+钢梁)-偏心支撑结构体系。提出了消能梁段数值模型,采用PERFORM-3D软件进行了整体结构在大震作用下动力弹塑性分析,评估其抗震性能及塑性发展过程。结果表明,此类结构通过控制框架剪力分担率,可形成双重抗震防线。在小震、中震作用下结构抗侧刚度较大,大震作用下消能梁段首先剪切屈服,整个抗侧体系存在明显的抗侧演化过程,耗能能力强、抗震性能良好且经济合理。基于大震作用下消能梁段塑性转角需求设计腹板加劲肋,此方法保证结构设计与性能目标要求的一致性。     

偏心支撑半刚接钢框架的动力特性及抗震性能试验研究

偏心支撑半刚接钢框架是一种新型抗震结构体系,为研究其动力特性及抗震性能,进行了4个三层空间框架试件的试验研究。动力特性测试表明,随着梁柱节点转动刚度的降低,结构自振频率减小,阻尼比增加。循环加载试验表明,节点刚度和承载力对偏心支撑框架结构的滞回性能有显著影响,节点刚度和承载力越高,滞回性能越好,节点刚度较低的偏心支撑框架不宜用于抗震设防区;偏心支撑显著增加了半刚接钢框架的抗侧刚度,使得节点刚度对框架刚度的影响减弱,但降低了结构延性;结构的塑性变形主要来自节点域、消能梁段及梁柱节点连接件;多层偏心支撑框架的侧移变形为剪切型,层间屈服位移角较大。     

梁柱式木结构框架抗震性能试验研究

通过对3个钢填板连接形式的梁柱式木结构框架的缩尺模型,以及一个按照《营造法式》制作的古建木结构框架模型在水平低周反复荷载作用下的试验研究,得到了钢填板连接纯框架、钢填板连接隅撑框架、钢填板连接斜撑框架及榫卯连接纯框架的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、变形及耗能等性能。试验结果表明：破坏均发生在钢填板连接及榫卯的节点处;钢填板连接框架与榫卯连接框架的滞回曲线有明显的不同;与纯框架相比,隅撑和斜撑框架的强度和刚度有显著增加;梁柱式木框架具有非常好的变形能力。     

Biegedrillknicken von Riegeln und Stielen von Hallenrahmen mit nachgiebigen Rahmenecken

Lateral torsional buckling of beams and columns of frames with semi‐rigid beam‐to‐column joints. Lateral torsional bucking safety of beams and columns of frames depends, among other things, on the ratio of the bending moment of the frame knee to the plastic moment resistance of the frame beam and the frame column respectively; in this context the ratio of the bending moment of the frame knee to the midspan bending moment of the frame beam is also of importance. Large bending moments of frame knees can cause all over “flexural buckling” of the lower flange of the frame beam if the frame beam is laterally supported only at the upper flange. Using semi‐rigid beam‐to‐column joints bending moments of frame knees can be decreased and production cost can be diminished. Considering a frame with welded beam‐to‐column joints the influence of the moment resistance of the frame knee (which depends on the type of joint) is discussed with respect to lateral torsional buckling safety of beams and columns of frames. The determination of the moment resistance and the moment‐rotation‐characteristic of beam‐to‐column joints is based on the rules given in EC 3 Annex J, which represents (outside the application range of finite‐element‐methods) the current level of technology achieved.     

雪莲大厦高层混合结构设计

北京雪莲大厦为地上部分36层,建筑总高度146.30m的高层建筑,结构具有以下特点:结构高度高,地震反应大,平面轮廓不规则,在纵横两个方向的框架不正交,不能形成有效的抗侧力体系。为解决这些问题,设计中采取了以下措施:采用由矩形钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒组成的混合结构体系,并设了两个加强层,有效地加强了结构的刚度,采用矩形钢管混凝土框架则解决了框架不正交所带来的梁柱连接问题。介绍了该工程结构体系的选择,加强层的设计及型钢梁柱节点的处理等,工程实践表明:在高烈度区,带加强层的混合结构体系能够满足结构各项设计要求;矩形钢管混凝土柱可大大减少柱断面,也便于非正交框架体系中梁柱的连接。     

钢管混凝土核心柱预应力梁框架节点试验研究

通过5个框架节点的试验,研究节点的破坏形态、延性、滞回特性及抗剪切性能。试验结果表明,所提出的钢管混凝土核心柱预应力梁框架节点设计方法是可靠的,该节点形式具有很好的延性和能量耗散能力,由于柱为钢管混凝土核心柱,大大提高了节点核心区的抗剪承载力。     

Mit Schrauben Bewehren – Neue Ergebnisse

Self‐tapping screws as reinforcement – new results. Self‐tapping continuously threaded screws can be used as elements for reinforcement or joints in timber construction because of their high axial strength and excellent bonding properties. The layout of the reinforcing or joining screws can be derived from strut‐and‐tiemodels which are common in concrete design and follow the internal flow of forces. Several series of tests in 2007 already showed the high potential of this construction method on various joint details and reinforced timber elements. Based on this success in 2008 further tests were taken out on joints and timber beams with altered and more sophisticated screw configurations. Hereby the load‐bearing capacity of timber beams reinforced with steel lamellas and rigid frame corners connected with self‐tapping screws was extraordinary and demonstrated once more the high potential of this design method.     

预应力混凝土框架结构的抗震设计探讨

在设计多层多跨预应力混凝土框架结构时,一般按抗裂度控制条件计算预应力筋后再按允许的预应力度确定普通钢筋的数量,则节点抗剪强度不足和“强梁弱柱”难以避免;如果满足梁的截面相对受压区高度的结构位移延性规定,则梁的抗裂度不易满足。建议放松受压区高度、抗裂度控制条件,选取合适的预应力度,选取内节点处强梁弱柱,增加柱尤其是中柱的箍筋,在边柱中加配预应力筋,内节点附近梁加腋,在罕遇地震作用下将多层多跨预应力混凝土框架结构设计成“混合耗能机制”的有限延性框架。     

T形钢管混凝土柱-工字钢梁框架顶层边节点抗震性能试验研究

选择T形截面钢管混凝土异形柱-工字钢梁框架顶层边节点为研究对象,按1∶2的缩尺比例设计并制作3个“弱节点”模型和1个“强节点”模型,通过施加恒定轴压比的竖向荷载和低周往复水平荷载,对节点模型进行加载破坏试验,观察节点模型的受力过程和破坏形态,得到水平荷载-柱端位移滞回曲线和骨架曲线,分析节点荷载特征值、延性、耗能以及刚度退化等。试验结果和分析表明：弱节点试件破坏形态主要为节点核心区在剪压复合应力作用下的剪切破坏,随轴压比增大,试件受剪承载力提高,但其延性和耗能能力有所下降;强节点试件破坏形态为钢梁的局部屈曲破坏,节点区基本完好,滞回曲线饱满,延性系数为3.89;合理地设计钢管混凝土异形柱-钢梁框架边节点,可满足抗震延性要求,实现“强柱弱梁,节点更强”的抗震设计目标。     

古木结构中抬梁式和穿斗式木构架受力性能试验研究

为从木构架层次把握我国古建筑木结构的基本受力性能,根据相关文献和现场测绘设计并制作了抬梁式木构架和穿斗式木构架各1榀,进行了恒定轴压下的水平单调加载试验。通过试验研究获得了两类典型木构架的破坏模式、荷载-位移关系、榫卯节点的破坏形态、柱顶侧移-加载位移关系、榫卯节点的拔榫量-转角关系等。研究结果表明,在加载过程中,木构架中榫卯节点逐个破坏,半榫节点发生脱榫破坏,透榫发生变截面处顺纹撕裂破坏和榫头下侧受弯破坏,最终两榀木构架均发生整体倾覆破坏;抬梁式木构架和穿斗式木构架的极限位移角分别为1/6.6、1/4.0,均具有良好的变形能力,但抬梁式木构架的水平荷载承载效率明显低于穿斗式木构架;柱顶侧移随着加载位移的增加而近似线性增加;榫卯之间的初始缝隙在加载初期逐渐闭合,会引起部分榫卯节点拔榫量为负值,之后,主要榫卯节点的拔榫量随节点转角的增大而增大。     

CFRP加固RC梁-板-柱框架中节点抗震性能试验研究

试验中设计了考虑楼板和正交梁的足尺钢筋混凝土框架中节点,对其进行拟静力试验,研究柱端、梁端采用CFRP加固对梁-板-柱中节点抗震性能和破坏模式的影响。分析了节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、耗能、位移延性、刚度退化及节点核心区剪切变形等。结果表明：由于楼板和正交梁的影响,未加固节点呈现“强梁弱柱”的柱铰失效模式;采用CFRP仅加固柱端或同时加固柱端及梁端,对节点承载力影响较小,但可有效提高节点的位移延性和耗能能力,使中节点的破坏模式由柱铰机制转为“强柱弱梁”的梁铰机制,仅采用CFRP加固柱端的方法效果更好;由于正交梁的存在,节点核心区在较大位移水平下未出现明显的剪切破坏。     

钢筋混凝土分体柱框架抗震性能的模型试验研究

本文通过一榀1/3比例的两跨三层现浇钢筋混凝土分体柱框架模型的低周反复荷载试验,研究了分体柱框架模型的破坏机制、出铰顺序、滞回特性、耗能能力等抗震性能;研究了分体柱框架的裂缝发展、分体柱与其他构件的变形协调、内力重分配等工作过程;探讨了分体柱的过渡区、配箍率等主要参数对分体柱框架抗震性能的影响。验证了已有的分体柱及分体柱框架梁柱节点的设计方法和构造要求;研究了分体柱框架强柱弱梁、强剪弱弯以及强节点、强锚固的关系;给出了分体柱轴压比、剪跨比等概念参数的定义。从而得出结论,采用分体柱可以实现变短柱为长柱的设计思想,有效地改善钢筋混凝土短柱、特别是超短柱框架的延性和破坏形态,大幅度地提高钢筋混凝土短柱、特别是超短柱框架的抗震能力,最后给出了相关的设计建议。