倾斜柱框架弹性屈曲分析

为研究倾斜柱框架的轴力所产生的水平分力对荷载的抵消作用及对框架侧移减少的影响,进行了倾斜柱框架的一阶弹性屈曲分析。通过对倾斜框架柱和规则框架柱的内力计算,推导了不同倾斜角度的框架顶点相对侧移和临界荷载,给出了倾斜柱框架柱的转角位移方程,用转角位移法对多层多跨倾斜柱框架无侧移和有侧移时的稳定性进行了分析;结果表明,柱倾斜极大地改变了结构的受力状态,使内力降低;框架柱的倾斜角度变大时,结构的顶点相对侧移迅速减小,而临界荷载亦明显增大。     

考虑柱底纵筋滑移的纤维模型及框架地震反应分析

基于材料本构关系的纤维模型能有效模拟柱在变轴力与双向弯矩耦合作用下的非线性反应,但常规的纤维模型分析方法忽略了纵筋滑移。在纤维模型基础上,采取在非线性梁柱单元端部附加零长度截面单元的方法以模拟杆端纵筋滑移的影响。以钢筋混凝土柱为例,将弯曲转角、滑移引起的固端转角等模拟结果分别与柱在低周反复荷载作用下的试验数据进行对比,校准了该模型化方法。考察了6层钢筋混凝土平面框架的非线性地震反应,研究了底层柱根纵筋滑移对框架整体和局部反应的影响。结果表明,模拟分析的纵筋滑移规律与柱的试验结果相符较好。底层柱根纵筋滑移有增大框架整体非线性地震反应的趋势,并将改变底层柱非线性变形的组成方式,减小其柱端塑性铰区的非线性弯曲变形。     

钢筋混凝土框架结构的力学性能研究

基于非线性梁柱单元模型，对柱顶作用垂直集中荷载和水平荷载的钢筋混凝土强柱弱梁门式框架进行了数值分析，研究了梁、柱的变形情况，框架的一阶、二阶非线性效应，柱顶垂直集中荷载对框架承载力、侧移的影响。得出：框架柱的侧移比梁挠度大很多，框架变形以柱侧移为主；垂直集中荷载对框架的水平极限承载力、侧移有明显影响；当有垂直集中荷载作用时，二阶非线性与一阶非线性分析结果比较，二者差异明显，表明几何非线性影响明显。     

有侧移半刚性连接钢框架柱的计算长度系数

利用三层柱的框架结构计算模型,引入梁柱线刚度比修正系数,采用螺旋弹簧模拟横梁对柱子的约束弯矩及节点连接的半刚性,考虑连接的非线性弯矩—转角关系,建立梁柱有侧移半刚性连接转角位移方程,推导了有侧移半刚性钢框架柱计算长度系数的公式,本文推导的半刚性连接柱的计算长度系数公式与《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中的刚性钢框架柱的计算长度系数形式相同。研究结果表明:有侧移半刚性连接钢框架柱的计算长度系数比刚性连接的钢框架柱的计算长度系数增大6%~14%左右,故在半刚性连接的钢框架柱的稳定和分析中,应考虑梁柱节点的半刚性连接对钢框架稳定性产生的影响。本文引入的梁柱线刚度比修正系数物理意义明确,计算方法简捷方便,便于工程推广。     

砌体房屋无洞独立墙段层间侧移刚度的转角影响研究

按照抗震规范,刚性楼盖砌体房屋的层间墙段水平地震剪力可按其等效侧移刚度比例分配。然而在计算侧移刚度时,往往假定上下端部截面无转动,从而使计算结果可能产生较大的误差甚至错误。为此,本文基于理论分析,考虑端部截面的转角影响,推导了无洞层间墙段的等效侧移刚度表达式,提出了转角影响系数α;进一步针对受均布及倒三角形水平作用,得出了α的具体计算公式及相关参数;在此基础上,计算给出了不同层数砌体结构的层间墙段α值实用图表。最后进行了实例计算比较。研究表明,本文方法的结果较规范法精度较高,满足抗震设计精度要求,可适用于简化分析。     

对有侧移框架柱计算长度拟合公式的改进建议

《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)第7.3.11条给出的用于计算有侧移钢筋混凝土框架柱偏心距增大系数η的柱计算长度l0表达式,是对根据弹性稳定理论确定有侧移框架柱计算长度的分离杆件法理论解的近似拟合公式,它适用于常规梁、柱尺寸的多层框架。在高层建筑框架部分的若干常见情况下,该式将给出误差过大的计算结果。为此,对分离杆件法理论解和规范式之间的误差变化规律做了系统分析,提出了两种与理论解符合程度有明显改善的修正拟合公式,供工程设计及今后修订规范参考。     

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。     

施工期钢筋混凝土构件端部约束简化分析

为研究施工期钢筋混凝土构件的端部约束情况,考虑施工期混凝土的力学性能、混凝土与钢筋间的黏结性能随龄期的时变规律,通过悬臂梁、柱有限元模型,分析梁端约束性能、柱端约束性能随龄期的变化规律,建立了混凝土构件端部约束的简化计算模型。研究结果表明:随龄期的增长,悬臂梁、框架柱固定端截面最大弯矩、最大转角及初始转动刚度均近似呈指数形式增长;在弹性阶段内,各龄期悬臂梁、柱固定端弯矩与转角均近似呈线性关系。在不同程度的轴压力作用下,各龄期框架柱固定端最大弯矩与28 d龄期柱固定端最大弯矩的比值基本相同;对龄期相同的框架柱,其固定端最大转角随轴压力的增大逐渐增大。随轴压力的增大,龄期1 d柱的固定端初始转动刚度线性增大,而龄期大于1 d柱的固定端初始转动刚度基本不变。     

考虑轴压比影响时框架侧移计算的试验及理论研究

为研究轴压比对框架柱侧移的影响,以轴压比为框架柱的主要变化参数,完成了10根钢筋混凝土柱与5根钢柱压弯试验。试验结果表明:随轴压比增加,框架柱抗侧刚度增加,侧移减小;对于混凝土柱,裂缝间距和宽度都增大,裂缝越集中于柱底,压区混凝土破坏越严重,延性越差;对于钢柱,则压区屈曲越严重。随着名义偏心距的增大,二阶效应加剧,轴力对框架柱抗侧刚度的提高有所减弱;轴力对钢柱抗侧刚度的有利影响不及混凝土柱明显。结合试验数据,拟合了考虑轴压比影响的柱抗侧刚度计算公式。根据此公式计算内力侧移的框架算例表明,考虑轴压比影响时,框架结构侧移明显减小;轴力从上至下逐渐增大,轴压比对框架结构的影响愈大,结构侧移减小愈明显。考虑轴压比对框架柱抗侧刚度的影响,符合工程实际,能为现行规范对高层框架侧移计算的完善提供参考。     

基于Pushover的多层钢筋混凝土框架结构设计与抗震性能分析

以设防烈度为8度的某多层钢筋混凝土框架办公楼设计为工程背景,针对纯框架考虑楼板影响和同时考虑楼板与填充墙影响等三种情况,分别进行Pushover分析,结果表明在进行钢筋混凝土框架结构的抗震设计时,必须适当考虑现浇板与填充墙的影响;通过改变柱端弯矩增大系数的取值,研究二级钢筋混凝土框架的弯矩增大系数的合理取值,表明我国2010年规范对二级框架结构的柱端弯矩增大系数偏小,该值在1.85及以上时,能更好地实现延性框架结构设计。     

Incremental modified pushover analysis

The recently developed Incremental Dynamic Analysis (IDA) requires nonlinear time history analyses at different levels of intensity of an ensemble of ground motions, which is time‐consuming due to the high computational efforts involved. In the current study, a simplified method named as Incremental Modified Pushover (IMP) is developed and evaluated. In this method, the response of the structure is obtained using one pushover analysis at any specified level of ground motion intensity. The associated higher mode effects are explicitly considered when determining target roof displacement and lateral load pattern. In the bilinear idealization of the pushover curves, a new approach has been used. Moment resisting steel frames with 4, 8, 12 and 16 stories, as well as their corresponding soft‐story models are used for verifying the proposed method. The studied frames were subjected to seventeen different scaled earthquake ground motions. The results of the presented method, IMP, are verified in terms of maximum roof displacement, maximum inter‐story drift and maximum plastic hinge rotation at different ground motion intensities. The results show that the IMP method gives higher response values compared with IDA, which can be viewed as being more conservative. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

加腋钢框架结构的静力弹塑性性能研究

运用SAP2000对普通钢框架和对其进行加腋后的框架进行Pushover分析,得出两类钢框架在多遇和罕遏地震作用下性能点的基底剪力和顶点位移,然后分别以第一次Pushover分析得到的性能点的顶点位移为监测位移再进行Pushover分析,得到多遇和罕遇地震作用下两类钢框架的层位移、层间位移角和各杆件的塑性铰数量及塑性铰出现的顺序。分析结果表明：加腋后钢框架在多遇和罕遇地震下的层位移减小;加腋措施使得钢框架在多遇地震下的层间位移角有减小的趋势,而在罕遏地震下的层间位移角有增大的趋势,但这种影响的幅度不大;加腋措施显著地改善了钢框架在罕遇地震下结构杆件出现的塑性铰数量和塑性铰顺序;加腋后的首层柱底达到极限承载力,为薄弱构件,加腋设计时需要注意。     

方钢管混凝土柱与钢梁框架节点的抗震性能试验研究

为验证方钢管混凝土柱与工形钢梁框架节点的破坏特征和抗震性能,本文进行了A、B两组共6个足尺节点试件的低周反复循环加载试验,其中A组三个试件梁端采用栓-焊连接;B组三个试件梁端为全对接焊接。试验结果表明:6个试件的层间位移延性系数μ≈2.28～3.86,弹性极限层间位移角y≈0.001～0.014,弹塑性极限层间位移角u≈0.0297～0.0424,节点梁柱的相对极限塑性转角θu≈0.0163～0.0343rad,能量耗散系数E≈2.029～2.494;A、B两类节点均有良好的抗震性能,在相同轴压比下A类节点的延性较B类略好一些,而耗能能力B类节点却略大一些,但二者相差不大,均满足结构抗震设计的要求。文章还分析了节点域的剪切变形,给出了改造节点设计的几点建议。     

高强螺栓端板连接钢梁-方钢管混凝土框架结构抗震性能研究

通过一榀高强螺栓端板连接的2层1跨半4∶7比例组合梁-方钢管混凝土模型框架的拟动力试验、拟静力试验和静力推覆试验,运用子结构方法,模拟了一榀10层3跨的平面框架,研究了钢管混凝土框架结构的破坏形态、位移响应、滞回特性和耗能等抗震性能。拟动力试验中,多遇烈度地震时,框架刚度降低很小;基本设计烈度地震时,框架刚度降低约13%;罕遇烈度地震时,框架刚度降低20%,框架层间位移角小于2.0%。拟静力试验中,最大层间位移角超过1.6%,部分构件出现初始局部屈曲,框架整体未出现强度退化。在静力推覆试验中,即使层间位移角超过6.0%,框架承载力仍未发生下降。高强螺栓端板连接节点能够满足抗震设计要求,在规范限定的按弹塑性设计的层间位移角限值范围内,经过合理设计的螺栓端板连接可视为刚性连接。试验结果验证采用螺栓连接的钢梁-方钢管混凝土框架具有良好的抗震性能,可在抗震设防区结构中推广使用。     

Hysteretic energy response of steel moment‐resisting frames with vertical mass irregularities

Dynamic analyses were carried out to study the seismic response of high‐rise steel moment‐resisting frames in 16‐storey buildings. The frames are intentionally designed using three different design procedures: strength‐controlled design, strong column–weak beam controlled design, and drift‐controlled design. The seismic performances of the so‐designed frames with vertical mass irregularities were discussed in view of drift ratio, plastic hinge rotation, hysteretic energy input and stress demand. A demand curve of hysteretic energy inputs was also presented with two earthquake levels in peak ground accelerations for a future design application. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

二质点模型在Pushover分析中的应用

对常见的主要失效模式为下部破坏型结构在强烈地震作用下的位移需求估计,常规的Pushover方法和模态Pushover方法不能得到满意的结果。为此,本文提出等效成二自由度体系的Pushover分析方法,并推导了多自由度体系等效成二自由度体系的计算公式。分别采用常规Pushover方法、模态Pushover方法、等效成二自由度体系的Pushover方法以及时程分析法对8个7层平面框架结构进行了强烈地震作用下的位移反应分析,同时还对其中的一个结构进行了不同地震动强度水平下的位移反应分析。结果表明,等效成二自由度体系的Pushover分析方法能够较好地估计下部破坏型结构的位移需求。     

Application of normal flow algorithm in modal adaptive Pushover analysis

In this paper, a load increment method for Modal Adaptive Pushover Analysis (MAPA) for plane frame buildings is presented. In this method, the Newton-Raphson iterative algorithm is used along the flow path normal to the Davidenko curves with modified convergence rate. Contrary to the previous arc-length methods, this algorithm, which uses the Homotopy approach, is based upon the new mathematical concepts. In order to evaluate the proposed method, two steel frames are analyzed using the algorithm presented and the results are compared with Non-linear Dynamic Analysis (NDA), FEMA-273 Nonlinear Static Analysis (NSA) and the Modal Pushover Analysis (MPA) procedures. When the NDA results are taken as reference, it is seen that the proposed method is capable of estimating efficiently the seismic response of frame buildings with moderately good accuracy.     

环梁连接的RC梁-钢管混凝土柱框架试验研究

介绍了一个采用钢筋混凝土 (RC)环梁连接的 2层 2跨RC梁 -钢管混凝土 (STCC)柱框架的拟动力试验和静力试验。为了研究环梁在地震作用下的破坏形态 ,大部分节点设计成“弱环梁、强框架梁” ,即环梁屈服先于框架梁 ;少量节点设计成“强环梁、弱框架梁” ,即框架梁屈服先于环梁。试验表明 :小震时 ,框架的刚度降低很少 ;中震时 ,刚度降低约 3 0 % ;大震时 ,层间位移角小于 1 10 0 ;即使弱环梁已经破坏、层间位移角达 1 3 4,框架的承载力仍未下降 ;能够实现“强柱弱梁”和实现塑性铰形成于框架梁端的“强连接、弱构件”的抗震设计概念。RC环梁与STCC柱之间局部范围的缝隙不影响框架的整体抗震性能 ;环梁与柱之间几乎无相对竖向滑移。采用RC环梁连接的RC梁 -STCC柱框架具有良好的抗震性能。     

基于可靠度的自定心钢框架的设计及性能评价

许多分析和试验已验证了在设计基本地震作用下,自定心钢框架能消除结构损伤,并恢复初始位置。采用蒙特卡洛模拟,建立3种标准自定心钢框架的非线性模型,施加上千种合成地震波,记录峰值响应,如层间位移和节点转角。分析自定心钢框架对结构特性和几何形状的敏感性,提出改进现有设计程序的一些建议。可靠度方法可用于评价后张法预应力钢绞线达到屈服状态的可能性。对现有设计程序提出改进,并介绍改进抗震设计效果的可靠度方法。     

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。