带洞口的箱板式钢结构模块单元抗震性能试验研究

前期有限元分析和试验研究表明,箱板式钢结构空间模块单元具有良好的抗震性能。实际工程中,由于建筑的使用功能需求,在箱板结构的墙体上需要开设门洞或窗洞。为此分别选取了典型门窗洞口的尺寸,设计制作了2个带洞口的三层单开间箱板式钢结构空间模块单元试件,并进行了拟静力加载试验。研究了试件的破坏过程、破坏模式、承载力、滞回性能等,重点分析了不同开洞面积和洞口位置对空间模块单元抗震性能的影响。研究表明:洞口的存在改变了试件的破坏模式,试件破坏始于洞口角部撕裂,最终破坏时试件四角撕裂或压屈;洞口位置对试件破坏模式也有影响,即开有窗洞的试件三层屈曲比较均匀,而开有门洞的试件拉力带主要发生在上层和下层。与无洞口试件相比,洞口的存在会降低试件的初始刚度和承载力;在后续加载过程中,有洞口试件的延性性能也有所提高;洞口面积越大,其承载力越低,而延性越好,耗能系数越大;最后提出了箱板式钢结构模块单元结构的设计建议。     

角部加强的箱板式钢结构模块单元抗震性能试验研究

箱板式钢结构是一种可快速装配的新型结构体系,其设计理念来源于船舶上部建筑结构。在前期有限元分析的基础上,设计制作了2个三层单开间箱板式钢结构空间模块单元试件,并进行了拟静力加载试验。研究了试件的破坏过程、破坏模式、承载力、滞回性能等,重点分析了有无角部加强构造措施对试件抗震性能的影响。研究表明:箱板式钢结构空间模块单元的破坏始于试件角部屈曲,其最终破坏时模块单元的角部撕裂、墙板屈曲,模块结构具有较高的承载力和良好的耗能能力;模块结构中的角部加强构造措施起到了类似传统钢板剪力墙中框架柱的作用,使钢板墙拉力带发育更充分,且在一定程度上使钢板墙利用了屈曲后强度;角部加强构造措施提高了试件的极限承载力,改善了试件延性性能和耗能能力;角部加强构造措施对箱板式钢结构而言是一种有效的抗震性能提升措施。     

箱板式钢结构开洞模块单元的有限元参数分析和抗侧承载力研究

基于前期的试验研究和有限元模拟结果,进一步探讨影响箱板式钢结构开洞模块单元承载力的关键参数。设计了16组64个有限元模型试件,重点分析了墙板高厚比、角部加强构造肋的柔度系数对模块单元承载力的影响规律。结果表明:与模型的轴压比相比,角部加强构造柔度系数和墙板高厚比均是影响模块单元受剪承载力的重要参数,且高厚比的影响尤为显著。基于分析结果,提出了柔度系数的设计建议值,并通过理论分析,推导了考虑高厚比影响的开洞模块单元抗侧承载力计算式。算例分析表明,所提计算式可用于计算箱板式钢结构开洞模块单元的抗侧承载力,且精度较好。     

箱板式钢结构住宅模块单元受力机理的有限元分析

箱板式钢结构是一种新型装配式结构体系,其借鉴了船舶上层建筑的设计理念。采用数值方法对两层箱板式钢结构住宅模块单元在水平单调荷载作用下的破坏机理及其极限承载力进行研究,提出模块单元角部加强的措施,分析了墙板高厚比、扶强材与墙板截面模量比以及墙板所受竖向荷载F与受压墙板截面总面积A和材料屈服应力fy乘积之比(F/(Afy))等关键参数对角部加强后模块单元极限承载力的影响,分析证明扶强材提高了角部加强后模块单元极限承载力,扶强材的破坏导致模块单元承载力急剧下降,截面模量比越大,下降段越缓慢。另外,在低周往复荷载作用下,对比了角部加强前后模块单元的滞回性能,同时也对比了角部加强后去掉与未去掉扶强材的模块单元的滞回性能,通过分析表明,角部加强措施能提高模块单元极限承载力,且显著改善模块单元的耗能能力。     

框架结构增设剪切型抗侧力单元的抗震加固研究

基于相同变形曲线可以简单叠加的原理,用剪切型抗侧力单元对框架结构进行抗震加固,建立了既有结构地震作用F(K1)与加固后整个结构的地震作用函数F(K1+K2)之间的关系(其中K1,K2分别代表原有结构和新加抗侧力单元的刚度),利用Matlab对一栋6层框架结构进行了加固量的确定,在此基础上,建议再从延性角度对加固单元进行加固设计。     

新型组合抗侧力构件抗震性能研究

为克服钢板剪力墙和中心支撑钢构件两种抗侧力体系的缺点,首次提出了将钢板剪力墙的钢板与中心支撑体系的支撑相结合构成一种新型组合抗侧力构件——钢板-钢支撑组合抗侧力构件,其原理与优点在于钢板的平面外位移由于受到支撑的约束而减小,其滞回曲线的捏拢现象得以减轻,耗能能力得以提高;另一方面,支撑因钢板拉力场的约束,避免或推迟了平面内极值点失稳的发生,延性大大增加,耗能能力得到充分发挥。     

箱板式钢结构住宅底部加强区组合钢板墙抗震性能试验研究

带混凝土约束面板的组合钢板墙具有合理的破坏模式和良好的抗震性能,可用于箱板式钢结构住宅的底部加强区。在前期有限元分析和试验研究的基础上,设计制作了2个1/3比例的组合钢板墙试件,并进行了低周反复试验。研究了试件的破坏过程、破坏模式、承载力、变形性能等,重点分析了螺栓间距、加劲肋的布置方式等对试件抗震性能的影响。试验结果表明:加劲肋的设置会明显改变钢板墙的破坏模式和抗震性能,即未设置L型加劲肋的组合钢板墙,破坏时只在T型加劲肋两侧形成明显的交叉拉力带,且试件的承载力较低,滞回曲线捏缩严重,耗能能力相对较差;增大螺栓间距的组合钢板墙,破坏时只在中部两排螺栓间形成明显的交叉拉力带,且试件的承载力下降,延性也降低,耗能能力相对较差。提出了箱板式钢结构底部加强区墙体设计的建议。     

带肋箱板式钢结构住宅底部加强区墙体抗震性能试验研究

提出一种带加劲肋和混凝土约束面板的组合钢板墙,主要应用于箱板钢结构装配式住宅底部加强区。设计制作了2个1/3比例的钢板墙试件,1个为带竖向加劲的钢板墙,1个为带竖向加劲和混凝土约束面板的组合钢板墙,并进行了低周反复加载试验。研究了试件的破坏过程、破坏模式、承载力、变形性能等,重点分析了混凝土约束面板对试件抗震性能的影响。试验结果表明:带竖向加劲钢板墙试件的破坏始于钢板和加劲肋的屈曲,组合钢板墙试件的破坏始于钢板的屈曲和混凝土板产生裂纹;最终破坏时,带竖向加劲肋的钢板墙上形成稀疏的大尺寸交叉拉力带,而组合钢板墙则是在加劲肋与螺栓围成的小区格内形成"棱台"状交叉拉力带;相比于只带竖向加劲肋的钢板墙,组合钢板墙承载力更高,延性更好,滞回曲线相对饱满,耗能能力更强,抗侧刚度和承载力退化更缓慢。     

箱板式钢结构住宅模型振动台试验设计

箱板式钢结构是一种新型装配式结构体系,为研究其在地震作用下的抗震性能,在中国地震局工程力学研究所对箱板式钢结构住宅进行了1/10的模型振动台试验。详细介绍了该箱板式钢结构住宅结构体系的特点、振动台试验模型材料的选取、运用一致相似率确定动力相似关系以及试验方案的设计。模型配重设计分别采用人工质量模型、忽略重力质量模型、欠人工质量模型三种计算方法。计算表明,采用欠人工质量模型是可行的。另外,针对钢板较薄、模型施工困难的特点,采用了结构胶粘结的方法。     

箱板式钢结构住宅底部加强区组合加劲钢板墙抗震性能分析

箱板式钢结构是一种直接采用加肋钢板作为承重墙和楼板的箱式结构.为提高加劲钢板墙(SSPW)的抗震性能,在墙体外侧设置网格加劲板构成组合加劲钢板墙(CSPWs).进行了3个1/3缩尺比例的加劲钢板墙试件的拟静力试验,研究参数包括是否设置网格加劲板、网格加劲板与墙体钢板之间能否相对滑动.分析了加劲钢板墙试件的破坏过程、破坏...     

带肋箱板式钢结构住宅底部加强区墙体抗震性能有限元分析

为了深入研究带肋箱板式钢结构住宅底部加强区墙体的抗震性能,基于前期试验研究结果,对底部加强区组合钢板墙进行有限元建模。设计了32个有限元模型试件,对影响组合钢板墙混凝土面板约束效果的关键参数进行了分析,探讨了螺栓纵、横向间距,轴压比对组合钢板墙抗震性能的影响规律,分析了模型试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化和各特征阶段的荷载、位移值。结果表明:厚钢板墙承载力高、后期降低明显,最终发生屈服破坏,而薄钢板墙承载力较低,但后期承载力较稳定,最终发生屈曲破坏;螺栓纵向间距越大,滞回曲线越早出现捏缩、耗能能力减弱;轴压比对墙体承载力和耗能能力影响不大。基于分析结果,给出了组合钢板墙螺栓间距和轴压比的设计建议值。     

某超高层建筑不同抗侧力体系抗震性能对比研究

超高层建筑对水平荷载(风荷载和地震作用)具有较高的敏感性,合理的抗侧力体系对超高层建筑结构的经济性、安全性以及材料使用效率等影响重大。以北京在建的某超高层建筑设计初期所采用的半高和全高支撑两个方案为研究对象,利用MSC.Marc建立了两个方案的有限元分析模型,并进行了工程量、弹塑性时程和倒塌分析。通过工程量统计,对比分析两个方案主体结构材料总用量以及各类构件材料用量差异;通过弹塑性时程分析和倒塌分析,研究两个方案在不同地震水准下的结构响应和抗倒塌能力。结果表明:该工程的两个结构方案都能满足规范规定的抗震性能需求,全高支撑方案具有更好的经济性,比半高支撑方案节省总材料用量约11%,且抗地震倒塌安全储备提高了约14.8%。     

钢结构模块波纹板抗侧刚度及设计方法研究

钢结构模块建筑由于具有绿色环保、能耗低、施工效率高、劳动力需求少等优点,在国家大力推广下迎来了发展的上升期.然而,模块建筑不同于传统建筑形式,特别是在通用结构设计软件中,不能直接建立波纹板的计算模型,用有限元分析软件进行分析又不便于工程应用.为此,首先基于理论推导的抗侧刚度公式提出了便于通用结构设计软件建模的波纹板等效弹簧简化模型,并与试验值对比验证其合理性;然后通过对跨度、波纹板厚度、波峰高度和波长进行参数化分析,验证等效弹簧简化方式的适用性;最后以静海白领宿舍公寓项目为背景,建立波纹板刚度等效前后的MIDAS Gen整体分析模型,对比了它们在相同荷载作用下的整体结构响应.结果 表明,波纹板在抗侧和受力方面可以发挥明显的作用,结构设计中应充分考虑其贡献.     

钢结构束柱的抗侧性能分析

将普通钢支撑和屈曲约束钢板剪力墙引入到束柱中,并选择2层的平面钢束柱,对比研究了不同支撑布置方式以及不同钢板剪力墙尺寸下束柱的承载力、抗侧刚度和延性。结果表明:钢支撑束柱的抗侧性能与支撑的数量及长细比密切相关;屈曲约束钢板剪力墙能够为束柱提供很大的抗侧刚度,同时也承担了绝大部分层间剪力;在相同缩进高度下,增加钢板剪力墙的缩进宽度对束柱抗侧性能的提升效果明显。     

钢结构模块单元双梁等效研究

模块化建筑是指将一个房间或者三维空间结构作为模块单元,在现场通过堆叠、组装形成整体结构建筑。模块单元是模块化建筑的基本组成,针对模块化建筑下模块单元顶板梁和上模块单元底板梁组成的双梁结构,为了简化计算按抗弯刚度等效原则,结合ABAQUS有限元软件将双梁结构等效成单梁模型,并分析底板梁高度对等效单梁截面刚度的影响。     

多高层建筑钢结构抗侧力体系综述

综述多高层建筑钢结构常用抗侧力体系的受力特性,并比较各自的优缺点。提出工程设计中应注意的若干问题和建议。     

箱板式钢结构住宅底部加强区组合钢板墙有限元分析和抗剪承载力计算式

为了建立箱板式钢结构住宅底部加强区组合钢板墙的抗剪承载力计算式,在前期试验研究的基础上,设计了16个模型试件,对影响组合钢板墙抗剪承载力的关键参数进行了有限元分析,探讨了钢板墙的高厚比、肋板刚度比等对组合钢板墙抗震性能的影响规律,分析了试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力和刚度退化等。结果表明:墙板的高厚比越大,钢板越容易产生面外屈曲形成拉力带,滞回曲线捏缩越明显,屈服承载力和极限承载力越低。高厚比越小,组合钢板墙的抗侧刚度越大,但在受力后期,刚度退化速度较快。肋板刚度比对初始弹性刚度和滞回性能的影响不明显。基于分析结果,提出了组合钢板墙的合理破坏模式,并通过参数分析和回归分析,得到了组合钢板墙的抗剪承载力计算式。算例分析表明:所提计算式可用于计算组合钢板墙的抗剪承载力。     

钢框架-预制混凝土抗侧力墙结构抗震性能试验研究

为研究钢框架-装配式混凝土抗侧力墙结构体系(SPW体系)的抗震性能,对2榀足尺钢框架-预制钢筋混凝土抗侧力墙结构进行低周反复荷载作用下的试验,研究结构的破坏形态、滞回性能、延性及变形以及耗能性能等.试验结果表明:该结构体系为一种典型的双重抗侧力体系,加载过程呈现出明显的两阶段受力状态,抗侧力墙作为结构抗震的第一道防线,在加载前期承担主要的水平荷载,随着墙体退出工作,钢框架成为结构抗震的第二道防线;加载后期,由于抗侧力墙顶部连接发生破坏,钢框架承担所有的水平剪力和倾覆弯矩作用.     

多高层建筑钢结构中几种抗侧力体系的性能特点

自20世纪80年代以来,随着改革开放的深入和综合国力的提高．我国钢产量不断飙升。钢材以其重量轻、结构性能好、工业化程度高及施工速度快等优点,符合我国可持续发展的要求。因此．钢结构在工业与民用建筑中得到了越来越多的应用,特别是多高层建筑钢结构在民用建筑应用中异军突起,使我国高层建筑高度和规模都上了新的台阶。高层建筑钢结构,最显的特点就是高。它竖向荷载的作用是次要的,水平荷载（如风载、地震荷载）的作用则成为主导地位。在多高层建筑钢结构设计中．作为主要抵抗水平荷载作用的抗侧力体系是最为关键的环节,本主要对抗侧力体系中的钢框架结构体系和钢框架一支撑结构体系（钢框架一支撑结构体系包括中心支撑体系、偏心支撑体系和内藏钢板支撑剪力墙体系）进行分析。     

穿斗式木结构抗侧力性能试验研究

为研究穿斗式木结构的抗侧力性能,采用传统工艺和国产杉木,依据徽派建筑中木构架的制式,设计并制作了足尺穿斗式木结构模型。通过单调加载试验,研究了模型的水平承载能力、变形性能、抗侧刚度、榫卯节点和柱脚节点等抗侧力性能。结果表明:木构架最大层间位移角可达1/16,整体变形性良好;榫卯节点的受力过程经历了弹性阶段和塑性发展阶段,具有较好的转动能力;但木构架各柱的水平受力并不均匀,结构失效模式表现为个别柱脚滑移超过础石导致局部破坏。同时,榫卯连接传递弯矩能力较弱,多道穿枋、斗枋和地脚枋可有效加强结构的整体性。