风震联合作用下高层建筑主体结构和玻璃幕墙的性能研究

为研究风、地震单独及联合作用下,主体结构和玻璃幕墙的性能变化和相互影响,基于高烈度区98 m高框筒结构,依据规范要求增设玻璃幕墙形成总体有限元分析模型,选取3组三向地震动记录,并通过比例为1∶440的缩尺模型风洞试验获得不同重现期的风压时程数据,采用动力弹塑性分析方法,研究风、地震单独与联合作用下主体结构和玻璃幕墙的受力变化。结果表明:主体结构对玻璃幕墙的受力影响大于玻璃幕墙对主体结构的,在风、地震单独及联合作用下,主体结构的层间变形大于玻璃幕墙自身变形。在设防大震和超烈度大震作用下,主体结构的响应和玻璃幕墙的损毁范围随荷载增大而增大,结构变形增长大于结构基底剪力;玻璃幕墙在风荷载作用下未坏,主体结构完好,结构基底剪力、顶部楼层位移和楼层层间位移角呈线性增长;与单独大震作用相比,在1.1倍100年重现期风压和大震联合作用时,结构出现扭转现象,楼层层间位移角之比由1.0增至1.3,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应大于风震单独作用的叠加,其中结构顶点位移和最大层间位移角为单独作用时求和值的121%、106%。在大震及风震联合作用下,玻璃幕墙容易发生破坏的位置为平行地震作用主向的侧面。     

带可更换剪切型耗能梁段高强钢组合框筒的结构影响系数研究

针对传统钢框筒结构耗能能力差和震后修复困难的问题,提出了一种新型钢框筒结构体系-带可更换剪切型耗能梁段的高强钢组合框筒结构（HSS-SFT）。为研究HSS-SFT的结构影响系数,设计了8个具有理想屈服模式的HSS-SFT结构。考虑高阶振型的影响,采用分步侧向力调整法得到结构的性能曲线,基于改进的能力谱法分析了楼层总数和耗能梁段长度对结构影响系数R和位移放大系数C_d的影响。研究结果表明: HSS-SFT在弹塑性阶段,由于内力重分布,结构呈现出较高的超强能力和延性能力;随着结构层数的增加,R呈减小趋势,C_d无显著变化规律,随着耗能梁段长度的增加,R和C_d略微增大;建议HSS-SFT设计地震作用下的R为3.65,结构超强系数R_Ω为2.92,罕遇地震作用下的C_d为7.45,设计基底剪力可比现行抗震规范规定的小震基底剪力降低30%;HSS-SFT可以保证结构在罕遇地震作用下呈现理想的破坏模式,有效地改善传统钢框筒结构耗能能力差和震后修复困难的问题。     

考虑墙体作用的低层冷弯薄壁型钢轻型房屋住宅体系弹塑性动力分析

低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系的抗震性能是进行该类结构推广应用的关键。该文基于ANSYS软件建立了该类结构体系的数值模型,在考虑冷弯薄型钢构件及门窗洞口加强与否、考虑组合墙体作用与否等情况下,分别进行了设防烈度为7度时常遇地震下的静力分析和弹性时程分析和设防烈度分别为7度、8度和9度时罕遇地震下的弹塑性时程分析。结果表明:常遇地震作用时结构弹性层间位移由风荷载控制,罕遇地震作用下结构弹塑性层间侧移则由地震作用控制;是否考虑组合墙体及墙面板材料特性对结构承载力、变形及抗震性能影响显著。在设防烈度分别为7度、8度和9度时的罕遇地震作用下,考虑组合墙体时结构最大弹塑性层间位移角可满足现行抗震规范(GB50011-2010)要求,双面OSB墙面板且角柱进行加强时抗震性能最好。该文结果可为进一步进行此类结构体系的抗震性能研究及应用提供参考。     

钢框架-钢板剪力墙结构弹塑性状态的层剪力分布研究

为研究钢框架-钢板剪力墙结构(SPSW)在弹塑性状态下层剪力的分布,该文设计了4个具有理想屈服模式的SPSW结构。考虑了结构层数、近场地震的速度脉冲效应及远场地震加速度累积循环效应的影响,采用弹塑性时程分析方法获得了SPSW结构在两类地震作用下层剪力分布的平均值,提出了SPSW结构弹塑性状态的层剪力分布模式,并同已有的层剪力分布模式进行了对比。分析表明:地震波的近场速度脉冲效应及远场加速度循环效应对SPSW结构的层剪力影响较大,层剪力分布模式应考虑其影响。该文建议的层剪力分布模式在精度上优于其他层剪力分布模式,基于能量的抗震设计方法可采用该文建议的层剪力分布计算结构楼层的耗能。     

装配整体式与现浇剪力墙结构抗震性能对比分析

为研究装配整体式剪力墙结构的抗震性能,设计制作了参数、加载制度等条件相同的12层装配整体式和现浇剪力墙1∶5缩尺模型结构,并对其进行了振动台试验。研究了两模型结构受地震作用时的裂缝形态、破坏机理,自振频率、振型和阻尼比等动力特性,楼层剪力、倾覆力矩、位移,最大层间位移角和结构延性系数等地震响应参数,并进行了对比分析。结果表明:装配整体式结构连接部位存在初始损伤,在首次地震波输入后,其自振频率下降较大,而二者的振型系数和阻尼比变化趋势基本一致;在弹性阶段,两模型结构的裂缝形态、楼层剪力、倾覆力矩、楼层位移和层间位移角的变化规律基本一致,随着输入地震波加速度峰值的增大,其量值无明显差异;结构进入塑性阶段,两模型结构的裂缝形态及其形成机理的差异,造成现浇结构的自振频率最终降低幅度、层间位移角大于装配整体式结构。两模型结构的地震响应均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。     

框支剪力墙结构楼层侧向刚度比值初探

针对现行规范关于框支剪力墙结构设计中楼层侧向刚度控制准则的局限性,从理想化悬臂杆件的抗侧刚度和变形出发,提出高层建筑转换层结构底部刚度的需求应使结构的变形与理想化悬臂杆件的变形接近;通过经典力学原理推导出上述理想杆件变形曲线,并以此曲线为基准,得出符合此曲线的结构层间位移角,以工程界所熟悉的层间位移角比值作为控制参数反映高层建筑转换层结构的楼层侧向刚度比。进行一系列按不同的楼层刚度控制准则下的典型框支剪力墙结构在地震作用下的弹性及弹塑性性能分析,通过对转换层结构的动力响应和屈服机制进行比较,初步证明该文所提出的楼层侧向刚度控制准则较现行规范更趋合理,可供工程借鉴。     

竖向不规则钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震评估方法

考虑结构在地震作用下不同反应阶段的动力特性,根据结构的振型分析,采用振型反应谱法,建立了结构在不同地震作用水平下的弹塑性需求曲线族,即结构的层间剪力－层间位移需求曲线,结合结构的能力曲线,提出了以楼层为研究对象的层间能力谱法。通过对一个竖向不规则框架结构的抗震性能进行评估,对层间能力谱法的使用方法和应用原理进行了详细的阐述,并与能力谱法果进行了对比,结果表明层间能力谱法可以有效的判别出结构的薄弱层、识别结构各楼层在地震作用下所处的受力状态     

爆破振动作用下砌体房屋结构动态响应与损伤分析

以实心砌体房屋为研究对象,建立了四层砌体房屋仿真模型,应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA通过模态分析获取其固有频率及振型,根据模态分析结果设计非一致爆破地震波激励加载模型,分析砌体房屋在爆破振动作用下动态响应和变形特点。计算结果表明:结构响应随地震波振速幅值增大而增大,随主频的增大而减小;爆破地震波作用下底层门窗角落易形成集中应力而产生水平裂缝,但砌体产生破坏时其最大层间位移均未达到砌体结构设计规范控制值和各类文献建议值,说明结构是由于受拉导致的脆性破坏。由此可见,采用延性、层间位移角等地震工程常用的结构损伤评估指标来评价爆破地震对建筑物的破坏是不准确的。     

钢板剪力墙结构基于性能的塑性设计方法研究

依据现行设计规范设计的钢板剪力墙结构,在罕遇地震作用下的非弹性性能是难以预测和控制的。为满足对高效可靠设计的需求,该文提出了钢板剪力墙结构基于性能的塑性设计方法,并通过修正楼层剪力考虑结构的P-Δ效应。选用预定的目标位移和破坏模式作为结构的两个关键性能指标。根据能量守恒原理,计算结构在给定地震作用下的设计基底剪力;采用能够反映结构在罕遇地震下楼层剪力分布状态且考虑高阶振型影响的侧向力分布模式,确定楼层剪力;采用塑性设计方法设计内嵌钢板以便达到预期的破坏模式和性能。为验证方法的有效性,采用此方法对一栋10层钢板剪力墙结构进行了设计,并采用静力非线性分析法和动力弹塑性方法对结构进行分析,为钢板剪力墙结构基于性能的塑性抗震设计提供一定依据。     

不同截面吊脚柱RC框架结构振动台试验研究

为研究山地吊脚RC框架结构的地震响应特征和抗震性能，设计并制作了一个1∶8缩尺的吊脚RC框架模型。通过振动台试验，对结构模型的破坏现象、动力特性、加速度反应、变形特征、楼层剪力和扭转效应进行了分析。结果表明：吊脚RC框架结构的吊脚层和第2层破坏明显不均匀，吊脚层破坏轻微，且坡顶短柱破坏较早，第2层柱底破坏严重，且破坏程度自坡底柱侧向坡顶柱侧递减，结构破坏主要位于吊脚层以上，最终表现为部分柱铰屈服破坏；激励水平大于罕遇地震时，吊脚层的加速度放大系数大于上部结构，楼层剪力的增大程度相对上部结构也更加显著，吊脚层变形不大，结构的最大层间位移角始终在3～4层；结构的最大层间扭转角随地震强度增加自第2层转移至吊脚层。     

组合截面冷弯薄壁型钢结构研究进展

冷弯薄壁型钢房屋抗震性能优越,适合工业化建造,在国内外建筑行业已占有一席之地,符合国家“十三五”规划对房屋建筑发展提出的新要求。该文对国内外在冷弯薄壁型钢房屋受力性能的研究成果和相关规范的设计规定进行了全面的综述,发现传统冷弯薄壁型钢房屋在传力机制、受力构件截面种类等方面的不足,提出新型组合截面的冷弯薄壁型钢“非盒子”式的框架结构体系,总结该体系中受力构件、节点以及整体框架受力性能的研究进展,给出了组合柱稳定承载力、节点极限弯矩和初始刚度的计算公式。最后对该类组合截面冷弯薄壁型钢框架结构体系今后需要深入研究的问题提出了建议。     

冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙力学性能研究

为研究适用于低层和多层冷弯薄壁型钢建筑的冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙(Cold-formed steel Framed Shear Wall with Slits,简称CFS-WS),该文开展了1面普通CFS-WS和3面加劲CFS-WS的拟静力试验,得到了CFS-WS的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和耗能能力等力学性能,提出了其抗剪承载力设计值。试验结果表明:CFS-WS加载时依靠竖缝间钢板“扭转-恢复-逆向扭转”和型钢框架变形来共同抵抗水平荷载和耗散能量,试件破坏时钢板撕裂,帽形柱端部屈曲;CFS-WS具有良好的承载力、塑性、延性和耗能能力,但其滞回曲线捏缩现象较为严重;加劲CFS-WS较普通CFS-WS而言,其抗剪刚度、承载能力和耗能能力更高,滞回曲线捏缩现象有所减轻。此外,通过加劲肋连接件将加劲肋和冷弯薄壁型钢梁柱连接成钢框架,可有效提高CFS-WS的前期抗剪刚度、承载力和耗能能力,大大改善结构的抗震性能。     

冷弯薄壁型钢锁铆连接力学性能及其本构模型研究

为将锁铆连接引入冷弯薄壁型钢结构中构件的连接,对锁铆连接及自攻螺钉连接的试件进行了抗拉、抗剪性能试验,探讨了铆钉端距、基板厚度差、铆钉长度等参数对锁铆连接抗剪性能的影响;基于传染病传播动力学SIR模型建立了铆接本构模型,提出了锁铆连接抗剪承载力设计计算方法。研究结果表明:锁铆连接的主要破坏模式为延性破坏模式,表现为铆钉腿部剥离下层板材并伴随铆钉头部局部脱离上层板材,且刚度、强度和耗能性能均明显优于自攻螺钉连接;所建立的本构模型能够较精确反映锁铆连接荷载-变形曲线的变化趋势,且抗剪承载力的理论值和试验值误差较小;锁铆连接用于冷弯薄壁型钢板间连接时,其组合厚度不宜大于4 mm,厚板与薄板的厚度比不宜大于1.5,锁铆接头的端距应大于2倍铆钉直径。     

基于抗剪承载能力设计的多层钢板剪力墙抗震性能试验研究

通过基于剪力墙板“屈服前屈曲”抗剪承载力设计准则设计的钢框架-薄钢板剪力墙原型结构,按1/4缩尺设计的三层试件进行水平低周反复荷载试验,得到了多层薄钢板剪力墙结构在水平荷载作用下的抗侧刚度、结构耗能、水平剪力和倾覆力矩在钢框架与剪力墙板之间的百分比分配、剪力墙板平面外位移及主拉应力的倾角,结果表明:结构的水平抗侧刚度随着荷载加载等级的增加而逐渐减小,但减小的幅度却越来越小;试件的耗能能力很强,结构在最后一级加载循环时消耗了6.7倍的屈服能;各层的耗能量随着加载位移的增加而逐渐变大,二层的耗能量最大,顶层次之,底层最小;在结构处于第1级加载的弹性状态时,剪力墙板承担的水平荷载比例约为60%~65%,钢框架承担的倾覆力矩比例约为80%;剪力墙板的主拉应力倾角变化范围为30°~51°。     

防屈曲钢板剪力墙弹塑性抗剪极限承载力与滞回性能研究

防屈曲钢板剪力墙是一种新型的高层建筑钢结构抗侧力构件。采用数值方法对防屈曲钢板剪力墙在水平荷载作用下的弹性侧移刚度、抗剪极限承载力以及在低周往复荷载下的滞回性能进行了研究,提出了防屈曲钢板墙抗剪极限承载力以及弹性抗侧刚度的计算公式,供设计参考。对防屈曲钢板墙与普通钢板墙的滞回性能分析表明,防屈曲钢板墙可以显著改善普通钢板墙滞回曲线的捏拢现象,表现出更强的延性和稳定的耗能能力,是一种非常适合于高烈度抗震设防区的抗侧力体系。     

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...     

冷弯薄壁型钢组合楼盖振动性能及静力挠度研究

对冷弯薄壁型钢-压型钢板楼盖和冷弯薄壁型钢—石膏基自流平砂浆组合楼盖足尺模型进行了人行荷载和激励锤冲击下的振动试验以及1 kN集中荷载作用下的静载试验,研究楼面板形式以及钢丝网布置对组合楼盖自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度的影响。研究表明:在压型钢板上浇筑石膏基自流平砂浆会降低组合楼盖的自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度,而在石膏基自流平砂浆中加入钢丝网并不会显著增加楼盖的动力特性以及减小楼盖的竖向挠度。采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行模态分析,并对验证后的有限元模型进行了变参数分析,研究表明:增大楼盖梁腹板高度、楼盖梁板厚以及楼盖面板厚度,加强楼盖端部约束会提高冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频、减小楼盖跨中挠度。理论计算时,可将楼盖等效为具有均匀质量和刚度的简支梁模型用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频;推荐使用加拿大木楼盖挠度计算公式用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖在1 kN集中荷载作用下的跨中挠度。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能混合试验

为进一步研究混合试验方法的有效性以及高强钢组合K形偏心支撑钢框架的抗震性能,建立了一套基于OpenFresco试验平台的混合试验系统,进行了一个1:2缩尺的3层高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构模型的混合试验。首先通过小工况的预加载研究试验系统的有效性,分析了试验子结构的位移加载精度,作动器加载时差。然后对试件进行正式的混合试验加载,分析了高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构在不同工况下的自振频率、位移反应、水平地震作用、滞回性能以及关键部位应变。结果表明:作动器加载位移峰值与计算位移峰值比较接近,最大相对误差为13.60%,各工况下作动器平均每步的加载时差保持在20 ms左右;随着地震波加速度峰值的增大,模型的自振频率下降,刚度出现了一定的退化。各层的变形主要产生在消能梁段的腹板处,以剪切变形为主。模型结构在多遇地震和罕遇地震作用下的最大层间侧移角分别为1/1068和1/197,符合抗震设计规范对层间侧移角限值。综上,基于OpenFresco试验平台的混合试验系统能够较好的反应结构的地震响应,高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构具有良好的抗震性能。     

冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件畸变屈曲承载力计算方法研究

基于能量法对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面的弹性畸变屈曲应力进行了推导分析,得到相应畸变屈曲半波长、畸变屈曲应力以及稳定系数计算公式。通过与有限条法进行对比分析,表明推导出的畸变屈曲应力计算方法具有较高的精度和较好的适用性。在此基础上,建立了冷弯薄壁型钢卷边槽形截面部分加劲板件弹性局部和畸变屈曲稳定系数的统一计算公式。最后通过算例分析,验证了该文提出方法的合理性和适用性,相对于中国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》能够更加准确的计算部分加劲板件的屈曲稳定系数及卷边槽形截面构件的稳定承 载力。