钢混框剪高层结构地震能量分布及耗散研究

为了研究复杂建筑结构在地震作用下地震能量的分配与耗散机制,基于能量平衡原理和Perform 3D软件对钢筋混凝土框架 剪力墙高层结构模型进行了动力弹塑性能量时程分析,得到了框剪高层结构在罕遇地震作用下地震能量的输入、分布及耗散规律;考察了地震动特性对钢混框剪高层结构地震能量输入及分配的影响,确定了地震耗能占输入能的比例时程;分析了结构阻尼比和结构延性对框剪高层结构地震输入能、阻尼耗能和滞回耗能及其耗能比例的影响规律,确定了阻尼比对滞回耗能和延性比对阻尼耗能的交互影响;研究了框剪高层结构地震滞回耗能沿结构竖向分布和沿横向构件内部分配的规律,确定了竖向刚度分布对结构地震滞回耗能的影响;揭示了钢混框剪高层结构地震输入能量及其分布规律。所得结论可为基于能量平衡原理的抗震设计理论在复杂钢筋混凝土高层建筑结构实际工程中的运用提供参考。     

基于变形和能量的低烈度区超高层建筑抗震性能分析

介绍地震能量分析基本原理,采用非线性分析软件PERFORM-3D对6度区的某超高层建筑进行了大震作用下的动力弹塑性时程分析,研究了结构塑性变形分布规律、能量总输入与耗散分布特征以及构件间滞回耗能分配等问题,从整体结构和局部构件两个层面评价了结构的抗震性能。研究结果表明,能量分析反映了地震动持时特性对结构的影响,可以作为基于变形的抗震性能分析的较好补充;低烈度区结构在大震作用下进入塑性程度不高,能量耗散主要由阻尼耗能完成,滞回耗能主要由框架梁和跨高比大于2.5的连梁完成。     

钢框架-混凝土核心筒混合结构滞回耗能比研究

结构在地震动作用下的滞回耗能在总输入能中所占的比重称为滞回耗能比,它体现了结构耗散地震动输入能量的能力,是衡量塑性累积损伤的重要指标.文中针对钢框架-混凝土核心筒混合结构的滞回耗能比展开研究,选取一定数量的地震动,对9个具有不同结构特性的高层混合结构进行弹塑性时程分析,得到了混合结构滞回耗能比与结构的最大层间位移角、刚度特征值以及高宽比之间的关系,分析了地震动三要素对滞回耗能比的影响,并归纳了高层混合结构滞回耗能比的变化规律.分析所得结果可以为基于能量的损伤指标研究提供参考,也可以进一步为高层混合结构基于性能的设计方法提供基础.     

钢框架-混凝土核心简混合结构滞回耗能比研究

结构在地震动作用下的滞回耗能在总输入能中所占的比重称为滞回耗能比,它体现了结构耗散地震动输入能量的能力,是衡量塑性累积损伤的重要指标。文中针对钢框架-混凝土核心筒混合结构的滞回耗能比展开研究,选取一定数量的地震动,对9个具有不同结构特性的高层混合结构进行弹塑性时程分析,得到了混合结构滞回耗能比与结构的最大层间位移角、刚度特征值以及高宽比之间的关系,分析了地震动三要素对滞回耗能比的影响,并归纳了高层混合结构滞回耗能比的变化规律。分析所得结果可以为基于能量的损伤指标研究提供参考,也可以进一步为高层混合结构基于性能的设计方法提供基础。     

主余震序列作用对剪力墙结构动力响应影响分析

为了研究主余震序列作用对高层剪力墙结构动力响应的影响,以某超高层作为研究基础建立了其动力弹塑性分析模型,开展了相关研究工作。选取10个真实主余震序列作用事件,构造了14条主余震序列作用作为输入的地震荷载;以PGA、PGV、PGA/PGV等作为表征地震动强度的指标,计算了结构在主余震序列作用及仅主震作用下的结构塑性耗能、最大残余层间位移角的增量损伤比及Karl Pearson相关系数;分析了主余震序列作用下结构塑性耗能及最大残余层间位移角的特点和地震动强度指标与增量损伤比的相关性。结果表明,主余震序列作用加剧了结构损伤,其塑性耗能增量平均达24%～28%;主余震序列作用下结构最大残余层间位移角有可能增大,也有可能减少。基于塑性耗能的结构主余震增量损伤比与PGV、SED、S_I等速度相关的地震动强度表征指标均表现出了较强的相关性,可考虑作为选择和调整主余震序列作用地震波的指标;基于最大残余层间位移角的结构主余震增量损伤比则与地震动强度指标相关性较弱。     

高层斜交网格-RC核心筒结构地震反应能量分析

选用一定数量的地震波,采用PERFORM-3D有限元分析软件对5个不同结构特性的高层斜交网格-RC核心筒结构进行弹塑性时程分析,分析了此类结构在水平地震作用下总输入能在各能量项的分配规律;结构滞回耗能与结构参数以及地震动参数的关系;以及滞回耗能在构件和层间的分布规律。研究表明:结构滞回耗能和阻尼耗能为结构输入能量的主要耗散形式;不同地震波类型对结构滞回耗能影响较大;结构等效刚度比对结构总滞回耗能影响较小,然而对滞回耗能在各构件中的分配规律影响较大;结构滞回耗能主要为斜柱和连梁的塑性耗能,斜柱和连梁为关键耗能构件;斜柱及剪力墙耗能主要集中在底部楼层,而连梁耗能分布范围较广。     

余震对单层网壳结构动力损伤累积效应的影响分析

为了研究余震作用对单层网壳结构动力性能的影响,基于材料的应变-损伤本构模型,建立考虑地震损伤累积效应的有限元分析模型.运用非线性动力弹塑性分析方法,对一K8型单层网壳结构进行考虑主震和余震共同作用的动力损伤分析.结果表明:当主震为小震、中震或大震时,较小余震作用对结构动力性能影响可以忽略;而主震为强震时,余震对结构动力性能影响显著,结构可能在较小余震作用下发生局部动力失稳或整体倒塌现象.本文成果可为单层网壳结构抗震设计、评估与震后修复提供参考.     

近远场地震动对单自由度体系滞回耗能需求影响研究

为研究地震荷载作用下弹塑性单自由度体系的滞回耗能需求,分别输入多条不同的近远场地震动记录,进行单自由度体系的滞回耗能时程分析,对比分析发现远近场地震动记录下单自由度体系的滞回耗能需求存在明显差异,近场地震动对体系滞回耗能需求要求更高。提出了单自由度体系的滞回耗能速度谱的概念,并分别从地震动特性和结构自身特性两方面分析不同参数对滞回耗能速度谱的影响。研究表明,近远场、地震动的强度、场地条件对体系的滞回耗能需求有明显影响,单自由度体系的阻尼比对滞回耗能速度谱有明显影响。研究结果为更好地在结构设计中考虑地震动特性及实现基于能量的结构抗震设计思想提供了依据。     

钢筋混凝土结构地震损伤理论与应用

该项目首次建立了随机地震动模型参数与传统结构抗震设计所依据的基本参数之间的关系;利用我国历史地震资料统计确定了主余地震的震级关系,并提出了主余地震动模型及其参数的确定方法。通过几座钢筋混凝土框架的地震损伤模拟试验,首次系统地研究了主余震作用下钢筋混凝土结构的地震累积损伤、有损伤压弯构件的恢复力模型同时考虑主余震影响的抗震设计实用方法。首次提出了减轻和控制钢筋混凝土结构地震损伤的耗能一隔震柔性底层结构体系,通过底层耗能构件的低周疲劳损伤试验、结构体系地震损伤的拟动力试验和振动台试验,证实了这种结构…     

基于材料非线性的结构抗震性能评价方法

利用基于材料非线性的精细化有限元模型,根据混凝土损伤和钢材等效塑性变形得到了结构材料、构件、楼层、整体结构的损坏等级并研究了将其作为抗震性能指标的合理性。为进一步丰富结构抗震性能评价指标,给出了楼层非线性耗能、整体结构的非线附加阻尼比、刚度退化系数的计算方法。将上述计算和评价方法在完全自主研发的非线性显式动力有限元分析软件SAUSAGE中完成开发。利用SAUSAGE分析了某超高层框架-剪力墙结构在7组地震动不同强度作用下的非线性动力响应。讨论了材料应力、截面内力、损伤、等效塑性应变作为抗震性能评价的可行性。对比了不同强度地震作用下结构层间位移角、层间剪力退化系数、楼层非线性耗能、楼层损坏等级作为楼层抗震性能指标并判断结构薄弱楼层的差异。研究了最大层间位移角、基底剪力退化系数、非线性附加阻尼比、刚度退化系数、损坏等级作为结构整体评价指标的合理性及对地震动的离散性;从统计意义上分析了最大层间位移角和其他指标的相互关系。     

基础隔震结构地震能量分布及耗散研究

为了研究隔震结构在不同特性地震动作用下能量的分配与耗散机制,基于能量平衡原理,利用抗震非线性软件perform3D,对近场和远场地震动作用下隔震结构和非隔震结构地震响应进行了对比分析,得到了隔震结构和非隔震结构在多遇、设防及罕遇地震下地震能量的输入、分布及耗散规律。研究表明:近场地震动作用对隔震结构耗能形式影响较大,且其对两种结构产生的滞回耗能比例更大;滞回耗能沿结构竖向呈现上小下大的分布规律;结构构件刚度变化对构件滞回耗能影响较大。     

某超限高层结构基于性能的抗震设计

以某248.8m高的框架-核心筒结构为例,研究基于性能的抗震设计方法在超限高层建筑结构设计中的应用。该结构裙楼一侧楼板存在大开洞及穿层柱,主塔楼6-11层设置了斜柱;高度超限、扭转不规则、楼板不连续以及其他不规则,属于I类超限高层建筑结构。首先,建立了超限高层结构在不同地震水准下的性能水平及性能目标;在小震和中震弹性分析的基础上,采用PERFORM-3D软件建立了超限高层结构的纤维分析模型,并进行大震作下的弹塑性时程分析。分析结果表明,结构与主要构件在小震与中震作用下均处于弹性阶段,满足我国规范相关要求。在大震下,结构最大层间位移角在规范允许的范围内;需求能力比分析表明,构件满足既定的性能目标要求;整体耗能分析说明结构处于较低损伤水平。     

远场地震下人字形中心支撑钢框架基于能量的性态设计方法

结构在远场地震作用下的损伤与地震动的循环效应密切相关,基于标准化滞回耗能谱、累积延性比谱,提出了人字形中心支撑钢框架基于能量的性态设计方法。该方法给出了各构件累积滞回耗能的计算公式及各构件截面的设计方法。采用该方法设计了一个10层人字形中心支撑钢框架,选取了15条远场地震记录,采用Pushover分析方法和非线性时程分析方法对设计结构的抗震性能进行了评估。分析结果表明:结构在罕遇地震下出现了理想的屈服机构;在多遇地震和罕遇地震下,结构层间侧移角均满足建筑抗震设计规范的要求;结构层间变形比较均匀,各层累积滞回耗能分布比较平均,证明了所提出设计方法的可靠性。     

消能减震技术在结构抗震加固工程中的应用

以北京地区某带转换层的复杂高层结构抗震加固项目为工程实例,采用有限元分析软件SAP2000对原结构与设置复合金属阻尼器后结构进行了动力弹塑性时程分析,比较了罕遇地震作用下的结构变形特征、构件内力及剪力墙连梁变形等非线性动力响应。分析结果表明,复合金属阻尼器滞回曲线饱满、耗能明显、减震性能良好,在罕遇地震作用下结构达到了"大震不倒"的设防目标,可供同类工程参考。     

基于能量指标的高层钢结构动力弹塑性抗震能力研究

能量参数作为结构抗震性能的重要指标,因结构滞回耗能和损伤机理的复杂性而较少被研究或仅对SDOF系统进行能量反应分析;然而,真实的结构是多维空间体系,结构构件在空间上具有协同工作的特点,将低维条件下的研究成果推广到更高维的层次上有一定的局限性。针对该问题,基于能量分析方法,研究了1个3×6跨、18层、高55m的高层钢结构在多维地震荷载作用下的抗震性能。明确结构各种能量成分占总输入能的比例关系、结构的极限耗能能力、层间滞回耗能分布规律、结构的损伤(塑性铰)分布,并讨论了不同加速度峰值下瞬态滞回耗能、滞回耗能幅值谱和由能量分析获得的结构等效阻尼比等诸多参数。基于能量指标的分析方法较好地反映地震荷载作用下结构的抗震性能。     

钢筋砼结构在主余震作用下的反应与损伤分析

本文在主震震级与余震震级的定量关系及主余震随机地震动摸型的基础上,利用人造地震波作为输入地震动,通过弹塑性地震反应时程分析,提出了钢筋砼框架结构在主余震作用下的反应和损伤分析方法,并对一座二层和一座八层的钢筋砼结构进行了具体的分析和计算,初步定量地揭示了余震作用对结构反应与损伤的影响。     

考虑余震影响的RC框架结构抗震设计方法

历史地震表明强余震会进一步增大结构的破坏程度甚至使其倒塌,但是我国乃至世界上的所有抗震设计规范均只考虑主震作用而没有直接考虑余震影响.为提出能有效考虑余震影响的抗震设计方法,文章基于主余震设计谱和主震设计谱共设计了12个钢筋混凝土(RC)框架结构.选取50条实际主余震地震动对所有结构进行增量动力分析进而得到结构倒塌易损...     

某不规则超限高层建筑弹塑性地震反应分析

高层建筑的弹塑性抗震分析方法主要有反应谱法、静力弹塑性分析法和时程分析法,时程分析法比前两者有更强的适用性。以某竖向不规则超限高层建筑结构为例,采用ANSYS软件建立精细化的三维分析模型,进行动力弹塑性时程分析,研究整体结构在强震作用下的动力响应和关键构件损伤发展情况。分析结果表明,罕遇地震作用下,结构的最大层间位移角在规范限值内,核心筒体属结构薄弱部位,连体层上下部位的楼层成为塑性集中的区域。钢管混凝土柱、连体层楼板及裙房屋面的大跨桁架结构在大震作用下表现为弹性。总体来说,结构具有好的抗震性能,满足规范"大震不倒"的要求。     

某复杂高层结构弹塑性时程分析和抗震性能评估

复杂的超限高层建筑结构需要进行弹塑性分析和计算来验证其是否满足抗震设防要求。以深圳某复杂超限高层建筑工程为背景,对其进行弹塑性时程分析,研究该结构在地震作用下的抗震性能。采用Perform-3D建立三维弹塑性分析模型和进行了动力时程分析。对结构在地震作用下的整体反应和构件损伤情况进行了分析和评估,用详细的量化指标验证了该结构能够在罕遇地震水平下实现"大震不倒"。     

近断层脉冲型地震作用下BRB减震高层建筑结构抗震性能分析

屈曲约束支撑因其在地震作用下具有良好的耗能能力,被广泛应用于高层建筑结构减震中。而含有明显长周期速度脉冲特征的近断层地震引起高层建筑结构较大的变形以及损伤,其对BRB减震效果有何影响值得深入研究。针对某高层建筑结构进行BRB减震参数设计,选取近断层脉冲型地震动进行动力分析,基于结构层间位移角、楼层加速度、结构塑性耗能等指标评估近断层脉冲型地震对BRB减震高层建筑结构抗震性能的影响。结果表明:近断层脉冲型地震作用下BRB减震高层建筑层间位移反应较大,楼层加速度放大不明显,RBR耗能在结构总塑性耗能中占比减小,结构塑性损伤较大。