长周期超高层钢筋混凝土建筑P-Δ效应分析与稳定设计

应用解析解和能量法讨论了等截面均质悬臂杆模型以及基于顶点位移等效原理的等效刚重比的理论缺陷和不确定性,明确指出带P-Δ杆或P-Δ柱的力学模型是对结构进行P-Δ效应数值分析的最理想模型。按我国规范,提出按小震和大震二阶段进行稳定设计的学术观点。建议在基于承载力的小震设计中,将使用有限元法得到的屈曲因子直接作为判别结构整体稳定性的设计指标,使用"直接法"确定放大的位移和弯矩。在基于变形的大震设计中,同时考虑材料非线性和构件几何非线性,计算塑性(广义)变形,评估结构的抗震性能目标。     

规范方法与考虑P-Δ、P-δ效应的钢框架分析法的比较

介绍了钢结构规范提到的一阶、二阶分析法和考虑P-Δ、P-δ效应的分析法,并对公式中取值有区别且对计算结果影响较大的参数进行了解释。通过算例的分析,对三种分析法进行了定量的比较。对框架的分析比较表明:纯框架如用规范规定的二阶方法设计,将无需计算稳定性,由强度控制;用既考虑P-δ效应又考虑P-Δ效应的二阶分析法设计时,稳定计算结果偏于安全。     

两铰斜梁拱的P-Δ效应计算

对不同情况下两铰斜梁拱的P-Δ效应进行计算并讨论,结果表明:P-Δ效应随构件刚度的增加而降低,随坡度的减小而增大。     

考虑竖向地震作用的高桥墩P-Δ效应分析

由50年设计基准期的水平地震系数推导出4类桥梁水平地震系数,按一般规律,可求出不同类型桥梁相应的竖向地震系数。选择满足几何边界条件和力学边界条件的变形曲线,用能量方法推导出具有通用性的变形公式,进而可求出墩顶位移与墩底弯矩。与不计P-Δ效应的计算结果相比,考虑P-Δ效应的位移与弯矩都在很大程度上得到放大,特别是在罕遇地震作用下,效果更加明显。对于高柔性桥墩,尚需要考虑高振型和材料非线性的影响。     

动力P-Δ效应位移增大系数研究

位移增大系数法是弹性状态下考虑P-Δ效应对结构位移放大作用的有效简化分析方法,但地震作用下的P-Δ效应是一个复杂的动力几何非线性及材料非线性问题,目前还没有成熟统一的考虑方法。本文对地震作用下P-Δ效应稳定指标的合理选取进行了讨论,以等效线性化法为理论基础提出了改进的P-Δ效应位移增大系数公式。作为验证,选取单墩体系进行了大量的参数分析工作,统计分析得到了动力P-Δ效应对结构位移反应的影响规律。研究表明,桥梁稳定指标的选取应与桥墩所处的反应阶段相适合,弹性反应阶段与弹塑性反应阶段应选取不同的稳定指标;提出的理论公式与有限元参数分析结果比较吻合,利用等效线性化方法可以合理地进行P-Δ效应分析,所提公式可为规范的进一步修订提供参考。     

P-Δ效应对高层高耸结构地震反应影响的研究

本文通过 5种结构的深入研究 ,找出了P Δ效应对结构动力反应的影响规律 ,并在此基础上提出了P Δ效应对结构弹性动力反应及一般钢筋混凝土结构的弹塑性动力反应的影响未必总是不利 ,且影响很小 ,一般远小于 10 % ,可以不予考虑。但对顶部质量、刚度剧收的高耸结构 (如电视塔、烟囱、高塔 建筑联合系统等 )弹塑性地震反应的影响不容忽视 ,主要表现在大震下可能急剧加大高耸结构顶部的鞭梢效应 ,很可能成为高耸结构顶部首先破坏的主要原因 ,文中提出若干看法和建议。     

高层钢框架结构考虑P-Δ效应的弹性层间有害位移的简化计算

高层钢框架结构在水平荷载作用下,层间位移包含有害位移和无害位移两部分.在结构侧移的传统计算中,通常忽略P-Δ效应的影响;在二阶侧移计算中,也未从有害位移的角度进一步分析,这对较柔的高层钢框架结构来说会造成较大的误差.因此,针对这一问题,提出了高层钢框架结构考虑P-Δ效应影响的弹性层间有害位移的简化计算方法.通过采用简化方法和对角撑法对一个承受水平均布荷载的15层纯钢框架结构进行模拟计算对比,并讨论了P-Δ效应对层间有害位移的影响.结果 表明提出的简化方法实用可行,能够很好地满足工程的实际需求.     

抗弯钢框架P-Δ效应稳定系数的应用

为分析抗弯钢框架中的P-Δ效应,提出2个稳定系数。在弹性阶段,弹性稳定系数θme是框架的基本周期、振型的函数。在塑性阶段,非弹性稳定系数θmi仍与基本周期、振型有关,通过回归分析得到。结果表明:使用这两个稳定系数,可精确模拟考虑P-Δ效应的钢框架荷载-位移曲线,包括:初始刚度、强度、后屈服刚度等。以22个抗弯框架为例,验证稳定系数的正确性。     

细长钢筋混凝土柱在地震荷载作用下的P-Δ效应

基于分层截面方法,对细长钢筋混凝土柱的P-Δ效应进行了研究。为了对钢筋混凝土柱的周期性行为进行有效分析(这种周期性行为可以根据外加轴向力的大小表现出荷载-位移关系曲线的改变),采用了分层截面方法,并且还采用程序在钢筋的应力-应变关系曲线中考虑了粘结滑移作用[Kwak HG,Kim JK.Implementation of bond-slipeffect in analyses of RC frames under cyclic loadsusing layered section method.Engineering Struc-tures2006,28(12):1715-27]。为了检验这种方法的有效性,以及确定在钢筋混凝土细长柱的综合反应中各种作用的重要性,采用了非线性动力分析方法对60组水平和竖向地震作用下位于常用范围内的长细和稳定度参数的构件进行分析。基于得到的大量分析结果,评估了轴向力、P-Δ效应和竖向地震力对结构反应的影响以及它们的相应贡献。此外,通过与精确的非线性动力分析中得到的结果相比较,评估了在钢筋混凝土结构的抗震设计中采用能力需求曲线的适用性。     

规范方法与考虑P-△、P-δ效应的钢框架分析法的比较

介绍了钢结构规范提到的一阶、二阶分析法和考虑P-△、P-δ效应的分析法,并对公式中取值有区别且对计算结果影响较大的参数进行了解释.通过算例的分析,对三种分析法进行了定量的比较.对框架的分析比较表明：纯框架如用规范规定的二阶方法设计,将无需计算稳定性,由强度控制;用既考虑P-δ效应又考虑P-△效应的二阶分析法设计时,稳定计算结果偏于安全.     

考虑P -Δ效应的结构响应函数简化求解方法

P-Δ效应是引起结构在强烈地震下倒塌的重要原因之一。由于几何非线性和材料非线性的共同作用,结构的骨架曲线会出现负刚度。为了快速求解地震作用下结构的响应函数,推导了相似弹塑性系统在同一地震波形激励下,结构的屈服水平系数与地震强度成正比的规律。基于这一规律,建立了等效单自由度体系屈服水平系数与延性系数之间的关系,即ημ曲线,提出了求解推覆曲线上每个点所对应地震强度的简化方法,从而快速建立结构的响应曲线。选择了20条实际地震动对一个六层钢框架结构进行分析,得到其16%、50%、84%分位值的顶点位移角响应曲线,并和增量动力分析对比,结果显示所提方法在响应全过程(从弹性、塑性到倒塌)都具有较高精度。     

高层组合框架P-Δ效应的差分计算

高层组合框架在进行侧移计算时,由于其柱截面尺寸较小,应考虑其几何非线性的P—△效应的计算。本文提出了差分方法的简化方法,并与微分方法计算过程和结果进行了比较,结果说明该方法计算简捷明了,满足精度要求。     

p—Δ效应在地震中对结构的影响

针对斜拉桥和悬索桥桥塔以及高层建筑结构,建立了合理的有限元模型,对结构整体进行了地震荷载分析,得出重力对建筑物侧移的影响,即p—Δ效应,分别给出了在不考虑重力和考虑重力作用下的最大侧移和弯矩,就其结果对比进行原理论述。     

考虑P-δ效应的钢筋混凝土框架柱设计方法

针对工程界对《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2002)考虑二阶效应的设计方法中是否已充分考虑了单柱P-δ效应的疑虑,通过有限元分析算例,对框架结构在P-δ效应作用下一阶弯矩的影响规律进行了详细说明。在指出美国规范ACI Committee 318和欧洲规范Eurocode 2对考虑P-δ效应的柱等效长度取值不尽合理以及考虑框架柱端不等偏心距影响的折减系数Cm取值过于粗略后,利用框架的有限元分析结果提出了等效长度的定义和设计取值方案,并结合试验结果和分析给出了更为合理的Cm系数取值建议。本文的建议为进一步完善考虑二阶效应的框架柱设计方法提供了参考。     

高层建筑结构考虑几何刚度的梁柱效应分析

结构的几何刚度与应变中的某些特定非线性项相对应 ,与弹性刚度相比 ,其对一般结构计算结果的影响通常可忽略不计 ,因此多数情况下在结构分析中一般不考虑结构的几何刚度。但对于某些较特殊的结构 ,而需要考虑其影响。通过对几个工程实例的计算 ,说明在有些结构尤其是高层建筑结构中 ,几何刚度对结构计算结果的影响比较显著 ,进行梁柱效应分析是很有必要的。     

考虑P-δ效应及性能设计的某长柱分析及设计

某建筑工程方案中有若干个28.50m通高长柱,本文研究其考虑挠曲二阶效应(P-δ效应)、抗震性能设计和稳定问题的结构分析与设计方法。按照GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》中的规定,分析长柱在P-δ效应影响下的弯矩放大情况,考虑了中震作用下的抗震性能设计;通过弹塑性动力时程分析对其在罕遇地震下的响应进行研究;另外,探讨了长柱的稳定问题和极限承载力。通过单榀模型的补充分析,考察经历罕遇地震后长柱的继续承载能力。     

基于不同轴压比的P-Δ效应对带施工缝框架抗剪承载力影响的试验研究

通过对带施工缝框架和整浇框架进行低周反复荷载试验以及对带施工缝框架柱在相应轴压比下进行对比试验,分析了P-Δ效应及轴压比对带施工缝框架抗剪承载力的影响,研究表明:P-Δ效应降低了带施工缝框架的抗剪承载力,且大于对整浇框架的影响,而随着轴压比的提高,P-Δ效应对带施工缝框架柱抗剪承载力的影响降低。     

模块化墩柱P-δ效应的简化计算方法

针对一种采用法兰连接的模块化柱式桥墩,研究其P-δ效应的简化计算方法。墩柱在水平制动力作用下产生初始位移,受初始位移影响,竖向作用力产生附加弯矩效应,导致产生二阶位移,考虑之后位移引起的附加效应呈倍率衰减,给出线性的近似预测方法,推导得出理论计算公式并进行程序编译,计算了各阶附加弯矩在总附加弯矩中的占比,同时与考虑几何非线性的有限元模型进行算例对比,结果表明简化计算方法在总高度小于20 m的墩柱受到4倍标准制动力或2倍标准轴力作用的情况下的计算误差均小于7%,具有较好的计算精度。简化计算方法可提高桥墩最不利效应的计算效率,可用于模块化柱式桥墩的参数优化。     

高层建筑结构P-△效应实用计算方法

本文提出一种高层建筑结构P-△效应的简便手算方法.工程实例表明该法不仅适用于高层钢框架,也适用于钢筋砼高层建筑结构,使用起来方便简单、省时省力且计算结果具有良好精度.     

某钢结构气象塔在时程风荷载作用下考虑P-Δ效应的动力时程分析

根据线性过滤器中的自回归模型,借助数值分析软件MATLAB编写了频域转换时域程序,模拟了场地上不同高度处的具有空间相关性的时程风荷载,然后利用有限元软件SAP2000对钢结构气象塔进行时程风荷载作用下动力时程分析,得到气象塔的时程位移、时程速度和时程加速度响应,并将静力风荷载位移响应与时程位移峰值响应进行对比,作了误差分析.