考虑剪切变形RC框架结构非线性分析

在钢筋混凝土桥梁和高层建筑结构中,由于柱轴压比的限制,在结构中经常形成短柱,地震时易发生脆性剪切破坏而导致结构破坏甚至倒塌.本文基于考虑弹塑性剪切变形的梁柱单元,建立了含短柱框架结构整体非线性分析的计算模型,编制了程序,在截面刚度矩阵中,剪切变形和轴向、弯曲变形不耦合,但是剪切和弯曲力在单元层面耦合.对钢筋混凝土框架结构的静力加载程序试验结果表明,改进后的纤维模型能够较好地描述钢筋混凝土框架整体结构在压、弯、剪荷载共同作用下的非线性性能.     

巨型框架中主框架梁柱布置对结构受力性能的影响

随着巨型框架结构应用的日益增多,主框架梁柱的合理布置成为巨型框架设计的关键问题。以一4跨24层巨型框架结构为例,在保证主框架梁柱总截面面积相等的基础上,改变主框架梁柱的尺寸与数量,采用通用有限元程序SAP 2000,对比分析了巨型框架结构的自振周期、侧移与弯矩;探讨主框架梁柱布置对巨型框架受力性能的影响,提出合理化建议,以指导工程实践。     

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。     

考虑节点刚域影响的巨型框架结构分析

针对巨型框架结构体系的受力特点,结合相关文献,提出了剪切变形对巨型框架的影响不可忽略,应采用D值法进行计算水平荷载作用下的巨型框架结构,通过理论推导证明巨型结构考虑节点刚域的必要性,并结合D值法提出适合巨型框架结构的等效截面法,结合算例来给出在巨型框架结构的计算中可以利用等效截面法来考虑节点刚域对巨型框架结构的影响的计算方法。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土柱变形能力计算方法研究

采用简化的纤维增强混凝土应力-应变关系,根据截面力的平衡方程和截面变形的平截面假定,推导出塑性铰区采用纤维增强混凝土柱不同极限状态时的曲率。根据柱的曲率分布规律,推导出由柱弯曲变形所引起的柱顶水平位移;采用Sezen模型推导出由柱底纵筋与混凝土粘结滑移所引起的柱顶水平位移,再考虑柱剪切变形引起的柱顶水平位移就得到总的柱顶水平位移。与试验结果对比表明,塑性铰区采用纤维增强混凝土柱在开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载、极限荷载作用下的位移计算值与试验值吻合较好。     

基于优化原理的有断层巨型框架主框架梁、柱合理线刚度比分析

巨型框架结构由主框架与次框架组成,并且分为有断层巨型框架和无断层巨型框架。为满足高层建筑结构中布置大空间的需求,在材料总用量为定值的前提下,运用有约束非线性优化原理对有断层巨型框架主框架梁、柱合理线刚度进行了分析。根据所导公式可计算得到较合理的主框架梁、柱截面尺寸,也可为类似工程梁、柱线刚度比优化分析提供参考。其结论可作为初步设计阶段确定梁柱截面尺寸的依据。     

钢筋混凝土梁柱节点变形计算

在中震或大震作用下,钢筋混凝土框架节点核心区的开裂和破坏是不可避免的,刚性节点的假定在弹塑性阶段已不能成立,对钢筋混凝土非刚性节点进行初步理论分析具有重要的理论意义和工程实用价值。因此,文章对框架结构抗侧力体系中框架柱柱顶位移的组成进行了分析,重点研究了框架梁的变形、柱的变形、节点核心区剪切变形对柱顶侧移的影响,其结果可为钢筋混凝土框架结构层间变形的简化计算提供理论依据。     

巨型框架中主框架梁柱连接形式对结构受力性能的影响

随着钢管混凝土组合截面日愈增多地应用于巨型框架中,主框架梁柱的连接形式分为焊接刚性连接、螺栓铰接与半刚性连接。以一4跨24层巨型框架结构为例,采用通用有限元软件MIDAS,对比分析了巨型框架结构的自振周期、位移与弯矩等受力特征值;探讨了主框架梁柱布置对巨型框架受力性能的影响,提出了合理化建议以指导工程实践。     

框筒结构的层模型简化分析方法

将分析平面框架结构的D值法简化，并推广应用于框筒结构在侧向荷载作用下的内力和位移分析上。将楼层变形划分为剪切变形和弯曲变形；结构的整体剪切变形及内力直接用D值法进行分析，考虑了翼缘框架的剪切刚度的影响；结构的整体弯曲变形及内力通过假定轴向位移模式的简化方法进行分析，考虑了正剪力滞的影响，分析了影响结构位移的因素。通过与空间框架分析程序的比较表明，本文方法简单，实用，可直接进行手算，因而可供初步设计阶段使用。     

谈高层建筑中钢筋的设计施工

随着我国近年房地产业的蓬勃发展,高层混凝土框架结构形式得到了广泛应用。在地震荷载作用下,框架结构破坏的情况主要有：①框架柱的压弯破坏、剪切破坏、弯曲裂缝;②框架梁的斜截面破坏．正截面破坏,锚固破坏;③板四角的斜裂缝和平行于梁的通长裂缝;④框架节点核芯区钢筋配置不当导致的破坏。     

考虑层与层相互支援的框架层抗侧刚度

研究发现框架层的线性抗侧刚度是一个相对的概念,与相邻上下层的侧向刚度以及外荷载的形式有关,这与传统框架理论的结论不符。通过对简单的单跨二层对称框架结构在不同水平荷载作用下,层抗侧刚度的研究,提出各层抗侧刚度的解析解,与传统框架理论的结论相对比,发现传统框架理论求解框架线性层抗侧刚度的误差很大。根据上述属性,提出求解多层多跨框架层抗侧刚度的近似解法,近似法同时考虑框架梁柱构件的剪切变形影响,以及框架层与层之间的相互支援作用。与解析解以及有限元法的结果对比,文中提出的近似计算方法具有较好的精度,便于实际应用。     

Elastic buckling load of multi-story frames consisting of Timoshenko members

The objective of this paper is to propose a method for the evaluation of the elastic critical buckling load of columns in frames consisting of members susceptible to non-negligible shear deformations, such as built-up members in steel frames, based on Engesser's approach. To that effect, a stability matrix is proposed and three general stability equations are derived for the cases of unbraced, partially braced and braced frames. Indicative graphic interpretation of the solutions for the stability equations of the braced and unbraced cases is shown. Slope-deflection equations for shear-weak members with semi-rigid connections are also derived and used for the presentation of a complete set of rotational stiffness coefficients, which are then used for the replacement of members converging at the bottom and top ends of the column in question by equivalent springs. All possible rotational and translational boundary conditions at the far end of these members, as well as the eventual presence of axial force, are considered. Five examples are presented, dealing with braced, unbraced and partially braced frames, with rigid and semi-rigid beam to column connections, loaded with concentrated or uniformly distributed loads, in a symmetrical or non-symmetrical pattern. In all cases the proposed approach is in excellent agreement with finite element results.     

等截面斜腿刚架平面内整体稳定性能研究

用ANSYS有限元程序,考虑几何非线性,对等截面斜腿刚架进行了大量的荷载-位移全过程分析。分析中考虑了柱倾斜角度、柱高度与跨度比和梁的起拱坡度等参数,以及梁上均布荷载和集中力两种加载形式,最后给出了斜腿刚架的各种失稳模式和相应刚架柱的计算长度系数,供设计时参考。二阶弹塑性算例分析表明,在利用有效长度法进行斜腿刚架平面内整体稳定性验算时,除刚架柱外,还要验算梁的稳定性。     

Shear‐displacement diagram of steel plate shear walls with precompression from adjacent frame columns

An analytical model of the unstiffened steel plate shear wall (SPSW) considering precompression from the adjacent frame columns is proposed and experimentally verified. First, the distribution and transferring of the gravity loads between boundary columns and the infill steel plate was proposed. Second, the shear‐displacement diagram of the SPSW under compression–shear interaction was obtained, and to further consider the global bending deformation, the shear‐displacement diagram of the SPSW under compression–shear–bending interaction was obtained. Third, the load‐carrying capacities and deformations at the state of elastic buckling of the infill steel plate, the yield of Zones I and III, the yield of Zone II, and the yield of the boundary frame were presented. Finally, cyclic loading test on four scaled one story single bay unstiffened SPSWs under different axial forces at the top of the columns was carried out to verify the proposed analytical model. Shear‐displacement relationship, shear capacity, and envelope curves of the specimens were compared with the predicted values. Results indicate that the proposed analytical model can reasonably predict the decrease of the shear load capacity and stiffness of the SPSWs due to the existence of the axial load at the boundary columns.     

斜腿刚架平面内整体稳定性能研究

利用ANSYS有限元程序,考虑几何非线性,对梁柱不等截面的斜腿刚架在梁上作用均布荷载的情况下,进行了大量的荷载—位移全过程分析。分析中选取了七种H形截面,考虑了刚架高度与刚架跨度的比值、刚架柱倾斜角度和横梁坡度三个参数。给出了斜腿刚架柱的计算长度系数和刚架相应的失稳模式。     

钢筋混凝土抗震框架节点各机构传递剪力的定量分析

如何正确筛分钢筋混凝土抗震框架节点中两种传力机构,即斜压杆机构和桁架机构在节点不同受力阶段分担的节点剪力份额,是各国研究界在节点传力模型研究中至今未解决的关键问题之一,其核心问题是能否找到一种符合节点受力规律且力学概念清晰的确定这两类机构分担剪力份额的方法。本文在系列试验的基础上,通过对节点传力特征的分析,提出了一种“梁、柱简支杆模型”。利用这一模型可在已知节点周边梁、柱端正截面受力状况的前提下,合理确定梁端为对称配筋或非对称配筋时节点核心区两类传力机构分担的节点剪力份额。对比分析表明,这一方法的计算结果与试验结果符合良好。     

钢筋混凝土匹配度对框架柱破坏#br# 模式影响试验研究

对5个缩尺比例为1∶4的钢筋混凝土平面框架进行低周反复荷载试验,研究不同钢筋混凝土匹配度下的框架柱破坏模式。对比不同剪跨比、钢筋强度对框架柱破坏模式的影响,得到框架柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线等抗震性能,分析结构的延性和变形曲线等力学性能。提出钢筋混凝土匹配度及剪跨比归一化系数对104根柱的试验数据进行分析。结果表明,钢筋混凝土匹配度对柱的破坏模式有显著影响：匹配度合适时,柱主要发生弯曲破坏;钢筋相对混凝土强度过高时,柱发生延性较差的剪切破坏。应在柱抗震设计时应考虑钢筋与混凝土强度匹配关系,避免柱发生脆性破坏。     

钢筋混凝土异形柱-板连接冲切特性试验研究

针对柱截面形式为异形柱的板柱冲切试验很少以及我国规范未对此明确规定的情况,本文进行了9个柱截面为3种典型异形柱(十字形、T形和L形)-板连接和2个方柱-板连接在未配置抗冲切钢筋时的冲切特性对比试验。阐述了异形柱-板连接的冲切受力性能和破坏特征,并将其受冲切特性与相应的等面积方柱和等有效周长方柱板柱连接试件进行了对比,讨论了异形柱和方柱板柱连接冲切特征的差异。试验结果表明,与相应的方柱-板连接试件相比,异形柱-板连接试件具有较高的抗冲切承载力及延性。根据试验结果提出了符合我国设计实践的异形柱板柱冲切承载力计算方法。并用国外几个主要规范以及我国规范所推荐的冲切承载力计算公式对上述试验板的受冲切承载力进行了验算,相对而言,抗弯钢筋配筋率较高时,我国规范及ACI规范的预测值与试验值相比偏于保守。本文试验结果可供规范修订时参考。     

由钢筋混凝土剪力墙和钢管混凝土框架组成的高层组合结构抗震性能研究

建筑结构中,由钢管混凝土柱和钢梁组成的组合框架得到广泛应用。在中国,组合框架结构常与钢筋混凝土剪力墙组合构成高层建筑结构。然而,对这种结构抗震性能的研究却很少。对2个由组合框架和钢筋混凝土剪力墙组成的30层建筑模型进行振动台试验,组合框架分别采用钢管混凝土圆柱和方柱;分别选用了加速度峰值为0.2g,0.4g,0.6g及0.8g的Taft波,ElCentro波和天津波。结果表明:地震作用下组合框架能很好地与核心混凝土剪力墙结构共同工作,2个模型均表现出了很好的抗震性能。