高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能分析

偏心支撑钢框架设计时需要通过内力放大系数调整梁柱截面以抵抗耗能梁段的应变硬化效应,导致用钢量增大和节点连接困难.根据"相对强弱"的抗震思想,可将高强度钢材引入基本处于弹性的钢框架部分,耗能梁段采用屈服点较低钢材,形成高强钢组合偏心支撑钢框架.为研究这种新型结构的抗震性能和用钢量优势,采用ANSYS对2榀单层剪切屈服机制的K形偏心支撑钢框架进行了非线性有限元分析,其中考虑材料非线性和几何非线性.结果表明在相同应力比设计原则下,对同一耗能梁段采用高强钢框架可以节省约14%的用钢量,而抗震性能与普通偏心支撑钢框架相当.     

偏心支撑半刚性连接钢框架的时程分析

将偏心支撑与半刚性连接钢框架相结合是一种新型抗震结构体系,为探讨其在地震作用下的弹塑性反应和影响因素,采用有限元软件进行了时程分析.结果表明:偏心支撑显著增加了半刚性连接钢框架的抗侧刚度,侧移减小约75％,并大大降低了结构性能对节点转动刚度的敏感性;与无支撑框架相比,有支撑框架对地震作用反应敏感,振动频率增加,底部剪力增大,但层间位移角减小;设置偏心支撑使得半刚性连接框架的屈服位置由柱脚移至耗能梁段,增加了结构的安全性和耗能能力;偏心支撑抗侧体系所承担的剪力不小于底部总剪力的75％.     

短屈服段屈曲约束支撑钢框架抗震性能研究

屈曲约束支撑滞回性能优异,大量应用于中心支撑钢框架结构,可极大提高钢框架的抗震性能.但已有研究表明,当屈曲约束支撑钢框架遭遇罕遇地震时,结构产生较大的残余变形,导致震后更换支撑困难.为此提出了短屈服段屈曲约束支撑,并将其置于钢框架中进行动力时程分析.结果表明,短屈服段屈曲约束支撑钢框架的最大层间位移角较传统屈曲约束支撑钢框架最大降幅在10%左右,减小结构的残余层间位移角可达30%以上;在保证结构安全的同时,很大程度上提高了结构在震后的可修复性和遭遇二次地震时的可靠性,并且随着结构刚度的增加,额外的地震荷载几乎全由屈曲约束支撑承担,并不会给框架增加负担.     

地震作用下高厚比对钢板剪力墙影响分析

考虑钢板的高厚比在地震作用下对多层钢板剪力墙的影响,采用有限元法建立了四层单跨钢板剪力墙和四层三跨钢框架-钢板剪力墙抗侧力分析计算模型,对钢板剪力墙进行了应力和位移的分析.结果表明,钢板的高厚比对结构的抗震性影响较大;四层三跨钢框架-钢板剪力墙结构比四层单跨钢板剪力墙结构的抗震性能好;建议一般情况下,多层单跨钢板剪力墙钢板高厚比的取值为λ=200 ～ 300,多层多跨钢板剪力墙钢板高厚比的取值为λ=200～400.     

基于套建增层的单跨双层钢框架滞回性能分析与设计

为研究基于套建增层的单跨双层钢框架的抗震性能,以长细比、轴压比及加载位置为参数,设计18组单跨双层钢框架体系;基于简化的力学模型和材料的本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立有限元模型,开展框架结构在单调水平荷载作用下的静力分析,通过仿真分析与单跨双层钢框架试验结果对比,两者吻合较好,验证有限元模型建立的合理性;开展18组单跨双层钢框架非线性滞回分析,提取并比较荷载—位移滞回曲线、包络图和骨架曲线,基于能量等效法计算结构的延性因数,考察结构体系的塑性铰出现时间及分布规律;给出钢框架在大跨、重载和套建增层工程中的设计建议.结果表明:单跨双层钢框架结构滞回曲线饱满,塑性、耗能及延性性能较好,形成强柱弱梁的塑性铰机制,为在抗震区新建和既有建筑改造提供技术支撑.     

混合结构体系施工期间竖向变形计算

研究了钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系在施工期间的竖向变形问题.在分析中考虑了核心筒超前钢框架若干层施工以及施工找平补偿,并考虑了混凝土的徐变收缩影响.计算采用有限元程序MIDAS/Gen,根据施工顺序建立分析模型并施加荷载,将每一个施工阶段求解的结果累加,得出最终施工完成的计算结果.结果表明,施工完毕时核心筒混凝土的收缩徐变占到该层总变形值的38%～43%;由于混凝土的徐变收缩,外钢框架与核心筒竖向变形差异值仅为只考虑弹性变形差异值的21%;徐变收缩增加了外框架柱的轴力,对于连接外钢框架与核心筒的框架梁,徐变收缩还减小了连接核心筒一端的支座负弯矩,而对于连接外钢框架柱一端弯矩则是增加.     

包钢加固管道支架的整体性能分析

考虑加固后的管道支架参与整体受力,采用有限元软件对加固管架进行整体模拟,对比分析采用外包钢加固管道支架单片平面框架计算模型和采用相同结构特征的整体计算模型的承载力值.分析表明:管道参与整体受力,加固后的管道支架整体受力比单片平面框架计算值较小,且靠近固定管架的加固支架差值较大,可适当减小该处加固型钢截面,以减少用钢量.     

基于pushover分析的体育馆多层钢结构抗震性能研究

针对某高校多层钢框架体育馆楼板大开洞引起质量和刚度不均匀问题,本文运用大型有限元分析软件,考虑支撑设置情况,对该结构进行了静力非线性pushover分析,通过塑性铰的发展情况、基底剪力顶点位移曲线、层间位移角等,分析了该结构大震情况下的倒塌机理,得出了该结构的抗震性能目标.     

H型截面单层单跨钢框架火灾行为试验

对2榀H型截面单层单跨钢框架进行了火灾行为的足尺试验研究.全部试验采用自行研制的火灾试验炉,试验结果表明炉子性能稳定,使用方便.试验中考虑了不同受火工况对钢框架火灾行为的影响.通过试验得出了钢框架温度场分布和变形的变化规律.试验结果表明:火灾下,梁柱全部受火的单层单跨钢框架(节点受到保护)破坏方式为钢柱压屈破坏,破坏位置在受到保护的钢节点下部的钢柱上.试验研究为今后钢结构火灾行为的研究提供依据.     

单跨框架结构的减震加固技术研究

单跨框架结构的减震加固技术对于提高原框架结构的抗震性能、减小加固工程量和降低施工复杂性具有重要意义。文章通过设置防屈曲支撑(BRB)使单跨结构改变为框架—耗能支撑减震结构,从而减小原框架承担的地震效应的研究,阐明了单跨框架结构减震加固的基本原理,提出了耗能减震加固设计的准则,并对减震加固的工程实例进行了分析。结果表明:减震加固后,小震作用下的层间位移和由框架柱承担的地震剪力为加固前的30%~40%,罕遇地震作用下为25%~45%;BRB率先进入塑性变形,是整个结构的第一道地震防线;单跨框架结构采用BRB做减震加固,可有效提高结构的抗震性能。     

基于位移控制的单支点桩锚支护结构的优化设计

考虑单支点桩锚支护结构的刚体位移和弯曲变形,建立了锚杆锚固点和支护桩顶的水平位移计算方法.通过分析水平位移的各个影响因素对位移的作用,指出锚杆位置下移会增加锚杆的拉力并进而加大其配筋,但可以减小桩顶在锚杆张拉锚固后的水平位移变形 .以位移控制为目标,通过调整锚杆的位置,对单支点桩锚支护结构的设计进行优化.     

用防屈曲支撑改进钢框架-支撑结构抗震性能的设计方法

为了提高钢框架-支撑结构的抗震性能,在对防屈曲支撑和钢框架-支撑结构研究的基础上,采用防屈曲支撑改进普通钢框架-支撑结构,实现在不增加用钢量的前提下,使钢框架-支撑结构的抗震性能达到中震下主体结构保持弹性的效果.提出了这种改进方法的步骤和关键问题,并结合算例,合理设计防屈曲支撑,采用手算和有限元分析软件对其进行抗震验算和动力非线性时程分析,证明了这种改进方法的可行性和有效性.     

强震下人字形中心支撑钢框架滞回能需求层间分布影响因素

考虑不同地震动参数和结构参数,采用非线性动力分析方法,对3个不同层数的人字形中心支撑钢框架结构滞回能需求的层间分布规律进行了研究.分析了加速度峰值、地震波持时、结构阻尼比、切线模量、楼层数、支撑长细比等对结构层间滞回能需求的影响;为中心支撑钢框架基于能量的抗震设计方法研究提供了依据.     

平面钢框架精炼塑性铰法的改进与应用

目的 改进平面钢框架高等分析方法的精炼塑性铰法,真实有效地反映钢框架的极限承载力及有侧移框架结构的稳定情况.方法 在精炼塑性铰方法的基础上采用有侧移杆件作为计算单元,并对单元切线刚度矩阵进行修正来考虑结构的二阶效应(P-△),及有侧移杆件单元两端截面的塑性扩展.结果 采用改进后的方法的计算结果,与钢框架的经典算例及两层单跨钢框架实验的结果吻合良好.结论 钢结构的高等分析方法较真实地反映了结构在荷载作用下的内力和变形状态.得到了更精确的结果,比基于计算长度考虑构件稳定的线弹性分析的分析方法更优越.     

基于构件损伤的防屈曲支撑钢框架易损性分析

防屈曲支撑钢框架结构在地震作用下构件破坏次序明确,失效机制合理,可视为理想的多道抗震防线的结构体系。为了研究防屈曲支撑钢框架在地震作用下的结构损伤程度,首先建立框架柱、框架梁与防屈曲支撑各构件的损伤模型,通过加权系数法合理地考虑各构件的权重系数与重要性系数,建立楼层的损伤模型,考虑楼层权重系数最终建立了能够反映构件损伤、楼层损伤以及整体结构损伤的防屈曲支撑钢框架结构地震损伤模型,并给出了防屈曲支撑钢框架的损伤状态及相应的损伤指数范围。同时考虑地震动不确定性与结构不确定性对防屈曲支撑钢框架进行IDA分析,对比不考虑结构不确定性与考虑结构不确定性时结构不同损伤程度的易损性曲线,结果表明,在非倒塌状态下,二者区别不大,在倒塌状态下,考虑结构不确定性时对数标准差明显增大。最后对比了采用以结构最大层间位移角与本文所建立的结构损伤指标为评价指标时结构的易损性曲线。     

钢筋混凝土圆形单柱桥墩粒子群延性抗震优化

为了优化钢筋混凝土桥墩结构抗震设计,采用粒子群优化算法和反应谱分析方法,以截面特性和配筋率为设计变量,以抗震需求能力比为目标函数,建立了规则桥梁圆形单柱桥墩的抗震优化设计框架.计算结果表明:设计优化后与原设计相比,截面半径增加9.28%,纵向钢筋配筋率和横向箍筋配筋率分别增加7.76%和11.63%时,抗弯轴力、抗弯弯矩、抗剪及位移延性需求能力比分别降低了10.96%,9.15%,3.39%和29.92%;该方法实现了多目标需求最优设计参数的快速获取.     

组合节点刚度对组合框架的抗震性能影响分析

为研究钢-混凝土组合节点刚度对组合框架抗震性能的影响,首先讨论了组合节点的刚度及其影响因素,然后通过某多层钢结构工程实例,利用Ansys有限元软件建立了纯钢框架与组合框架,分别假定刚接及考虑节点刚度等共4种框架模型,进行了多遇地震反应谱分析及弹性时程分析,并进行了计算对比.计算结果表明,考虑钢框架的组合作用后,结构整体自振周期变短,基本自振周期降低了13.4%,说明结构整体刚度变大.但考虑节点刚度后,地震周期又有所加大,纯钢框架及组合框架基本自振周期均增大了17%,相应地震位移变大,2种模型的反应谱法分析顶层位移分别增大了8%,11%,说明组合节点刚度对结构的抗震性能是不可忽略的因素.     

钢框架双钢板内填混凝土剪力墙结构滞回性能试验研究

为了研究钢框架双钢板内填混凝土剪力墙结构(SFSCSW)的滞回性能,设计了单跨2层半、缩尺比为1∶3的SFSCSW试件,并对试件进行了的低周反复加载试验,研究了试件在循环荷载作用下的破坏模式、变形能力、耗能能力,得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、承载力降低系数曲线、延性系数等.试验结果表明:钢框架双钢板内填混凝土剪力墙结构承载能力高、抗侧刚度大,具有较好的延性和较强的耗能能力;在水平荷载作用下,剪力墙底部墙角外鼓,柱脚翼缘部分屈曲,剪力墙结构发生压弯破坏;钢框架双钢板内填混凝土剪力墙试件1层的层间刚度比2层大,侧向变形比2层小;钢框架双钢板内填混凝土剪力墙结构刚度退化平缓,同一位移加载,承载能力减小程度有限;钢框架双钢板内填混凝土剪力墙结构试件的剪切变形较小.     

K形中心支撑钢框架的结构影响系数

通过对K形中心支撑钢框架的pushover分析,考虑不同层数对结构影响系数的影响,对6、9、12层中心支撑钢框架进行了分析,得出在不同层数下的结构影响系数,为结构影响系数的取值提供参考。     

设计地震作用取值对中心支撑钢框架抗震性能的影响

对基于抗震规范GB 50011和通则CECS 160抗震反应谱的中心支撑钢框架结构的设计地震作用进行了对比,在设计应力比基本一致的前提下,设计了4,10,20层中心支撑钢框架算例并进行了多遇、罕遇地震下的动力响应分析。根据用钢量、层间侧移角、支撑损伤等指标,给出了中心支撑钢框架结构设计地震作用取值的建议。