含偏心支撑小高层钢框架结构的抗震性能

目的 研究多层偏心支撑钢框架在地震作用下的弹、塑性力学性能、地震响应及其耗能能力.方法 采用通用有限元计算软件SAP2000,对内蒙古某9层商住楼分别建立纯框架、中心支撑框架及偏心支撑框架结构模型,计算了罕遇地震下结构刚度、内力分布、振动模态及荷载一位移曲线等,并采用多条地震波分别对中心支撑和偏心支撑结构体系进行了弹性时程及弹塑性时程的对比分析,比较了两种结构体系的动力特性及抗震性能.结果 在小震作用下(弹性阶段),偏心支撑和中心支撑结构远高于纯框架结构的抗侧移刚度,足以满足规范对多层钢结构的抗侧移要求;在大震作用下(塑性阶段),偏心支撑结构耗能能力优于中心支撑结构和纯框架结构,地震响应小于中心支撑结构,具有更高的结构屈服后塑性抗侧移刚度.结论 偏心支撑钢框架结构抗震性能较好,能够避免大震作用下结构的突然倒塌.     

L型不规则框剪结构的扭转效应的研究

现代社会发展高层建筑需要考虑建筑功能及立面的要求而出现各种的非规则结构形式,其中扭转不规则问题较为突出和常见。此类建筑的延性较差,地震时结构扭转破坏极其严重。"高规"通过扭转周期比和扭转位移比双重控制指标对结构扭转效应进行控制。实际过程中也因为抗侧力构件布置不规则,导致刚度中心和质量中心不重合,由此产生偏心距,而在地震作用下导致扭转效应,本文通过几个具体模型来比较分析不规则而导致的扭转。     

异形柱结构抗侧移刚度的分析

目的研究异形柱结构在水平荷载作用下的内力和位移性能,评价该结构体系的抗震能力．方法应用平截面基本假定,从力学平衡及变形协调出发,讨论了异形柱在水平荷载作用下的受力性能,按“层模型”对该结构抗侧移刚度进行了理论研究,并和有限元的数值解作了分析比较．结果推导出了该结构体系抗侧移刚度的理论公式．研究结果表明,该结构体系在水平荷载作用下具有明显的双向耦合效应．结论《混凝土异形柱结构技术规程》对该结构两个方向分别单独进行抗震验算和位移验算,是偏于不安全的,其抗侧移刚度较按抗弯刚度等效矩形柱削弱达50％以上．     

摩擦阻尼器在框架结构平面中合理布置分析

针对摩擦阻尼器在框架结构平面中合理布置进行分析.针对横向地震作用下摩擦阻尼器在空间框架结构中的5种布置形式,对摩擦阻尼器在框架结构楼层中合理布置进行了地震反应分析,研究了框架结构的楼层最大侧移、层间最大位移角和各榀框架顶部最大侧移.结果表明:在平面对称结构中,各种对称布置摩擦阻尼器的方式,其减震效果基本相同,且减震效果较显著;而非对称布置摩擦阻尼器的框架结构会产生不同程度的扭转效应,其减震效果较差,且地震反应甚至会超过相应抗震结构.因而阻尼器在结构中布置应尽量使结构刚度中心和质量中心重合,不宜使结构刚度中心和质量中心偏差加大.     

地震作用下框架楼梯参与结构整体工作的研究

以地震区典型办公楼框架为对象,研究了框架与楼梯的共同工作性能.利用大型结构软件Midas设计了考虑楼梯与不考虑楼梯的2个钢筋混凝土框架结构模型,分别采用振型分解反应谱法和时程分析法对2个模型进行了弹性地震反应对比计算分析.结果表明,考虑楼梯后结构的自振特性、结构抗侧刚度、地震作用下楼梯构件的受力状态发生明显的变化;框架结构中楼梯及其周边构件将承担更多地震力,是结构设计应加强的部位.楼梯的空间刚度效应对整体结构抗震性能影响较大.所得结论可为实际工程设计应用提供参考.     

带可更换抗侧耗能装置的装配式钢框架结构静力性能研究

为实现钢框架结构震后损伤可快速修复的功能,基于损伤控制思想,提出一种带可更换抗侧耗能装置的装配式钢框架结构.利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析,首先对该钢框架结构的受力机理开展研究,分析钢框架体系内力流传递路径,提出结构的合理失效顺序,建立相应失效准则;而后对该装配式钢框架结构与对应刚接框架及铰接框架进行对比分析;最后进行变参数分析,着重讨论该柱脚节点抗侧剪切件截面宽度、厚度及高度、节点板连系螺栓数量、柱脚横梁刚度及柱轴压比等参数对该装配式钢框架结构力学性能的影响.研究表明,合理设计的该装配式钢框架结构在屈服荷载及抗侧刚度两方面可以与对应刚接柱脚框架完全等效,且该新型钢框结构主体构件的应力分布优于对应刚接框架,可以将结构内的塑性损伤集中在翼缘连接盖板、抗侧耗能装置等易于更换的耗能元件上,使梁柱等主体构件基本处于弹性状态,具备震后可恢复功能.     

框架-剪力墙结构在水平荷载作用下的弯矩迭代计算

利用框架结构中同时考虑结点转动与侧移的弯矩迭代计算方法,分析了水平荷载作用下框架-剪力墙结构的内力并计算出结构的侧移变形。本方法适用于沿房屋高度方向层间刚度相同或不相同的框架-剪力墙结构,作用有任意分布形式的水平荷载。     

环带对带水平伸臂的高层结构力学性能的影响

探讨了高层框架-核心筒结构在水平荷载作用下的侧移控制方法,分析了设置水平伸臂构件和环带构件对减小这类结构侧移的作用机理。对一60层的框架-核心筒结构通过改变水平伸臂构件、环带构件的设置情况而形成的不同结构方案,采用常用结构设计的三维有限元分析软件ETABS分别对其分析计算;探讨了水平伸臂以及不同刚度的环带对结构自振周期和结构顶点侧移的影响;研究了环带对核心筒剪力的影响,环带对外框柱轴力的影响。分析表明:环带的设置、环带本身的刚度对高层框架-核心筒结构的顶点侧移和自振周期有较大影响;能有效调整外框柱的轴力分布,更好地发挥外框柱的整体作用;环带的设置会加大水平加强层的剪力突变这一不利现象。     

不规则框架结构抗震加固措施与加固方案研究

以天津市某既有平面不规则框架建筑为研究对象,运用SAP2000有限元分析软件对原结构建模并进行弹塑性时程分析,依据分析结果及该工程自身特点,提出了BRB支撑减震抗扭加固方案;将BRB支撑结构与原结构在不同地震波作用下的抗震加固效果进行比较,BRB支撑结构的周期比减小了26%,扭转位移比减小了15%,层间位移角减小幅度可达31%,顶层最大位移也可以控制在规范要求的范围内。研究结果表明,BRB支撑不仅增加了结构的抗侧移刚度,而且提高了结构的抗震性能,是一种控制不规则结构扭转效应的有效措施。     

基于风荷载作用下的平面不规则高层建筑结构受力响应研究

建筑结构设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗侧作用性能及经济合理性的影响,宜择优选择规则的形体。其抗侧力构件的平面布置宜规则对称,侧向刚度沿竖向宜均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小,避免侧向刚度和承载能力发生突变。结合建筑结构抗风性能,首先介绍结构动力学理论,其次推导体系质点质量与刚度系数的矩阵关系,然后对一平面不规则的建筑结构及其改进模型进行数值计算分析,最后得出相关结论。     

钢筋混凝土框格单元结构力学性能试验研究

为研究密肋复合墙板内钢筋混凝土框格单元结构的力学性能,对5个不同相对刚度比的框格单元及3个空框格结构进行了1/2比例模型试验.分析了试件的破坏发展过程,探讨了外围框格构件的影响.结果表明外围框格构件与框内填充砌体相互作用明显.框格单元内形成了砌体压杆传力机制.框格单元结构的承载能力远高于空框格结构,但其变形能力降低.外围框格构件对框格单元结构的力学性能影响显著.相对刚度适度减小时,框格单元结构初始刚度、抗裂能力和极限承载能力提高.     

型钢混凝土组合框架力学性能非线性分析

在充分考虑混凝土损伤、材料非线性及单元类型的基础上,建立了由预应力（非预应力）型钢混凝土梁及角钢混凝土柱构成的型钢混凝土组合框架有限元模型,对其在水平荷载作用下的力学性能进行数值分析及试验对比验证。在此基础上,进一步研究了水平荷载作用下组合框架受力的全过程,并对影响此类框架力学性能的主要因素进行了参数敏感性分析。结果表明：组合框架在梁端和柱底部均出现塑性铰,能实现“强柱弱梁”的破坏机制;随着轴压比增大,水平荷载‐位移曲线峰值荷载先增加后减小,峰值荷载对应的位移减小,延性降低;随着长细比增加,结构刚度降低,峰值荷载减小,延性增加。     

基于振动中心固定的静偶分离摆架研究

传统双面立式平衡机由于摆架结构关系,振动中心不固定,往往导致实际测量误差较大,静偶分离效果不佳。通过对传统双面立式平衡机振动模型的理论推导,建立了传统双面立式平衡机振动中心的位置公式,计算出簧板绕振动中心的扭转刚度。依据振动中心和扭转刚度的相关参数变化趋势图,分析出传统平衡机测量误差来源。以误差来源提出一种能够保持振动中心固定的静偶分离摆架结构,同样基于振动模型推导了振动中心位置公式,验证了振动中心的不变性;依据静偶分离摆架系统的扭转刚度公式,得到常量刚度值,实现了传感器的测量稳定。另一方面通过对不同结构参数下静偶分离摆架的模态分析,发现了摆架结构的独特分离性。即柔性铰链只传递摆动信号而平动簧板只传递平动信号,两者在功能上相互独立从根本上决定了摆架的静偶分离。同时模态分析结果与不同形状柔性铰链的静力分析结果为摆架结构的优化设计提供了参考依据。最后动平衡测量实验表明,静偶分离摆架有效的提高了对低速旋转载荷的静偶分离能力。     

现浇钢筋混凝土框架施工缝抗震性能试验

为了研究施工缝对结构构件抗震性能的影响,对带有施工缝的两层两跨钢筋混凝土框架的抗震性能进行了低周反复试验研究.将整浇框架作为对比试件,对框架的破坏特征、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化以及残余变形进行了对比分析.结果表明,带有施工缝的框架位移延性系数低于整浇框架约11%,有施工缝框架的相对变形大于整浇框架约4.1%～5.1%;当施工缝不认真处理时,会在框架中形成薄弱跨.施工缝对结构的承载能力和刚度退化影响不显著.     

U型薄壁RC受扭构件非线性分析模型及应用

为实现混凝土U型薄壁受扭构件的非线性力学性能分析,本文基于Vlasov开口薄壁结构弹性理论、变角空间桁架模型和微分方程数值解法,提出了钢筋混凝土U型薄壁构件受扭非线性分析模型.针对开口薄壁受扭构件同时存在自由扭转和翘曲扭转的特点,分别推导了U型薄壁截面自由扭转和翘曲扭转非线性刚度分析模型,进而建立了开口薄壁构件受扭非线性分析模型.所提出的受扭非线性分析模型同时考虑了混凝土和钢筋的材料非线性特性、开口薄壁构件的几何非线性特性和自由扭转与翘曲扭转的耦合效应.利用所提出的受扭非线性分析模型编制相应的分析程序,并对5个U型薄壁钢筋混凝土构件进行受扭全过程分析,分析结果与5个U型薄壁钢筋混凝土受扭构件的试验结果均吻合较好,从而验证了所提出的U型薄壁钢筋混凝土构件受扭非线性分析模型的正确性.所提出的受扭非线性分析模型具有计算简单和分析精度较高的特点,可进行混凝土U型薄壁桥梁受扭非线性分析并为该类桥梁的工程设计提供参考.     

密肋复合墙体框格单元结构刚度与承载力分析

简要介绍了高性能混凝土密肋复合墙体框格结构1/2比例模型试验结果.试验表明随着外荷载的增加,填充砌体在某些部位与外围框格分离,形成砌体斜压杆.所有试件均出现角区压碎破坏且在RC构件内部形成塑性铰.填充砌体可明显提高空RC框格结构的侧向刚度与极限承载能力.高宽比对砌体填充RC框格结构的侧向刚度与极限承载能力有很大影响.结合试验结果,对文献建议的多种侧向刚度与承载能力评估方法进行分析与探讨.提出了一种新型砌体填充RC框格结构极限承载能力计算方法.该方法适用于高宽比大于1的结构.计算结果与试验规律一致,吻合较好.     

风力机叶片二元翼段静气动弹性机理

针对风力机叶片翼型静气动弹性的发散速度、载荷重新分布等问题,在线弹性范围内,基于气动弹性力学理论,推导出适用于风力机叶片二元翼段静气动弹性的基本方程.以攻角为输入量,压力为输出量,翼型的弹性扭角为系统的反馈量,建立了风力机叶片弹性翼型的气动弹性反馈模型.在危险风速工况下,对3种典型翼型的风力机叶片二元翼段进行了计算分析,得到了扭转刚度、刚心与气动中心距离对风力机叶片二元翼段的发散速度、附加扭角和升力分布的影响.研究了不同翼型对风力机叶片二元翼段附加扭角和升力分布的影响,结果表明,当扭转刚度较小时,附加扭角的增加在一定程度上提高了翼型的气动性能;当扭转刚度较大时,附加扭角增加较小,对翼型的气动性能影响较小.     

集装箱房抗侧刚度分析Ⅰ:整箱蒙皮效应

作为轻钢结构,集装箱房的水平抗侧能力是其抗震抗风设计的重要力学性能指标,而目前却缺乏可靠的理论计算式用以分析.为对实际工程设计提供参考,且为完善波纹蒙皮结构的理论体系,本文对集装箱房水平抗侧刚度的计算式进行推导.区别于传统利用螺栓连接的蒙皮结构,集装箱房的侧壁波纹板与其钢框架之间是焊接连接的,在剪切作用下的平面内相互作用力分布以及变形组成有很大变化,求解关键在于分析波纹膜板在焊接边界条件下的蒙皮效应.基于能量理论,结合ABAQUS有限元模拟方法,分析了集装箱房在顶部水平均布荷载作用下的理想抗侧刚度以及顶角件处水平集中荷载作用下的局部效应,分别得到相应的抗侧刚度计算公式,并利用已有试验数据对理论进行验证.结果表明:集中荷载作用下,加载端局部变形远大于整体侧移,且局部效应的有效作用范围同上侧梁线刚度、集装箱规格有关.实际工程中,通过增加上侧梁有效截面面积或上下层之间的连接件数量,可有效减小局部变形,提升整体抗侧能力.     

RC框架结构地震倒塌反应分析

本文研究了极限后负刚度段对钢筋混凝土框架结构地震倒塌反应的影响,从理论上探讨了结构地震倒塌模式,提出了以退化刚度比作为破坏参数的地震破坏模型,最后,通过实例数值模拟分析,重点讨论了负刚度模型对强震下钢筋混凝土框架结构的强度、变形和延性等方面特性的影响。     

UHPC-NC组合柱抗震性能研究

为了提高结构短柱的抗震性能,提出了超高性能混凝土（UHPC）-普通混凝土（NC）组合柱的新型结构形式,并采用ABAQUS有限元软件对其进行了伪静力试验分析,研究了UHPC-NC组合柱在轴压比为0.2时,低周往复变位移荷载作用下的滞回特性、延性性能、耗能能力、刚度退化等抗震性能,并与普通混凝土柱的抗震性能进行了比较。研究结果表明：UHPC-NC组合柱的延性性能、耗能能力均较普通混凝土柱有较大提升,其中UHPC-NC组合柱ZH-4模型的延性系数达4.0,相比于普通混凝土柱的延性系数最大值2.6,约提高了54%;从刚度退化看,当加载至中后期,UHPC-NC组合柱较普通混凝土柱的刚度退化速率更慢,其中ZH-4模型的刚度退化性能表现最好。