减震与隔震集成技术在钢管拱桁架体系中的应用

将隔震支座与防屈曲支撑应用于三心圆立体钢管拱桁架体系,以开展其集成减震与隔震效应研究。通过利用SAP 2000软件和几何与材料双重非线性的集中塑性铰理论,开展其在地震波作用下的动力弹塑性性能分析,分别获得原结构和减震与隔震结构的塑性铰分布、整体变形、失效形态及结构延性系数,比较并评定了原结构和减震与隔震结构的失效类型、极限承载力和变形能力。结果表明,减震与隔震结构自振周期得到延长,失效界限地震波加速度峰值相比原结构提高了131.2%,抗震性能显著提高;原结构和减震与隔震结构的失效破坏类型均为弹塑性动力失稳破坏,地震波作用下两种结构在失效界限时出现的塑性铰杆件数量均较少,但分布比较均匀;两种结构模型在两个主要受力方向均具有一定的延性性能,但其失效前的绝对变形较小,破坏前预兆性不显著。     

钢管空间拱桁架在不同场地条件下弹塑性地震响应对比分析

以跨度150m、矢跨比0.25的钢拱桁架结构体系为研究对象,基于四种场地类别分别建立四种模型,运用SAP2000软件和集中塑性铰理论,进行在地震波作用下的动力弹塑性性能分析.分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,分别获得了结构在不同场地类别下的失效承载力、节点位移响应、位移延性系数、塑性发展程度以及结构整体变形形态.结果表明:按多遇地震作用设计,场地由硬变软,用钢量变化很小,按满足罕遇地震下安全工作的性能要求进行设计,用钢量变化较大;在不同地震波作用下,拱桁架多因靠近跨中与拱脚附近的腹杆首先退出工作导致结构失效破坏;不管场地硬或软,结构失效时塑性发展程度均较浅,进入塑性的杆件数量均较少,最终破坏是由"薄弱部位"形成塑性铰区域导致结构成为机构而倒塌;场地由Ⅰ类到Ⅳ类变化时,对应结构失效界限地震波峰值的比值为1∶0.802∶0.766∶0.721.     

钢结构交错桁架体系在强震作用下的破坏模式

对钢结构交错桁架体系在强震作用下的工作性能进行了研究。通过采用改进的静力弹塑性(NSP)分析方法,在对一个交错桁架体系实例的原结构方案进行修改的基础上,分析了交错桁架结构布置方案在强震作用下的破坏模式和延性要求的一般特性,得到了不同布置方案在强震作用下的破坏模式特点和各个楼层的延性要求。分析结果表明:在强震作用下交错桁架体系的塑性铰发展多集中在桁架腹杆中,柱中一般无塑性铰出现,结构刚度退化小,变形能力强,具有良好的抗震性能和延性能力。     

不同强度钢材对钢管拱桁架动力破坏的影响

以跨度为180 m、矢跨比为0.2的三心圆钢管拱桁架结构为研究对象,采用有限元分析软件SAP2000对选用Q345、Q390和Q420三种不同强度钢材的拱桁架进行动力弹塑性分析,分析表明,随着钢材强度的提高,钢管拱桁架用钢量逐渐减少,而其弹塑性界限加速度峰值和破坏界限加速度峰值显著增大,说明采用高强度钢材可显著提高结构的抗震水平。     

钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构动力弹塑性分析

利用集中塑性铰有限元模型,对钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构进行了动力弹塑性计算,分析了结构的破坏模式,依据基于结构内容物的抗震性能指标,评价了该结构的抗震性能.研究表明:结构破坏集中在柱根,内柱首先出现塑性铰,结构进入塑性后,角柱的塑性发展程度最深;内柱与角柱为结构薄弱环节;钢桁架屈服杆件主要分布在悬挑端和柱头区;7度设防时,结构满足基于内容物抗震设防的基本目标,且在达到基本目标时承受的地震作用加速度峰值约为340 gal.     

灾难地震作用下平板网架结构整体安全运行设计方法研究

针对大跨度钢结构体系强震下的弹塑性性能评定,目前我国抗震设计规范缺乏相关规定,同时考虑避难救灾建筑的功能要求和设防特点,本文采用集中塑性铰理论和SAP2000软件,以某双层平板网架体育练习馆为例,进行基于"灾难地震基本运行"的抗震性能设计和性能评定方法的研究。结果表明:不同地震波作用下,该结构的破坏类型均为延性强度失效破坏,适宜地震避难所的功能要求;基于失效形态,通过对原结构"薄弱部位"进行加强,可以较小的代价使普通体育练习馆实现"灾难地震基本运行"的设防要求;基于塑性铰理论进行"灾难地震基本运行"的抗震设计较为简单,易被工程师掌握使用。     

多维地震下大底盘多塔楼隔震结构平扭耦联响应分析

采用串联刚片系模型,对隔震结构的多维地震响应进行了分析.基于弹性和弹塑性时程分析方法,利用SAP2000有限元软件探讨了双向水平地震输入时不对称多塔楼基础隔震、层间隔震和抗震结构的地震响应特性,比较了结构自振周期、结构位移、结构加速度、剪力、扭矩和塑性铰等特点.结果表明,采用隔震技术可以显著地降低地震的破坏作用并且减小塑性铰的数量和变形,而层间隔震对减小多塔楼结构体系的扭转作用更为明显.     

隔震结构动力弹塑性分析地震记录选择的波谱分类法研究

高层隔震结构动力弹塑性时程分析地震记录选择是隔震结构地震响应分析的关键,针对地震记录选取提出基于模糊聚类算法结合地震动强度指标进行地震波子集选取的波谱分类法。首先采用动力弹塑性时程方法对隔震结构的等效单自由度简化模型和三维空间模型进行了地震加速度峰值、地震波速度峰值、地震波位移峰值、地震波速度峰值与加速度峰值之比、加速度反应谱、等效速度反应谱6类地震动强度指标与工程需求参数相关性的比较研究,确定了适合隔震结构的有效地震动强度指标。隔震整体结构工程需求参数包含上部结构层间变形、顶层加速度和隔震层位移响应。其后采用构造的地震动指标矩阵应用于地震波样本属性的表征,并基于模糊聚类算法对地震波样本进行了分类。以某15层高层钢框架-混凝土核心筒隔震结构为例,通过将未分类的地震波集合与分类地震波子集作用下结构的地震响应离散性对比研究,确认了波谱分类法在地震动筛选应用中的有效性。     

失效时长和结构延性对基础隔震结构连续倒塌影响分析

利用SAP2000有限元软件建立了一个4层基础隔震框架结构,利用非线性动力分析方法,主要从构件不同失效时长和延性角度分析了基础隔震结构在地震作用下的抗连续倒塌能力。研究结果表明:拆柱后,剩余结构在地震作用下对构件失效时长比较敏感,且随着失效时长的增加,梁端塑性铰转角和失效点竖向最大位移都有所减小;随着梁截面高度的增加,梁端最大塑性铰转角有所减小,抗连续倒塌能力有所提高。     

高层隔震结构提离摇摆耦合动力理论模型及地震响应分析

针对地震作用下高层隔震结构摇摆倾覆问题,提出考虑隔震层刚心变动的摇摆提离耦合动力理论模型,给出了地震响应提离摇摆的3个界限(即临界提离受拉界限、摇摆界限和倾覆界限)公式。通过大高宽比隔震结构振动台试验,进行不同峰值加速度地震波作用下试验结果分析,得到在地震动峰值加速度0.4g输入工况中,结构在El Centro波下进入提离受拉状态,在Taft波作用下,结构响应较大,提前进入摇摆状态;而在峰值加速度0.6g输入工况中,两条波作用下结构均进入了摇摆界限,尚未进入倾覆状态,隔震层位移未超出GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》限值,但此时支座的拉伸应变均已超过10%的安全界限,属于危险状态。对比分析摇摆模型与试验得到加速度及滞回曲线,可知理论模型与试验结果具有较好一致性。最后,采用数值分析方法,研究了提离摇摆耦合动力模型对不同高宽比高层隔震结构地震响应的影响,得到不同地震动峰值对不同高宽比结构的3个临界状态的影响规律,即摇摆提离模型的扭转角与结构高宽比和输入地震动峰值加速度有较大关系,其中地震动峰值加速度的变化影响更为显著。