基于失效模式的SRC框架-RC核心筒混合结构三水准抗震优化设计

本文以SRC框架-RC核心筒混合结构多目标优化设计为研究背景,通过引入损伤函数,将结构的工程造价和损伤量最小定为优化目标,并根据建筑结构“三水准”抗震设防的目标要求,以及结构在不同受力阶段各类构件的受力特点,提出三水准优化设计的方法：小震作用下,认为混凝土处于开裂的临近状态,假定钢材未发挥作用,仅有混凝土发挥作用,据此对结构构件的截面尺寸与混凝土用量进行优化;在中震作用下,框架与剪力墙处于协同工作状态,据此对整个结构满足层间位移差最小之目标的钢材用量进行优化;在大震作用下,结构处于塑性状态,剪力墙基本退出工作,据此对满足结构损伤值最小之目标的钢材用量进行进一步的优化。从而将一个多目标优化问题转化为多个单目标优化问题求解。综合考虑各种约束条件,运用遗传算法与准则优化法的结合 (亦即OC-GA混合算法),实施SRC框架-RC核心筒混合结构基于失效模式的三水准优化求解。通过引入一个24层SRC框架-RC核心筒混合结构的设计实例,对结构优化后的有限元模拟结果进行分析,证实了本文所采用的优化设计思路是有效、可行的。     

SRC柱-钢梁混合框架直接基于位移的抗震设计方法研究

型钢混凝土（SRC）柱-钢梁混合框架结构具有较好的抗震性能,在大跨度结构及高层建筑中得以广泛应用,然而对于SRC柱-钢梁混合框架结构的抗震设计方法研究较少。根据SRC柱-钢梁混合框架结构的特点,将其性能划分为使用良好、暂时使用、修复后使用、接近倒塌四个水平,采用层间位移角限值予以量化,并在此基础上提出SRC柱-钢梁混合框架直接基于位移的抗震设计方法。利用通用有限元软件ABAQUS中的PQ-FIBER模型对SRC柱-钢梁混合框架进行静力弹塑性分析,并采用已有的试验研究成果对PQ-FIBER模型的适用性进行了验证。采用此方法对某8层SRC柱-钢梁混合框架结构进行了设计,然后采用静力弹塑性分析法验证该方法的可行性,为SRC柱-钢梁混合框架结构直接基于位移的抗震设计方法提供一定依据。     

劲性装配式框架核心筒结构抗震性能试验研究

为研究劲性装配式框架核心筒体结构整体抗震性能,进行1:3的缩尺模型振动台试验,获得结构体系在地震作用下整体抗震性能与结构破坏模式,并考证叠合梁与钢管混凝土柱、叠合梁与抗震墙、楼板等连接节点在地震作用下的可靠性。结果表明,该结构体系具有较高的承载力及良好的整体抗震性能,节点连接形式总体能满足现行规范抗震设防要求。     

桁架式钢骨混凝土梁-钢骨混凝土柱梁柱组合构件抗震性能试验研究

提出了一种由桁架式钢骨混凝土(SRC)梁和钢骨混凝土(SRC)柱组成的框架结构新的节点形式。为了研究这种新型梁柱组合构件的抗震性能,对8个桁架式钢骨混凝土梁-钢骨混凝土柱框架边节点进行了低周反复荷载试验。试验观察并记录了各节点试件的破坏形态,测得其梁端荷载-位移滞回曲线、节点剪切变形、骨架曲线和梁端荷载-转角滞回曲线。以试验结果为基础,对节点的延性、耗能性能、承载力及刚度退化等抗震耗能性能进行了分析,讨论了含钢率、轴压比及角钢腹杆尺寸对节点受力性能的影响。研究结果表明,这种新型桁架式钢骨混凝土框架节点具有良好的延性及耗能性能,为其工程应用提供了理论依据。     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。     

扭弯比对SRC柱抗震性能影响的试验研究与分析

为研究扭弯比对弯曲和扭转复合作用下型钢混凝土组合（SRC）柱的受力及变形性能影响,以扭弯比为主要控制参数对7个SRC柱进行了弯矩和扭矩成比例加载的低周往复试验,研究分析了扭弯比对SRC柱的破坏特征、滞回性能、承载力以及变形等特征的影响规律,并建立了SRC柱在弯扭复合作用下的抗弯、抗扭承载能力及变形计算方法。研究结果表明：扭弯比是影响SRC柱抗震性能的主要参数,扭弯比参数决定了SRC柱的破坏类型;弯扭复合作用降低了SRC柱的抗弯、抗扭承载能力,但扭弯比对弯曲和扭转存在相反的影响;弯矩与扭矩成比例往复加载相比定扭矩弯矩往复加载,抗弯和抗扭承载力的相互影响程度减小且偏于安全。     

基于试验的斜交网格-核心筒结构概率地震易损性分析

利用外部网状斜交框架和内部钢筋混凝土核心筒,斜交网格-核心筒结构形成具有较强抗侧刚度的筒中筒结构形式,被广泛应用于超高层建筑结构。采用模拟地震振动台试验获得不同地震动水准下模型结构的地震动响应结果。在结构抗震可靠度的经验和计算分析方法基础上,分析不同水准下结构发生各级破坏的概率,研究斜交网格-核心筒结构体系的整体抗震性能。最后,由振动台试验结果显示斜交网格结构构件的截面尺寸改变所在楼层的斜柱先于底部楼层的斜柱发生破坏。提出基于模型结构的振动台试验的概率地震易损性分析方法,对不同地震设防水准下原型结构的破坏概率进行研究,获得斜交网格-核心筒原型结构的概率地震易损性水平。     

山地城市掉层框架结构抗地震倒塌能力研究

为改善坡地钢筋混凝土(RC)掉层框架结构抗侧刚度分布的不均匀性,设计了一栋在上接地层设置钢支撑的RC掉层框架结构,按1/4比例提取其顺坡向中榀框架下部5层子结构为试验对象,开展钢支撑-RC掉层框架拟静力试验,观测试件的破坏过程,并对比RC掉层框架试验所得试件的破坏形态,分析试件滞回性能、延性和刚度退化等抗震性能指标。结果表明：试件的最终破坏是以第4层柱底混凝土压溃,梁端混凝土剥落、底部钢筋断裂,顶层柱顶混凝土剥落为标志。与RC掉层框架试验结果相比,钢支撑-RC掉层框架试件上接地柱的破坏明显减轻,柱端破坏分布也更为均匀,避免了掉层框架结构“半层破坏模式”的出现,改善了结构的耗能和抗地震倒塌能力。但试件上接地层相邻上一层的变形和破坏程度较大,应对该楼层的柱端进行适当的抗震加强;设置钢支撑后,试件的滞回曲线较为饱满,并具有良好的延性(正、负向加载的位移延性系数分别可达5.13、5.69),正负向加载的刚度退化曲线也趋于对称。

     

不同类型连梁框架-核心筒结构抗震性能研究

为了研究不同类型连梁对结构抗震性能的影响,利用结构性能评价软件PERFORM-3D对两个设置不同类型连梁的钢筋混凝土框架-核心筒结构进行模态分析、反应谱分析和不同水准地震作用下的动力时程分析。以结构的动力特性、力和位移响应、罕遇地震下结构弹塑性耗能组成和损伤等指标作为性能评估参数,对比分析了不同类型连梁对框架-核心筒结构抗震性能的影响。研究结果表明,不同类型连梁耗能能力相差较大,对框架-核心筒结构的抗震性能有较大影响,设置了弯曲型连梁的框架-核心筒结构在罕遇地震下的塑性耗能主要由连梁提供,核心筒本身具有二道抗震防线,其整体抗震性能优于设置剪切型连梁的结构。     

不同地震作用方向下混凝土核心筒基于增量动力分析的抗震性能评估

强震作用下,核心筒对混合结构发生破坏乃至倒塌有着重要影响。选择合适的地震输入,进行核心筒在双向或多向地震作用下的地震反应分析是值得深入研究的。采用动力时程分析方法,通过不同方向地震作用与单向地震作用下混凝土核心筒的地震效应对比可知,在进行结构设计时,大震作用下,斜向地震作用下的内力要明显偏大,仅考虑单向输入的水平加速度的设计结果会偏于不安全。并通过输入与Y轴45°斜向地震记录基于单条地震记录的增量动力分析方法（IDA方法）对核心筒进行抗震性能评估。结果表明,斜向地震输入对核心筒IDA曲线有一定影响,但各性能点对应的量化位移指标与Y向单条地震输入时相差不大。     

压弯剪扭实腹型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,以截面尺寸、型钢含钢率、纵筋配筋率、体积配箍率和栓钉位置为变化参数,完成了12根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱的压弯剪扭低周反复试验。观察了试件在复合受扭状态下的破坏形态,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能及延性性能。结果表明：在压弯剪扭受力状态下,所有试件均发生弯扭破坏;荷载-柱顶位移滞回曲线呈饱满的梭形,扭矩-扭转角曲线为捏拢的“S”形;增大截面尺寸和配筋率可有效提高SRC柱的抗扭和抗弯承载力;峰值荷载前,抗扭刚度的退化速率明显快于抗弯刚度的退化速率,增大型钢含钢率和配筋率可延缓SRC柱的刚度退化;SRC柱的抗弯耗能能力优于抗扭耗能能力,扭转延性大于弯曲延性;与方形截面相比,矩形截面具有更好的扭转变形能力;在工字钢翼缘上焊接栓钉可有效提高SRC柱的抗震性能;根据现行规范和试验数据,提出SRC柱构造设计的相关建议和扭转耗能退化的经验公式。     

型钢混凝土异形柱框架滞回性能分析

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱框架的滞回性能,对3榀框架模型进行低周反复加载试验,结果表明:SRC异形柱框架的滞回曲线饱满对称,耗能能力较强;实腹式配钢框架的抗震性能比空腹式更为优越。基于OpenSees系统对SRC异形柱框架的滞回性能进行有限元分析,计算结果与试验结果符合较好。根据试验及有限元模拟结果,得到SRC异形柱框架的骨架曲线模型和卸载刚度退化规律,进而建立其恢复力模型,为该新型结构体系的弹塑性分析提供参考。     

实腹式型钢混凝土异形柱框架刚度与承载力试验研究

通过2榀实腹式配钢的型钢混凝土(SRC)异形柱框架的低周反复加载试验,获得其破坏特征和荷载-位移滞回曲线,分析其刚度和承载力。结果表明,实腹式配钢的SRC异形柱框架具有良好的抗震性能,破坏机制为梁铰机制;刚度退化由快到慢,呈现出较好的规律性;对SRC异形柱框架的弹性层刚度进行计算,结果与试验结果符合较好;承载力衰减随加载位移的增加而增大,但当位移小于5#x00394;_y时,同级位移下承载力衰减较小;实腹式SRC异形柱框架的层间受剪承载力可采用柱底塑性铰法进行计算。     

T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

为研究T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架的抗震性能,进行了1榀3层2跨、缩尺比例为1：3的框架试件拟静力试验,了解其破坏形态、滞回曲线和骨架曲线,分析了试件的延性、耗能能力、刚度和强度退化规律。基于纤维模型对框架试件进行了数值模拟,研究了结构抗震性能在不同轴压比、配钢率和混凝土强度下的变化规律。结果表明：在水平低周往复荷载作用下,试件出现\     

型钢混凝土异形柱框架地震模拟振动台试验及数值模拟

为研究型钢混凝土异形柱框架的抗震性能,对1/4缩尺空间框架模型进行了地震模拟振动台试验,观察了模型在不同烈度地震作用下的破坏情况。采用OpenSees程序建立有限元模型进行动力分析,通过模型的动力特性、加速度反应及位移反应的对比,计算结果与试验结果吻合较好,进而对结构的楼层位移和层间位移角沿高度的分布及构件的应变和弯矩-曲率滞回曲线进行了分析。结果表明:型钢混凝土异形柱空间框架地震破坏时梁端先于柱端形成塑性铰,整体变形呈剪切型;与L形角柱及十形中柱相比,T形边柱受力更为不利;与中框架梁相比,边框架梁受力更为不利。     

基于性能的高层混合结构地震易损性分析

研究地震作用下高层钢框架-混凝土核心筒结构的易损性问题。通过基于性能的静力弹塑性分析,根据结构极限损伤状态定义了混合结构地震需求参数的四个性能水平限值。考虑地震动输入的不确定性,通过弹塑性动力时程分析获得结构地震响应,建立了两个地震需求参数与地震动强度指标之间的关系,结合性能水平限值提出能有效评估结构地震响应的易损性分析方法。最后对两个不同节点连接方式的高层混合结构进行了基于性能水平限值的地震易损性分析,绘制结构的地震易损性曲线,对结构抗震性能进行评估和对比分析。     

不同参数钢筋混凝土核心筒抗震性能研究

为了研究钢筋混凝土核心筒的破坏机理和在不同参数下的抗震性能,该文采用基于性能结构分析软件PERFORM-3D,对钢筋混凝土核心筒在静力水平荷载作用下的受力性能进行了三维非线性数值模拟,通过与模型试验结果的对比,验证了所选弹塑性模型分析钢筋混凝土核心筒抗震性能的有效性和准确性。在此基础上,对混凝土核心筒进行参数分析,系统分析了轴压比、连梁跨高比、连梁纵筋配筋率、试件高宽比等不同参数对钢筋混凝土核心筒抗震性能的影响规律。计算结果表明,混凝土核心筒承载力随着轴压比的增大而提高,但当试验轴压比达到0.4后,承载力出现降低,变形能力随轴压比增大而降低;随着高宽比的增大,核心筒承载力降低,变形能力提高,同时,试件破坏模式也发生变化;增大连梁刚度较大地提高了试件承载力,但也严重降低了试件的延性变形性能。此外,通过核心筒试件的弹塑性损伤分析,得到核心筒试件损伤发展顺序以及各构件屈服情况。     

斜向加载钢筋混凝土核心筒抗震性能的试验研究

为了研究混凝土核心筒在不同地震作用方向的破坏机理和抗震性能,进行了一个沿主轴45#x000b0;方向和一个沿主轴0#x000b0;方向加载的混凝土核心筒的水平低周反复荷载试验。研究了在不同加载方向下钢筋混凝土核心筒的破坏模式、层间滞回性能、耗能能力、墙肢截面应变、承载力、变形及延性性能、薄弱部位、强度衰减等。结果表明,加载角度对核心筒的破坏模式和抗震性能产生较大影响,增大加载角度,试件的损伤由两片腹板墙体逐渐向所有墙体发展,混凝土核心筒的空间性能发挥的较充分,受力模式发生改变,水平承载力和基底弯矩有一定程度的提高,最大层间位移角变化不大,但其层间延性系数有所降低。     

芯筒式双法兰刚性连接平面及减震框架试验对比分析

该文提出一种芯筒式双法兰刚性连接平面钢框架及其减震框架,设计并完成了两种框架的子结构拟动力试验,通过对比分析两榀框架的滞回性能、典型部位应变变化、抗侧刚度、耗能能力等指标,研究该类框架的抗震性能。结果表明:在8度多遇及设防地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器可以提供刚度,控制层间位移角,减轻甚至避免结构塑性损伤;在8度罕遇、8度(0.30 g)罕遇、9度罕遇地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器进行滑移摩擦耗能,耗能能力稳定,有效延缓结构塑性损伤,减震框架结构刚度、耗能能力均优于平面框架,平面框架和减震框架芯筒式双法兰刚性连接节点抗震性能良好且减震框架节点抗震性能优于平面框架。     

角柱失效下钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌能力研究

为研究角柱失效工况下钢管混凝土组合框架的抗连续倒塌性能,该文设计了1/4缩尺比例的两层两跨钢管混凝土柱-组合梁平面框架试件,对拆除角柱构件的剩余结构进行单调静力加载,获得该类结构的荷载-位移关系曲线、整体/局部破坏模式以及构件关键部位的应变曲线;在此基础上,采用能量等效原理分析该类结构的倒塌等效动力效应,并对该类结构的抗倒塌能力进行简要评估。研究结果表明:角柱失效工况下,钢管混凝土柱-组合梁框架受力过程主要经历了四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、内力重分布阶段和破坏阶段;试件整体破坏主要集中于失效跨,破坏特征主要以钢梁断裂和扭曲变形为主,且二层钢梁先于一层钢梁发生破坏;压型钢板组合板受力过程中与钢梁发生局部分离,部分栓钉拔断;失效跨二层钢梁翼缘开裂时,框架内力通过相邻柱向一层钢梁传递。基于试验结果和能量平衡原理的结构动力响应简化评估方法,发现角柱失效工况下该类结构仍具有15.3%的抗连续倒塌剩余能力。