高宝大厦巨型框筒结构静力弹塑性(Pushover)分析

将结构静力弹塑性分析与地震反应谱结合起来的Pushover方法是一种简单有效的结构抗震能力评定方法,已在我国逐渐得到推广应用.依据该法基本原理,对上海高宝大厦的巨型框筒结构进行罕遇地震下的抗震分析,得到性能点处的层剪力、层间位移角曲线和塑性铰分布.计算结果表明,该结构符合"强柱弱梁"的原则,能满足大震不倒的设防要求.     

含可更换剪切型耗能梁段的组合钢框筒截面尺寸预估方法探究

含可更换剪切型耗能梁段组合钢框筒可克服传统钢框筒延性差和震后修复困难的缺点,有助于其在较高烈度区的应用。高层钢框筒用轴压比和等效实膜筒法确定的构件截面尺寸较粗糙,需反复试算和调整。为方便所提出的组合钢框筒结构的初步设计和抗震性能研究,给出了该新型结构各构件截面尺寸的预估方法,并通过组合钢框筒算例利用双向地震弹塑性时程分析方法验证了所提出预估方法的有效性;同时比较了罕遇地震下钢框筒与组合钢框筒的层间位移角、楼层位移、基底剪力、剪力滞后效应、塑性铰分布。研究表明:所给出的构件尺寸预估方法具有较好的效果,能够实现罕遇地震下塑性变形集中于耗能梁段,便于震后修复和功能恢复;罕遇地震下,相对传统钢框筒,组合钢框筒的各楼层的弹塑性层间位移角、楼层位移均明显减小,且其水平主向的基底剪力峰值明显减小,具有良好的减震效果,此外其角柱的轴力绝对值明显降低,减小了剪力滞后效应。     

含可更换剪切型耗能梁段的组合钢框筒性能优势研究

针对传统框筒结构延性差和震后修复困难的问题,提出了一种新型框筒结构形式——含可更换剪切型耗能梁段的组合钢框筒结构。为了体现这种结构的性能优势,利用SAP2000软件进行了静力弹塑性分析,将其与传统钢框筒结构(1个Q460钢框筒结构和2个Q345钢框筒结构)的承载力、层间位移角、楼层剪力、层刚度、剪力滞后效应、塑性铰分布和用钢量进行了对比,并给出一些设计建议。分析结果表明:该新型结构相对于Q345钢框筒结构可节省用钢量约15.5%;其翼缘框架剪力滞后效应与传统钢框筒结构相差不大;该新型结构的延性系数为1.73,相较于传统钢框筒结构的延性系数可提高26.3%;与传统钢框筒结构相比,该新型结构在中震和大震下可降低地震作用约20.1%和33.6%,并且将结构的塑性变形集中在可更换耗能梁段上,方便震后的识别和替换。在高烈度区,该新型结构的主体抗侧力构件钢材建议采用Q390~Q460,剪切型耗能梁段钢材建议采用LY160~Q345。     

成都传媒中心大厦结构方案选型与抗震性能分析

成都传媒中心大厦是由一组交错布置的裙房和超高层办公塔楼组成的不规则结构,外立面为三角形网格。结构利用建筑立面造型的三角形网格,形成具有良好承受水平和竖向荷载能力的空间外框筒结构体系,内部则采用框架结构体系。从结构受力特点、节点构造设计、抗震性能、施工可行性等方面对外框筒结构选型进行了综合比较分析,外框筒主结构体系采用钢结构。对内部有无核心筒进行了对比分析,计算表明可以取消内部核心筒。通过对钢结构、钢筋混凝土结构以及钢骨混凝土结构三种方案结构选型综合分析,钢结构方案结构性能最优。最后专门对钢结构方案进行了Push-over抗震性能分析,在7度罕遇地震性能点,结构构件仍处于弹性状态,无塑性铰出现,结构的最大的层间位移角发生在结构立面收进位置,且都能满足规范的变形要求。对结构进行继续加载,主要出铰位置为结构外框的角部及外框收进开洞部位,随后结构的部分梁出现塑性铰,柱无塑性铰出现,满足"强柱弱梁"。当结构的顶点位移达到结构     

基于SAP2000的钢筋混凝土框架静力弹塑性分析

对一榀框架结构进行了静力弹塑性分析,得到了结构模型在不同Pushover分析步骤时对应的顶点位移、基底剪力、塑性铰出现顺序和发展情况,研究了基底剪力-顶点侧移图和反应谱位移-加速度图。分析结果表明,该框架结构符合"强柱弱梁"的抗震设计原则,且满足第一阶段的抗震要求及第二阶段抗倒塌验算。     

含可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能分析

针对传统钢框筒结构地震耗能差和震后修复难度大等问题,结合剪切型耗能梁段耗能能力强及震后易修复、钢框筒抗侧刚度大、高强钢强度高且节约材料的优点,提出一种新型高层钢结构形式——含可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS)。给出了HSS-FTS的初步设计方法和耗能梁段的布置原则。为比较HSS-FTS和传统钢框筒结构(FTS)的抗震性能,采用SAP2000各建立了一个40层的HSS-FTS和FTS有限元模型,验证了有限元建模的合理性,分别对两个结构进行反应谱分析和动力弹塑性时程分析。结果表明:多遇地震下,HSS-FTS和FTS的层间位移角、基底剪力、楼层剪力和剪力滞后效应无显著差别,HSS-FTS可以满足抗震规范层间位移角的限值要求。罕遇地震和超大震作用下,HSS-FTS的柱轴力分布相比FTS更为均匀,减小了结构的剪力滞后效应,HSS-FTS的塑性铰主要集中在耗能梁段处,改变了FTS的塑性铰发展机制,具有理想的破坏模式。在罕遇地震和超大震作用下,HSS-FTS的层间位移角相比FTS分别降低了11.98%和13.63%,可有效减小震后结构的残余变形,降低耗能梁段的更换难度。HSS-FTS改变了FTS的耗能机制,在罕遇地震和超大震作用下,其耗能量相比FTS分别提高了86.58%和151.09%,其耗能能力显著提升,有效降低了结构的水平地震作用,可减轻除耗能梁段外的非耗能构件受损程度,此种新型高层钢结构形式更易于震后修复与功能的快速恢复。     

新型高层装配式蜂窝型钢网格盒式双筒结构静力弹塑性分析

为了研究新型高层装配式蜂窝型钢网格盒式双筒结构的弹塑性力学性能,基于Midas/Gen程序对结构进行Pushover分析,重点分析了大震作用下新型结构和常规结构的性能点、层间剪力、层间位移以及铰状态发展等情况.研究结果表明:大震作用下,两种结构均可得到性能点,新型结构达到性能点的步骤更晚,能够承受更大的剪力和最大位移;两种结构的弹塑性层间位移角满足规范要求;新型结构铰达到塑性阶段的数量更少,满足大震不倒要求.     

钢框架-钢板剪力墙结构的抗震性能分析

基于三拉杆等效模型和静力非线性分析方法,利用SAP 2000对3跨钢框架-钢板剪力墙结构进行静力推覆分析。在侧向荷载作用下,通过对钢框架-钢板剪力墙结构的底部剪力-顶点位移关系、层间位移、结构塑性发展、楼层剪力分配等指标的分析,研究梁柱节点采用刚性连接和半刚性连接时整体结构的抗震性能。结果表明:在整体结构处于弹性阶段时,钢板剪力墙承担的水平剪力为楼层剪力的50%,整体结构进入弹塑性状态时,钢板剪力墙结构承担70%~80%的楼层剪力;在侧向荷载作用下,钢板剪力墙最先进入屈服阶段,而后是框架梁端部出现塑性铰,最后部分框架柱端形成塑性铰,符合多道抗震防线的要求,具有良好的抗震性能。     

基于SAP2000的错层结构动力弹塑性时程分析

基于SAP2000建立常规错层结构和新型带钢管混凝土柱错层结构的有限元模型,并改变错层高度和钢管混凝土柱的截面尺寸两个参数。进行动力弹塑性时程分析,得出位移、位移角、基底剪力以及塑性铰出现的顺序和分布情况,对比各个错层结构模型的抗震承载能力的优劣,对错层结构抗震设计提供有效的参考方案。     

罕遇地震作用下的弹塑性时程分析及抗震性能化评价在工程中应用

按照弹塑性性能、内力等效原则,采用"等效柱"代替框剪结构中的剪力墙进行弹塑性时程分析,从而按照杆元单元的塑性铰来模拟实际结构中的剪力墙塑性性能。本文结合实际工程,分析了结构在罕遇地震作用下地震反应,包括层间位移、塑性铰出现的先后顺序、位置,以及塑性铰破坏的程度,从而达到结构抗震性能化目标。     

基于PERFORM-3D某框筒结构抗震性能分析

以高烈度区某框筒结构为例,在罕遇地震下,采用PERFORM-3D软件对该结构进行弹塑性时程分析,从结构层间位移角、基底剪力对结构的抗震性能进行分析。分析表明:该结构层间位移角满足规范限值1/100的要求,结构在罕遇地震下的破坏并不很严重,结构进入塑性化程度不高。     

含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构抗震性能研究

地震作用下,传统钢框筒结构难以实现强柱弱梁的设计理念,大震下柱端往往先于梁端出现塑性铰。针对这一问题提出了含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,即在裙梁中设置可更换的剪切型耗能梁段,大震作用下结构利用剪切型耗能梁段良好的弹塑性变形能力进行耗能,其余构件仍处于弹性状态或部分发展塑性。设计了一组算例结构,包括传统钢框筒结构和含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,采用SAP2000有限元分析软件对算例结构进行了弹性和弹塑性地震反应分析,对比了传统钢框筒结构和不同耗能梁段布置形式的含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构在多遇地震、罕遇地震和极罕遇地震作用下的抗震性能和破坏模式。结果表明:在裙梁中设置剪切型耗能梁段对结构整体刚度的影响较小,含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构改变了传统钢框筒结构的耗能机制,主要通过耗能梁段的剪切变形代替裙梁端部塑性铰耗能。罕遇地震作用下耗能梁段全部进入塑性耗能,震后仅需替换损伤严重的耗能梁段即可快速恢复结构的使用功能。极罕遇地震作用下,传统钢框筒结构达到极限状态,而含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构的耗能梁段进一步发展塑性,其余构件保持弹性,结构具有足够的安全储备。     

可更换剪切型耗能梁段-高强钢框筒结构抗震性能分析

传统钢框筒结构(FTS)耗能能力较差,震后难以快速恢复。为了提高传统钢框筒结构的耗能能力、经济性以及实现震后快速恢复,结合剪切型耗能梁段良好的塑性变形能力、高强钢强度高节省钢材的优势以及钢框筒结构较大的抗侧刚度,提出可更换剪切型耗能梁段-高强钢框筒结构(HSS-FTS)。为了研究和对比HSS-FTS与传统FTS的抗震性能,设计了2个不同耗能梁段布置方式的HSS-FTS算例结构以及1个FTS结构算例,采用SAP2000软件建立其有限元模型,通过推覆分析和非线性动力时程分析对有限元模型的抗震性能进行分析和对比。结果表明:结构的设计指标均能满足规范要求;在推覆过程中,HSS-FTS的耗能梁段均先屈服形成塑性铰,然后裙梁梁端逐渐屈服形成塑性铰,最后底层柱端形成塑性铰,结构达到极限状态,具有理想的屈服模式; FTS的塑性铰集中在中下部楼层的裙梁端部和个别柱端,增加了结构倒塌的风险;在大震作用下,所有算例结构的层间侧移角满足规范限值要求,且HSS-FTS比FTS具有更好的延性和耗能能力; HSS-FTS的塑性铰集中在耗能梁段,其余构件保持弹性,震后仅需更换损伤严重的耗能梁段即可实现结构功能的快速恢复。     

含不等高箱梁异型节点大型火电主厂房钢框排架结构拟动力试验研究

为研究大型火电厂含异型节点钢框排架主厂房的抗震性能,对缩尺比为1∶10的1 000 MW级火电主厂房钢框排架模型结构进行拟动力试验。输入El Centro波、Taft波和兰州地震波,地震动加速度峰值分别相当于8度多遇地震和7.5、8度设防烈度地震和8、9度罕遇地震,实测了模型结构的应变分布、加速度反应和位移反应。分析了模型结构的滞回特性、加速度放大系数、位移时程曲线以及塑性铰分布。结果表明:含异型节点火电钢框排架主厂房结构总体具有较好的抗震性能,能满足规范"大震不倒"的要求,但由于异型节点处煤斗梁刚度较大且该处承受较大的竖向荷载(煤斗及储煤质量),导致其层间位移分布与无刚度或质量突变的常规钢框架规律不同;异型节点处存在着明显的"强梁弱柱"现象,该类节点大梁底面柱端易产生塑性铰,不利于耗能和抗震。     

框架-核心筒结构耗能减震层的减震效果分析

本文提出了耗能减震层的概念,对比分析了在地震作用下普通框筒结构、带加强层的框筒结构和带耗能减震层的框筒结构的抗震性能和构件的内力变化.计算结果表明,在对结构位移控制效果接近的情况下,采用加强层的结构不仅增大了基底剪力和弯矩,而且框架柱的内力在加强层附近产生突变,而采用耗能减震层能有效地减小这些变化,与前者相比,大大提高了结构的抗震性能.     

耗能梁段布置方式对含可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能的影响

针对传统钢框筒结构地震耗能差、震后修复难度大和难以实现"强柱弱梁"的设计理念等问题,提出了一种新型高层钢结构体系——含可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS)。为研究耗能梁段布置方式对HSS-FTS抗震性能的影响,设计了30层的HSS-FTS系列算例并建立其有限元模型,依据提出的耗能梁段布置原则,给出了6种不同的耗能梁段布置方式。验证了有限元建模的合理性,对有限元模型分别进行反应谱分析、静力Pushover分析和动力弹塑性时程分析。分析结果表明:HSS-FTS改善了传统钢框筒结构的耗能能力,主要依靠耗能梁段塑性剪切变形耗散地震能量。不同的耗能梁段布置方式对结构的基底剪力、层间侧移角、承载能力、耗能能力、剪力滞后效应、塑性铰发展模式以及震后残余层间侧移角均有显著影响,但对结构的整体抗侧刚度影响较小。耗能梁段采用间隔布置3跨或连续布置5跨时,HSS-FTS在强震下的层间侧移角分布均匀,没有薄弱层出现,对震后残余层间侧移角的控制效果更为显著,且具有优良的耗能能力和理想的整体失效模式。     

水平地震作用下错位转换高层建筑结构的Pushover分析

采用Etabs对一错位转换高层结构进行了水平地震作用下的静力弹塑性(Pushover)分析.分析了侧推过程中的塑性铰出铰情况、结构位移变化情况、剪力在各竖向构件之间的传递情况、基底剪力-顶点位移曲线,在比较结构的能力曲线和需求谱基础上,对其抗震能力进行了初步的分析.研究分析表明,错位转换层的存在会使结构临界破坏状态出现较大的扭转反应;上部转换层下的框支柱和其上部墙体可能为结构最不利受力构件.     

框架-阻尼框筒结构抗震性能模型试验研究

为了验证框架-阻尼框筒结构的抗震性能,通过对1∶2缩尺的两层单跨阻尼墙-框架结构模型开展往复加载试验,研究在循环荷载作用下结构模型的破坏特征、承载力、延性、刚度退化、承载力退化和耗能能力。结果表明：随着位移的增加,阻尼墙最先屈服,然后梁出现塑性铰,最后柱出现塑性铰;整体结构屈服荷载和峰值荷载分别为1 012.5 kN和1 253.7 kN,极限层间位移角为1/31,位移延性系数超过4.13,刚度退化平稳,承载力退化缓慢;阻尼墙在屈服前为结构提供50%刚度,屈服后为结构提供34%～45%的承载力;框架-阻尼框筒结构在多遇地震和罕遇地震作用下的层间位移角限值可分别取1/550和1/50。     

填充墙对混凝土框架结构抗震性能影响的静力弹塑性分析

采用三支杆模型建立了填充墙框架结构的力学模型,分别对两类填充墙框架结构和纯框架结构进行了两种常规侧向力加载模式下的静力弹塑性分析,研究了结构的基底剪力-顶点位移关系曲线、性能点处结构的层位移和层间位移角以及塑性铰的发展情况.计算结果表明,填充墙的加入使结构抗侧移能力和承担的剪力显著增大,填充墙的不合理布设使结构出现薄弱层,易导致结构整体倒塌.在结构抗震设计中,应考虑填充墙与框架结构协同工作.     

带有剪力墙(筒体)结构静力弹塑性分析方法与应用

按照弹塑性性能等效、内力等效的原则,介绍了一种采用“等效柱”代替框剪结构中的剪力墙进行静力弹塑性分析的新方法,从而能够按照柱单元的塑性铰来模拟实际结构中剪力墙的塑性性能,并在实际工程中得到了应用,获取了静力弹塑性分析中剪力墙的各种有用的信息,其中包括层间位移、塑性铰出现的先后顺序、位置,以及塑性铰破坏的类型和破坏的程度等。结果表明,该方法是目前对带有剪力墙(筒体)结构进行静力弹塑性分析的有效方法。