多层钢框架偏心支撑的抗震性能试验研究

偏心支撑钢框架结构是一种比较理想的多层钢结构抗侧力体系,刚度大,受力性能合理。为了研究偏心支撑钢框架在地震作用下的滞回性能,为多层钢框架偏心支撑结构体系设计提供试验依据,选用耗能梁长度为可变参数,完成了2个不同构造形式的弯曲型耗能梁-偏心支撑框架在水平低周循环荷载下的破坏试验,分析了框架的承载能力及变形特征,研究了框架的破坏模式。研究表明,偏心支撑框架在弹性阶段内具有良好的变形能力,屈服荷载和框架刚度随弯曲型耗能梁长度增加呈下降趋势;偏心支撑框架能够控制框架破坏模式,地震作用下框架在耗能梁段屈服后屈曲破坏,破坏发生在耗能梁端部翼缘和支撑与柱脚连接的节点板位置,降低了梁柱节点受力。     

T形件焊接加强型连接新型PEC柱-钢梁组合框架结构抗震性能数值模拟

利用ABAQUS对1榀两层单跨设置预拉对穿螺栓T形件焊接加强型连接新型卷边PEC-钢梁组合框架结构试验试件进行水平低周往复荷载下的抗震性能数值模拟。并对试件结构的滞回性能、水平抗侧刚度退化、节点连接性能、耗能性能、层间传力机理和破坏模式等抗震性能进行分析。结果显示:试件具有较高的承载能力和较大的初始抗侧刚度,且上下层初始抗侧刚度相差较大,随着加载导致试件损伤不断发展,上下层刚度逐渐衰减而趋向一致;试件下层受压PEC柱承担层间水平剪力60%,而上层层间剪力由PEC柱平均分担,且试件层间变形表现为剪切型模式;T形件焊接加强型连接实现了梁端塑性铰区远离节点区、节点区混凝土斜压带传力模式和节点连接部分自复位功效的设计目标,更好地满足了"强柱弱梁"的抗震要求;试件耗能主要通过PEC柱脚混凝土压溃与钢骨架屈服和T形件端部梁截面屈服来实现,且上下层耗能基本一致;试件结构最终破坏模式为T形件端部梁截面充分屈服和PEC柱脚部位钢骨架屈服与混凝土压溃形成塑性铰的塑性破坏机构,表明试件结构具有良好的延性及较好的抗震性能。     

基于子结构的薄钢板PEC柱-钢梁组合框架层间倒塌机理分析

为揭示薄钢板组合截面部分外包混凝土组合PEC柱-钢梁组合框架中间层倒塌机理,本文利用商业有限元软件ABAQUS,对采用预拉对穿螺栓端板狗骨式连接的薄钢板组合截面PEC柱-钢梁组合框架中间层子结构试验试件建模,并进行水平低周往复荷载下抗震性能的有限元分析。基于计算结果,分析试件结构的承载力与抗侧刚度、节点连接转动性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点区传力机理和破坏模式等抗震性能。研究结果表明:试件具有较高的承载力和较大的初始抗侧刚度;PEC柱平均分担试件层间水平剪力;预拉对穿螺栓表现出部分自复位功效;梁端截面削弱实现了塑性铰位置远离节点区,且保证了连接具有良好的转动能力和结构耗散地震能能力;试件最终破坏模式为所有梁端削弱截面形成塑性铰的塑性倒塌机构,对应节点连接转角和层间剪切角均满足中震层间侧移限值1/50要求,表明该结构体系具有良好的耗能能力和抗倒塌性能。     

穿斗式木结构抗侧力性能试验研究

为研究穿斗式木结构的抗侧力性能,采用传统工艺和国产杉木,依据徽派建筑中木构架的制式,设计并制作了足尺穿斗式木结构模型。通过单调加载试验,研究了模型的水平承载能力、变形性能、抗侧刚度、榫卯节点和柱脚节点等抗侧力性能。结果表明:木构架最大层间位移角可达1/16,整体变形性良好;榫卯节点的受力过程经历了弹性阶段和塑性发展阶段,具有较好的转动能力;但木构架各柱的水平受力并不均匀,结构失效模式表现为个别柱脚滑移超过础石导致局部破坏。同时,榫卯连接传递弯矩能力较弱,多道穿枋、斗枋和地脚枋可有效加强结构的整体性。     

新型卷边PEC柱(弱轴)-钢梁(BRS)端板连接组合框架滞回性能有限元分析

以采用端板预拉对穿螺栓的两层单跨新型卷边钢板组合截面PEC(弱轴)-钢梁(梁端削弱截面)组合框架结构试验试件为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行低周往复荷载下滞回性能有限元分析。研究结果表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度,两层初始抗侧刚度差距较大,随着加载引起结构损伤进程的发展,刚度差异不断减小;试件主要通过梁端屈服和PEC柱脚混凝土压溃与钢构架屈服耗能,上下层耗能分布均匀;采用端板预拉对穿螺栓连接和梁端削弱截面,不仅使连接具有部分自复位功效,且较好改善了连接的转动能力和抗震耗能需求;试件最终破坏模式为梁端和PEC柱脚处形成塑性铰的塑性破坏机构,层间侧移和连接转角均超过大震层间侧移限值(1/30),表明试件结构体系具有良好的抗震性能。     

天津津塔结构设计

天津津塔是一栋高336.9m的钢结构超高层建筑,主要抗侧力体系采用"钢管混凝土柱框架+核心钢板剪力墙体系+外伸刚臂抗侧力体系"组成。薄钢板剪力墙结构作为一种新的结构体系,充分利用薄钢板的拉力场效应,具有较大的弹性初始刚度、大变形能力和良好的塑性性能、稳定的滞回特性等优点。国内还没有类似工程的先例。基于大量的理论研究和试验研究相结合的研究成果,津塔结构设计解决了不同施工工况下钢板剪力墙设计,根据大震下柱脚拉压力设计双底板柱脚、钢管混凝土柱设计规范选择比较和弹塑性分析等技术难点。     

中心支撑框架中节点板抗震性能研究

在中心支撑框架结构中,支撑是主要的抗侧力构件,在地震作用下承受较大轴力并通过屈曲后面外变形耗能,而节点板常用于连接支撑与框架,其应有足够的承载力和刚度与框架协同工作,并避免节点板屈曲先于支撑屈服,进而保证体系的抗震性能。基于目前的施工经验和抗震规范,以华盛顿大学的试验为标准模型,选取节点板净距模型、切角及板厚为参数,利用有限元软件ABAQUS共建立6个模型,研究了不同参数对支撑框架节点的抗震性能的影响。分析表明,使用设计恰当的节点板,中心支撑框架的节点将有足够的变形能力确保支撑在跨中形成塑性铰。节点板的设计应同时考虑其受拉和受压性能。此外,节点板的设计中除考虑支撑荷载外,还应考虑框架对节点板的作用。     

新型卷边部分外包组合柱-钢梁端板连接组合框架层间抗震机理研究

为进一步研究新型卷边部分外包组合柱(PEC柱)-钢梁组合框架层间抗震机理,以新型卷边PEC柱-钢梁端板预拉对穿螺栓连接组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行水平低周往复荷载下抗震性能的有限元分析。基于计算数据整理,分析试件结构的承载力与抗侧刚度、节点连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点域传力机理和破坏模式等抗震性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和初始抗侧刚度;新型卷边PEC柱平均分担试件层间水平剪力;预拉对穿螺栓具有部分自复位功效;梁端连接具有较大的转动刚度,相应限制了其转动能力的发挥;试件最终破坏模式为所有梁端端板附近截面形成塑性铰的塑性机构,而相应层间剪切角和节点连接转角均超过设防烈度地震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好的抗震倒塌性能。     

梁柱式木框架-支撑体系低周反复试验研究

对4榀不同支撑形式、不同支撑连接节点螺栓数目的单层单跨梁柱式木框架足尺试件进行水平荷载低周反复试验研究,得到了木框架-支撑结构体系的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、有效刚度曲线和耗能等性能。试验结果表明:在木框架抗侧强度和支撑杆件强度保证的前提下,提高支撑连接节点螺栓数目,对提高木框架-支撑结构体系的承载力和抗侧刚度具有良好的效果。最后提出了"强框架弱支撑"的设计思想,建议以螺栓屈服作为第一道防线,节点的塑性发展作为体系耗能的基础,并给出了支撑连接节点的构造措施。     

重力-抗侧力可分钢框架体系受力性能分析

为研究重力-抗侧力可分钢框架体系的受力性能,以某个实际工程为建筑方案,利用ETABS和PKPM软件建立了15层的重力-抗侧力可分钢框架体系和刚接钢框架体系的结构模型,在地震作用下对2种体系进行弹性和弹塑性分析。经过对比分析后得到了以下结论:在用钢量基本相同的情况下,重力-抗侧力可分钢框架体系的抗侧刚度和结构性能与刚接钢框架体系的抗侧刚度和结构性能相近;重力-抗侧力可分钢框架体系的抗弯框架受力充分,塑性铰较少,能够更好地耗散地震能量;重力-抗侧力可分钢框架体系内侧梁柱的截面较小,能够有效解决钢结构建筑露梁露柱的问题;重力-抗侧力可分钢框架体系与刚接钢框架体系相比拥有大量的铰接节点,能够降低施工难度,大大缩短建设周期,具有更好的经济效益和社会效益。