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。     

可恢复功能的预应力装配式钢框架动力弹塑性分析

针对提出的可恢复功能的预应力装配式钢框架结构体系,采用ABAQUS软件对其整体结构进行了模态分析和动力弹塑性分析,并与刚接框架及可恢复功能的预应力钢框架在不同水准地震动下的楼层基底剪力、层间位移角、残余位移角、等效塑性应变以及结构耗能等性能进行对比分析。研究表明:可恢复功能的预应力装配式钢框架在8度多遇、设防地震作用下基本保持弹性,在8度罕遇地震时结构主要依靠阻尼耗能和摩擦阻尼器耗能,非弹性耗能相对较少,减少了主体结构的塑性发展和损伤程度,具有良好的抗震性能和恢复结构功能的能力。可恢复功能的预应力装配式钢框架在层间位移角控制和减少主体结构塑性性能方面优于可恢复功能的预应力钢框架。     

中空夹层钢管混凝土组合框架的拟动力试验EI北大核心CSCD

以高强单边螺栓连接的中空夹层钢管混凝土柱与型钢-混凝土组合梁是一种装配式框架组合结构。为了研究该组合结构在罕遇地震时的动力响应和局部构件的变形损伤,使用OpenSees软件和MTS液压伺服加载设备进行了多层框架拟动力试验,其中易于损伤的底部两层框架设置为试验子结构。具有水平随动能力的轴力加载是试验的技术难点之一,将省略轴力的简化边界和具备水平随动轴力的近似边界进行对比试验,结果表明:罕遇地震作用下,装配式框架的梁柱节点率先屈服,节点转动耗散了地震能量,从而避免梁端出现塑性铰;使用高强单边螺栓连接的梁柱节点属于半刚性连接,导致框架的层间位移角略大于抗震规范2%的限制;轴力略微有利于增加中空夹层钢管混凝土柱抗侧移刚度,省略轴力的试验加载方案是一种可接受的边界简化。     

三种非线性梁柱单元的研究及单元开发

罕遇地震作用下混凝土梁柱构件易进入塑性阶段而发生弹塑性损伤,正确地模拟结构进入非线性状态后的力学行为对评价结构的抗震安全性具有重要的意义.通过面向对象语言编制了基于宏观单元的结构弹塑性分析软件平台MESAP,增加了三种非线性梁柱单元:基于刚度法纤维单元、基于柔度法纤维单元及基于柔度法的塑性铰单元.通过算例分析三种非线性...     

梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能研究

采用试验和数值的方法对梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了研究。试验结果表明:在设计水准下腹板开圆孔的钢框架仍能够满足现有规范的相关要求,结构性能并没有因为梁腹板开孔削弱而降低;在强震作用下,梁腹板削弱处率先形成空腹梁机制,结构通过梁的局部变形来耗散地震能量,形成所谓的"强柱弱梁,强节点弱构件"延性框架。该文以一栋在Northridge地震中梁柱节点遭受严重破坏的17层钢框架结构为算例,对腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了数值分析。分析结果表明:在原框架的梁腹板开设一定大小的圆孔后,并没有降低结构的刚度;在强震作用下,腹板开圆孔的钢框架形成了"强柱弱梁、强节点弱构件"的延性框架,最大塑性区移至梁腹板削弱处,最大限度的减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的抗震性能。     

腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架的抗震性能研究

腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架是一种新型的抗震结构体系。为分析其抗震性能,对自定心框架的数值模拟方法进行了研究,并利用梁柱节点的低周反复加载试验数据对数值模型进行了验证。由此建立起一榀4跨6层自定心框架的数值模型,并分别对自定心框架和传统现浇节点框架进行了非线性的静力分析和动力时程分析。分析结果表明:在多遇地震作用下,自定心框架和传统现浇框架具有相当的抗震性能;在罕遇地震作用下,传统的现浇节点框架残余变形较大,而自定心框架具有良好的能量耗散能力、自定心能力和抗弯能力,综合的抗震性能优于传统现浇节点框架结构。     

考虑墙体作用的低层冷弯薄壁型钢轻型房屋住宅体系弹塑性动力分析

低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系的抗震性能是进行该类结构推广应用的关键。该文基于ANSYS软件建立了该类结构体系的数值模型,在考虑冷弯薄型钢构件及门窗洞口加强与否、考虑组合墙体作用与否等情况下,分别进行了设防烈度为7度时常遇地震下的静力分析和弹性时程分析和设防烈度分别为7度、8度和9度时罕遇地震下的弹塑性时程分析。结果表明:常遇地震作用时结构弹性层间位移由风荷载控制,罕遇地震作用下结构弹塑性层间侧移则由地震作用控制;是否考虑组合墙体及墙面板材料特性对结构承载力、变形及抗震性能影响显著。在设防烈度分别为7度、8度和9度时的罕遇地震作用下,考虑组合墙体时结构最大弹塑性层间位移角可满足现行抗震规范(GB50011-2010)要求,双面OSB墙面板且角柱进行加强时抗震性能最好。该文结果可为进一步进行此类结构体系的抗震性能研究及应用提供参考。     

不同焊接节点构造形式钢框架整体抗震性能分析

为系统全面地对比不同构造形式对于焊接节点钢框架抗震性能的影响,该文采用通用有限元软件ABAQUS,建立多尺度钢框架非线性有限元模型,应用国内外典型试验结果,验证了精细模型和多尺度有限元模型的准确性和等效性。通过建立9种不同节点构造形式的钢框架多尺度模型,进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,与标准型节点框架在结构变形、基底剪力、塑性耗能、断裂倾向指数等方面进行对比分析,深入探讨不同节点构造形式对钢框架抗震性能的影响,为工程应用提供参考依据。分析结果表明:只要设计合理,局部构造差异对于结构变形的影响不大,不会引起刚度的突变进而对结构造成不利的影响;对于局部加强节点框架,没有造成基底剪力的增加(少数增加最大为6%),降低了结构的地震响应,这对于结构抵抗地震荷载起到有利作用;改变节点构造可以显著地改善节点焊接接头处的断裂倾向,减缓节点焊接处的应力集中现象,使得破坏发生在母材而不是焊缝处,进而发生延性破坏避免脆性破坏。     

蜂窝式钢框架结构抗震性能试验研究

该文通过低周反复荷载试验对蜂窝式钢框架抗震性能进行研究。分析其在地震作用下的受力过程、破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性等抗震性能。分析结果表明:蜂窝框架在地震作用下有较好的抗震能力,结构的破坏特征主要体现在蜂窝梁上;通过腹板开孔削弱可以控制梁端塑性铰形成位置,使得最大塑性区移至梁腹板削弱处,减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的延性。     

节点性能对分层装配支撑钢框架抗震性能的影响研究

该文以分层装配梁贯通式支撑钢框架为对象,通过引入节点弯矩-转角本构模型的数值模拟方法,研究节点刚度和承载力设置对结构体系抗震性能的影响。分析结果表明,节点刚度对结构自振频率影响不大,但影响结构在静力推覆下的失效演进模式和地震作用下的滞回特性,节点刚度小于4倍相邻柱线刚度时,结构不能满足罕遇地震下的层间位移角限值要求;节点承载力对静力推覆下结构的极限承载力影响很小,对罕遇地震作用下的结构滞回特性和层间位移分布几乎没有影响。     

有缺陷的装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为了明确装配式混凝土框架结构节点缺陷对于节点抗震性能的影响,该文考虑了三种典型装配式梁柱节点核心区缺陷,对5个装配式混凝土梁柱节点和1个全现浇混凝土梁柱节点进行了拟静力试验,分析了其对破坏形态、滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等性能的影响。采用OpenSees非线性有限元分析程序模拟钢筋粘结滑移关系和节点区域剪切性能,讨论了装配式混凝土梁柱节点钢筋粘结削弱的影响。结果表明:核心区内部混凝土浇筑缺陷将使得钢筋过早出现滑移现象,对节点的强度及耗能能力产生影响;粗糙面的缺陷及柱底接缝灌浆层缺陷对于节点抗震性能的影响较小;有限元模型通过考虑节点域的钢筋粘结滑移关系,可以有效模拟装配式节点钢筋粘结削弱效应,从而为进一步研究装配式节点抗震性能不确定性,并进行地震易损性分析奠定基础。     

仿古建筑钢框架结构拟动力试验及静力推覆分析

为研究仿古建筑钢框架结构的抗震性能,以位于抗震设防烈度8度区的某仿古建筑钢框架结构为原型,按1∶2缩尺比例制作了试验模型,并对其进行了拟动力试验。输入地震动加速度峰值分别相当于8度多遇、8度设防和8度、9度罕遇地震的El Centro波、汶川波和兰州波,实测了框架的位移反应、加速度反应和应变分布;研究了结构在地震波作用下的受力特点、滞回性能、耗能性能、加速度和位移时程曲线以及承载力与刚度退化规律等,并对结构进行了静力弹塑性推覆分析。研究结果表明:滞回曲线未出现明显的捏拢现象,结构耗能随着输入地震波幅值的增大而显著增加;在9度罕遇地震波作用下,中柱异型节点处的拱构件底部及正厅边柱斗构件屈服,骨架曲线仍未进入下降段,整体结构的承载力较高;在地震波作用下,该研究类型的仿古建筑钢框架结构的层间位移角能满足我国现行抗震规范的要求,具有良好的抗震性能。     

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。     

带施工缝RC框架结构抗震性能的数值研究

对7度、8度、9度区的规则RC框架结构进行非线性动力分析,数值模型分为在各层柱底加入施工缝模型的“带缝框架”和不考虑施工缝影响的“整浇框架”两种。通过对比结构的顶点最大位移、层间位移角、塑性铰分布规律和关键构件的反应等研究施工缝对框架结构抗震性能的影响程度。结果表明,在多遇地震下,结构仍处于弹性状态,施工缝对结构的顶点位移及层间位移角等影响不大。在罕遇地震下,随着地震动增大,结构进入非线性,施工缝的影响逐渐凸显,会使顶点位移及层间位移角明显增大。施工缝使柱端更容易出现塑性铰,更易形成“强梁弱柱”的柱铰破坏模式。在罕遇地震下对结构进行非线性数值分析时应重视施工缝的影响作用。     

基于微观断裂机理的高强钢框架梁柱节点抗震性能有限元分析

梁柱节点在地震作用下的抗断性能直接影响钢框架结构体系的抗震性能,关系到能否实现强节点、弱构件的设计原则。为深入研究高强钢框架梁柱节点在低周往复荷载下的抗断裂性能,该文采用考虑累积损伤作用的循环微孔扩张模型CVGM模拟开裂,并通过有限元软件ABAQUS建立梁柱节点的精细化三维有限元模型,利用用户子程序USDFLD将CVGM嵌入节点的有限元模型中。利用该模型模拟计算了21个不同构造形式、不同钢材强度等级的梁柱节点试件的抗震性能,得到的节点荷载—变形滞回曲线、承载力、断裂循环次数等均与试验实测结果吻合良好,表明CVGM对预测低周循环荷载下梁柱节点超低周疲劳断裂具有较好的准确性,且适用于不同的循环荷载工况和钢材强度等级。该文的研究工作为高强钢框架梁柱节点的抗震性能评估和防断设计提供了计算手段和基础条件。     

考虑局部构造形式影响的焊接节点抗震性能分析

钢结构梁柱节点的局部构造形式对结构抗震性能影响显著,该文研究已有焊接节点构造形式的优缺点,依据等强设计原则,提出新型的节点构造形式。采用有限元软件ANSYS建立非线性有限元模型,考虑构件局部屈曲,对节点施加初始缺陷,并依据已有的钢框架焊接节点试验验证所建立有限元模型的准确性和适用性。对新型节点与标准节点、加强型节点和削弱型节点在承载力、断裂性能、滞回性能、退化特性、破坏形态以及累积损伤等方面进行对比分析,深入探讨新型构造形式节点的抗震性能。分析结果表明:新型节点在不改变节点刚度的情况下,能够实现塑性铰外移,且节点破坏形态与断裂性能滞回性能稳定,在断裂性能与累积损伤方面表现良好。     

钢框架不同构造形式焊接节点抗震性能分析

研究节点的构造形式对于改善钢框架结构的延性、防止发生脆性破坏、提高结构的抗震能力有着重要的意义,为了系统全面地对比不同构造形式对于钢框架焊接节点抗震性能的影响以及构造形式对于节点在地震作用下的反应和破坏形态的改变作用,采用通用有限元软件ABAQUS 建立非线性有限元模型,结合国内外已有的钢框架焊接节点拟静力试验,验证了建立的有限元模型对模拟局部屈曲的准确性和适用性。通过建立九种不同构造形式的节点模型,与标准节点在承载力、刚度、滞回性能、退化特性、断裂倾向指数、破坏形态以及塑性铰位置等进行对比分析,深入探讨不同构造形式节点的受力性能,为工程应用提供重要依据。分析结果表明:剪切域强弱对于节点的破坏模式有较大影响;同时考虑抗震效果、建筑要求以及经济指标,削弱型节点并没有过多的削弱节点承载能力以及刚度,并且滞回性能稳定,“狗骨头”型节点存在侧向稳定性问题,而腹板开洞型节点无论是在滞回性能还是破坏形态方面都具有较好的表现。     

基于极限平衡理论的钢与混凝土组合框架结构抗震分析

基于极限平衡理论建立一种钢与混凝土组合框架结构罕遇地震作用时简化分析方法。通过理论分析和试验现象,确定组合框架破坏机制;基于极限平衡原理,根据结构在地震作用下达到极限状态时变形和内力分布规律,分别计算框架顶部侧移等于H/50、H/40和极限荷载对应侧移值时组合框架抗震强度,计算结果与国内外十九榀组合框架低周反复荷载试验结果吻合较好,说明此计算方法可有效地预测组合框架结构在罕遇地震下的抗震强度;提出通过对组合框架变形能力和抗震强度同时进行控制,以使结构满足罕遇地震下抗震要求的简化方法。     

基于性能的抗震设计方法在某复杂超高层结构中的应用研究

现代高层建筑向着多功能、多用途及造型新颖方向发展,结构体系日益复杂和多样化。该文以一幢设有带状桁架和伸臂桁架的超高层巨型结构体系为研究对象,将基于性能的设计方法应用于对该复杂结构体系的抗震性能评估中。提出了7度多遇、基本、罕遇和8度罕遇烈度地震作用下的性能目标,进行了整体结构模型的振动台试验和弹塑性时程分析,以及关键节点的试验和有限元分析。理论分析与试验结果相互验证、相互补充。综合研究表明这一结构体系抗震性能良好,能够满足不同地震水准作用下的抗震要求。     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能对比研究

为研究不同强度组合、不同层数高强钢组合K形偏心支撑框架结构(K-HSS-EBFs)的抗震性能,设计了10层、15层和20层三组不同强度组合的K形偏心支撑框架结构算例,选取10条地震记录对其进行动力时程分析,得到各算例在不同水准地震作用下的层间位移角,耗能梁段转角和塑性应变。研究表明:K-HSS-EBFs的层间侧移角沿结构高度分布与普通钢偏心支撑框架结构一致;罕遇地震作用下,K-HSS-EBFs的层间位移角满足抗震规范的限值要求,K-HSS-EBFs具有良好的耗能能力和足够的承载能力;Q690-X承受的地震作用和耗能梁段转角更大,用规范规定的弹塑性层间位移角限值作为控制指标进行设计偏保守;基于性能的抗震设计方法能够保证EBFs在罕遇地震作用下仅耗能梁段进入塑性,其他构件保持弹性,突出耗能梁段在偏心支撑结构中的耗能作用。