框架-分布摇摆芯筒-核心筒结构体系力学模型及耗能减震性能分析

为了提高传统框架-核心筒(frame core tube, FCT)结构的经济性,提出框架-分布芯筒-核心筒(frame-distributed tube-core tube, FDCT)新型高层结构体系,用以减小传统筒体围合面积。进而提出框架-分布摇摆芯筒-核心筒(frame-distributed rocking tube-core tube, FDRCT)新型高层结构体系,改善FDCT因刚度削弱导致的抗震能力下降。根据FCT结构、FDCT结构和FDRCT结构的简化分析模型,基于Lagrange方程建立三种结构的动力方程。通过分析地震下结构的时程响应,针对分布摇摆芯筒的质量进行相关参数分析,证明附加摇摆体系的FDRCT结构具备优良的耗能减震性能。对三种结构分别进行了不同场地条件以及不同类型长周期地震波下动力时程分析,结果表明FDRCT结构在不同类型地震波下均有耗能减震效果,且在长周期地震波下更为优越。对三种结构的性能-利润总值进行评估,结果表明在不同类型地震波下FDRCT结构均可实现既能提升结构的经济性,也能保证结构在地震下的安全性能。     

钢筋混凝土框架-核心筒结构抗震性能研究

按照我国现行规范对钢筋混凝土框架-核心筒结构进行设计,经过多方案比较,研究了结构楼盖自重、内筒内墙以及使用轻质楼盖系统、型钢混凝土柱等新型构件形式对整体结构质量、抗侧刚度等的影响,提出减轻结构自重是改善结构抗震能力的一个有效途径。采用Perform 3D分析软件完成了该框架-核心筒结构的静力弹塑性推覆分析,研究了构件的塑性发展历程、构件变形和核心筒钢筋及混凝土纤维应变变化情况。结果表明:内筒连梁是框架-核心筒结构地震作用下的第一道抗震防线,内筒内墙的布置可增加结构的刚度并具有一定的耗能作用。     

钢管混凝土柱排架-核心筒结构抗震性能研究

以钢管混凝土柱钢框架-核心筒结构为工程背景,将钢梁与柱、核心筒的节点修改为螺栓连接的铰接节点,制作1/40的缩尺结构模型进行振动台测试,研究结构的损伤特点、动力特性、最大侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和延性需求等。结果表明:震损出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应较显著;核心筒最大层间位移角达1/26,超过规范框架-核心筒结构体系不倒塌限值3.8倍未出现倒塌;钢排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,楼层延性需求差异大。     

带加强层的框架-核心筒结构体系的抗震性能探讨

本文通过介绍高层建筑加强层的结构类型、作用机理、发展概况及存在的问题,总结了带加强层高层建筑加强层的刚度选择和结构布置方案,并对带加强层框架-核心筒结构的抗震性能进行了探讨并提出需要注意的几个问题,以期为未来加强层在复杂高层建筑中得到更为广泛的应用。     

超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的弹塑性时程分析

基于合理的材料弹塑性(损伤)本构关系模型,利用通用有限元软件ABAQUS建立了超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的精细有限元模型,考虑了结构的几何非线性和材料非线性性能,包括了钢材和混凝土材料的塑性损伤演化。进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,获得了核心筒和楼板的损伤演化过程、顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线、楼层位移角包络曲线以及地震作用下整体结构的能量反应规律。结果表明,罕遇地震作用下混凝土最大损失出现在这类结构体系中核心筒底部,为保证其在罕遇地震作用下更好的工作性能,建议在核心筒底部加强区域增设型钢和提高剪力墙配筋率等措施。采用非线性有限元分析方法,可较为清晰的揭示这类结构体系在罕遇地震作用下的工作特性,有关方法可为同类研究提供参考。     

基于OpenSees的RC框架-核心筒超高层建筑抗震弹塑性分析

近年来我国高层建筑结构抗震弹塑性分析得到广泛应用。但现有的分析多基于商用软件,限制了相关研究的深入发展。该文在通用开源有限元程序OpenSees的基础上,通过开发合理的剪力墙构件模型和混凝土本构模型,实现了RC框架-核心筒超高层结构的抗震弹塑性分析,并以一系列剪力墙和一栋141.8m高框架-核心筒超高层为例,通过与试验结果和通用有限元程序MSC.Marc计算结果的对比,验证了该文提出的单元和计算方法 的合理性和可靠性,可为进一步开展基于开源有限元程序OpenSees的超高层建筑结构地震灾变行为研究提供参考。     

带加强层框架-核心筒结构中单伸臂桁架刚度比的合理取值

推导带加强层框架-核心筒结构顶层位移的简化计算公式,提取影响结构顶层位移的刚度比特征参数:伸臂弯曲刚度比i、伸臂剪切刚度比g、外框架柱弯曲刚度比p。采用ETABS软件建立一253.2 m超高层结构模型,研究水平均布荷载和地震作用下结构的侧移、内力与i、g、p的相互关系。研究结果表明,采用刚度比特征参数i、g、p对结构侧向刚度进行优化是合理可行的,p对结构侧向刚度影响最大,其次是g,最小是i,其中i的取值不宜超过0.6,g的取值宜控制在0.9～3.5区段之间,p的取值宜控制在1.3～4.6区段之间。     

改变框架-核心筒结构剪力调整策略对其抗震性能影响的研究

框架-核心筒体系是超高层结构的常用结构体系之一。我国规范对框架-核心筒结构设计时的框架剪力做了相关的调整规定,但其在超高层结构中的适用性有待进一步研究。该文对比了中美规范的相关规定,并以一实际超高层建筑为例,改变其剪力调整策略得到新设计方案。并建立新、旧两方案的精细有限元模型,进行了大震弹塑性分析和特大震抗倒塌能力分析。分析结果表明：改变剪力调整策略的新模型设计难度降低,抗大震性能与满足中国规范的原模型相当,且其抗特大震倒塌能力更优。研究结果可以为超高层框架-核心筒结构的设计提供参考。     

基于敏度分析的框架抗震优化

针对目前结构抗震优化设计方法存在优化效率低下的问题,提出一种高效的框架抗震优化设计方法。在有限元法和Newmark法基础上导出一种高效的层间相对位移对设计变量一阶和二阶导数的算法,建立显含时间参数,以结构质量最小化为目标,同时满足层间相对位移和设计变量约束的优化数学模型,通过积分型内点罚函数将显含时间参数的不等式约束优化问题转变为一系列不含时间参数的无约束优化问题,利用层间相对位移对设计变量一阶和二阶导数的信息计算罚函数的梯度和海森矩阵,然后利用梯度和海森矩阵构造求解优化设计问题高效有效的优化算法。算例表明本文的抗震优化方法能获得结构的最优设计,具有简单、下降速度快、不需要进行一维搜索等特点。是一种有效和高效的框架抗震二阶优化方法。     

中美高层钢筋混凝土框架-核心筒结构抗震设计对比

为综合对比中美抗震设计规范体系的总体效果,根据美国太平洋地震工程研究中心(PEER)给出的典型高层钢筋混凝土框架-核心筒结构案例的设计结果,采用中国规范对其进行了对比设计研究,详细分析了按照中、美规范设计得到的结构构件尺寸、动力特性、设计地震作用和材料用量。并建立了中美两个结构的弹塑性有限元模型,初步研究了二者的抗震性能。通过研究发现,中美抗震设计方法存在较大差异。该研究中,在相同地震危险性情况下,我国规范反应谱的设计地震作用较大,并且我国规范对结构层间位移角的限制比较严格,二者使得按照中国规范设计的结构其设计地震作用以及材料用量均显著高于美方设计结果。但中美设计方案在不同强度地震作用下的抗震性能基本相当。该文对比结果可供我国高层建筑抗震设计研究参考。     

钢筋混凝土框架-核心筒结构地震反应能量分析

通过对9个不同结构特性的钢筋混凝土框架-核心筒结构,选用一定数量的地震波进行时程分析,研究了此类结构在地震作用下的总输入能及其在滞回耗能和阻尼耗能之间的分配规律,以及滞回耗能在构件及层间的分布规律。研究表明,随着地震动幅值的增大,滞回耗能比也随之增加;不同频谱特性的地震波对滞回耗能影响较大;刚度特征值对结构总滞回耗能影响不大,但对构件的耗能分配具有较大影响;结构滞回耗能主要集中于底层剪力墙和中部连梁处。     

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。     

钢筋混凝土隔离墙抗爆性能数值模拟研究

为了研究钢筋混凝土隔离墙在爆炸荷载作用下的动态响应和抗爆性能,采用LS-DYNA有限元软件建立9 m跨度隔离墙结构简化模型,模拟了不同药量和爆炸距离下隔离墙的动态响应。将模拟结果与经验超压公式计算结果和已有试验结果对比,验证了爆炸荷载和材料参数选取的合理性,分析了结构的破坏过程、冲击波作用规律、墙面荷载分布规律和结构变形情况。结果表明:建立的数值模拟可以较好地模拟爆炸冲击波与结构的相互作用;墙面冲击波压力衰减速率与药量和爆炸距离密切相关,墙面压力衰减幅度可达97.8%。在相同药量时,随着爆炸距离增加,墙体底部压力减小,顶部冲量增加;墙体结构由小变形转变为结构整体的较大变形;比例距离小于0.376■时,墙体底部容易发生剪切破坏。模拟结果可以为抗爆隔离墙的设计提供依据。     

混合联肢部分外包组合剪力墙抗震性能试验研究

混合联肢部分外包组合剪力墙结构是一种典型的两阶段耗能结构体系。依据现行设计规范设计的混合联肢部分外包组合剪力墙结构对结构弹塑性阶段的整体性能缺乏考虑,在设防地震和罕遇地震作用下结构的屈服顺序难以控制。基于混合联肢部分外包组合剪力墙结构体系“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准抗震设防性能目标,提出结构两阶段耗能的塑性设计方法。以目标位移和理想破坏模式作为预测结构弹塑性受力状态性能目标,针对不同地震水准下的性能目标,考虑耦连比对结构合理耗能机制的影响,将结构的能力曲线等效为三线型,改进了传统基于能量平衡的塑性设计方法,保证结构在设防地震及罕遇地震下实现理想屈服顺序,避免薄弱层产生。采用建议的设计方法设计了一个12层结构算例,并采用ABAQUS对算例进行推覆分析和弹塑性时程分析。结果表明,采用基于两阶段耗能的塑性设计方法预测的中震及大震下结构顶点位移角与数值分析结果误差分别为0.5%和12.1%,最大层间位移角满足结构弹塑性层间位移角的要求。算例结构能够实现“强节点弱构件、强墙肢弱连梁”合理的屈服顺序,保证结构预期的失效机制和不同地震水准作用下的性能目标,验证了基于两阶段耗能的塑性设计方法的有效性。

     

密肋复合墙结构体系抗震性能的试验研究

密肋复合墙结构独特的构造使结构在地震作用下表现出填块→框格→外框的破坏模式,实现对地震能量的分级释放,形成结构抗震的三道防线。为了探讨密肋复合墙体中各道抗震防线对抗震性能的影响,进行了2组复合墙体的试验研究。观察了墙体的主要破坏形态和破坏过程,分析了墙体的承载力、滞回特征、延性、刚度、耗能能力等抗震性能。研究表明：肋格约束下的填充砌块极限承载力明显提高,屈服位移减小,延性降低。加外框的墙体比不加外框的墙板承载力明显提高。屈服荷载之前主要为砌块开裂耗能,屈服荷载后主要为裂缝的开裂闭合及相互摩擦耗能,标准墙板中的砌块及墙板内裂缝分别受到肋格和外框的约束,摩擦耗能较为充分。在密肋结构中,可以通过调整每道防线的设计参数来改变三道抗震防线的发生顺序及耗能性能,实现三道抗震防线的量化设计。     

水平拼缝部位增强叠合板式剪力墙抗震性能试验研究

近年来,装配式剪力墙在实际工程中得以广泛应用。在其施工过程中,水平向相邻的两块预制墙板通常通过预留的后浇带装配在一起。该方法仍然需要大量的现场浇筑作业。因此,干式连接成为了进一步提高装配式结构施工效率和抗震性能的优化方案之一。该文针对一种新型装配式干式连接剪力墙的数值模拟及其设计方法开展了研究。建立了单层装配式干式连接剪力墙的有限元模型,并对其模拟了与前序拟静力试验相同的加载方案。模拟结果与试验结果吻合较好,从而验证了模型的有效性。基于以上建模方法,建立了2个具有不同参数的10层干式连接剪力墙的有限元模型,开展了Pushover分析,优化了干式连接件在高层结构中的设计。根据数值分析结果,提出了装配式干式连接剪力墙在高层建筑结构中基于振型的设计公式。     

一种基于再生混凝土的装配式结构抗震性能试验研究

为了研究低成本抗震节能结构体系,进行了以建筑垃圾为骨料的再生混凝土力学性能试验。对再生混凝土剪力墙进行了拟静力试验,分析了以建筑垃圾为骨料的再生混凝土剪力墙承载力、破坏形态以及滞回特性。提出一种隔震装置以及装配式结构,通过模拟地震动振动台试验分析隔震结构在地震作用下的抗震性能并检验隔震装置的有效性。结果表明：再生混凝土的力学性能随着聚丙烯纤维的加入而提高;再生混凝土剪力墙具有较高的抗震性能和承载能力;装配式结构洞口处和墙柱连接处为薄弱部位,地震作用下洞口处裂缝呈现 X 形分布,墙柱连接处几乎形成贯通的裂缝。在不同地震波作用下,隔震后结构沿高度方向上的振动趋于整体平动,表明该隔震装置对于结构隔离地震作用具有一定的效果,但该隔震装置的隔震效果与输入地震波的频谱特性有关,设计时,需要选择适当的场地。     

RC框架梁柱组合件抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土(RC)梁的变形能力,考虑在其塑性铰区采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土。共设计6个剪跨比为3.6的RC梁试件,包含5个塑性铰区采用HDC的试件和1个RC对比试件。考虑HDC区长度、纵筋配筋率以及配筋方式和梁端配箍率的影响,研究试件在低周反复荷载下的滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明：与RC梁相比,塑性铰区采用HDC后,试件的破坏形态由弯剪破坏向弯曲破坏转变,延性和耗能能力均得到显著提高;纵筋配筋率、配筋方式相同时,在梁端塑性铰区采用HDC,试件的位移延性系数和极限位移角分别提高30%和53%,而同时采用HDC和箍筋时分别相应提高33%和76%;梁端局部采用HDC替换混凝土可减少箍筋用量;梁端塑性铰区的HDC长度对试件延性的影响较小。分别计算塑性铰区采用HDC梁在开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载、极限荷载时的顶点位移,其计算值与试验值吻合较好。     

竖向不规则钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震评估方法

考虑结构在地震作用下不同反应阶段的动力特性,根据结构的振型分析,采用振型反应谱法,建立了结构在不同地震作用水平下的弹塑性需求曲线族,即结构的层间剪力－层间位移需求曲线,结合结构的能力曲线,提出了以楼层为研究对象的层间能力谱法。通过对一个竖向不规则框架结构的抗震性能进行评估,对层间能力谱法的使用方法和应用原理进行了详细的阐述,并与能力谱法果进行了对比,结果表明层间能力谱法可以有效的判别出结构的薄弱层、识别结构各楼层在地震作用下所处的受力状态