传统风格建筑RC-CFST组合框架拟动力试验及弹塑性地震反应分析

对一缩尺比为1/2的传统风格建筑钢筋混凝土(RC)-钢管混凝土(CFST)组合框架模型进行El Centro波、Taft波、兰州波及汶川波等地震波作用下的拟动力试验,得到该模型的自振频率以及加速度、位移和应变等动力响应。分析模型结构的破坏过程、恢复力特征曲线及变形能力等抗震性能。研究表明:乳栿为模型结构的第一道抗震防线;随着输入地震波加速度峰值的增加,框架模型的自振频率下降,加速度放大系数逐渐减小,模型结构的恢复力特征曲线呈现出一定程度的"捏缩"效应。由应变分析可知,金柱纵筋先于檐柱纵筋屈服;乳栿和混凝土柱为模型结构的主要耗能构件。基于试验研究结果,采用有限元分析软件SAP2000对试验模型框架进行弹塑性地震反应分析,计算结果与试验实测结果吻合较好。计算分析结果表明:模型框架的出铰顺序依次为乳栿两侧、金柱柱底、檐柱柱底、金柱CFST柱底部及檐柱CFST柱底部。在峰值加速度为0.70g的El Centro波作用下,模型柱架的极限弹塑性层间位移角与规范规定的限值较为接近,表明框架结构具有较高的抗震安全储备。     

传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土组合框架模型振动台试验研究

为研究传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土(RC-CFST)组合框架的抗震性能,采用三维六自由度地震模拟振动台对缩尺比为1/4的模型结构进行了El Centro波、Taft波、兰州波及汶川波等地震波输入下的试验。通过白噪声扫描得到了该模型的自振频率、阻尼比等动力特性,研究了模型结构的受力过程、破坏特征及加速度、位移、剪力和应变等动力响应。试验结果表明：随着输入波地震峰值加速度的增加,框架模型的自振频率下降,阻尼比增大,加速度放大系数逐渐减小;柱架是耗散台面地震作用的主要构件;7度罕遇地震作用下结构X、Y向的最大层间位移角分别为1/46、1/51,结构的总体刚度偏小;结构的地震剪力沿模型高度方向没有明显下降的趋势, CFST柱顶部与枋、椽连接区域及柱底为结构的抗震薄弱环节。基于研究结果, 提出了加强该组合框架抗震性能的设计建议。     

传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土组合框架模型振动台试验研究

为研究传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土(RC-CFST)组合框架的抗震性能,采用三维六自由度地震模拟振动台对缩尺比为1/4的模型结构进行了El Centro波、Taft波、兰州波及汶川波等地震波输入下的试验。通过白噪声扫描得到了该模型的自振频率、阻尼比等动力特性,研究了模型结构的受力过程、破坏特征及加速度、位移、剪力和应变等动力响应。试验结果表明:随着输入波地震峰值加速度的增加,框架模型的自振频率下降,阻尼比增大,加速度放大系数逐渐减小;柱架是耗散台面地震作用的主要构件;7度罕遇地震作用下结构X、Y向的最大层间位移角分别为1/46、1/51,结构的总体刚度偏小;结构的地震剪力沿模型高度方向没有明显下降的趋势, CFST柱顶部与枋、椽连接区域及柱底为结构的抗震薄弱环节。基于研究结果,提出了加强该组合框架抗震性能的设计建议。     

考虑施工缝影响的框架结构地震反应时程分析

在总结框架试验研究成果的基础上,运用动力时程分析方法,对有施工缝框架和整浇框架的非弹性抗震性能进行了研究.采用层间剪切模型和三线性恢复力模型,分别输入8度多遇地震和7度罕遇地震作用下的迁安地震波、El Centro地震波和天津地震波,对两个框架的弹塑性地震反应进行了模拟.将有施工缝框架和整浇框架的顶层位移、层间最大位移、层间最大剪力进行了对比分析.模拟结果表明:有施工缝框架和整浇框架,在迁安波、El Centro波和天津波的作用下,结构顶层的位移时程曲线和加速度时程曲线随着地震动时间的变化规律是基本一致的.     

型钢混凝土异形柱空间框架地震响应试验研究

为研究型钢混凝土异形柱空间框架的地震响应,首次对缩尺比为1/4的三榀两跨五层框架模型进行地震模拟振动台试验,输入El Centro波、Taft波和兰州波,分析模型的动力特性、应变响应、加速度响应、位移响应、基底剪力和滞回性能。结果表明：强震作用下,型钢混凝土异形柱框架形成典型的梁铰破坏机制,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求|随着输入地震波加速度峰值的增大,结构累积损伤逐渐增加,自振频率逐渐降低,阻尼比增大,加速度和位移响应峰值出现时刻向后推迟;结构在进入塑性阶段的过程中发生扭转变形|基底剪力呈现出先快后慢的增长趋势|滞回曲线饱满,表现出良好的耗能能力。型钢混凝土异形柱框架能够满足强柱弱梁和大震不倒的抗震设防要求。     

低周反复荷载下传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土组合框架抗震性能研究

对一缩尺比为1/2的传统风格建筑钢筋混凝土(RC)-钢管混凝土(CFST)组合框架模型进行了低周反复加载试验,研究了模型结构的破坏过程、破坏特征,得到了结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、应变特征、延性、耗能性能、刚度退化与承载力退化。试验分析表明：乳栿为模型结构的第一道抗震防线;模型结构的滞回曲线呈现出“捏缩”效应,表现出剪切滑移特征;试件破坏时,其等效黏滞阻尼系数为0.146,小于常规现代混凝土框架结构;模型框架的位移延性系数大于3.0,极限位移角为1/27,表现出良好的变形能力及抗倒塌能力。由应变分析可知,金柱纵筋先于檐柱纵筋屈服;混凝土柱纵筋先于方钢管屈服。基于试验结果,采用ABAQUS软件对模型进行了有限元分析,计算结果与试验实测结果吻合较好。在此基础上对模型进行参数分析,结果表明：随组合柱轴压比和CFST柱与RC柱线刚度比的提高,模型框架的水平承载力增大,但延性变差;随混凝土柱纵筋配筋率的增大,模型框架的水平承载力和延性均明显提高。     

传统风格建筑钢筋混凝土框架拟动力和拟静力试验研究

通过对一榀1∶2缩尺传统风格建筑钢筋混凝土框架模型进行拟动力和拟静力试验,研究了传统风格建筑框架的地震反应、能量耗能、刚度退化及滞回性能等抗震性能。拟动力试验结果表明,相同地震波作用下,随着加速度的增加,结构的位移逐渐加大;不同地震波在相同峰值加速度的情况下,框架模型的位移时程曲线表现有差异,其中El Centro波影响最大,汶川波影响最小。拟静力试验结果表明,框架滞回曲线较为丰满,说明在低周反复荷载作用下具有较强的耗能能力。框架柱柱顶由于内插了方钢管柱,节点核心区的抗裂性能得到了很大的提升,节点刚性制约了梁柱节点的变形,从而提高了整个框架的抗震性能和变形恢复能力。     

传统风格建筑钢框架结构拟动力试验及弹塑性时程分析

为研究传统风格建筑钢框架结构的抗震性能，按1:2缩尺比设计制作了试验模型，对其进行拟动力试验，得到钢框架结构在弹性和弹塑性阶段的应变分布、加速度反应、位移反应、滞回特性和耗能性能等，并采用有限元分析软件ABAQUS对试验框架进行弹塑性动力时程分析，得到其应力分布及破坏模式。研究表明：当El Centro波、Taft波、兰州人工波和汶川波的加速度峰值为70gal、200gal和400gal时，钢框架结构基本处于弹性阶段，没有出现明显的塑性变形和破坏。当汶川波的加速度峰值达到620gal时，柱Z-1的斗与柱Z-2大跨一侧的拱相继屈服，结构进入弹塑性阶段，此时结构的最大层间位移角为1/203，且骨架曲线仍呈上升趋势，说明该钢框架结构具有较强的抗侧能力和较高的承载力。结构的屈服顺序为斗栱先屈服，然后梁端屈服，最后柱脚屈服，该传统风格建筑钢框架结构的抗震性能优越。     

预制预应力混凝土装配整体式框架抗震性能试验研究

对一榀二跨二层预应力装配式混凝土框架进行了拟动力和拟静力试验,采用不同加速度峰值的El Centro地震波激励加载,并以拟动力试验的屈服位移为加载起点施加低周反复荷载,得到了不同加载工况下框架时程曲线、恢复力-位移滞回曲线。研究了预应力混凝土装配整体式框架的破坏机制、变形性能、刚度退化及耗能能力等抗震性能。研究结果表明：试验框架梁端率先出现塑性铰,节点核心区有着较强的刚性,提高了框架整体抗侧刚度,在层间位移角达到1/42时,框架梁、柱未产生较严重破坏。采用分析程序DRAIN-2DX对模型结构进行弹塑性动力分析,有限元计算位移值略小于实测位移值。图10表3参12     

新型人字支撑复合结构的拟动力试验研究

通过对代替黏土砖住宅结构的新型人字支撑复合结构的拟动力试验,以研究该结构的抗震性能。试验设计为1∶2缩尺的单层模型XB,竖向荷载模拟6层结构,输入El Centro波,地震动加速度峰值分别相当于7,8,9度多遇地震波和罕遇7,7.5,8度地震波。试验结果得出,该复合结构开裂、屈服及破坏的地震波分别是8度多遇、7度罕遇、8度罕遇。由试验绘出的刚度退化曲线、恢复力曲线、位移时程曲线均表明,复合结构XB具有较好的抗震性能。支撑顶部的竖向位移说明,复合结构在多遇地震作用下不需考虑竖向位移的影响,仅在支撑屈服后再承担大震时需要考虑其影响。     

穿斗式木结构民居模拟地震振动台试验研究

为研究穿斗式木结构民居的抗震性能,以位于川西抗震设防烈度7度区的典型2层穿斗式民居为原型,对一个缩尺比例为1∶2的穿斗式木结构模型进行了模拟地震振动台试验。试验中选取汶川波、兰州波、Taft波和El Centro波作为地震动输入,实测了结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、刚度、加速度反应、位移反应、剪力分布和应变的变化规律。试验结果表明：随着地震峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,各层加速度放大系数介于0.286~1.383之间;浮搁于混凝土板上的柱脚的滑移在一定程度上衰减了传入上部结构的地震作用,第2层檐柱顶高度处的榫卯节点在振动过程中耗能作用明显;当输入峰值加速度为0.22g和0.40g时,模型晃动剧烈,最大层间位移角分别为1/65和1/35;当输入峰值加速度增至0.50g时,模型依然没有倒塌,表明穿斗式木结构具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。     

两层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓端板连接框架拟动力试验研究

为揭示半刚性钢管混凝土组合框架在地震作用下的动力特性和破坏形式,对2榀两层单跨钢管混凝土柱与 组合梁单边螺栓端板连接组合框架进行拟动力试验研究。该试件的梁柱连接节点形式为平齐端板或外伸端板连接 ,组合楼板采用钢筋桁架楼承板,试验影响参数为柱截面类型和端板类型。研究了El-Centro地震波作用下结构 的加速度反应和位移响应,分析了滞回性能、刚度、延性和耗能能力等,评价了梁柱半刚性连接和楼板组合效应 对组合框架结构整体性能的影响。试验表明：半刚性钢管混凝土组合框架具有良好的抗震性能和耗能特性。在柱 截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接方式,圆钢管混凝土组合框架的最大位移响应和累积 耗能比方钢管混凝土组合框架大;方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始刚度优于圆钢管混凝土组合框架。 研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。     

核心筒部分悬挂结构振动台试验及分析

提出核心筒部分悬挂结构体系,该体系将框架-核心筒结构有多道抗震防线的优势与核心筒悬挂结构减震性能好的优势相结合:在地震反应相对较小的底部采用框架-核心筒结构,在地震反应相对较大的上部采用核心筒悬挂结构,并采取在悬吊结构楼板与核心筒之间设置阻尼器和设置素混凝土连接键的构造措施,实现对结构地震反应的有效控制。进行了一个8层1:10比例的核心筒部分悬挂结构模型的模拟地震振动台试验研究,分析了结构在弹性阶段、弹塑性阶段的动力特性以及该结构在不同峰值加速度的El Centro地震波作用下的地震反应,建立结构分析模型,用SAP2000程序对该结构进行了弹性和弹塑性时程地震反应分析,计算结果与试验结果吻合较好。试验及分析表明,该结构具有良好的减震性能。     

重庆高科太阳座大厦模型结构振动台试验研究

重庆高科太阳座大厦是一幢建筑外立面扭转,结构平面、竖向不规则超限的复杂超高层建筑结构,采用了钢管（型钢）混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系。外立面扭转导致外框架中竖向构件不连续,形成受力复杂的空间斜柱,进而造成结构各层平面形状、布置不断变化,以及结构扭转不规则。通过1∶25缩尺模型振动台试验,对模型结构在6度多遇、设防和罕遇地震作用下的加速度、位移等动力响应以及结构的损伤破坏情况进行观测,评价该结构体系的整体抗震性能。研究结果表明：通过增大竖向构件截面方式提高结构层高较大的楼层刚度引起了结构局部刚度突变、应力集中,致使薄弱部位转移;结构顶部塔楼的收进导致鞭梢效应明显,急剧增大了楼层变形;CFST柱-SRC梁框架的SRC梁端和节点周围加强环梁,以及RC核心筒连梁为主要损伤部位;模型在6度罕遇地震作用下能保证“大震不倒”,该结构体系具有良好的抗震性能,能够满足预设抗震性能目标。     

RC框架-核心筒结构弹塑性分析模型与典型算例分析

在PERFORM 3D软件中,建立了基于纤维模型理论、适用于钢筋混凝土(RC)框架-核心筒结构抗震性能评估的弹塑性分析模型,并给出了非线性模拟中所需要的钢筋及混凝土材料本构、连梁剪切铰变形性能等其他参数建议取值。完成了多个RC框架及剪力墙构件模型试验的模拟分析,表明建议模型对于分析RC结构基本构件具有较高的准确性,计算效率高。利用建立的分析方法,完成了根据中美抗震设计规范分别设计的两座相似的RC框架-核心筒高层结构的建模和系列抗震分析。结果表明:峰值荷载前两个方案的基底剪力-顶点位移曲线比较接近,美方设计方案结构的初始刚度略大,峰值荷载后二者有所差异;模型结构的屈服次序依次为连梁、框架梁、墙肢、框架柱,屈服次序合理,符合预期目标,美方设计方案连梁屈服较早;在罕遇地震作用下,美方设计方案结构x向的最大层间位移角约1/220,为中方设计方案的最大层间位移角的0.9倍;美方设计方案的连梁变形状态介于生命安全状态(LS)与防止倒塌状态(CP)之间,中方设计方案连梁没有超过生命安全状态(LS);美方设计方案底部内筒外壁受拉侧墙肢弯矩沿层高分布略大于中方设计方案,两个方案底层墙肢边缘构件竖向钢筋的最大拉应变分布接近,均刚刚进入屈服水平。     

外框支框筒内核心筒钢管混凝土组合筒体结构拟动力试验研究

进行了1个钢管混凝土组合筒体结构模型的拟动力试验。模型为比例1∶10的13层钢管混凝土组合筒体结构,外筒为钢管混凝土框支框筒结构,内筒为钢筋混凝土核心筒结构。将模型等效为两自由度体系,分别进行了地震波加速度为0.22g、0.40g、0.62g和1.0g共4种工况的拟动力试验,通过对位移时程、作用力时程、应变状态、开裂状况等参数的测试,研究了结构在地震作用下的耗能机制、破坏特征与破坏机理,以及结构的弹塑性性能。研究表明,核心筒是抵抗水平剪力的重要构件,承担了结构大部分剪力,先于其它构件开裂,但核心筒底层的破坏程度比2层要轻;连梁是核心筒受力最集中、破坏最明显的部位,应重视连梁的延性设计;钢管混凝土角柱的强度高、变形性能好,分担了外框筒的主要轴向力,对其它翼缘混凝土柱起到了卸载保护作用,另外,钢管混凝土柱与梁的环形节点构造在复杂的节点内力联合作用下受力是可靠的。试验证明了钢管混凝土组合筒体结构是一种具有良好抗震性能的结构体系。