带摩擦保护装置自复位屈曲约束支撑框架的减震效果分析

在自复位屈曲约束支撑(SC-BRB)端部引入摩擦保护装置(FS)形成SC-BRB-FS,可以有效避免因结构变形过大导致的预拉杆断裂,以及由此引起的支撑承载力陡降和残余变形显著增大的问题。基于规范设计4层和8层SC-BRB支撑钢框架,并根据支撑的试验结果,分别建立能考虑预拉杆断裂的普通SC-BRB框架和采用摩擦保护装置的SC-BRB框架的分析模型。通过非线性动力时程分析深入研究引入摩擦保护装置对SC-BRB框架抗震性能的影响,结果表明：在SC-BRB端部设置摩擦保护装置不仅能降低结构的损伤程度和倒塌概率,还能减小结构的残余变形;增大摩擦保护装置的启动位移不会影响结构最大位移响应,但能进一步降低结构的残余变形。     

两种设计原则下自定心屈曲约束支撑框架的抗震性能分析

基于9层支撑抗弯钢框架和支撑铰接钢框架,分别采用与屈曲约束支撑(BRB)的等强原则和等核心板面积原则设计自定心屈曲约束支撑(SC-BRB)框架,并对建立的6个支撑框架模型进行10条地震波下的非线性时程分析,结果表明:与BRB框架相比,SC-BRB能有效控制结构的残余变形;因为支撑铰接钢框架由地震引起的主体结构损伤较支撑抗弯钢框架小,所以结构的自定心效果也更好;基于等强原则的SC-BRB框架由于支撑刚度较小,因此其结构层加速度和支撑轴力小于按等核心板面积原则设计的SC-BRB框架;基于等核心板面积原则的SC-BRB框架凭借支撑较强的耗能能力,其层间位移角的控制要优于按等强原则设计的SC-BRB框架,且其较大的预张力和预拉杆截面面积也更利于提高结构的自定心效果和限制薄弱层的出现。     

不同类型近断层脉冲型地震动对框架-剪力墙结构的影响

近断层脉冲型地震动对结构有很大的潜在破坏作用。为分析不同类型该类地震动对框架剪力墙结构地震反应的影响,搜集了近断层双脉冲和多脉冲型地震动,计算了这些地震动的加速度反应谱,及其引起的一个22层钢筋混凝土框架-剪力墙结构的时程反应。对比了双脉冲和多脉冲型地震动的平均弹性加速度反应谱,及其引起框架-剪力墙结构的平均基底剪力、平均最大层间位移角、平均顶层位移和平均结构整体破坏指数。结果表明:近断层双脉冲型地震动的平均弹性加速度反应谱谱值均接近或大于近断层多脉冲型地震动;近断层双脉冲型地震动引起的框架-剪力墙结构平均基底剪力、平均最大层间位移角、平均顶层位移和平均结构整体破坏指数均不小于近断层多脉冲型地震动。由此说明,在统计意义上,当分析近断层脉冲型地震动对框架-剪力墙结构破坏作用的影响时,输入地震动可近似仅考虑双脉冲型地震动。     

考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙结构分析

考虑剪力墙剪切变形影响、连梁固接连接条件,基于Timoshenko两广义位移梁理论,建立了框架-剪力墙结构分析方法。当连梁约束抗弯刚度为0时固接体系可退化成铰接体系、当剪力墙抗剪刚度趋于无穷大时弯剪型剪力墙可退化为不考虑剪切变形的弯曲型剪力墙,因此该文方法可适应多种模型的计算。导出了三角形分布荷载、均布荷载和顶部集中荷载作用下挠度、转角、剪力墙弯矩和剪力、框架剪力的计算公式。计算公式表明:“框架广义剪力按框架抗推刚度和连梁约束抗弯刚度比分配”的结论在考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙固接体系中不成立。通过算例讨论了框架-剪力墙的变形和内力分布,得到了连梁约束抗弯刚度显著影响框架-剪力墙的变形和内力分布、框架-剪力墙对剪力墙的抗剪刚度有敏感范围等结论。     

变摩擦自复位支撑钢框架的抗震性能影响因素研究

为提升支撑钢框架在大震下的抗震性能,提出一种随加载位移改变摩擦力及刚度的变摩擦自复位支撑(variable friction damper-self-centering brace, VFD-SCB)。在对VFD-SCB变摩擦工作机理和力学性能分析的基础上,利用OpenSees软件对其滞回模型进行二次开发,并将计算结果与试验结果进行对比,验证了模型的有效性。通过建立VFD-SCB框架和传统抗弯钢框架(moment-resisting frame, MRF),研究了支撑关键参数对VFD-SCB框架抗震性能的影响规律。参数分析结果表明：相比传统抗弯钢框架,VFD-SCB框架有效减小了结构最大位移角及残余位移角,使结构沿层高变形更均匀;VFD-SCB第一刚度、第三刚度、碟簧预紧力的增大及二次启动位移的减小,结构的层间位移角均减小;设计中需全面考虑支撑和框架参数以提升结构的抗震性能。     

应变率对钢筋混凝土框架结构地震作用下灾变过程影响研究

开发了ABAQUS显式用户材料子程序VUMAT,该程序可以考虑材料应变率效应的影响。通过对钢筋混凝土柱的动态和静态加载试验进行模拟,验证了子程序的可靠性。通过对某四层钢筋混凝土框架结构进行增量动力时程分析,研究了材料的应变率效应对结构最大顶点位移、最大基底剪力、最大层间位移、结构的能力曲线、结构的抗倒塌能力和倒塌模式的影响。研究表明,考虑材料的应变率效应后,结构的最大顶点位移和最大层间位移大多数情况下会减小,结构最大层间位移的应变率效应更为明显;当地震波增强到使结构接近于发生倒塌时,结构的最大顶点位移和最大层间位移均明显减小;随着地震波强度的增强,应变率对结构响应的影响趋于明显;结构的抗倒塌能力有一定程度的提高,但连续性倒塌过程基本不变。     

基于剪力比的防屈曲支撑-RC框架抗震设计方法研究

该文提出了基于剪力比的防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构抗震设计方法。根据不同的剪力比α设置不同参数的防屈曲支撑并进行了多个不同层数结构的抗震设计;基于大震弹塑性时程分析,研究了不同剪力比结构的最大层间位移角和防屈曲支撑滞回耗能比随剪力比α的关系曲线,并得出剪力比α的合理取值范围为0.3 < α < 0.5。在剪力比合理的取值基础上研究了层间位移角最大值随不同刚度主体框架的变化规律,并建议了主体混凝土框架最大层间位移角的设计取值。该文所提方法简便、实用,为防屈曲支撑耗能减震结构的设计提供了一种新的思路。     

三层钢板剪力墙结构静力推覆试验研究

通过按照我国相关规范设计的三层钢框架-钢板剪力墙结构在水平单调荷载作用下的静力推覆试验研究,得到了结构的破坏模式、底部剪力与顶点位移及层间位移曲线、剪力墙板的平面外变形、承载力和延性。结果表明:试件在水平设计荷载时,墙板没有出现屈曲,结构保持完全弹性;二层剪力墙板右下角最先达到受拉屈服,但当荷载加载到后期,底层剪力墙板出现的平面外变形最大;试件在达到极限承载力之后,强度下降非常缓慢,结构具有良好的塑性变形能力,位移延性系数为5.24;试验终止时,二层的层间变形最大,层间位移角达到了0.0447rad,柱脚翼缘出现两个半波状的局部屈曲变形,腹板受压鼓曲。     

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。     

地铁上盖层间隔震建筑设计研究

层间隔震技术是提升地铁上盖结构抗震性能的有效措施。为识别影响该类结构关键设计指标的控制因素,从而指导该类结构的精细设计,依托一大底盘-双塔楼地铁上盖层间隔震工程案例,考虑了3种塔楼方案和4种隔震层方案,设计了12个分析案例。基于精细模型分析了塔楼、隔震层和大底盘相对刚度比和隔震层屈重比对9个关键设计指标的影响规律,包括塔楼和大底盘的中震减震系数、大震最大层间位移角和楼面绝对加速度,以及隔震层的大震位移、极大面压和极小面压,识别了影响各设计指标的关键影响因素。结果表明：对于塔楼,减震系数和楼面最大绝对加速度的控制因素是隔震层刚度和屈重比,减小两者可以取得更好的控制效果,增大塔楼刚度也会存在一定的控制效果,但相对有限;增大塔楼刚度和减小隔震层刚度及屈重比可以一定程度控制塔楼最大层间位移角,当两者达到一定程度后控制效果均趋于稳定。对于大底盘,塔楼和隔震层对其设计指标影响相对较小。对于隔震层,隔震层刚度及屈重比是大震隔震层位移的主要控制因素,其减小会显著增大该位移;塔楼刚度是极大面压的控制性因素,刚度的增大会带来重力的增大,从而带来极大面压的增大;增大塔楼刚度和减小隔震层刚度均可显著控制支座中...     

地震-风耦合作用下钢框架-自复位支撑筒结构性能研究

基于自回归模型分别模拟重现期为1年、10年和50年下不同高度处的风荷载时程,并与不同峰值加速度的地震动记录进行组合,对一布置预压碟簧自复位耗能(PS-SCED)支撑的50层钢框架-自复位支撑筒结构在地震-风耦合作用下的性能进行研究。结果表明:在地震-风耦合作用下,风荷载强度的增大对结构层间位移角的增大效果并不显著,结构层间位移角主要由地震动强度控制;风荷载强度越大,结构层间变形集中程度越小;地震动强度越小,风荷载对结构基底剪力影响越显著;地震动强度越大,地震-风耦合作用下结构各层加速度放大系数与地震单独作用下的结果差异越显著;PS-SCED支撑在地震-风耦合作用下能充分发挥耗能能力,有效保护主体结构,其良好的自复位特性能有效减小结构的残余变形。     

基于结构整体损伤指标的钢框架地震易损性研究

以9层梁柱焊接钢框架为例,选取20条满足场地条件的地震波,对结构进行动力增量时程分析(IDA),对比分别以层间位移角和能量耗散作为结构整体损伤指标评判的结构损伤程度,发现仅以层间位移角作为结构整体损伤指标会高估结构抗倒塌能力,而仅以能量耗散作为结构整体损伤指标则无法判别结构失效模式。为避免单一结构整体损伤指标的缺点,能够同时考虑整体结构的首超破坏与累积损伤,提出了一个基于层间位移角和能量耗散的双参数线性组合的结构整体损伤模型,定义结构4种极限破坏状态,对比层间位移角、能量耗散与建立的结构整体损伤模型的结构损伤曲线与易损性曲线。结果显示,基于层间位移角和能量耗散的双参数线性组合的结构整体损伤模型能够更加合理的描述结构的损伤程度。     

风震联合作用下高层建筑主体结构和玻璃幕墙的性能研究

为研究风、地震单独及联合作用下,主体结构和玻璃幕墙的性能变化和相互影响,基于高烈度区98 m高框筒结构,依据规范要求增设玻璃幕墙形成总体有限元分析模型,选取3组三向地震动记录,并通过比例为1∶440的缩尺模型风洞试验获得不同重现期的风压时程数据,采用动力弹塑性分析方法,研究风、地震单独与联合作用下主体结构和玻璃幕墙的受力变化。结果表明:主体结构对玻璃幕墙的受力影响大于玻璃幕墙对主体结构的,在风、地震单独及联合作用下,主体结构的层间变形大于玻璃幕墙自身变形。在设防大震和超烈度大震作用下,主体结构的响应和玻璃幕墙的损毁范围随荷载增大而增大,结构变形增长大于结构基底剪力;玻璃幕墙在风荷载作用下未坏,主体结构完好,结构基底剪力、顶部楼层位移和楼层层间位移角呈线性增长;与单独大震作用相比,在1.1倍100年重现期风压和大震联合作用时,结构出现扭转现象,楼层层间位移角之比由1.0增至1.3,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应大于风震单独作用的叠加,其中结构顶点位移和最大层间位移角为单独作用时求和值的121%、106%。在大震及风震联合作用下,玻璃幕墙容易发生破坏的位置为平行地震作用主向的侧面。     

RC框架结构地震均匀损伤优化设计

地震均匀损伤失效模式是指结构在强震下各楼层的损伤大小相同、侧向变形近似,并具有全局化的耗能机制,是结构较理想的破坏模式。提出了考虑土-结构动力相互作用影响的RC框架结构地震均匀损伤优化设计方法。以结构层间位移角均匀化为目标,以梁柱构件截面配筋为优化变量,考虑材料成本约束和配筋率等约束,融合结构层间位移角分布和梁柱构件转角大小,提出了基于优化准则法的RC框架结构均匀损伤优化设计方法。基于非线性温克尔地基梁模型(BNWF),建立了能够考虑土-结构相互作用的RC框架结构分析模型。以两个5层和12层结构为例,研究了收敛参数对收敛速度和收敛稳定性的影响规律,分析了优化过程中各楼层配筋转移情况,对比了优化前、后结构的梁柱转角大小和层间位移角分布。结果表明,该文优化方法可使结构的损伤分布更加均匀,降低结构的最大层间位移角,提高结构的抗震能力。     

Pushover分析中侧向力分布形式的影响

侧向荷载的分布模式对Pushover分析结果有着重要的影响。本文列举了几种常用的侧向荷载分布模式，并对其进行了研究。然后对两个实例进行了不同荷载分布模式下的pushover分析，并对分析结果，如结构的基底剪力－顶点位移关系、层间最大位移角以及层间最大剪力进行了分析比较。     

自复位消能摇摆模块复合钢框架协同抗侧机理与抗震加固设计方法

该文采用自复位消能摇摆模块对既有抗弯钢框架进行加固，以减小其震后残余位移、提升其地震抗倒塌性能、避免其因层间变形集中而发生薄弱层倒塌破坏。基于分布参数连续体模型，揭示了自复位消能摇摆模块与钢框架结构的协同抗侧机理，分析了自复位消能摇摆模块抗弯刚度及抗侧刚度对结构层间变形模式、摇摆模块和钢框架内力需求的影响。提出了利用自复位消能摇摆模块加固既有抗弯钢框架基于位移的抗震设计方法，给出了具体设计流程。基于提出的设计方法对某三层抗弯钢框架进行加固设计。静力推覆分析和动力分析结果表明，自复位消能摇摆模块可有效减小既有抗弯钢框架结构的震后残余变形、使结构获得均匀的层间变形模式。加固后的结构在设计地震下可达到预期设计目标。     

氯离子侵蚀下RC框架结构时变抗震性能研究

氯离子侵蚀作用引发的结构耐久性损伤将导致RC结构抗震性能发生时变劣化。在材料层次,该文通过考虑钢筋截面削弱、保护层混凝土开裂软化、核心区混凝土极限压应变降低等模拟氯离子侵蚀对RC框架结构材料性能的影响,并基于试验数据验证了模拟方法的准确性;在结构层次,基于上述材料力学性能退化模型和纤维模型,对3层、6层与8层多不同服役期(0年、30年、50年和70年)RC框架结构进行数值建模,继而进行了静力与动力弹塑性分析,研究了其随服役期增长承载与变形能力退化规律和层间位移角分布变化规律。研究结果表明:结构腐蚀后,随着服役期的增加,结构承载力、特征点位移、位移延性、软化段刚度等抗震性能指标均逐渐减小,结构的屈服PGA和倒塌PGA亦不断降低,结构最大层间位移角不断增大,且结构在罕遇地震作用下层间位移反应受服役期影响较设防地震作用更为明显。     

改进型节点钢框架整体模型的抗震性能对比分析

针对钢框架梁柱加宽型节点、削弱型节点和加宽-削弱型节点,在已经完成了三种改进型梁柱节点试验与有限元分析的基础上,采用ABAQUS有限元软件建立了8层三种改进型节点框架和普通刚接框架模型,对其进行模态和8度罕遇地震作用下的动力时程分析,并详细对比分析四种钢框架的抗震性能。分析结果表明:与刚接框架相比,三种改进型节点框架在8度罕遇地震下实现了节点塑性铰外移,保护了梁端焊缝。与节点削弱型框架相比,节点加宽-削弱型框架有效的控制了结构的层间位移角;与节点加宽型框架相比,节点加宽-削弱型框架对结构基底剪力影响不大,柱脚和节点域塑性应变小于节点加宽型框架,因此具有更为可靠的抗震性能。     

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。     

框架-分布摇摆芯筒-核心筒结构体系减震机理分析及应用

传统的框架-核心筒（FCT）结构体系在保证抗震性能的情况下存在布局不灵活和经济性不足等局限。提出框架-分布芯筒-核心筒（FDCT）高层结构体系，其具有三道抗震防线。为了协调控制层间位移，将其进一步改进为框架-分布摇摆芯筒-核心筒（FDRCT）高层结构体系。建立FDCT结构和FDRCT结构的简化动力模型，并进行频域动力分析和地震动随机分析，探究影响减震效果的主要参数，证明FDRCT结构相比于FCT结构具有更好的减震效果。对典型的FCT结构进行设计调整，建立相应的FDCT结构和FDRCT结构，并进行弹塑性时程分析。结果表明：相对于传统方案，由于FDCT结构刚度较小，地震作用下其位移将适当变大；虽然FDRCT结构的最大层间位移角和顶部位移会略有增大，但层间变形分布更加均匀，限制了薄弱层的出现，且结构加速度响应有所下降。适当增大分布摇摆芯筒的质量可使结构变形更加均匀。分析表明：FDRCT结构既可以提高结构的经济性又具备良好的抗震减震性能，具有良好的工程应用价值。