钢管混凝土斜交网格筒结构地震能量反应分析

结合所建立的钢管混凝土柱的轴向恢复力模型对斜交网格筒结构进行了弹塑性时程分析,研究了结构中各能量项的分配规律,从结构-构件-楼层3个层面,依次分析了滞回耗能的分配规律,并探讨了结构动力特性和地震动参数对滞回耗能分布的影响。研究表明:结构主要依靠阻尼耗能和滞回耗能平衡地震输入的能量;斜柱和连梁是斜交网格筒结构的主要耗能构件;斜柱的滞回耗能随楼层增高递减且在模块相接处有明显突变,设计时此处应避免出现较大的刚度突变。研究从能量的角度揭示了斜交网格筒结构的损伤模式和耗能机制,为建立此类结构的地震损伤评估方法提供了参考。     

高层斜交网格筒-核心筒结构抗震性能分析

摘　要：斜交网格筒新型结构体系具有较大的抗侧刚度,为建造高层、超高层结构提供了有利条件,目前已在国内外有多例成功实践,但相关抗震性能研究还很少。采用Perform-3D程序对典型钢管混凝土斜交网格筒-钢筋混凝土内筒结构进行了静力弹塑性分析。总结了体系塑性发展过程及构件屈服顺序,给出了斜交网格筒屈服路径,并从斜交网格筒作用力的变化阐述了内外筒间内力重分配的原因,明确了内外筒内力分配特点。基于内外筒抗侧刚度的发展过程,探讨了结构抗侧刚度退化的主要原因。     

矩形钢管混凝土边框组合剪力墙及筒体结构抗震研究

钢管混凝土边框组合剪力墙及筒体是一种新型抗侧力部件。该文对不同混凝土强度等级,不同轴压比,不同剪跨比,不同强弱抗剪连接键等设计参数的矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的抗震性能进行了研究。进行了2个普通钢筋混凝土剪力墙和7个矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的低周反复荷载试验,以及2个设置不同形式抗剪连接键的剪力墙节点的低周反复荷载试验。在试验基础上,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征。建立了组合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明:这种新型组合剪力墙及筒体可有效地将混凝土剪力墙侧向刚度和承载力大的优势与钢管混凝土柱抗震延性好的优势组合,钢管混凝土边框柱与混凝土剪力墙之间的抗剪连接键能可靠工作。工程应用效果良好。     

高层斜交网格结构体系的性能研究

为研究钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,设计制作了8个钢管混凝土柱试件并对其进行轴向往复加载,分析其受力机理和恢复力特性。基于试验结果,选用退化三线型模型,建立了钢管混凝土柱无量纲骨架曲线模型,并提出其轴拉与轴压方向的峰值承载力和位移的计算方法。鉴于钢管混凝土试件在轴拉与轴压方向受力机理的差异,对滞回曲线的正负向选用不同的滞回规则,建立了相应的卸载刚度函数。据此提出了钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,并与试验滞回曲线进行对比,验证了恢复力模型的合理性,所建立的恢复力模型可为斜交网格结构体系的弹塑性分析提供依据。     

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。     

高层斜交网格筒结构最小势能法简化计算研究

高层斜交网格筒结构是由交叉布置的斜柱和水平环梁组成的筒体结构,斜柱主要承受轴力作用。通过等效刚度的方法,将高层斜交网格筒结构等效为各向异性板壳模型,用最小势能原理求出等效模型的位移场闭合解。研究结果表明:高层斜交网格筒等效连续化方法求解结构侧移分布精度较高,同时可以得到结构的内力分布;该类结构是弯曲型和剪切型变形的叠加;该类结构具有明显的剪力滞效应;通过等效简化方法可以将三维筒体结构转化为具有等刚度、且不改变内力分布的平面模型。提出的等效连续化简化方法可为高层斜交网格筒体结构进一步研究提供理论参考。     

汶川县映秀镇方钢管混凝土异形柱结构抗震性能研究

方钢管混凝土异形柱结构是一种新型结构,在汶川县映秀镇渔子溪村重建项目的200余户住宅中得到应用。对此结构进行了较为全面的抗震性能分析,包括阵型分解反应谱分析、弹性时程分析和静力弹塑性分析,并将其静力弹塑性分析结果与单根方钢管混凝土柱结构的结果进行比较。分析发现,方钢管混凝土异形柱结构能够满足抗震要求,且在罕遇地震作用下的表现优于方钢管混凝土单柱结构     

基于整体稳定的斜交网格筒结构失效判别指标研究

高层建筑结构失效演化过程的量化分析是实现基于性能抗震设计方法的关键步骤之一,为了得到斜交网格筒结构体系基于整体稳定的失效判别方法,基于连续化方法的体系变形分析,给出了斜交网格筒结构体系的初始等效抗侧刚度求解方法,并对体系的变形形态进行了探讨;通过整体稳定平衡分析得到斜交网格筒结构体系瞬时等效刚重比与结构响应的关系,并提出了基于瞬时等效刚重比变化的失效判别方法;通过对结构进行20条地震波罕遇地震作用下的弹塑性时程分析及斜交网格筒子结构模型试验,验证了该方法的正确性。     

高层框架-斜交网格结构协同受力性能研究

高层框架-斜交网格结构是由高层斜交网格结构和框架结构组成的双抗侧力体系。采用理论推导和数值模拟的方法研究了该体系处于弹性和弹塑性状态下楼层水平剪力分配规律。针对高层斜交网格结构和框架结构协同工作变形特点,提出结构体系的弹性平面简化分析模型,进一步推导出结构侧向变形和剪力计算公式,并研究了结构处于弹性阶段时的剪力分配规律;采用非线性静力推覆法对结构体系在弹塑性阶段的变形特性、刚度退化和剪力分配规律进行了研究。结果表明：高层斜交网格结构和框架结构的协同工作性能良好,结构在弹性阶段,结构刚度的特征值及荷载分布对其剪力分配影响较大;结构进入塑性阶段,斜柱刚度退化速率较快,楼层剪力存在重分配现象。     

矩形钢管混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过三个矩形钢管混凝土框架节点(外加强环)模型的拟静力试验,以轴压比和梁柱线刚度比为参数,研究了该类框架节点的滞回曲线、延性、强度与刚度退化、耗能能力及其破坏特征。结论表明:矩形钢管混凝土框架节点滞回曲线呈饱满的"梭形",耗能能力强;强度与刚度退化缓慢;在达到极限荷载后具有良好的延性和后期变形能力,位移延性系数在3.5~4.48之间,满足延性节点的要求。经与钢筋混凝土框架、组合结构框架及钢框架节点抗震性能比较,可知:全钢管混凝土框架节点具有较好的受力性能和抗震能力,该文的研究成果可用于指导钢管混凝土结构的工程实践。     

FRP-钢管-混凝土构件抗震性能试验研究

为了研究低周循环往复荷载作用下GFRP(glass fiber reinforced polymer)-钢管-混凝构件的力学性能以及对比CFRP(carbon fiber reinforced polymer)-钢管-混凝土构件的性能差异, 对尺寸相同而加固方式不同的圆形截面FRP(GFRP、CFRP)-钢管-混凝土试件进行了拟静力试验, 荷载采用轴压、双向弯曲的组合来模拟地震动力。结果表明: FRP(GFRP、CFRP)的加固可以有效地提高构件抗动态弯曲的能力; GFRP-钢管-混凝土构件延性高于相同情况下CFRP-钢管-混凝土构件; 与普通钢管-混凝土相比, 环向、纵向和双向包裹的GFRP-钢管-混凝土构件的耗能系数分别提高2.0%、7.0%和12.7%, 而CFRP-钢管-混凝土分别提高2.0%、5.8%和6.7%。     

结构尺寸对方钢管混凝土短柱抗震性能影响的试验研究

为了研究在低周往复荷载作用下结构尺寸对方钢管混凝土短柱抗震性能的影响,对6根方钢管混凝土短柱开展了水平往复加载试验,分析了截面尺寸对柱破坏形态、滞回曲线、骨架曲线以及不同抗震性能指标(如刚度退化、耗能能力、延性等)的影响,阐明了不同截面尺寸对柱名义抗剪强度的影响规律和机制,研究结果表明：不同截面尺寸的试件破坏形态基本相同,表现为柱底部钢管鼓曲、核心混凝土被压碎的破坏形态;当截面尺寸由200 mm增至600 mm时,在不同加载方向上,方钢管混凝土短柱名义抗剪强度分别下降了63.1%(59.8%),表现出显著的尺寸效应;随着截面尺寸增大,相对名义刚度与平均耗能系数呈降低趋势;JIN等提出的考虑尺寸效应的抗剪强度公式计算值与试验值吻合良好,说明考虑尺寸效应的方钢管混凝土柱抗剪承载力计算公式能够较为准确的预测其抗剪承载力。     

高轴压比方钢管高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高轴压比方钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了8根轴压比从0.5―0.7的方钢管高强混凝土柱的往复水平加载试验。通过改变试件的轴压比、含钢率和长细比,研究其在往复水平荷载作用下的滞回性能、变形能力以及耗能能力,比较各参数对试验结果的影响。试验结果表明:试件破坏形态为柱底部截面钢管被压曲、核心混凝土被压碎的压弯型破坏;试件的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;位移延性系数在3.05―4.07之间,等效粘滞阻尼比在0.25―0.31之间,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。表明高轴压比方钢管高强混凝土柱具有良好的抗震性能。基于ABAQUS分析平台,建立了有限元模型,对试验进行了往复水平荷载作用下的全过程模拟分析。分析结果表明:有限元模型分析得到的滞回曲线与试验滞回曲线总体上吻合较好。     

高强钢管超高强混凝土柱抗震性能试验研究

以轴压比、含钢率和钢材强度为参数,进行了8根高强钢管超高强混凝土柱和1根普通强度钢管超高强混凝土对比柱的拟静力试验,分析了各参数对破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线和各个抗震性能指标(如延性、耗能和强度与刚度退化等)的影响程度.结果表明:压弯破坏为主要破坏模式;弹性刚度受轴压比影响不大,但受含钢率和钢材强度影响较大...     

钢管混凝土组合结构全螺栓隔板贯通节点的抗震性能试验研究

该文以方形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓隔板贯通连接节点为研究对象,以梁偏心为参数,进行了2个足尺的节点试件SJ1和SJ2的低周往复荷载试验,研究了该类型节点的破坏机理与抗震性能。通过试验数据处理与分析得出了该节点类型的破坏机理、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及刚度变化规律;通过隔板应变分析验证了试件的破坏机理。试验结果表明：该类型节点具有很好的抗震性能,节点承载力高,滞回曲线饱满,延性系数较大,耗能能力强等特点;主要变形发生在梁端塑性铰区域,隔板与柱连接处容易出现应力集中现象。两组节点在设计时均考虑了抗震设计要求,破坏形式基本相同,以隔板端部梁翼缘及腹板屈曲破坏为主,但由于SJ2梁存在偏心,在荷载作用下节点下隔板与柱连接处被撕裂。     

高层钢筋混凝土斜交网格结构振动台试验研究

为对高层钢筋混凝土斜交网格结构的破坏机理及抗震性能进行深入研究,对一高层钢筋混凝土斜交网格建筑进行了1/25的模型模拟振动台试验,在试验中针对模型进入非线性后,相似关系中的弹性模量比并非定值的问题,采用了分级相似关系,使试验结果能更贴近原型反应。研究了模型结构的动力特性和在不同地震烈度作用下的加速度反应及关键位置的应变变化情况,探究造成结构破坏的原因,找出模型结构破坏的薄弱环节。根据斜交网格结构的受力特点,结合模型破坏形态,总结高层钢筋混凝土斜交网格建筑的优缺点,并为高层斜交网格建筑的平面形式设计及材料选择提出建议。     

填充墙对矩形钢管混凝土框架结构抗震性能的影响研究

为了研究填充墙对钢管混凝土框架结构抗震性能和受力性能的影响规律,该文通过两榀单跨两层带填充墙的矩形钢管混凝土框架结构的低周反复荷载试验,研究分析了该类框架结构的承载能力、延性、耗能能力、破坏机理及其破坏特征。结果表明,填充墙的存在使框架的承载能力、抗侧刚度均大幅度增加,但其屈服位移和极限位移减小,延性降低。经比较研究发现,带填充墙的矩形钢管混凝土框架与同类其他框架相比具有良好的抗震性能和耗能能力。鉴于填充墙的存在对矩形钢管混凝土框架的受力性能和延性均有较大的影响,在钢管混凝土框架结构的工程实践中,应明确填充墙对结构受力的贡献,若考虑填充墙参与结构受力,则应在整体结构分析中给予考虑,否则填充墙宜与框架柱采取柔性连接,避免产生刚度效应。     

钢护筒-混凝土灌注桩承台节点抗震性能试验研究

为探究钢护筒与承台的合理连接方式,对钢护筒-混凝土灌注桩承台节点浅嵌入、锚筋嵌入、深嵌入三种不同的构造形式进行拟静力试验,分析三种不同试件的破坏特征、滞回性能、承载力、刚度、延性及耗能性能等抗震指标,研究钢护筒与承台连接节点形式对节点抗震性能的影响。结果表明:深嵌入节点构造方式的抗震性能最佳,可明显改善节点的承载能力、累积滞回耗能与刚度。锚筋嵌入和浅嵌入试件的主要破坏模式为近节点区承台混凝土的开裂与剥落,浅嵌入的破坏效应最为明显,承载力最差,锚筋嵌入形式虽在承载能力上相较浅嵌入形式提高20%,但仍然提供一种弱节点连接形式。     

钢—混凝土核心筒组合结构抗震性能研究

本文探讨钢－混凝土核心筒组合结构不同体系的抗震性能，利用”等效平均”的方法考虑混凝土核心筒的刚度折减，用有限元分析程序进行分析，研究水平地震剪力在周边钢框架结构与混凝土核心筒间的分配。     

基于统一强度理论的钢管混凝土斜交网格平面相贯节点承载力分析

斜交网格筒结构是一种新型的（超）高层建筑结构体系,由斜柱斜交而成的节点是确保此类结构安全可靠的关键部位。基于国内外的试验研究和理论分析,分析了钢管混凝土斜交网格筒平面相贯节点的构造形式、受力性能和破坏形式。考虑相贯节点核心混凝土受到的约束作用,从双剪统一强度理论出发,对圆钢管混凝土斜交网格筒相贯节点区域内与节点区域外部的核心混凝土进行受力分析,建立了圆钢管混凝土斜交网格筒平面相贯节点承载力的计算公式。所得计算结果与试验结果吻合良好,说明所提出公式的合理性。该文还分析了影响此类相贯节点承载力的影响因素,对钢管混凝土斜交网格筒相贯节点的破坏形式及控制因素进行探讨。采用Von Mises屈服准则对椭圆连接板进行受力分析,提出了临界角度的计算公式。该文研究成果对工程实际具有一定的参考价值。