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。     

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。     

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。     

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。     

单向斜交网格复杂超限高层结构动力弹塑性时程分析

镇江苏宁广场项目由东、西两座塔楼和商业裙楼组成。东塔楼建筑高度为338米,采用钢管混凝土柱、型钢梁－钢筋混凝土核心筒结构,在东、西两侧采用型钢斜交网格桁架。采用ABAQUS有限元程序并编写二次开发材料子程序VUMAT,建立基于纤维单元的结构分析模型,采用显示分析方法模拟结构在罕遇地震下的动力弹塑性时程响应。结果表明：斜交网格桁架可有效提高结构在该方向的抗侧刚度;结构最大层间位移角小于规范限值,连梁出现不同程度的损伤,大部分剪力墙混凝土受压损伤较小,斜交网格桁架、外框架、伸臂桁架、腰桁架和剪力墙内嵌型钢等钢构件的累积塑性应变均小于极限塑性应变;结构能满足“大震不倒”的设防要求。     

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。     

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。     

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     

新型自适应变刚度隔震装置的力学模型和地震响应分析

基于负刚度系统的力学性能特点,研发了自适应变刚度隔震装置.基于该装置的组成构造和变形机理,提出了其理论力学模型,给出了装置简化的三阶段变刚度模型.对自适应变刚度装置进行的竖向压缩拟静力试验结果表明,理论力学模型与试验力学模型的三阶段刚度基本一致,可有效模拟装置的变刚度力学特性.通过自适应变刚度装置与铅芯橡胶支座组合,给...     

冷弯薄壁方钢管梁柱加腋节点抗震性能研究

摘要：汶川地震后冷弯薄壁方钢管在灾区重建过程中得到了大量使用,但其梁柱节点的连接方式和力学性能等尚需进一步研究。为此,文中基于结构实际受力情况设计了一种三维双节点试验模型,对不同轴压比下冷弯薄壁方钢管梁柱加腋节点和普通节点的8个试件进行了足尺试验,通过对比分析研究了低周往复荷载作用下加腋节点的破坏模式、滞回曲线及评价节点抗震性能的主要参数（承载力、延性、刚度退化和能量耗散系数等）。同时,利用ANSYS对各节点进行了有限元数值计算,并与试验结果进行了对比分析进一步对加腋节点进行了研究。结果表明：试验与有限元数值计算结果吻合良好,验证了理论分析的正确性;加劲腋板提高了节点的初始刚度和承载力,钢管梁的弹塑性性能得到了充分发挥,不同轴压比下均出现了塑性铰,导致加腋节点各试件的最终破坏均是由钢管梁塑性变形过大出现局部屈曲引起;加劲腋板提高了节点的延性系数及往复变形次数,延长了变形时间,增大了节点的粘滞阻尼和耗能性性能,改善了节点的抗震性能;随轴压比增加,加腋节点塑性变形减小,脆性破坏特征增加,各耗能系数均相应降低。     

复杂形体超高层钢框架-混凝土核心筒混合结构减震的研究

以拟建超高宁夏电视塔(NXTVT)工程为背景,利用SAP2000建立其三维有限元分析模型。超高宁夏电视塔呈现底部小、上部大、中部略呈细腰形的花瓶状复杂形体;而且,楼层的不连续分布导致结构质量和侧向刚度沿竖向分布的不均匀。因此,整体结构形式复杂,对抗震要求高。首先,对结构的动力特性进行分析研究。在此基础上,使用振型分解反应谱法和FNA动力时程法对该结构的地震反应进行多维分析。接着,对安装非线性液体粘滞阻尼器(NFVDs)结构进行动力时程分析,以评价NFVDs对该结构的多维减震性能。通过大量的计算分析与比较,综合出了许多有益的结论与建议,为该实际工程或类似工程的减震设计提供参考依据。     

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。     

穿芯高强螺栓-端板节点方钢管混凝土框架抗震性能数值分析

为研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土框架的抗震性能,基于一榀两层两跨方钢管混凝土框架的拟静力试验研究结果,利用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性数值分析。研究框架的破坏机制、延性、耗能能力及节点性能。在峰值荷载前,数值分析结果与试验结果吻合较好。对轴压比、节点端板厚度、加劲肋厚度以及高强螺栓预拉力等因素进行了分析。结果表明,框架滞回曲线饱满,具有良好的延性和耗能能力,节点在加载过程中未产生塑性变形。当框架柱的轴压比较小时,可形成理想的梁铰破坏机制。增大端板厚度和设置梁端加劲肋可提高结构的刚度与承载力,使框架刚度的退化趋于平缓。高强螺栓预拉力对框架性能无显著影响。     

碰撞效应对非规则梁桥横向地震反应的影响

摘要：通过考虑上部梁体与防震挡块间的横向碰撞效应,采用线性和非线性时程分析法对非规则梁桥横向地震力的分布规律进行了对比研究。研究表明：板式橡胶支座的采用有利于减轻由于墩高不一致带来的非规则梁桥横向剪力分布不均的困扰,但同时增加了主梁与挡块间横向碰撞的机率;碰撞效应的考虑不仅使桥梁结构动力响应增大,而且造成各墩受力重新趋于不均。最后通过参数分析,探讨了不同碰撞条件下非规则梁桥横向地震力分布的变化规律,得到了有益的结论。     

底部加强矩形钢管混凝土柱抗震性能优化分析

为优化分析矩形截面钢管混凝土柱抗震性能影响参数,提出在底部外侧贴焊钢板的加强矩形钢管混凝土柱。在试验基础上用ABAQUS软件对轴压比、混凝土强度等级、底部加强钢板高度及厚度对试件影响进行数值分析,并与试验对比。结果表明,随轴压比增大试件承载力、延性逐步下降;随混凝土强度等级提高试件承载力提高,但下降段变陡,延性降低;随加强钢板高度增加试件承载力稳步增大,耗能能力提高,延性近似相等;随加强钢板厚度增加承载力提高幅度有限。在满足构造要求下,底部加强矩形截面钢管混凝土柱结构综合抗震耗能良好,可用于高层建筑结构抗震设计。     

Time-domain seismic reliability of nonlinear structures

A novel reliability analysis technique is presented to estimate the reliability of real structural systems. Its unique feature is that the dynamic loadings can be applied in time domain. It is a nonlinear stochastic finite element logarithm combined with the response surface method (RSM). It generates the response surface around the most probable failure point and incorporates information of the distribution of the random variables in the RSM formulation. It is verified using the Monte Carlo simulation technique, and is found to be very efficient and accurate. Most sources of nonlinearlity and uncertainty can be explicitly incorporated in the formulation. The flexibility of connections, represented by moment-relative rotation(M-θ) curves, is addressed. After the Northridge earthquake of 1994, several improved steel connections were proposed. Structural Sesimic Design Associates (SSDA) tested several full-scale proprietory slotted web beam-column connections. The authors suggested(M-θ) curves for this connection using actual test data. Behaviours of steel frames, assuming the connections are fully restrained, partially restrained, consisting of pre and post-Northridge connections are evaluated and compared. Desirable features of the post-Northridge connections observed during testing are analytically confirmed. Laterally weak steel frame is then strengthened with concrete shear walls. Capabilities and the advanced nature of the method are demonstrated with the help of realistic examples. This paper is dedicated to Prof R N Iyengar of the Indian Institute of Science on the occasion of his formal retirement.     

超高层钢管混凝土重力柱-混凝土核心筒结构振动台试验研究

研究速度脉冲强震和结构偏心双重不利对新型重力柱-核心筒结构体系地震响应的影响。以地震模拟振动台试验为基础,采用CANNY软件校验参数设置合理性。设计不同高度质量偏心重力柱-核心筒结构,分别选取10条速度脉冲和10条非速度脉冲地震记录作为输入,采用CANNY软件对偏心体系进行动力时程分析,系统地研究了速度脉冲地震和偏心率对结构地震响应的影响规律。结果表明：脉冲地震工况下各偏心体系的弹性和弹塑性层间位移角、剪力、扭矩、扭转角均显著高于非脉冲地震工况对应值。弹塑性工况比弹性工况增大效应明显,变形增大效应比力增大效应更为显著。随着偏心率增大,弹性和弹塑性层间位移角、扭矩和扭转角均增大,层间剪力则呈现减小趋势。增量动力分析结果亦表明,偏心和速度脉冲地震效应均会显著增大层间位移角。建议在新型重力柱-核心筒结构的抗震设计中,应充分考虑速度脉冲地震和偏心对其地震响应的耦合影响。

     

基于主余震序列的高拱坝极限抗震能力损失研究EI北大核心CSCD

目前,高拱坝的抗震安全性分析中仅考虑单独主震的作用,而忽略地震中可能伴随发生的多次余震,对高拱坝在主余震序列作用下的动力响应规律尚缺乏充分认识。以大岗山拱坝为例,建立了综合考虑坝体损伤非线性、横缝开合以及半无限地基辐射阻尼效应的拱坝-库水-地基有限元分析模型,并基于耐震时程法(ETA)构建主震-ETA余震序列进行高拱坝非线性动力分析。研究结果表明:ETA的计算结果与增量动力分析法(IDA)具有可比性;高拱坝的极限抗震能力在主震受损情况下将发生损失,且随主震强度增大而损失增加。最后,基于主震-ETA余震序列计算结果给出了大岗山拱坝的极限抗震能力损失曲线。