中心支撑钢框架结构基于性能的塑性抗震设计

根据功能平衡原理,本文提出了一种中心支撑钢框架结构基于性能的塑性设计方法。预先选定目标侧移和屈服机制,根据功能平衡方程即可得到结构的设计基底剪力。采用塑性设计法设计支撑构件和节点以便达到预期的屈服机制和性能。采用此方法对一幢6层中心支撑钢框架结构进行了设计,然后采用动力时程分析法验证了该方法的可行性,为中心支撑钢框架结构基于性能的塑性抗震设计法提供了一定的依据。     

基于随机有限元的框架结构可靠度分析

本文运用随机有限元法，进行复杂杆系结构的可靠度分析，用随机场网格表示在空间上随机变化的量，如结构材料，截面尺寸及外部荷载等，实际结构的可度指标分别由强度极限状态和正常使用极限状态计算得到，算例包括一个具有随机刚度的梁和一个具有随机弹性模量的钢框架，两个算例的可靠度分析表明，结构的特性及其载荷的相关性对其可靠度有明显的影响。     

基于相对可靠度思想的DDBD抗震设计方法

以我国现行规范设计结构隐含的性态目标的平均可靠度水准为基础,在DDBD方法中建立了相对可靠度理论体系,并提出了具体方法。在该文所提具体方法中,对于任一性态目标,均转化为以多遇地震作为预期地震风险水平进行可靠度计算,且DDBD法可靠度是通过与现有基于力抗震设计方法可靠度的比值形式体现的,既保持了与现行规范可靠度的传承,又避免了一般情况下可靠度的复杂计算。同时,论证了在多遇地震下DDBD方法所得基底剪力计算值与现行规范基于力方法基底剪力计算值理论上相等,并对其实际存在的计算误差进行修正,确定了DDBD方法截面承载力计算公式。最后,通过算例对比分析初步验证了此理论思路的有效性、优越性。     

一种抗震性能化设计方法及在防屈曲支撑钢框架结构中的应用

该文围绕防屈曲支撑钢框架结构提出了一种新的抗震性能化设计方法。在选取性能目标时,为了兼顾建筑中结构主体和非结构成分的地震安全,该方法选取了峰值层间位移角、峰值楼面加速度和残余层间位移角共同作为性能目标。以等效单自由度体系的弹塑性时程分析计算结果进行参数分析,掌握防屈曲支撑钢框架结构随基本周期和强度折减系数变化的地震响应规律;根据结构动力学理论将单自由度体系的计算结果推广至多自由度体系;基于此发展出一种新的抗震性能化设计方法。为演示和论证该方法的有效性,该文选取了一栋六层防屈曲支撑钢框架结构的基准模型进行抗震设计,并开展一组地震动作用下的弹塑性时程分析。抗震性能评估的结果表明:由该方法设计的结构能够较好地同时满足多个设计目标的要求。该文的设计方法对于其他类型结构的抗震设计也具有一定的借鉴价值。     

高层钢框架结构基于性能的塑性设计方法研究

在罕遇地震作用下,根据现行规范设计的高层钢框架结构会经历较大的非弹性变形,其非弹性性能在一定程度上难以预测和控制。根据功能平衡原理,该文提出了一种高层钢框架结构基于性能的塑性设计方法。预先选定目标侧移和屈服机制作为结构两个关键的性能极限状态。根据能量相等原则,即使结构单调达到目标侧移所需作的功等于等效弹塑性单自由度体系达到相同状态所需要的能量,来计算给定的地震水准下的设计基底剪力。采用塑性设计法设计框架构件和节点以便达到预期的屈服机制和性能。采用此方法对一幢10层钢框架结构进行了设计,然后采用动力时程分析法和静力非线性分析法验证了该方法的可行性,为高层钢框架结构基于性能的塑性抗震设计法提供了一定的依据。     

空间钢框架结构的非线性全过程分析

本文采用有限变形理论及内力屈服面塑性流动理论对空间钢框架的极限承载力进行了弹塑性大变形全过程分析。理论与算例都表明，本文方法精度较高，而计算又不过于复杂。     

基于概率统计方法的隔震结构可靠度

该文用概率统计的方法分析隔震结构的抗震可靠度。对两个实际的隔震结构建立三维有限元模型并进行时程分析,求得层相对加速度、层间位移角、隔震支座剪应变和压应力等结构的动力响应参数,同时,收集隔震支座力学性能的实验数据并结合数值模拟,用假设检验方法,明确了隔震结构的各动力响应参数和隔震支座的抗力参数均服从对数正态分布,再用最大似然估计法,得到了隔震结构各动力响应和隔震支座抗力的概率特征参数。给定隔震结构的失效模式,建立以结构抗力和反应为变量的功能函数,采用一次二阶矩法,分析隔震体系的抗震可靠度,结果发现：按目前《建筑抗震设计规范》的隔震结构,与非隔震结构相比,即使上部结构的水平地震作用减小60%~70%,也不一定能达到“中震不坏”和“极大震不倒”的抗震性能目标,说明在编的《建筑隔震设计规范》对隔震建筑提出更高的要求。     

基于概率的钢框架结构地震失效模式识别方法

该文定义了构件的截面损伤指标,基于增量动力分析(IDA)方法,对地震输入下结构的失效模式进行分类,进一步统计得出各失效模式下构件端部截面损伤均值。提出基于概率的地震失效模式识别方法,建立各失效模式下结构失效概率关系表达式。基于OpenSees平台,对一个20层benchmark钢框架结构模型进行数值分析,结果表明,根据关键层的损伤状态可以合理地划分失效模式,引入构件重要性系数能较好地反映各构件截面损伤对结构失效模式的影响,基于概率的地震失效模式识别方法能有效的判别结构发生各失效模式的概率大小。     

基于性能的偏心支撑钢框架抗震设计方法研究

偏心支撑钢框架的理想失效模式为每层耗能连梁均屈服,底层柱脚形成塑性铰,传统设计方法基于强度设计理论,很难保证结构的弹塑性受力状态。该文提出了偏心支撑钢框架基于性能的抗震设计方法(PBSD),该方法以结构的目标侧移和失效模式来预测和控制结构的非弹性变形状态,保证偏心支撑钢框架在大震作用下各层连梁均参与耗能,而其他构件仍保持弹性,即偏心支撑钢框架的层间侧移趋于均匀,避免结构薄弱层的出现,便于偏心支撑钢框架的震后修复。依据PBSD方法分别设计了10层K形和Y形偏心支撑钢框架算例,采用静力推覆分析和非线性时程分析验证该设计方法的合理性,分析结果表明：依据PBSD方法设计的偏心支撑钢框架的极限状态接近于理想整体失效模式,即结构非弹性变形主要集中在耗能连梁中发生,且各层连梁均参与耗能,没有薄弱层出现。该方法为偏心支撑钢框架的工程优化设计提供了参考依据。     

蜂窝式钢框架结构抗震性能试验研究

该文通过低周反复荷载试验对蜂窝式钢框架抗震性能进行研究。分析其在地震作用下的受力过程、破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性等抗震性能。分析结果表明:蜂窝框架在地震作用下有较好的抗震能力,结构的破坏特征主要体现在蜂窝梁上;通过腹板开孔削弱可以控制梁端塑性铰形成位置,使得最大塑性区移至梁腹板削弱处,减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的延性。     

基于等损伤的钢框架结构抗震性能优化

等损伤设计是指在地震作用下结构所有构件(楼层)发生同等程度的损伤而形成均匀的侧向变形,使所有结构构件的性能均能充分发挥。该文采用优化准则法发展了基于OpenSees平台的钢框架结构等损伤抗震设计方法。通过提取结构在强震下的构件损伤指数来获得损伤指数比列阵,进而定量地对损伤严重部位进行加强、对损伤较轻部位进行削弱;基于材料总造价恒定和体系约束条件,对所有构件进行重新调整。以一个8层钢框架结构作为原始结构,采用规范反应谱拟合的一条人工地震动作为输入,探讨了不同超松弛因子对优化结果的影响;通过大样本时程分析,对比了结构优化前后的层间位移角分布、整体损伤指标、楼层损伤分布和整体抗震能力,结果表明该文的优化方法能有效的提高结构的抗震能力。     

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。     

抗震结构变形能力可靠度的时程分析方法

采用可靠指标β来度量抗震结构可靠度．取结构失效准则为：地震作用下结构层间位移响应超越结构层间位移能力限值．将时程分析方法与ＪＣ方法结合，建立了计算抗震结构变形能力可靠指标β的时程分析方法．     

钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计

两边连接屈曲约束钢板剪力墙具有承载力高、耗能能力强、延性好等优点;而且在结构中布置灵活,能够减小对框架柱的作用力,避免框架柱过早发生破坏.为确定墙体在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计方法.设定结构预期的整体破坏模式和目标位移,基于能量平衡原理计算结构的设...     

考虑边缘框架贡献的钢板剪力墙结构设计

传统钢板剪力墙结构在设计时假设内嵌钢板承担100%的水平作用, 未量化考虑边缘框架的贡献, 但分析表明, 在梁柱刚接的情况下边缘框架对侧向承载力的贡献不能忽略。通过钢板剪力墙结构的塑形极限状态分析, 提出考虑边缘框架贡献的钢板剪力墙结构设计方法。对边缘框架梁(HBE)和边缘框架柱(VBE)进行受力分析, 推导考虑轴力影响的VBE截面设计公式并将其应用于考虑框架贡献的侧向承载力公式中, 确定内嵌钢板与边缘框架的剪力分配公式。通过对单层单跨的钢板剪力墙结构的算例分析, 验证剪力分配公式的适用性。最后分别采用传统设计方法和考虑框架贡献设计方法设计9层钢板剪力墙结构并对其进行非线性动力时程分析, 计算结果表明：两种方法设计的结构层间位移角均满足规范限值(1/50), 验证了该设计方法的合理性;在总用钢量方面, 采用考虑框架贡献设计的结构节省钢材6.48%, 较为经济。     

钢闸门结构时变抗力模型及其可靠度分析

根据现有文献资料,对影响钢闸门结构构件抗力衰减的主要因素钢材锈蚀进行了统计分析,得到了锈蚀规律。在此基础上,进一步分析得到了闸门构件抗力的衰减模型。并以受弯构件为例,对φ(t)是确定性函数和随机变量、荷载是时不变和时变情况的可靠度进行了分析计算,从而为现役闸门结构使用年限的预测和维修加固奠定了基础。这些工作目前在国内还是首次。     

钢框架连续倒塌的模拟方法研究

对钢框架结构在进行连续倒塌分析时的计算模型进行了研究。以1个两层两跨平面钢框架为例,分别建立了传统的理想刚接杆系模型和实体模型,采用抽柱法对2种模型进行了动力非线性分析,比较分析结果得出传统的理想刚接杆系模型由于没能考虑节点的受力与塑性变形,不能准确地反映结构连续倒塌的动力效应,使得结构抗连续倒塌性能评估结果偏不安全。对引入节点机械模型的平面钢框架进行连续倒塌分析,其计算结果与实体模型的结果接近,可较准确地反映结构抗连续倒塌性能,且耗时远小于实体模型的计算时间。建议对框架结构进行连续倒塌分析时采用引入节点性能的杆系模型。     

基于梯度优化方法的钢结构标准截面选型优化设计

实际的工程应用中,钢框架的基本构件大多是根据钢结构设计规范要求,从标准型钢库中选取,所组成的框架结构的截面尺寸非连续变化。因此,钢结构截面优化设计是典型的离散设计变量优化问题。若采用基于启发式的算法(如遗传算法等)进行求解,当可选截面类型较多时,其计算量巨大,求解效率低下。该文通过引入高维拉格朗日插值函数对该离散设计问题进行连续化,建立了可采用梯度优化方法进行求解的钢结构标准截面选型设计模型,并且使得连续化以后的设计变量个数大幅度减少。对给定截面类型种数为2n个的可选截面集合,其设计变量只需n个即可。具体算例表明：与基于遗传算法的优化方法相比,该方法的计算效率提高1~2个数量级,并且在结构性能基本相当的情况下,得到的型钢种类更少,便于工程应用。     

火灾后型钢混凝土框架结构力学性能试验研究及分析

考虑受火时间、荷载比等参数的影响,对火灾后型钢混凝土框架结构的破坏形态、变形性能以及剩余承载力等火灾后性能进行了试验研究。试验结果表明：火灾后型钢混凝土框架梁出现3个塑性铰而破坏,梁端弯剪变形明显,剪压区混凝土均出现部分脱落。随着受火时间的增加,型钢混凝土框架的剩余承载力逐渐减小。同时,建立了考虑升降温及火灾后全过程的火灾后型钢混凝土框架力学性能分析模型。计算结果与试验结果对比表明,二者吻合较好。可见,提出的模型是正确的。