钢斜撑+钢桁架+钢筋混凝土管柱竖向混合结构 抗震性能试验研究

传统钢桁架+钢筋混凝土管柱形式的空冷支架结构体系在地震高烈度区已不能满足百万千瓦机组火电厂对结构使用性能的要求。该文提出钢斜撑+钢桁架+钢筋混凝土管柱的新型空冷支架结构体系,并对其抗震性能进行试验研究。选取原型结构的1/4,并按照1/8缩尺比制作试验模型,进行动力特性测试、拟动力试验与拟静力试验,探讨该结构体系的滞回性能、变形性能以及破坏模式等。结果表明:钢斜撑+钢桁架+钢筋混凝土管柱空冷支架结构体系的荷载-位移滞回曲线饱满,结构的耗能能力与变形能力较强,能够满足高烈度区大容量机组的抗震要求。     

侧移曲线对基于位移设计的多层自复位摩擦耗能支撑钢框架抗震性能影响研究

采用直接基于位移的抗震设计方法时需预先确定结构的侧移曲线,但侧移曲线对设计结果和结构抗震性能的影响有待研究,为此该文以自复位摩擦耗能支撑钢框架为例,考虑结构非线性程度和层数,分析了3种典型侧移曲线对结构抗震性能的影响,为该类支撑钢框架结构的侧移曲线选择提供依据。结果表明:侧移曲线对3层支撑框架的基底剪力设计值影响不大,但对6层支撑框架的基底剪力有明显影响;楼层设计位移角随设计侧移曲线变化而变化,最终导致楼层设计刚度差别较大;3层以下低层自复位摩擦耗能支撑钢框架结构的实际侧移表现为线型,设计时建议采用线型侧移曲线,6层左右的多层结构的实际侧移表现为弯曲型,建议采用弯曲型侧移曲线进行设计。     

铰支桁架-框架结构抗震设计与性能研究

合理设计的框架会因为地震力分布不均匀致使框架的部分楼层梁率先屈服,导致结构层间位移角不均匀系数（DCF）增加,很难出现所有楼层梁端和柱底出铰的完全梁铰机制。为改善普通钢框架层间集中损伤和侧向刚度偏小问题,提出在框架中设置拉链柱和斜撑,形成铰支桁架-框架,控制框架侧向位移大小和分布。推导了框架弹性DCF值,并以此作为铰支桁架-框架的DCF目标值,进而提出了铰支桁架与框架的合理刚度比;给出了基于DCF抗震设计流程,设计算例达到了预期的位移和DCF性能目标。对比了框架、摇摆墙框架和铰支桁架-框架的抗震性能,结果表明:铰支桁架可以提高框架的抗侧刚度,使框架的塑性铰分布模式由不完全梁铰机制转变为完全梁铰机制,使框架层间位移角及剪力分布均匀;相比于摇摆墙框架,铰支桁架-框架具有较大的侧向刚度和相近的侧向变形模式。     

型钢混凝土框排架混合结构弹塑性地震响应及抗震防线问题研究

型钢混凝土框排架混合结构是一种新型的火电厂主厂房结构体系,合理的剪力墙布置能够使该类结构实现三道抗震防线。采用ABAQUS有限元软件进行8度小震、中震、大震以及9度大震下的弹塑性地震反应分析,获得结构在不同强度地震下的基底剪力、整体侧移、层间侧移角以及结构构件的损伤演化特性。研究结果表明：强震作用下剪力墙首先出现损伤破坏,可以起到第一道抗震防线的作用,有效提高了结构的抗震能力;随着地震作用的增强,结构薄弱部位由煤斗层到运转层再到底部两层下移,且整体侧移曲线由弯剪型向剪切型转变;整体结构的变形性能较好,能够满足“大震不倒”的抗震设防需求。最后,通过计算分析提出适用于不同烈度、不同场地类别下的剪力墙布置数量与抗震构造措施,可供工程设计参考。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能分析

为了合理评估高强钢组合K形偏心支撑框架（K-HSS-EBFs）的抗震性能,首先建立了振动台试验试件的有限元模型,验证了有限元分析方法的适用性。设计了一个10层K-HSS-EBF结构,选取10条地震记录对其进行增量动力分析（IDA）。探讨了在强震作用下结构的薄弱部位、耗能梁塑性区的形成和发展、基底剪力和最大层间位移的关系,得到了结构概率分位值为10%、50%和90%的IDA曲线以及位移延性系数,结合定义的性能参数评估了结构的抗震性能。研究表明:随着地震动峰值加速度的增加,各层耗能梁先后进入塑性,并逐渐发展,吸收地震能量; K-HSS-EBFs的易损曲线能很好地反映其抗震性能;按《建筑抗震设计规范》设计的高强钢组合K形偏心支撑框架偏保守,能承受远大于设防烈度的地震作用,造成结构设计的浪费。     

摇摆桁架-BRB-钢框架体系地震失效模式与抗震性能分析

建筑结构抗震设计所希望的结构地震失效模式是完全梁铰式失效,由于各种不确定性的存在,在实际地震中,结构是否能发生完全梁铰式失效是无法预知的。而防屈曲支撑构件(BRB)延性较大,在地震作用下可稳定地耗散地震输入结构的能量。鉴于此该文提出了一种摇摆桁架-BRB-钢框架体系,采用静力推覆分析方法,识别出了结构的主要地震失效模式,对其失效路径以进行了分析;对传统钢框架结构、摇摆桁架-钢框架体系、摇摆桁架-BRB-钢框架体系在小震、中震、大震作用下进行时程分析,并基于峰值层间位移角评价了三种结构的抗震性能。结果表明摇摆桁架-BRB-钢框架体系,在结构耗能减震、失效模式的优化控制,降低结构的残余变形等方面均起到了重要作用,新结构的侧向变形较传统钢框架结构更加均匀,结构整体参与耗能的能力更强。     

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。     

不同焊接节点构造形式钢框架整体抗震性能分析

为系统全面地对比不同构造形式对于焊接节点钢框架抗震性能的影响,该文采用通用有限元软件ABAQUS,建立多尺度钢框架非线性有限元模型,应用国内外典型试验结果,验证了精细模型和多尺度有限元模型的准确性和等效性。通过建立9种不同节点构造形式的钢框架多尺度模型,进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,与标准型节点框架在结构变形、基底剪力、塑性耗能、断裂倾向指数等方面进行对比分析,深入探讨不同节点构造形式对钢框架抗震性能的影响,为工程应用提供参考依据。分析结果表明:只要设计合理,局部构造差异对于结构变形的影响不大,不会引起刚度的突变进而对结构造成不利的影响;对于局部加强节点框架,没有造成基底剪力的增加(少数增加最大为6%),降低了结构的地震响应,这对于结构抵抗地震荷载起到有利作用;改变节点构造可以显著地改善节点焊接接头处的断裂倾向,减缓节点焊接处的应力集中现象,使得破坏发生在母材而不是焊缝处,进而发生延性破坏避免脆性破坏。     

双段消能摇摆结构体系的地震反应特性研究

单段消能摇摆结构体系通过刚度较大的摇摆结构,能够控制主体结构均匀变形,遏制薄弱层产生。当结构高度较高时,单段摇摆结构的抗弯刚度较难满足抗震设计需求,单段消能摇摆结构体系不适用于高层建筑。基于此,提出了将单段摇摆结构划分为双段、并于分段位置处布设位移型阻尼器的双段消能摇摆结构体系。双段摇摆机制可以抑制薄弱层产生,降低摇摆结构的抗震设计需求。阻尼器能够消耗地震能量,进一步降低结构的地震反应。以双段消能摇摆钢桁架-框架结构为对象,分析对比了支撑-框架结构、单段消能摇摆钢桁架-框架结构、单段摇摆钢桁架-框架结构以及双段摇摆钢桁架-框架结构的抗震性能。采用OpenSees软件建立弹塑性有限元分析模型,进行了弹塑性抗震分析以及增量动力时程分析。研究表明,双段消能摇摆结构体系具有良好的抗震性能与可恢复性能,相比单段消能摇摆结构体系,可以进一步减小结构地震反应和摇摆结构抗震设计需求,该体系能应用于更高的建筑。     

新型钢桁架连梁的抗震性能试验研究

通过对8个钢组合桁架连梁的伪静力试验,初步了解了组合连梁的破坏特点、抗剪承载力、变形能力、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化以及适宜采用的桁架形式等。试验结果表明：在地震作用下,设交叉腹杆桁架比无交叉腹杆的桁架连梁有更大的抗剪承载力、更好的延性和耗能能力;较小跨高比、较大刚度的试件表现出在承载能力方面具有相对优势;试验连梁试件根部节点采用预埋钢板或弦杆直接埋入这两种设计方案均可行,便于施工维修。钢桁架连梁具有抗震所需的高延性和良好塑性耗能能力     

下部减震层间隔震结构振动台试验研究

层间隔震体系是基础隔震体系的发展与延伸,作为一种复杂结构体系,以往的研究仅限于探讨隔震层参数对地震响应及减震效果的影响,本文首次进行了下部结构附加黏滞阻尼器的层间隔震结构振动台试验研究。设计了1个四层的钢框架模型,首先进行了基础固接及1层顶隔震的振动台试验研究,其次,在1层顶隔震的基础上,在下部结构附加了黏滞阻尼器进行下部减震层间隔震结构的振动台试验研究,测定结构的加速度、层间位移及层剪力系数。试验结果表明,下部减震是在层间隔震基础上进一步提高隔震减震效果,降低结构地震响应行之有效的策略。本文还建立了层间隔震结构的有限元模型,将有限元分析结果与试验结果进行了对比。     

近场地震作用下组合横梁桥塔的悬索桥地震响应研究

在近场地震作用下,为减小桥塔塔身弯矩,悬索桥桥塔创新性地设置波形钢腹板横梁。以大渡河大桥为研究对象,基于横梁拟静力试验数据,建立结构动力数值计算模型并输入不同类型的近场地震动计算结构的地震响应,探究采用波形钢腹板横梁悬索桥的优势和近场效应对结构响应的影响规律。研究表明:采用波形钢腹板横梁的桥塔有自重轻、刚度小的优势,更符合强柱弱梁和强剪弱弯;在高烈度的近场作用下,以波形钢腹板横梁的延性作为抗震策略是合理的。脉冲效应对本桥响应影响较大,因此建议此类型桥梁应重视近场脉冲效应;而上盘效应对本桥的响应小于无近场效应的地震动,故处于上盘的桥梁是更安全的;在横向地震激励下,近场脉冲效应对主塔的位移和弯矩影响较大。     

可液化场地中复杂异跨地铁地下车站结构的地震反应分析

地基液化是导致地铁地下车站结构在地震中发生严重破坏的重要威胁之一,然而目前对可液化场地中地铁地下车站结构地震反应的研究较少,尤其是针对大型复杂异跨地铁地下车站结构地震反应的研究更是少见。通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服土体网格大变形的畸变问题,建立了可液化场地土一复杂异跨地铁车站结构静动耦合非线性相互作用的有限元数值模型,分析了该相互作用体系的场地液化分布特征、异跨车站结构上浮特征、周围场地位移沉降及矢量特征、结构侧向变形和地震损伤破坏特征等,初步揭示了该相互作用体系的地震反应规律及液化地基中大型异跨地下结构的地震破坏特征,研究成果可为提高可液化场地中异跨地铁车站结构地震反应的认识及完善其抗震设计方法提供合理的参考。     

酸性大气环境下锈蚀钢框架结构振动台试验研究

为研究酸性大气环境下锈蚀钢框架结构的整体抗震性能,设计了2个不同锈蚀程度（S1、S2）的5层空间钢框架结构。利用气雾腐蚀箱对酸性大气环境进行人工模拟并对S2进行加速腐蚀（S1未锈蚀作为对比）。分别对2个结构进行振动台试验,测定了不同锈蚀程度钢框架结构的动力特性及加速度、位移、应变反应和破坏特征,研究了钢框架结构的地震响应随钢材锈蚀程度增大的变化规律。试验结果表明:锈蚀对整体结构的影响主要表现为:结构自振频率下降7.46%~9.76%,阻尼比、位移、应变增大,加速度反应、剪力响应明显降低;S1与S2的破坏形式基本相同,均为钢框架梁端部发生局部屈曲破坏,S2塑性变形程度较S1增大;8度多遇时,S1、S2地震响应相差不显著,随地震强度的增大,两者地震响应差异越明显;研究成果可为进行锈蚀钢框架的安全性评估提供试验支持。     

异跨框架式地铁地下车站结构抗震性能水平与评价方法研究

针对现有异跨地铁地下车站结构抗震分析方法缺乏合理性能评价指标的问题。考虑土体与结构混凝土的材料非线性和接触非线性,建立了土-异跨地铁车站静动耦合整体时域有限元数值模型,通过在基岩处输入不同强度等级和类型的地震动,研究了异跨地铁车站结构的侧向变形规律与地震损伤特性,揭示了该车站结构的地震损伤破坏演化过程,建立了基于层间位移角与损伤破坏状态的异跨框架式地下车站结构抗震性能水平评价方法与物理特征描述。所建议的抗震性能评价方法能初步应用于异跨框架式地下结构的抗震性能水平分析。     

有无填充墙板的穿斗式木结构房屋振动台试验及对比分析

通过对不设置填充墙板与设置填充墙板的穿斗式木结构房屋进行模拟地震振动台试验,研究了穿斗式木结构的抗震性能,并对比分析了两模型结构的动力特性,及其在不同峰值加速度地震作用下的加速度放大系数、位移及最大层间位移角等动力响应。研究结果表明:两模型X向加速度动力放大系数在0.63～1.2,Y向加速度动力放大系数在0.51～0.97,说明模型榫卯挤压摩擦的耗能减震效果明显。不设置填充墙板的模型结构自振频率低、位移响应较大,扭转效应明显;设置填充墙板的模型抗侧刚度明显增大,结构自振频率增大,同时在地震激励下相对位移和层间位移角减小。两模型主体结构在大震作用下均无明显损坏,且设置填充墙板的木结构房屋具有更大的承载力和抗倒塌能力。     

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。     

双层球面网壳的序列地震效应敏感性研究

为了研究双层球面网壳结构响应对于序列地震是否敏感、避免结构在主震后的余震作用下发生倒塌,首先建立了基于通用有限元软件ABAQUS的结构有限元模型,并对太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库中的主余震序列地震动数据进行了筛选,共收集到342对主余震序列地震动时程数据;利用全荷载域动力时程分析方法,获得了各序列地震作用下结构的特征响应随加速度幅值的变化规律,归类并定义了网壳结构多重地震效应的四种影响程度;然后,对大量算例的结果进行统计,得到了在主震结束时的网壳特征响应(最大节点位移、屈服杆件比例和结构损伤因子)与结构抵抗余震能力的关系;最终将屈服杆件比例作为衡量双层球面网壳抵抗余震能力的指标,并给出了各跨度双层球面网壳屈服杆件比例的敏感界限值。研究成果可为网壳结构的抗震设计及抗震性能评估提供参考。