含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构抗震性能研究

地震作用下,传统钢框筒结构难以实现强柱弱梁的设计理念,大震下柱端往往先于梁端出现塑性铰。针对这一问题提出了含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,即在裙梁中设置可更换的剪切型耗能梁段,大震作用下结构利用剪切型耗能梁段良好的弹塑性变形能力进行耗能,其余构件仍处于弹性状态或部分发展塑性。设计了一组算例结构,包括传统钢框筒结构和含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,采用SAP2000有限元分析软件对算例结构进行了弹性和弹塑性地震反应分析,对比了传统钢框筒结构和不同耗能梁段布置形式的含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构在多遇地震、罕遇地震和极罕遇地震作用下的抗震性能和破坏模式。结果表明:在裙梁中设置剪切型耗能梁段对结构整体刚度的影响较小,含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构改变了传统钢框筒结构的耗能机制,主要通过耗能梁段的剪切变形代替裙梁端部塑性铰耗能。罕遇地震作用下耗能梁段全部进入塑性耗能,震后仅需替换损伤严重的耗能梁段即可快速恢复结构的使用功能。极罕遇地震作用下,传统钢框筒结构达到极限状态,而含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构的耗能梁段进一步发展塑性,其余构件保持弹性,结构具有足够的安全储备。     

含可更换剪切型耗能梁段的组合钢框筒截面尺寸预估方法探究

含可更换剪切型耗能梁段组合钢框筒可克服传统钢框筒延性差和震后修复困难的缺点,有助于其在较高烈度区的应用。高层钢框筒用轴压比和等效实膜筒法确定的构件截面尺寸较粗糙,需反复试算和调整。为方便所提出的组合钢框筒结构的初步设计和抗震性能研究,给出了该新型结构各构件截面尺寸的预估方法,并通过组合钢框筒算例利用双向地震弹塑性时程分析方法验证了所提出预估方法的有效性;同时比较了罕遇地震下钢框筒与组合钢框筒的层间位移角、楼层位移、基底剪力、剪力滞后效应、塑性铰分布。研究表明:所给出的构件尺寸预估方法具有较好的效果,能够实现罕遇地震下塑性变形集中于耗能梁段,便于震后修复和功能恢复;罕遇地震下,相对传统钢框筒,组合钢框筒的各楼层的弹塑性层间位移角、楼层位移均明显减小,且其水平主向的基底剪力峰值明显减小,具有良好的减震效果,此外其角柱的轴力绝对值明显降低,减小了剪力滞后效应。     

竖向收进钢束筒结构楼层地震损伤评估研究

为定量评估钢束筒结构地震后楼层的损伤情况,基于算例分析模型,采用有限元分析软件对两类不同竖向收进方式的3种钢束筒结构进行大震弹塑性时程分析。通过楼层的变形与能量分析,基于归一化的位移和塑性耗能双参数破坏模型,研究给出确定钢束筒结构地震下楼层损伤程度指标——楼层损伤因子计算公式,通过计算得到的楼层损伤程度与基于损伤现象确定的楼层损伤程度基本吻合,该计算公式可用于成束钢框筒结构楼层地震损伤程度的定量评估。钢束筒结构楼层通过灰色关联-逐步分析耦合模型评估的地震损伤程度与基于损伤现象确定的地震损伤程度一致,表明基于灰色关联-逐步分析耦合模型的楼层损伤程度评估方法可以准确地对楼层的地震损伤情况进行评估。     

含可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能分析

针对传统钢框筒结构地震耗能差和震后修复难度大等问题,结合剪切型耗能梁段耗能能力强及震后易修复、钢框筒抗侧刚度大、高强钢强度高且节约材料的优点,提出一种新型高层钢结构形式——含可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS)。给出了HSS-FTS的初步设计方法和耗能梁段的布置原则。为比较HSS-FTS和传统钢框筒结构(FTS)的抗震性能,采用SAP2000各建立了一个40层的HSS-FTS和FTS有限元模型,验证了有限元建模的合理性,分别对两个结构进行反应谱分析和动力弹塑性时程分析。结果表明:多遇地震下,HSS-FTS和FTS的层间位移角、基底剪力、楼层剪力和剪力滞后效应无显著差别,HSS-FTS可以满足抗震规范层间位移角的限值要求。罕遇地震和超大震作用下,HSS-FTS的柱轴力分布相比FTS更为均匀,减小了结构的剪力滞后效应,HSS-FTS的塑性铰主要集中在耗能梁段处,改变了FTS的塑性铰发展机制,具有理想的破坏模式。在罕遇地震和超大震作用下,HSS-FTS的层间位移角相比FTS分别降低了11.98%和13.63%,可有效减小震后结构的残余变形,降低耗能梁段的更换难度。HSS-FTS改变了FTS的耗能机制,在罕遇地震和超大震作用下,其耗能量相比FTS分别提高了86.58%和151.09%,其耗能能力显著提升,有效降低了结构的水平地震作用,可减轻除耗能梁段外的非耗能构件受损程度,此种新型高层钢结构形式更易于震后修复与功能的快速恢复。     

成束钢框筒结构罕遇地震作用下的能量反应分析

基于对三种不同竖向收进方式的成束钢框筒结构进行的罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,得到各种能量项数值,分析了采用不同峰值加速度输入下各能量项时程曲线的变化趋势。对输入能与地震加速度的关系、塑性耗能沿楼层的分布规律以及塑性耗能在构件中的分配进行了研究。探讨了组成束筒的各单个框筒的塑性耗能特点及其与竖向收进方式的关系。结果表明：采用不同的峰值加速度输入不影响弹性应变能、塑性耗能、阻尼耗能以及动能各项占总输入能比例的时程曲线变化趋势;当地震作用超过一定强度时,动能和弹性应变能在输入能中所占的比例变小,输入能主要依靠结构的塑性耗能来耗散;输入峰值加速度不同,塑性耗能沿楼层的分布规律也不同;窗裙梁是成束钢框筒结构最主要的耗能构件;组成束筒的各单个框筒耗能与输入的地震动峰值加速度有关;当输入的峰值加速度较大时,对于竖向未收进的模型,中间部位筒的耗能小于其周边筒的耗能,对于竖向收进的筒体,除收进变化较大的个别单筒外,单筒各层平均耗能较为均匀。     

徐州金鹰二期扩建工程弹塑性时程分析

徐州金鹰二期扩建工程属于B级高度的多塔高位连接复杂高层建筑,对该工程进行了罕遇地震下的弹塑性时程分析,分析内容包括结构在罕遇地震作用下的楼层位移、层间位移角及楼层剪力,同时对结构的核心筒剪力墙、斜柱、部分楼板及顶部钢结构连廊的塑性损伤做出评价。分析结果表明:该结构在罕遇地震下的层间位移角满足规范要求,其关键构件的塑性损伤在可接受的范围内,结构整体安全,抗震性能满足"大震不倒"的设防目标。     

龙江新城市广场二期弹塑性时程分析

龙江新城市广场二期扩建工程属于A级高度的大底盘双塔高层建筑,对该工程进行了罕遇地震下的弹塑性时程分析,分析内容包括结构在罕遇地震作用下的楼层位移、层间位移角及楼层剪力,同时对结构的核心筒剪力墙、局部单跨框架及楼板的塑性损伤做出评价。分析结果表明,该结构在罕遇地震下的层间位移角满足规范要求,其关键构件的塑性损伤在可接受的范围内,结构整体安全,抗震性能满足"大震不倒"的设防目标,并对该工程的薄弱部位提出相应的加强措施。     

钢筋混凝土框筒结构的动力特性及地震反应分析

针对某 32层钢筋混凝土框筒结构 ,运用ANSYS软件 ,建立三维有限元模型进行了振型分析 ,得出了该结构的自振特性 ;分别采用振型分解反应谱法和非线性时程分析法进行了结构在罕遇地震作用下的地震反应分析。求出了该结构的楼层位移、剪力、轴力以及位移、速度和加速度时程曲线 ,并对计算结果以及剪力滞后效应对框筒结构受力和变形的影响等进行了分析和讨论。     

巨型钢支撑框筒结构抗震性能分析

某超限高层建筑总高346.7m,高度超限,外立面沿高度逐渐收进后又逐渐外挑,建筑概念独特,采用巨型钢支撑框筒+腰桁架形式。依次对其进行设防烈度为7度、超烈度7.5度以及8度罕遇地震输入,研究整体结构的变形、加速度放大系数、楼层剪重比和抗侧力构件的塑性状态等抗震性能。结果表明,在7度罕遇地震作用下,结构基本处于弹性工作状态,能满足整体结构大震不倒的抗震性能要求;超烈度7.5度罕遇地震下,局部构件出现塑性,表现出一定的延性耗能特征;8度罕遇地震作用下,楼层加速度放大系数减小、楼层剪重比减小、局部支撑构件进入塑性屈服阶段,结构进入良好的屈服耗能状态。     

某超高层结构弹塑性时程分析

采用非线性程序Perform-3D进行某超高层结构弹塑性时程分析,48层以下为框架-核心筒结构,其上为钢框架-核心筒结构,每层剪力墙筒体外墙外飘2m左右厚500mm的厚板,用扁梁将外围柱和剪力墙筒体连接。根据结构层间位移角、楼层剪力、构件耗能、钢材屈服和剪力墙损伤等计算结果,找出结构薄弱位置,分析罕遇地震下结构的抗震性能,为设计提供依据。     

预制混凝土叠合梁复合内墙受力与耗能分析

本文以装配式建筑中的一种新型预制混凝土叠合梁复合内填充墙体为研究对象,基于混凝土塑性损伤本构模型,采用有限元分析软件ABAQUS分别建立包括和不包括叠合梁复合内墙的局部结构模型、标准楼层模型和整体结构模型,分析了叠合梁复合内墙对结构抗侧刚度的影响以及在罕遇地震下的耗能能力。分析结果表明,叠合梁复合内墙可显著增加局部结构的刚度,但由于这种墙体在建筑户型布置中数量较少,其对标准楼层的刚度影响较小。叠合梁复合内墙通过自身塑性耗能和损伤耗能较大程度地提高了结构整体抗罕遇地震性能。     

框架-阻尼框筒结构体系在超高层建筑中的应用研究

在框架-核心筒结构体系的基础上,提出了一种新型结构体系"框架-阻尼框筒结构体系"。对某200m高、采用框架-阻尼框筒结构体系的超高层建筑进行了多遇地震下的设计,通过周期和层间位移角对比,得出钢板阻尼墙在多遇地震下可以提供所需刚度。进一步对该结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,通过对基底剪力下降程度、顶部位移对比、层间位移角、框架损伤、钢板阻尼墙耗能和有害层间变形进行分析,表明钢板阻尼墙在罕遇地震下能够充分耗能,降低结构响应,保护框架构件。最后,研究了钢板阻尼墙屈服位移对结构层间变形和钢板阻尼墙耗能占比的影响。初步论证了框架-阻尼框筒结构体系可应用于200m左右的超高层建筑中,合理设计下具有优异的抗震性能,为超高层建筑的结构体系选择提供了一种新的方案。     

含可更换剪切型耗能梁段的组合钢框筒性能优势研究

针对传统框筒结构延性差和震后修复困难的问题,提出了一种新型框筒结构形式——含可更换剪切型耗能梁段的组合钢框筒结构。为了体现这种结构的性能优势,利用SAP2000软件进行了静力弹塑性分析,将其与传统钢框筒结构(1个Q460钢框筒结构和2个Q345钢框筒结构)的承载力、层间位移角、楼层剪力、层刚度、剪力滞后效应、塑性铰分布和用钢量进行了对比,并给出一些设计建议。分析结果表明:该新型结构相对于Q345钢框筒结构可节省用钢量约15.5%;其翼缘框架剪力滞后效应与传统钢框筒结构相差不大;该新型结构的延性系数为1.73,相较于传统钢框筒结构的延性系数可提高26.3%;与传统钢框筒结构相比,该新型结构在中震和大震下可降低地震作用约20.1%和33.6%,并且将结构的塑性变形集中在可更换耗能梁段上,方便震后的识别和替换。在高烈度区,该新型结构的主体抗侧力构件钢材建议采用Q390~Q460,剪切型耗能梁段钢材建议采用LY160~Q345。     

基于PERFORM-3D某框筒结构抗震性能分析

以高烈度区某框筒结构为例,在罕遇地震下,采用PERFORM-3D软件对该结构进行弹塑性时程分析,从结构层间位移角、基底剪力对结构的抗震性能进行分析。分析表明:该结构层间位移角满足规范限值1/100的要求,结构在罕遇地震下的破坏并不很严重,结构进入塑性化程度不高。     

强震下竖向不对称收进高层结构损伤分析

某竖向不对称收进高层结构采用钢管混凝土框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,利用损伤塑性本构考虑混凝土的损伤发展,建立了不规则高层结构的三维弹塑性分析模型,分析强震作用下超限高层结构抗震性能及损伤分布,同时分析地震波幅值对不规则高层结构损伤发展的影响。分析得到:罕遇地震作用下核心筒剪力墙整体处于轻微损伤状态,连梁进入塑性而发挥耗能作用;竖向不对称收进的高层结构核心筒损伤较大部位为伸臂桁架楼层及其相邻上部楼层,对该区域损伤较为明显的剪力墙应进行配筋加强;伸臂杆件所在楼层的楼板承担较大的水平剪力作用,处于中度损坏,应进行设计加强;罕遇地震作用下结构损伤发展较设防地震作用时增大,但结构损伤部位和趋势较为一致。由此得出结论,对于竖向不对称收进高层结构应进行强震损伤分析以明确结构抗震薄弱部位。     

高层混凝土框架-核心筒结构在Pushover方法和动力弹塑性时程方法下的对比分析

为了对框架一核心筒结构进行进一步研究,使其能够更好的在工程实际中运用。本文用Pushover方法和弹塑性动力时程方法,分析了混凝土框架一核心筒结构在罕遇地震下的结构响应,通过Pushover方法得到了不同侧向加载模式下结构的塑性铰发展、顶点位移曲线、基底剪力曲线、楼层位移包络曲线。由两种分析结果,发现高层混凝土框架一核心筒结构在罕遇地震作用下,结构中上部梁和底层柱易破坏。对比两种分析方法,得出Pushover分析方法与时程分析结果类似,其中倒三角荷载分布模式结构响应与时程分析结果最相近。     

加腋钢框架结构的静力弹塑性性能研究

运用SAP2000对普通钢框架和对其进行加腋后的框架进行Pushover分析,得出两类钢框架在多遇和罕遏地震作用下性能点的基底剪力和顶点位移,然后分别以第一次Pushover分析得到的性能点的顶点位移为监测位移再进行Pushover分析,得到多遇和罕遇地震作用下两类钢框架的层位移、层间位移角和各杆件的塑性铰数量及塑性铰出现的顺序。分析结果表明：加腋后钢框架在多遇和罕遇地震下的层位移减小;加腋措施使得钢框架在多遇地震下的层间位移角有减小的趋势,而在罕遏地震下的层间位移角有增大的趋势,但这种影响的幅度不大;加腋措施显著地改善了钢框架在罕遇地震下结构杆件出现的塑性铰数量和塑性铰顺序;加腋后的首层柱底达到极限承载力,为薄弱构件,加腋设计时需要注意。     

星海金融商务区超高层结构动力弹塑性分析

星海金融商务区超高层综合体建筑高度为193.30m,共51层,属超B级高度高层结构,采用钢筋混凝土框架-核心筒结构。采用ABAQUS、Perform-3D软件对主楼结构进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性分析,并对其抗震性能进行评价,通过3组罕遇地震波可以表明:结构抗侧刚度沿竖向均匀,楼层剪力传递简单合理;最大弹塑性位移角小于规范限值要求;连梁大部分出现了混凝土的受压塑性损伤,很好地起到了耗能作用;结构的损伤满足规范的要求,表现出良好的抗震性能。     

Y形偏心支撑-高强钢框架结构抗震性能试验研究

为研究Y形偏心支撑-高强钢框架结构抗震性能,在已完成的1∶2缩尺3层模型结构振动台试验的基础上,重新设计了耗能梁段,并对该结构再次进行振动台试验。试验中选取El Centro波、Taft波和兰州波作为地震动输入并考虑7度多遇到9度罕遇的地震水准,分析了结构在水平地震作用下的动力特性、加速度响应、位移响应、应变响应、剪力分布等,并与已有试验结果进行了对比。通过ABAQUS建立了有限元分析模型,与试验结果进行对比。结果表明：该结构在多遇地震作用下处于弹性状态,在罕遇地震作用下表现为耗能梁段的局部破坏;耗能梁段破坏后,结构刚度大幅下降,但未发生倒塌;在多遇地震和罕遇地震作用下,结构的最大层间位移角满足抗震规范层间位移角限值的相关要求;在罕遇地震作用下,耗能梁段进入塑性状态而进行耗能,其他构件仍保持弹性状态;所建立的有限元模型可以有效模拟振动台试验结果。     

中国国际丝路中心大厦项目施工图设计中的罕遇地震抗震性能分析及评价

在建的中国国际丝路中心大厦项目建筑高度498m,主体结构高度482.5m,采用了框架-核心筒-组合伸臂桁架的结构体系,属于超限高层建筑。在施工图设计阶段,基于PERFORM-3D软件,根据具体结构布置的最新调整情况对结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,检验结构在罕遇地震下的抗震性能。考虑5组天然波和2组人工波、8度罕遇地震作用下14个工况,分析结构弹塑性时程反应,得到结构在地震作用下的变形、内力和损伤情况。分析结果表明结构最大层间位移角满足1/100的限值要求,核心筒墙体塑性损伤水平较低,核心筒连梁大部分进入塑性耗能。型钢混凝土柱塑性发展程度较低,结构中高区外框钢梁部分进入塑性耗能。刚性伸臂少量进入屈服,阻尼伸臂桁架保持弹性,粘滞阻尼器滞回曲线饱满有效参与地震耗能,结构满足大震不倒的设防要求。