基于增量动力分析的重力-侧力承载体系分离钢木混合结构抗震性能研究

为充分发挥钢木材料及钢木结构受力性能的优势，提出一种重力-侧力承载体系分离的钢木混合结构。通过可变形连接降低结构在地震作用下的响应。以钢板剪力墙-胶合木框架混合结构为例，对钢、木结构之间的连接参数设计范围进行确定，进而基于增量动力分析研究钢木混合结构在各性能水准地震作用下的最大层间位移角，并通过概率地震需求分析方法对结构的损伤指标进行评估。结果表明：在重力-侧力承载体系分离钢木混合结构中，通过可变形连接可降低连接内力和结构楼层加速度，结构在立即居住、生命安全和防止倒塌性能水准下的层间位移角限值建议分别取为0.2%、0.7%和2.6%;地面峰值加速度与结构最大层间位移角之间总体呈对数线性关系，结构在浅表地震作用下的最大层间位移角比在深层地震作用下更大；重力-侧力承载体系分离钢木混合结构的抗震性能良好，各性能水准下的最大层间位移角超越概率较低。     

竖向分布钢筋不连续的装配式剪力墙结构振动台试验研究

为研究竖向分布钢筋不连续的装配式剪力墙结构抗震性能,设计了1个缩尺比为1/2的四层模型结构,并对其开展振动台试验。试验中考虑了7度多遇至9度罕遇等地震烈度(0.035g~0.62g),并进行了峰值加速度0.80g的El Centro波破坏加载。研究结果表明：在7度罕遇地震作用下,模型结构处于弹性状态,最大层间位移角仅1/991;模型结构进入塑性阶段后(8度罕遇和9度罕遇地震作用),现浇边缘构件产生水平裂缝并跨越竖向拼缝向预制墙体发展,模型结构频率和阻尼比大幅变化,最大层间位移角为1/125;在峰值加速度0.80g的El Centro波作用下,模型结构发生典型的压弯破坏,一层现浇边缘构件混凝土局部压坏,钢筋压曲,但未发生整体破坏或倒塌;模型结构的1阶频率和阻尼比分别降低58.3%和增大163.2%,层间位移角达1/87;该剪力墙结构整体变形呈弯曲型,其现浇边缘构件和预制墙体具有良好的协同工作能力,抗震性能良好。     

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。     

云南省博物馆新馆隔震结构模拟地震振动台试验研究

云南省博物馆新馆是采用基础隔震结构的大型建筑,其隔震层采用铅芯橡胶支座与橡胶支座。该结构为 钢-混凝土混合结构,具有楼板不连续、竖向杆件不连续等特点,并且屋面钢桁架设有多层钢结构悬挂层。为研究该隔震结构的抗震性能,进行了1/30比例模型模拟地震振动台试验。结果表明,8度多遇、设防和罕遇地震作用下结构未出现破坏,结构自振频率未有明显变化,结构保持为弹性状态;在多遇、设防和罕遇地震作用下主体结构加速度放大系数小于1,设防烈度地震作用下,层间位移角小于弹性层间位移角限值;隔震层支座滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;结构在不同地震波作用下的加速度和位移反应不同。结构4～6层测点加速度放大系数和层间位移(角)略大,模型顶部钢桁架系统隔震效果不明显。     

双向水平地震作用下六层冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构振动台试验研究

为反映多层冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构在水平地震作用下的受力性能,分别对施工阶段及正常使用阶段的六层房屋足尺模型开展双向地震动输入的振动台试验,试验中考虑了8度多遇至8度罕遇等7个地震烈度(0.07g～0.40g)。通过对比其破坏特征、动力特性、位移和应变响应,研究非结构构件对整体结构抗震性能的影响并进行楼盖刚性判定和房屋扭转响应分析。研究结果表明：在水平地震作用下模型的主要破坏特征为轻质墙面板螺钉连接破坏;蒙皮普通墙体与钢板剪力墙共同抵抗水平剪力,提高了结构的抗震性能;随输入加速度峰值增大,结构的自振频率降低,位移响应及立柱应变提高;冷弯薄壁型钢梁-压型钢板覆水泥纤维板组合楼盖可判定为刚性楼盖;结构扭转响应较小;在8度多遇及8度罕遇地震作用下,结构最大层间位移角分别为1/505、1/100,满足规范规定的弹性及弹塑性层间位移角限值1/250及1/50的限值要求,多层冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构具有良好的变形能力和抗震性能。     

钢木混合结构在不同性能水准下的层间位移角限值

钢木混合结构是一种主要由钢框架、内填轻型木剪力墙和钢木混合楼盖组成的新型结构体系。抗震设计中,层间位移角是衡量结构和非结构破坏程度的重要指标。为获得钢木混合结构在不同性能水准下的层间位移角限值、定义钢木混合抗侧力体系的屈服点,在有限元软件OpenSees中对120个不同参数的钢木混合抗侧力体系进行推覆模拟,得到具有95%保证率的屈服位移角为0.48%;为定义钢木混合结构倒塌极限状态性能点,选取10条不同地震记录,在有限元软件OpenSees中对考虑不同木剪力墙和钢框架抗侧刚度比的三层和六层钢木混合结构进行增量动力分析,得到具有95%保证率的倒塌极限状态层间位移角为2.43%。基于分析结果和已有试验现象,建议钢木混合结构立即居住和防止倒塌性能水准层间位移角限值分别取0.5%和2.5%。     

基于能力谱法的框架-剪力墙结构地震易损性分析

地震易损性分析是评估结构地震灾害损失的关键。应用PKPM软件设计不同设防烈度的6个10层框架-剪力墙结构。应用能力谱法求得各结构在不同罕遇烈度地震作用下的最大层间位移角,回归分析给出最大层间位移角与地震动加速度峰值的关系式。以最大层间位移角为整体性能指标,进行结构地震易损性分析,给出结构地震失效概率关于地震动加速度峰值的计算公式。计算得到不同设防烈度框架-剪力墙结构在罕遇地震作用下的震害矩阵,为评估框架-剪力墙结构的地震灾害损失,提供基础数据。     

附设间隙阻尼减震装置的高位隔震连体结构振动台试验研究

针对高位隔震连体结构,提出附设间隙阻尼装置控制罕遇地震下连廊隔震支座位移。通过设计高宽比为6的双塔连体结构试验模型,对连廊与塔楼顶部仅采用隔震连接以及隔震与间隙阻尼装置连接的两类结构体系进行模拟地震振动台试验研究。选取远场El Centro波和速度脉冲效应明显的近场Chi-Chi波、Kobe波作为地震激励。通过测量隔震支座水平位移、间隙阻尼装置力与位移响应、连廊结构加速度响应以及塔楼结构加速度和位移响应,分析罕遇地震与极罕遇地震作用下间隙阻尼装置对隔震支座位移的控制效果,以及对连廊结构和下部塔楼结构抗震性能的影响。结果表明：间隙阻尼装置可以有效地控制罕遇和极罕遇地震作用下隔震支座位移,8度罕遇地震作用下,隔震支座最大位移减小59.61%;间隙阻尼装置传导轴与限位环产生剧烈冲击,引起高频振动能量进入连廊结构,导致连廊水平向加速度响应有所放大,而竖向加速度响应显著;远场地震作用下,间隙阻尼装置的启动对塔楼结构楼层加速度和层间位移角有所放大,但未造成不利影响;在速度脉冲周期与整体结构基本自振周期接近的近场地震作用下,当地震波峰值加速度为0.40g时,附设间隙阻尼装置使塔楼结构楼层峰值加速度和...     

考虑预制填充墙影响的装配式剪力墙抗震性能试验研究

为研究考虑预制填充墙影响的装配式剪力墙结构的抗震性能，设计并制作了一栋两层带预制填充墙装配式剪力墙结构的1∶3缩尺试件，分别考虑在模型平面的两个主轴方向布置预制填充墙的情况下，选取三组地震波和八个地震加速度峰值水准，通过振动台试验得到了在不同等级地震波下的预制填充墙对动力特性、损伤形态、加速度响应、位移响应及试件的应变响应等特性。试验结果表明：1)在八度设防和八度罕遇地震激励作用下，模型损伤严重，最终破坏形式为一层剪力墙下端混凝土剥落并形成较多水平通缝。2)在六和七度设防地震作用时，模型基本处于弹性状态，预制填充墙的存在加大了墙体的抗侧刚度，减少了墙体地震加速度反应；在八度多遇和七度罕遇地震工况作用时，试件逐步进入弹塑性阶段，预制填充墙慢慢失去作用。3)低于八度罕遇地震时，预制填充墙对剪力墙结构的抗侧刚度具有明显的增大效应；八度罕遇地震等级，模型损伤严重，预制填充墙基本失去了作用。     

某剪力墙结构隔震设计技术经济性研究

为了研究高烈度区高层剪力墙结构住宅采用隔震设计的技术经济性,对某剪力墙结构采用隔震设计前后进行了较为全面的分析比较。多遇地震作用下,分别对隔震结构与非隔震结构的底部剪力和层间位移角进行验算。罕遇地震作用下,对隔震结构与非隔震结构的耗能性能、层间位移角、剪力墙变形角以及连梁变形角等进行对比分析,考察结构的损伤情况。在此基础上,探讨了隔震结构与非隔震结构材料用量、工程造价与设防烈度的关系。分析结果表明,采用隔震设计后,结构的地震总剪力与倾覆力矩均可降低2/3左右,多遇地震作用下的最大层间位移角可减小40%以上,罕遇地震作用下的最大层间位移角可减小50%以上;设置黏滞阻尼器对于减小隔震层的最大位移作用显著;剪力墙基本处于弹性状态,连梁的损伤程度大大降低。8度(0.3g)设防时,隔震结构钢筋和混凝土的用量均明显少于非隔震结构,工程造价低于非隔震结构。     

半刚性框架-屈曲约束钢板剪力墙结构振动台试验研究

为研究半刚性框架-钢板剪力墙结构的抗震性能,进行了1个缩尺比为1/3的单跨4层钢框架-屈曲约束钢板剪力墙的振动台试验。试验采用模拟地震动的方法,选取El Centro波、Taft波和一条人工合成波,分析在7度多遇至9度罕遇共计8个水平地震作用工况下结构的动力特性和动力响应。研究结果表明：在多遇地震作用下,结构无明显塑性变形;罕遇地震作用时,1、3层墙板大部分区格形成拉力带。随着地震激励的增大,结构刚度逐渐退化,9度罕遇地震输入后结构抗侧刚度最大降幅仅为12%;屈曲约束钢板墙作为第一道抗震设防防线,率先进入弹塑性工作阶段,吸收耗散地震能量,避免框架发生破坏;在多遇及罕遇地震作用下结构的层间位移角分别为1/476和1/68,均满足我国现行抗震规范对层间位移角限值的规定。结构整体表现出优异的抗震性能,满足我国“两阶段,三水准”抗震设防要求。     

木框架-夹板剪力墙组合结构抗侧力性能试验研究

为研究木框架-夹板剪力墙组合结构的抗侧力性能,对5榀木框架-夹板剪力墙试件、2榀纯框架试件和2片夹板剪力墙试件开展了低周反复加载试验,对比分析试件在往复荷载作用下的破坏机理、抗侧刚度、极限承载力、延性、刚度退化规律和耗能能力。研究结果表明,木框架-夹板剪力墙组合结构的抗侧力性能主要取决于内填夹板剪力墙的性能,其最终的破坏模式表现为共用墙骨柱因钉连接的失效而脱落。外侧梁柱框架对内填夹板剪力墙的约束作用能显著减小端部墙骨柱的上拔,可取消抗倾覆连接件的设置。木框架-夹板剪力墙组合结构的抗侧刚度和极限承载力约为木框架-常规轻木剪力墙组合结构的两倍,且在大变形情况下仍能持有70%峰值荷载的承载能力,有利于避免罕遇地震下的倾覆倒塌。     

自复位钢木混合剪力墙：抗侧力性能试验研究与自复位机理参数分析

该文提出一种新型自复位钢木混合剪力墙体系,其由自复位钢框架、轻型木剪力墙及滑动摩擦型阻尼器组成。通过往复加载试验研究了自复位钢木混合剪力墙体系的抗侧力性能、破坏模式、剪力在钢框架与木剪力墙中的分配规律以及钢绞线内力变化规律。在此基础上,基于OpenSEES平台建立了自复位钢木混合剪力墙的数值模型,并通过试验数据验证了模型的准确性。利用该数值模型进行体系关键参数分析,研究了不同参数设置下自复位钢木混合剪力墙的自复位性能。分析参数选为阻尼器激发力水平及体系初始预应力水平。结果表明：自复位钢木混合剪力墙体系的滞回曲线呈“旗帜型”,自复位性能良好,大位移下阻尼器锁定可带来体系强度与刚度的二次提升;试验中,阻尼器长圆孔设置较长可有效减轻木剪力墙中损伤。参数分析结果显示,阻尼器激发力水平的提高会降低体系的自复位性能,相同阻尼器激发力水平下,体系初始预应力水平的提高不会持续提高体系的自复位性能;根据参数分析结果,给出了自复位钢木混合剪力墙体系中阻尼器激发力与体系初始预应力水平选取的建议公式。     

Experimental study on seismic performance of prefabricated rocking wall frame structure

为避免罕遇地震作用下传统混凝土摇摆墙的开裂损伤且充分利用装配式结构的便捷性，设计了采用双层钢板混凝土墙的摇摆墙结构体系，在浇筑混凝土时双层钢板可充当摇摆墙构件的外模板。跨越结构上、下层的摇摆墙之间采用高强螺栓连接，摇摆墙在工厂预制后运到施工现场进行安装。选用金属阻尼器作为耗能连接件连接摇摆墙与主体框架结构，同时传递层剪力并耗散地震能量。为研究该装配式摇摆墙-框架结构的抗震性能，设计并制作了一个纯框架和两个摇摆墙-框架，其中两个摇摆墙-框架的区别在于金属阻尼器的安装位置不同。通过拟静力试验分析了其破坏模式及抗震性能。试验结果表明：预制装配式摇摆墙与主体框架结构协同工作性能良好，金属阻尼器耗能效果得到充分利用，结构承载力、耗能能力大幅增加；在水平位移较大时摇摆墙竖向发生刚体位移，对整体结构的抗震性能产生一定影响，后续将采用附加预应力的形式减轻摇摆墙竖向抬升的影响。     

装配式摇摆墙-框架结构抗震性能试验研究

为避免罕遇地震作用下传统混凝土摇摆墙的开裂损伤且充分利用装配式结构的便捷性,设计了采用双层钢板混凝土墙的摇摆墙结构体系,在浇筑混凝土时双层钢板可充当摇摆墙构件的外模板。跨越结构上、下层的摇摆墙之间采用高强螺栓连接,摇摆墙在工厂预制后运到施工现场进行安装。选用金属阻尼器作为耗能连接件连接摇摆墙与主体框架结构,同时传递层剪力并耗散地震能量。为研究该装配式摇摆墙-框架结构的抗震性能,设计并制作了一个纯框架和两个摇摆墙-框架,其中两个摇摆墙-框架的区别在于金属阻尼器的安装位置不同。通过拟静力试验分析了其破坏模式及抗震性能。试验结果表明：预制装配式摇摆墙与主体框架结构协同工作性能良好,金属阻尼器耗能效果得到充分利用,结构承载力、耗能能力大幅增加;在水平位移较大时摇摆墙竖向发生刚体位移,对整体结构的抗震性能产生一定影响,后续将采用附加预应力的形式减轻摇摆墙竖向抬升的影响。     

Finite element modeling and parametric analysis of timber–steel hybrid structures

This paper presents finite element modeling and a parametric analysis of prototype timber–steel hybrid structures, which are composed of steel moment‐resisting frames and infill wood‐frame shear walls. A user‐defined element was developed to model the behavior of the infill wood shear walls based on the concept of pseudo‐nail model. The element was implemented as a subroutine in a finite element software package abaqus . The model was verified by reversed cyclic test results and further used in a parametric analysis to investigate the lateral performance of timber–steel hybrid shear walls with various structural configurations. The results showed that the infill wall was quite effective within small drift ratios, and the elastic lateral stiffness of the hybrid shear wall increased when a stronger infill wall was used. In order to ensure the structural efficiency of the hybrid shear wall system, it is beneficial to use relatively strong timber–steel bolted connections to make sure the shear force can be transferred effectively between the steel frame and the infill wall. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

屈曲约束支撑与黏滞阻尼器的减震效果对比研究

以某钢筋混凝土框架结构工程实例为研究对象,选取与场地条件相匹配的地震动作为激励,在SAP2000程序中计算了该结构在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力反应,并在框架结构模型中分别设置屈曲约束支撑和黏滞阻尼器。通过试算确定消能减震装置的参数,使得两种消能减震结构在多遇地震作用下的位移减震率均为40%。在此条件下,对比分析了结构的层间位移角、楼层加速度、基底剪力、柱轴力、塑性铰分布和各层阻尼器的工作状态。分析表明：在多遇地震作用下,屈曲约束支撑增大了结构的加速度响应,而黏滞阻尼器能够减小结构的加速度响应;在罕遇地震作用下,二者均能有效控制楼层的加速度响应,而屈曲约束支撑的位移减震效果更好,但黏滞阻尼器对框架柱内力的减少效果更为显著。     

往复荷载作用下配置摩擦型阻尼器钢木混合剪力墙抗侧力性能研究

随着我国土木工程行业由建造向运维逐渐转型，工程结构服役安全保障需求陡增，提质增效的结构智能诊断方法成为研究热点。结构服役性态指标是表征工程结构安全水平的要素，是工程结构诊断养护技术体系以及结构健康监测研究的基础，判断结构服役性态的敏感指标并进一步实现指标的智能识别是工程结构诊断智能化的首要任务。为此，围绕工程结构运维公共建筑、地铁隧道、公路桥梁、公路路面等多个场景中的敏感服役指标的智能识别开展综述研究；梳理关键敏感指标，进一步对指标的智能化识别方法进行归纳总结。结果表明，以深度学习为代表的新一代人工智能技术有效推动了结构服役敏感指标的感知识别研究与应用，其中数字图像方法与深度学习算法在工程结构变形、表面病害智能识别中取得了良好的效果，展现了全面的应用优势。     

往复荷载作用下配置摩擦型阻尼器钢木混合剪力墙抗侧力性能研究

为研究配置摩擦型阻尼器钢木混合剪力墙的抗侧力性能,首先以4个摩擦型阻尼器研究了阻尼器的静力和动力特性,摩擦型阻尼器由高强螺栓穿过内、外钢板组成,钢板间夹有摩擦材料,包括无石棉有机材料NAO-780和聚四氟乙烯PTFE两种,内钢板设有长圆孔。当阻尼器激发,内、外钢板开始相对滑动耗能,当高强螺栓抵住长圆孔端部,则阻尼器锁定。阻尼器试验结果表明：阻尼器激发力与高强螺栓扭矩成线性正相关。摩擦材料NAO 780在不同加载幅值和频率下摩擦性能稳定。进而,将所研发的摩擦型阻尼器引入钢木混合剪力墙中,通过往复加载试验研究了钢木混合剪力墙的抗侧力性能。试验结果表明：阻尼器激发力越大,试件初始刚度越高,但木剪力墙损伤更严重;阻尼器内钢板长圆孔长度越长,木剪力墙可得到更多保护,但阻尼器锁定推迟,钢框架侧向变形增大。合理设置阻尼器激发力和阻尼器内钢板长圆孔长度可减小钢木混合剪力墙在地震作用下的损伤,使其在大侧移下仍有充足的抗侧能力储备,提高其抗震性能。     

RC梁、柱剪力增大系数取值的有效性

抗震混凝土框架结构的梁、柱剪力增大系数是保证结构抗震安全性的关键指标之一。中国结构设计规范对各抗震等级的剪力增大系数取值作了规定,但却未见有关实际控制效果的研究成果发表。按照现行设计规范设计了3个规则空间框架结构算例,分别位于设防烈度7度(0.15g)区、8度(0.20g)区和9度(0.40g)区。对每个算例进行罕遇地震作用下的非弹性动力反应分析,以不少于90%的梁、柱满足"罕遇地震作用剪力"小于"平均强度抗震抗剪能力"为标准,判断剪力增大系数取值的有效性。当不满足该标准时,调整剪力增大系数取值,直到满足上述标准。结果表明,现行结构设计规范对框架梁取用的剪力增大系数有效,可继续使用;框架柱剪力增大系数取值,在一级抗震等级时过大,在二、三级抗震等级时不满足上述标准。建议了两套柱剪力增大系数的取值方案。