高强钢组合K形偏心支撑框架结构振动台试验研究

为研究高强钢组合K形偏心支撑框架的抗震性能,推动高强钢在我国建筑领域的应用,对一个单跨两榀三层高强钢组合K形偏心支撑钢框架进行缩尺比例为1/2的振动台试验,得到不同工况下的自振频率、阻尼比、加速度反应、位移反应及耗能梁段的应变。研究表明：随地震波峰值加速度的增大,结构的自振频率降低,阻尼比增大,加速度反应增大,动力放大系数减小。按照动力相似关系推导出原型结构的地震反应,多遇地震作用下结构最大层间位移角为1/1667,罕遇地震作用下结构最大层间位移角为1/237,均满足抗震规范变形验算的规定。综上,高强钢组合K形偏心支撑框架具有良好的抗震性能,满足“三水准”抗震设防准则。     

聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固残损砖箍窑洞振动台试验研究

为提高残损砖箍窑洞的抗震性能,对黄土高原地区典型传统民居砖箍窑洞残损试验模型采用墙体裂缝注浆加固和聚丙烯打包带网水泥砂浆面层进行整体抗震加固,并对加固后结构模型的抗震性能进行模拟地震动振动台试验。试验中选取人工波、El Centro波和LA Hollywood波作为地震动输入,实测并分析了加固结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、加速度响应、位移响应、扭转效应、基底剪力、滞回耗能及加固效果。结果表明：随着地震动峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大;随地震动峰值加速度的增加,X向、Y向加速度放大系数均逐渐减小,出现明显损伤后,结构动力放大系数减小幅度变大;多遇地震作用下加固模型结构最大层间位移角为1/500,设防地震作用下最大层间位移角为1/200,罕遇地震作用下最大层间位移角为1/133,倒塌时最大层间位移角为1/29;拱脚与基础的相对变形明显大于拱顶及窑顶的;加固模型结构破坏时水平扭转角最大值为0.0015rad,具有较大的抗扭刚度和耗能能力;综合加固后结构模型的抗震性能、能量耗散、经济性,聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固砖箍窑洞具有明显的优势,可在残损砌体结构的抗震加固中推广应用。     

锅炉钢框架的抗震加固设计与分析

对已使用十多年的铸铁厂锅炉钢框架进行结构安全性检测和抗震设防目标下的多遇地震和罕遇地震计算。选取5条天然地震波和2条人工地震波,以及远场类谐和地震波与近断层脉冲型地震波两类长周期地震波各7条;基于结构抗震性能量化指标——层间位移角,对结构的变形特点和抗震性能进行了分析,根据计算结果,对既有结构提出了加固设计方案并对加固后结构进行了分析。结果表明：远场类谐和地震波对结构的响应最大,天然地震波最小;多遇地震作用下的最大层间位移角均小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的限值1/250;在罕遇地震作用下的层间位移角均小于GB50011—2010的限值1/50;结构平均层间位移角最大值出现在底层,为1/88,较原结构的1/62,减小了29.5%,加固设计方案满足GB 50011—2010的要求,实现了“小震不坏,大震不倒”的抗震设防目标。     

高层EPS格构式混凝土墙体地震响应分析

为了更全面地研究高层水泥聚苯模壳格构式混凝土墙体结构的抗震性能,本文基于12层框架—EPS格构式混凝土墙体结构高层住宅,运用ANSYS大型有限元数值模拟软件对其进行地震响应分析,并对8度多遇、基本设防、罕遇地震下三种不同地震波对结构的加速度放大系数、层间位移角和底部剪力进行了比较。得出该结构门窗洞口、外围突出角部位置和纵墙底部属于结构薄弱部位;在不同设防烈度作用下,EL-Centro波对结构的地震响应最大;在8度多遇地震(0.07g)作用下该结构处于弹性变形阶段,在基本设防地震(0.20g)作用下,开始进入塑性阶段;在罕遇地震TAFT波和EL-Centro波作用下结构超出规范中层间位移的限值要求,而在人工波作用下,结构处于弹塑性阶段且满足最大层间位移角限值要求。     

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。     

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。     

装配式方钢管混凝土柱框架-条板复合墙结构足尺振动台试验研究

为研究装配式方钢管混凝土（CFSST）柱框架-条板复合墙结构的抗震性能,对一个两层房屋足尺模型实施了振动台试验,分析了模型在不同工况下的损伤累积过程,研究了模型动力特性和地震响应的变化规律。结果表明：随着地震波峰值加速度的增大,模型自振频率逐渐降低;在地震波峰值加速度为0.7g前阻尼比逐渐增大,之后略降;楼层加速度放大系数介于1.2～1.8之间,且呈降低趋势。模型在8度基本、8度罕遇地震动作用下的最大层间位移角满足规范限值要求,且残余位移较小。模型内力变化具有阶段性特征：在墙板裂缝贯通前,条板复合墙是主要的抗侧力构件,而CFSST柱框架内力较小;裂缝贯通后,条板复合墙通过内部的摩擦错动一定程度上耗散了台面振动能量,是主要的耗能构件;最终条板复合墙裂解为多个单一条板,但仍具有较强的抗倒塌能力。总体上,条板复合墙和CFSST柱框架变形协调,共同工作性能良好,且墙体拉结措施可靠,符合规范要求。     

传统楼阁式木结构塔振动台试验研究

以7层传统楼阁式木结构塔为研究对象,对一个缩尺比例为1/5的木塔模型进行了振动台试验。试验中考虑了7度多遇至8度罕遇烈度水平,得到了不同水准地震作用下结构的加速度响应、位移响应和层间剪力分布等,并运用模态分析和系统识别理论识别了结构的动力特性。研究结果表明:模型结构1阶模态阻尼比大于10%,加速度放大系数在0.5~1.0之间;模型结构最大位移角发生在柱架层,7度基本地震作用下结构最大层间位移角为1/52,震后结构自振频率没有明显降低;7度和8度罕遇地震作用下最大层间位移角分别为1/24、4/91,震后结构1阶频率下降了17%,模型仅在局部散斗和栌斗处发生横纹劈裂和梁柱榫卯节点轻微拔榫,其余构件未发现明显破坏,说明传统木结构具有良好的抗震性能。     

柔性连接填充墙框架结构模型振动台试验研究

通过对一典型的框架结构1/8整体模型模拟地震振动台试验,测试了模型结构的动力特性、阻尼比及其在7度多遇、7度基本、7度罕遇、8度罕遇烈度地震作用下的加速度和位移反应等,研究了模型结构的破坏机理和破坏模式,运用有限元分析程序对原型结构进行了地震作用下的时程分析,并与试验数据进行了对比分析。对比结果表明,试验与理论分析结果吻合良好。研究得到:该结构体系在7度多遇烈度至设防烈度地震作用下结构自振频率基本不变,结构基本处于弹性阶段;在7度大震作用下,结构自振频率有所下降,最大层间位移角满足规范的弹塑性变形要求;在8度大震作用下,结构局部出现混凝土开裂和压碎现象,但能维持结构不倒塌的工作状态。综合研究结果表明该结构能满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防要求。     

传统民居穿斗式木构架抗震性能振动台试验研究

为研究西南地区木结构传统民居的抗震性能,对一个位于7度抗震设防烈度地区的两层、两跨穿斗式木构架进行模拟地震振动台试验。试验中选用3条天然波和1条人工波作为输入地震波,对模型结构的动力特性、加速度响应、位移响应、地震剪力及耗能能力进行分析。研究结果表明：随着输入加速度峰值的增加,模型结构自振频率减小,阻尼比增大。在加速度峰值为022g的地震作用后,模型结构X向和Y向的一阶自振频率分别降低了1069%和1997%,相应阻尼比分别增大到1606%和1747%。结构各层加速度放大系数随着加速度峰值的增加而降低,檐柱顶处的加速度放大系数在整个结构中最小,说明檐柱顶处榫卯节点在振动过程中减震作用明显。在加速度峰值为022g的地震作用下,结构最大层间位移角为1/53,此时未见模型有显著破坏,表明模型木构架具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。整个试验过程中,一层柱架耗能作用最大,柱脚耗能作用最小。     

节能砌块隐形密框结构动力特性振动台试验研究

通过节能砌块隐形密框结构3层楼房1/2模型振动台试验,用白噪声测定了各工况下结构的动力特性,并分析了其变化规律。结果表明:结构的刚度较大,在振动台输入峰值加速度达到0.82g时,模型结构基本上仍处于弹性阶段,结构自振频率没有急剧下降,结构的耗能性能较好,初始阻尼比较高。随着输入峰值加速度的上升,内部裂缝发展,结构的自振频率逐渐下降,周期逐渐增大,阻尼有所增长。     

钢结构房屋动力特性实测与分析

采用脉动法对两栋钢框架结构房屋的动力特性进行了现场实测,通过实测结果和有限元计算结果的比较,研究了楼板和填充墙对钢结构纯框架结构动力特性的影响。试验及分析结果表明,多层钢结构纯框架房屋的振型为剪切型;阻尼比在2%~5%之间;填充墙明显缩短了钢结构纯框架的自振周期,使得实测周期小于计算周期,抗震计算时应对计算周期进行折减。给出的周期折减系数可供工程设计参考。     

拱形立体桁架结构振动台试验研究

为研究拱形立体桁架结构在强震作用下的破坏模式,以一实际工程为背景,对拱形立体桁架结构进行缩尺比例为1/15的振动台试验。对模型相似比的选取、模型设计以及加载方案、测点布置等进行说明,得到各级人工波作用下,模型自振频率、阻尼比、加速度反应、位移反应以及杆件应变,研究模型自振特性的变化规律,获得拱形立体桁架结构在强震作用下的破坏模式。研究表明,随地震波峰值加速度的增大,结构各向自振频率和等效刚度降低,结构阻尼比增大。地震波向模型顶部传播过程中,加速度和位移响应随结构高度逐渐放大。当输入峰值加速度达到0.8 g时,结构刚度迅速下降,主桁架斜腹杆大量屈曲;当输入峰值加速度达到1.0 g时,结构刚度下降50%,发生平面内反对称变形。     

偏心支撑半刚接钢框架的动力特性及抗震性能试验研究

偏心支撑半刚接钢框架是一种新型抗震结构体系,为研究其动力特性及抗震性能,进行了4个三层空间框架试件的试验研究。动力特性测试表明,随着梁柱节点转动刚度的降低,结构自振频率减小,阻尼比增加。循环加载试验表明,节点刚度和承载力对偏心支撑框架结构的滞回性能有显著影响,节点刚度和承载力越高,滞回性能越好,节点刚度较低的偏心支撑框架不宜用于抗震设防区;偏心支撑显著增加了半刚接钢框架的抗侧刚度,使得节点刚度对框架刚度的影响减弱,但降低了结构延性;结构的塑性变形主要来自节点域、消能梁段及梁柱节点连接件;多层偏心支撑框架的侧移变形为剪切型,层间屈服位移角较大。     

Shaking table test of super high-rise structure on liquefied ground

为了研究液化地基上超高层结构在地震作用下的动力特性和动力响应,设计了液化场地超高层结构模型,并对其进行振动台试验。分析了超高层结构的自振频率、阻尼比、振型、加速度响应、位移反应、结构顶层加速度响应组成和地基孔隙水压力。结果表明：随着加速度峰值的增大,结构的自振频率下降,阻尼比增大;由于结构刚度变化不大,结构振型曲线的形状变化不明显;结构的动力响应不仅与输入地震波的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;结构顶层的加速度反应主要由结构弹塑性变形加速度分量组成,其次是基础转动引起的摆动加速度分量和平动加速度分量;当地震波加速度到达第1个峰值时,砂土层的超孔隙水压力存在负值。     

济南粉质黏土中隧道地震动力响应试验研究

为了解济南典型地层及地铁隧道结构的地震动力响应特性,进而把握地铁隧道的抗震性能,首次使用济南粉质黏土作为模型土,开展了一组济南人工波输入情况下的振动台模型试验。试验结果显示:人工波在试验地层中加速度放大系数随测点埋深呈现反“之”字形规律;隧道结构变形主要受地层变形控制,地层水平变形随埋深增大而减小;济南粉质黏土层自振频率随着输入地震波强度增大而减小,阻尼比随输入地震波强度增大而增大。砂层自振频率随着输入地震波强度增大呈现先减小后增大的趋势,阻尼比呈现先增大后减小的趋势。这些结果可对济南地铁隧道的抗震设计提供重要的参考。     

某超高层办公楼结构抗震可恢复性能设计

以一栋超高层办公楼为例,介绍了工程结构的抗震性能目标及耗能装置耗能目标,将可恢复功能防震结构的概念从理论应用到实际工程中。在传统抗震结构布置的基础上,根据结构受力特点布置了BRB、软钢连梁、伸臂阻尼及阻尼墙等耗能装置,并进行了多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震、极罕遇地震作用下的弹塑性分析。多遇地震作用下的弹性分析结果表明,结构主要指标均满足规范要求;罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明,可更换构件及黏滞阻尼构件充分耗能,能够有效地控制结构的残余层间位移角及结构的损伤,结构整体具有良好的震后可恢复性能;极罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明,结构可达到“不倒”的性能目标。     

Seismic resilience design of a super high-rise office building

以一栋超高层办公楼为例，介绍了工程结构的抗震性能目标及耗能装置耗能目标，将可恢复功能防震结构的概念从理论应用到实际工程中。在传统抗震结构布置的基础上，根据结构受力特点布置了BRB、软钢连梁、伸臂阻尼及阻尼墙等耗能装置，并进行了多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震、极罕遇地震作用下的弹塑性分析。多遇地震作用下的弹性分析结果表明，结构主要指标均满足规范要求；罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明，可更换构件及黏滞阻尼构件充分耗能，能够有效地控制结构的残余层间位移角及结构的损伤，结构整体具有良好的震后可恢复性能；极罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明，结构可达到“不倒”的性能目标。     

多层冷弯薄壁型钢住宅体系动力时程分析

在采用有限元方法验证三层冷弯薄壁型钢房屋振动台试验结果的基础上,建立了多层冷弯薄壁型钢结构住宅空间整体模型,分析了模型前3阶自振频率、振型以及双向地震作用下的加速度、位移响应和水平地震剪力,考察了多层房屋的抗震性能。结果表明:《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》推荐的基频计算方法适用于多层冷弯薄壁型钢结构体系;随着输入地震波峰值加速度的增加,模型各层加速度幅值、相对位移和最大剪重比均增大,而各层峰值加速度放大系数有降低的趋势;随着结构高度的增加,模型各层峰值加速度放大系数、相对位移和最大剪重比均增大;多层冷弯薄壁型钢结构体系在多遇地震和罕遇地震作用下结构X向和Y向的水平地震剪力和最大层间位移角满足《建筑抗震设计规范》的要求,具备较好的抗震性能。