钢支撑-混凝土框架动力非弹性扭转机理与抗扭设计研究

通过钢支撑-混凝土框架振动台试验研究了钢支撑失稳或其他构件损伤后引起的扭转突然增大问题,即非弹性扭转问题,结果表明钢支撑受压失稳或失效是导致此类结构出现非弹性扭转的重要原因。基于试验结果,分析了钢支撑失稳或失效导致结构非弹性扭转突增的机理;同时建立了设有偶然偏心的有限元模型算例并进行非线性分析,验证了在增加构件数量的条件下该类结构仍存在非弹性扭转突增问题,表明即使是对称结构,在普通钢支撑发生受压失稳及其反向受拉过程中,也会产生非弹性扭转及其突然增大现象。试验和案例分析均表明类似的现象,即在相同加载及偏心条件下纯混凝土框架非弹性扭转虽然存在,但其突然增大值比钢支撑框架结构要小;设置防屈曲支撑抗扭效果显著,优于设置钢支撑的混凝土框架和纯混凝土框架。建议工程设计中设置防屈曲支撑,可有效减控混凝土框架非弹性扭转危害;通过设置质量偏心,对钢支撑-混凝土框架结构进行强震下非弹性扭转响应分析,并在设计上对其最大值加以限制。     

钢支撑-混凝土框架动力非弹性扭转机理与抗扭设计研究EI北大核心CSCD

通过钢支撑-混凝土框架振动台试验研究了钢支撑失稳或其他构件损伤后引起的扭转突然增大问题,即非弹性扭转问题,结果表明钢支撑受压失稳或失效是导致此类结构出现非弹性扭转的重要原因。基于试验结果,分析了钢支撑失稳或失效导致结构非弹性扭转突增的机理;同时建立了设有偶然偏心的有限元模型算例并进行非线性分析,验证了在增加构件数量的条件下该类结构仍存在非弹性扭转突增问题,表明即使是对称结构,在普通钢支撑发生受压失稳及其反向受拉过程中,也会产生非弹性扭转及其突然增大现象。试验和案例分析均表明类似的现象,即在相同加载及偏心条件下纯混凝土框架非弹性扭转虽然存在,但其突然增大值比钢支撑框架结构要小;设置防屈曲支撑抗扭效果显著,优于设置钢支撑的混凝土框架和纯混凝土框架。建议工程设计中设置防屈曲支撑,可有效减控混凝土框架非弹性扭转危害;通过设置质量偏心,对钢支撑-混凝土框架结构进行强震下非弹性扭转响应分析,并在设计上对其最大值加以限制。     

钢-混凝土混合框架抗撞击设计研究

利用有限元分析软件LS-DYNA模拟汽车撞击钢管混凝土柱-钢梁混合框架的过程。研究不同撞击高度和角度、不同撞击能量以及不同强度等级钢材和混凝土对于钢-混凝土混合框架在撞击荷载作用下动力响应的影响。采用直接加载撞击荷载分析、评价钢-混凝土混合框架结构抗撞击性能,提出了加强混合框架结构抗撞击设计的措施。根据有限元分析结果,总结出在实际工程中提高钢-混凝土混合框架抗撞击性能的设计建议。     

框架钢梁抗扭转设计探讨

根据弹性力学理论,结合规范,介绍了钢梁抗扭转的强度和稳定性的基本计算方法,并对强度验算和稳定验算的结果进行了比较,提出了关于框架钢梁抗扭转设计的一些建议,对工程设计人员具有一定指导意义。     

钢-混凝土组合梁抗扭特性研究

通过４根组合梁的纯扭试验,并参考另外已有的４根组合梁的试验结果,讨论了受扭组合梁的破坏形态。根据软化桁架模型理论,通过平衡、变形和协调条件,建立了组合梁抗扭特性分析的方程式,并给出了一种计算组合梁抗扭特性（抗扭强度、扭转角、开裂角、钢筋和混凝土应力、应变等）的简化算法,结果表明：理论值和试验值符合较好,可供组合梁的抗扭设计使用。     

钢支撑-混凝土框架体系在结构中的应用

通过钢支撑-混凝土框架结构体系、RC框架结构体系和框架-剪力墙结构体系的对比分析,结果表明,钢支撑-混凝土框架结构提高了结构侧移刚度,降低了结构自振周期,减小了结构侧移和层间位移角;钢支撑分担了部分楼层剪力,改变了结构的内力分布特点,降低了结构构件的内力,为双重抗侧力结构体系,具有良好的抗震性能,可应用于高烈度地区以及加固改造工程中。     

钢支撑-混凝土框架结构优化研究

针对新版抗震规范GB50011-2010所提出的钢支撑-混凝土框架结构体系,本文采用一种两阶段优化方法对其进行优化研究,用VB和FORTRAN语言编写了相应的优化程序并结合工程算例对程序的优化效果进行了验证.两阶段优化方法以结构造价为目标函数,第一阶段是基于虚功原理、拉格朗日乘数法,以位移约束为约束条件的优化过程;第二阶段则是采用多级优化方法,以强度约束、施工构造约束等为约束条件的优化过程.该方法能够以较快的优化速度解决钢支撑-混凝土框架结构的优化问题,具有较好的工程实用价值.     

平面扭转不规则高层结构的抗扭设计

现代生活中高层建筑结构越来越复杂,本文分析了建筑结构扭转破坏的机理及引起扭转效应的主要因素,提出平面扭转不规则高层结构的抗扭设计相关技术措施,并通过工程实例介绍了高层结构抗扭设计的应用。     

银川某钢管混凝土框架-钢支撑体系塔楼结构设计

银川某超高层建筑塔楼的建筑高度为219.3m,采用钢管混凝土框架-钢支撑结构体系,并采用了屈曲约束支撑作为消能减震措施。主要介绍了本工程结构体系和抗侧力体系的确定、屋顶穹拱设计、斜柱分析及抗震加强措施,并采用YJK,MIDAS/Gen软件对塔楼进行了弹性反应谱分析,补充了弹性时程分析以及动力弹塑性分析。结果显示,结构各项指标均能满足规范要求,能够实现"大震不倒"的抗震设防目标。     

平面扭转不规则高层结构的抗扭设计

现代生活中高层建筑结构越来越复杂,本文分析了建筑结构扭转破坏的机理及引起扭转效应的主要因素,提出平面扭转不规则高层结构的抗扭设计相关技术措施,并通过工程实例介绍了高层结构抗扭设计的应用。     

防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能试验研究

设计制作了三榀侧移刚度相同但防屈曲支撑及框架截面形式不同的混凝土框架,分别为普通梁单斜撑、宽扁梁单斜撑、普通梁人字撑,对其进行拟静力试验,研究了防屈曲支撑混凝土框架的抗震性能,包括混凝土结构的开裂及其发展状况、荷载-侧移滞回曲线、刚度退化、骨架曲线、防屈曲支撑水平荷载-轴向变形曲线等。研究结果表明：设计的防屈曲支撑及混凝土框架具有优异的协同工作性能,水平荷载-侧移滞回曲线饱满,防屈曲支撑可在较小层间位移角时进入屈服消能状态,在大位移下不失效,耗能稳定,能显著增加结构阻尼,有效降低地震反应,改善结构性态。所设计的框架节点、预埋件及连接构造受力可靠。图17表6参13     

含有屈曲约束支撑框架的振动台试验研究

通过对含有屈曲约束支撑的框架进行振动台试验,研究了屈曲约束支撑对结构地震反应的减震效果。选用3条天然波和1条人工波进行加载,记录了模型的加速度反应,分析了BRB在试验中的力学性能,并与理论计算值进行了对比,研究了台面输入加速度为0.6g和1.0g时框架底层BRB的滞回曲线。探讨了不同台面输入下输入能量在模型中的分布情况。试验及研究结果表明,当台面输入加速度小于0.6g时,屈曲约束支撑可以为结构提供稳定的侧向刚度;当台面输入加速度大于0.6g时,屈曲约束支撑通过自身塑性变形来吸收能量;当台面输入加速度为1.0g时,屈曲约束支撑可以吸收台面输入的20%~40%的能量。     

防屈曲支撑加固混凝土框架设计研究

防屈曲支撑具有普通支撑和耗能元件的双重特点,分析了采用防屈曲支撑加固混凝土框架的特点。同时结合实际工程,从需求分析、支撑的布置和选择、试验构件的性能鉴定、抗震加固前后结果对比这4个方面阐述这种抗震加固方法在工程中的应用。结果表明,通过合理选择防屈曲支撑的布置方案和性能参数,能够实现防屈曲支撑不同阶段的工作状态,确保了防屈曲支撑耗能,从而达到保护主体构件的加固目标。     

BRBFs的抗震性能分析

应用ANSYS软件对屈曲约束支撑钢框架(BRBFs)和普通支撑钢框架的抗震性能进行有限元数值模拟,分析了两种结构在基本烈度地震作用下和罕遇地震作用下的层位移、顶层加速度及层间相对位移等结构响应,结果表明,在小震作用下两种结构抗震性能均表现良好,但在罕遇地震作用下普通支撑钢框架由于支撑的平面外失稳,导致整个结构刚度退化,而屈曲约束支撑钢框架则能更加有效地控制结构的侧移,降低结构的地震响应。     

防屈曲支撑钢框架结构中被撑柱抗震设计探讨

通过3个算例,对采用人字形和V字形的无粘结内藏钢板支撑剪力墙(即人字形和V字形防屈曲支撑)的防屈曲支撑钢框架结构的抗震性能进行分析。重点考察大震下,支撑的轴力分布和对被撑柱所受轴力的影响。分析表明,采用结构在一阶振型下的支撑轴力分布来设计被撑柱的做法,适用于多层的防屈曲支撑钢框架结构;而对于高层的防屈曲支撑钢框架结构,高振型影响较显著,上述设计方法对被撑柱的设计较保守,有必要考虑高振型参与下的支撑轴力分布来设计被撑柱。     

拉链柱支撑钢框架结构振动台试验研究

为研究拉链柱支撑钢框架结构的抗震性能并对设计方法进行验证,完成了一个3层单跨1∶4缩尺比例的拉链柱支撑钢框架结构模型在24个地震作用工况下的模拟地震作用振动台试验。通过试验,得到了结构的动力特性、层间位移响应、加速度响应以及各结构构件的受力状态等。结果表明,8度多遇及设防烈度地震作用工况下,结构基本未进入塑性,试验模型振动时以第1阶模态振动为主。超9度罕遇地震作用工况下,底层支撑失稳明显,顶层支撑未见失稳。底层受拉支撑的最大轴拉力接近屈服轴力,受压支撑的屈曲后承载力约为支撑稳定承载力的30%,表明由支撑失稳产生的竖向不平衡力按受拉支撑的最小屈服承载力和受压支撑的最大屈曲承载力的30%计算是可行的。拉链柱主要通过受拉传递因支撑失稳产生的竖向不平衡力。因变形协调关系,被支撑梁可以承受一定的竖向不平衡力,在拉链柱未屈服的前提下,一般下层被支撑梁承受的竖向不平衡力要高于上层的。总体上,各构件的受力状态及传力路径与设计初衷基本一致,结构体系在模拟地震作用振动台试验中表现出了良好的抗震性能。     

附加与不附加粘滞阻尼墙的RC框架对比振动台试验研究

本文阐述了附加与不附加粘滞阻尼墙的两个相同的RC框架模型模拟地震振动台对比试验的情况。这两个钢筋混凝土框架模型为三层一跨两开间,几何相似关系大致为1∶2。首先进行力学性能试验,认识粘滞阻尼墙的耗能能力,得到其力学性能计算公式;然后将阻尼墙附加到一个RC框架模型当中,先后对附加与不附加阻尼墙的两个相同的RC框架模型进行振动台试验。试验结果表明,附加阻尼墙以后,框架模型的第1自振频率由1.66Hz提高到1.94Hz,第1振型阻尼比由2.4%提高到20.9%;在较小和中等加速度峰值的不同地震波作用下,结构的楼层位移反应、加速度反应和层间剪力都有不同程度的减小;输入结构的地震能量有大约60%~70%被阻尼墙吸收、耗散。在同样强烈的地震作用下,附加阻尼墙的耗能框架模型破坏较轻,不附加阻尼墙的普通框架模型破坏严重。     

开孔钢板装配式屈曲约束支撑钢框架抗震性能试验研究

为研究开孔钢板装配式屈曲约束支撑（buckling-restrained brace,BRB）钢框架的抗震性能及框架平面外变形对其抗震性能的影响,对两个相同设计的单层单跨单斜式开孔钢板装配式BRB钢框架分别就是否考虑框架平面外变形情况下进行了拟静力试验,并对相同设计的开孔钢板装配式BRB构件进行了拟静力试验。结果表明：不考虑框架平面外变形和考虑框架平面外变形10mm的开孔钢板装配式BRB钢框架均表现出良好的滞回耗能性能,滞回曲线饱满且基本对称,满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》最大弹塑性层间位移角1/50的限值要求;框架平面外变形10mm对开孔钢板装配式BRB钢框架平面内抗震性能影响很小,其弹性水平刚度、层间屈服剪力和层间最大剪力受框架平面外变形的影响略为降低,变化范围均在5%以内;框架平面外变形10mm对BRB轴向变形的影响很小,框架中开孔钢板装配式BRB和开孔钢板装配式BRB构件均具有良好的滞回性能,约在1/720层间位移角时先于钢框架进入屈服状态,发挥耗能作用,其滞回曲线饱满,延性良好,累积塑性变形能力系数均大于600,完全满足ANSI /AISC 341-10中要求的大于200的要求。     

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。     

五层梁柱式胶合木结构振动台试验研究

为研究多层胶合木结构的抗震性能,设计制作了一个1:2缩尺的五层梁柱式胶合木结构模型,并对增设屈曲约束支撑和木支撑前后的结构模型开展了振动台试验。试验结果表明：纯框架模型抗侧刚度过低,在7度多遇地震作用下纵、横向的最大层间位移角分别达到1/145和1/175,不宜在地震区采用;增设支撑后,模型的基频大幅提高、位移响应显著降低,在7度多遇、基本和罕遇地震作用下的层间位移均满足《多高层木结构建筑技术标准》（GB/T 51226-2017）中弹性和弹塑性位移角限值要求;增设木支撑的横向框架在8度罕遇地震作用下,绝大多数木支撑发生断裂破坏,最大层间位移角达到1/11,但结构并未发生倒塌且梁、柱及节点无明显损伤;增设屈曲约束支撑的纵向框架在8度罕遇地震作用下主体结构无明显损伤,仅在支撑连接板处出现了少量局部的平面外屈曲。屈曲约束支撑和木支撑起到了第一道抗震防线的作用,有效保证了胶合木结构主体框架的安全;在合理设计的基础上,梁柱-木支撑和梁柱-屈曲约束支撑的梁柱式胶合木结构体系均可满足8度区抗震设防要求。