截面轴力与弯矩屈服面在钢框架动力弹塑性分析中的应用

为了在现行规范下考虑轴力与弯矩的相互作用,并兼顾计算精度与计算效率,研究了截面屈服面在钢框架动力弹塑性分析中的新应用。首先选用截面组合思想构建轴力与弯矩的屈服面。接着,基于经典塑性理论建立截面恢复力模型,并给出了截面状态确定方法。然后阐述了基于力的梁柱单元状态确定过程及其对截面恢复力模型的调用。最后采用alpha-OS积分算法,对一个四层两跨钢框架开展了动力弹塑性分析。结果表明：截面轴力弯矩屈服面能很好地考虑轴力存在及变化对截面弯矩承载力的影响,基于屈服面的恢复力模型在计算精度上远高于塑性铰模型并逼近纤维模型,在效率上远高于纤维模型,可以用于钢框架的动力结构弹塑性分析。     

预应力钢骨混凝土框架恢复力模型探讨

在分析IDARC中PARK三线性恢复力模型应用概况的基础上,建议了预应力钢骨混凝土框架中内置H型钢预应力混凝土组合梁和角钢混凝土柱基于IDARC的恢复力模型,给出了IDARC中框架节点作为刚域的处理方法。     

隅撑支撑钢框架的恢复力性能研究

提出了隅撑支撑耗能体系的概念，给出了隅撑支撑钢框架的分析模型，并通过有限元分析验证了该模型的正确性，最后通过分析隅撑支撑钢框架的工作机理给出了其简化恢复力模型，从而可以使其弹塑性分析得到简化。     

隅撑支撑钢框架的试验研究和弹塑性受力分析

通过1∶2隅撑支撑钢框架模型的单调加载试验,研究了隅撑支撑钢框架的抗侧力性能和破坏机理。试验结果表明,在水平荷载作用下隅撑最先发生屈服,并具有很好的变形能力,结构具有很好的滞回耗能性能和延性。对隅撑支撑钢框架进行了弹塑性受力分析,并给出了其恢复力模型,从而为简化隅撑支撑钢框架的非线性分析提出了一种新的方法。     

装配式自复位摇摆钢框架的恢复力模型

传统的钢框架结构在强烈地震作用下梁端和柱脚通常会出现塑性铰,导致结构产生较大的塑性变形。为此,提出了一种装配式自复位摇摆钢框架结构,阐述了该结构的构造形式与工作机理,通过理论分析建立了该结构的恢复力模型。设计了单层和双层的传统钢框架结构模型和装配式自复位摇摆钢框架结构模型,通过有限元软件ABAQUS对结构模型的滞回性能进行了有限元分析。对比研究表明：采用所建立恢复力模型的计算结果与有限元分析结果吻合较好,验证了恢复力模型的正确性;装配式自复位摇摆钢框架模型在循环荷载作用下滞回曲线为旗帜形,具有良好的自复位性能;当加载至层间位移角0.02rad时,装配式自复位摇摆钢框架的梁柱节点和柱脚无塑性铰出现,结构基本无损伤,而传统钢框架结构受损严重。     

绕弱轴弯曲钢框架单元的非弹性二阶分析

框架单元常受绕横截面弱轴的弯矩作用,如空间框架单元、绕弱轴屈曲的压杆等。在某些组合截面柱中,绕弱轴方向的弯矩最大。建立简化模型,研究受轴压且绕弱轴弯曲时钢框架单元的二阶非弹性性能。建立了受轴压且绕弱轴弯曲时工字钢、H型钢的塑性强度公式及切线模量经验公式。切线模量公式可用于计算切线刚度,进而求得内部恢复力。这些公式可用于分析钢构件,并考虑欧洲规范ECCS中提到的残余应力,借助有限元程序,采用这些公式,分析平面框架的非弹性二阶性能。与纤维模型相比,新建立的模型的相关性更好。结果表明:新模型准确度高,能节约大量迭代计算时间,     

隅撑支撑钢框架的弹塑性分析模型

隅撑支撑框架(KBF)是一种新型的耗能支撑结构体系,本文主要研究了它的弹塑性分析模型。首先提出了隅撑支撑钢框架的恢复力模型;其次,提出了隅撑支撑耗能体系的分析模型,并给出了隅撑支撑耗能体系的等效阻尼和刚度的计算方法;然后,给出了隅撑支撑钢框架的弹塑性分析方法;最后通过算例验证了本文方法的正确性。     

梁-柱及柱脚均为半刚接的钢框架计算分析

针对梁-柱及柱脚均为半刚性连接钢框架进行研究,采用了考虑连接的柔性以及构件的几何非线性影响的非线性分析方法来分析和设计半刚性钢框架,给出了该种钢框架非线性分析需用的3种单元类型：考虑几何非线性的平面框架单元-梁柱单元;考虑梁端节点柔性的平面框架单元-半刚性连接梁单元;考虑底层柱脚柔性和几何非线性的底层柱单元-半刚性柱脚梁柱单元。写出了每种单元的单元刚度矩阵以及叙述了利用经典矩阵位移法进行框架整体分析的程序。引进柱脚半刚性进行钢框架非线性分析,即考虑梁柱、柱脚连接半刚性和几何非线性的整体框架分析,必然会使钢框架受力与实际状态更相符,使结构设计更合理,使框架结构的优化设计更完善、更经济。     

钢框架梁柱节点恢复力模型的研究

为了研究高层钢结构梁柱节点的抗震性能,对钢框架节点在低周反复荷载作用下的性能进行了足尺模型试验研究.在试验研究的基础上,考虑了节点延性、耗能性能和强度、刚度退化等影响,建立了钢框架梁柱节点的恢复力模型,计算结果与试验结果吻合良好.建立的模型对高层钢结构的抗震设计具有较好的参考价值.     

半刚性钢框架优化设计研究

推导了考虑连接柔性和几何非线性的局部坐标下的单元刚度矩阵,并对半刚性连接单元的固端力进行了修正;其次,采用增量加载法,给出了考虑连接柔性、框架的几何非线性和单元内力与连接之间耦合效应的半刚性钢框架结构分析计算机流程;按照GB50017-2003《钢结构设计规范》和实际施工的要求,建立了考虑构件和连接最小费用问题的半刚性钢框架优化数学模型;然后,在遗传算法和半刚性钢框架结构分析流程的基础上,给出了半刚性钢框架优化设计步骤;根据算例,对半刚性钢框架优化设计做了初步的探讨。     

高层支撑钢框架弹塑性地震反应简化分析模型

本文首先将高层支撑钢框架结构分解成纯框架和纯支撑体系两部分,并与一列受载铰接刚性杆并联,以考虑几何非线性的影响;然后将框架部分简化为半刚架,将支撑体系部分简化为铰接桁架,以此进行结构弹塑性地震反应分析.在前人试验和理论研究成果的基础上,本文还提出了能准确反映钢支撑主要滞回特征的支撑恢复力模型,便于工程实用.通过算例对比分析,表明采用本文提出的高层支撑钢框架简化模型进行弹塑性地震反应分析,具有计算精度高、计算自由度少、计算时间省的优点,是一种有效的近似方法.     

钢板深梁填充钢框架结构抗震性能试验及恢复力模型

钢板深梁填充钢框架作为一种新型耗能构件,可以实现宽范围的刚度渐变调幅。对2个钢板深梁填充钢框架试件进行低周反复荷载试验,得到钢板深梁填充钢框架的滞回曲线和骨架曲线。研究结果表明:2个试件的滞回曲线饱满且骨架曲线有塑性流动阶段。因此,钢板深梁可作为结构抗震的第1道防线,钢框架作为第2道防线。最后对试验数据进行回归分析,得到钢板深梁填充钢框架结构的恢复力模型,该模型可用于动力时程分析。     

Experimental investigation of composite steel plate deep beam infill steel frame

Steel frame and shear wall infill steel frame are two commonly lateral load resisting systems used in building structures. To realize the modulation of initial stiffness of steel structures, make it easily assembled and removed and prevent plastic hinges developing in the frame columns and collapse of all structure, a new anti-seismic infill wall system, composite steel plate deep beam (CDB), is introduced. The system uses steel plate deep beam with a precast reinforced concrete panel attached one side. This paper describes the experimental work related to the tests of CDB under cyclic loads. The experimental results of one pure steel frame (PF) and two composite steel plate deep beam infill steel frame (CDBF) with different span-height ratio are summarized and discussed, the hysteretic loops were obtained. Based on the test results, effects of the CDB on the load capacity, ductility, hysteretic property and energy-dissipation of the pure steel frame were analyzed. The results show that the CDB enhances the initial stiffness and load capacity by a large margin, and the hysteretic loops are replete and the skeleton curves have apparent stage of plastic flow, the ductility and energy dissipation capacity of the test specimens are enhanced. Lastly, regression analysis based on the tests data, and restoring force model can apply to elastoplastic response analysis of the CDBF systems. Therefore, the deep beam can be used as the first defense line of earthquake-resistance, and the steel frame can be used as the second.     

钢框架-混凝土核心筒结构框架地震设计剪力标准值研究

为研究双重体系钢框架-混凝土核心筒结构的框架设计地震剪力标准值,对20个钢框架-混凝土核心筒结构模型进行了静力弹塑性分析。从承载力、结构失效模式和框架破损程度三个方面评价20个计算模型的抗震能力。根据推覆分析结果,提出了如下设计建议:8度抗震设防时钢框架-混凝土核心筒结构的刚度特征值λ大于0.65,各层框架的设计地震剪力标准值不小于本层总剪力的18%和不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力的1.2倍(加强层和顶层的剪力可不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力),框架角柱轴压比不大于0.5。算例表明,符合建议的钢框架-混凝土核心筒结构,在地震作用时不会出现不合理的破坏形态。     

考虑损伤效应的型钢高强高性能混凝土框架柱恢复力模型研究

为研究型钢高强高性能混凝土框架柱的抗震特性,基于已进行的9榀型钢高强高性能混凝土框架柱低周反复加载试验结果,进一步分析了其滞回特性,并将其骨架曲线简化为带下降段的理想三折线型骨架曲线模型,给出了骨架曲线的确定方法,同时简化了滞回环。通过引入基于损伤的循环退化指数对构件在反复荷载作用下的屈服荷载、硬化刚度、卸载刚度、再加载刚度以及承载力等各项力学性能指标的退化规律进行了描述,建立了基于损伤的型钢高强高性能混凝土框架柱的恢复力模型,给出了具体的滞回规则。结合试验结果,对恢复力模型的有效性进行了验证。研究结果表明：该模型能够较好地描述型钢高强高性能混凝土框架柱在反复荷载作用下的滞回特性,研究结果可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。     

强震下BRBF结构弹塑性静力分析

为考察BRBF结构的层间位移与层剪力的对应关系及塑性铰分布情况,文中以BRBF为研究对象,以屈曲约束支撑的水平力分担率β以及框架强度CB等主要研究参数建立6个模型,通过二阶非线性计算程序,对模型进行弹塑性静力分析。结果表明:屈曲约束支撑的水平力分担率30%～60%的模型的层间变形中低层集中,屈曲约束支撑的水平力分担率90%的模型的层间变形低层集中;模型的层间集中变形以及塑性铰分布情况不受框架强度影响。     

基于拟力法的框架结构静力弹塑性分析

针对拟力法仅在刚性连接钢框架中应用的现状,根据钢筋混凝土框架以及半刚性连接钢框架的受力特点,并基于拟力法的基本假定与思路,得出了钢筋混凝土结构中塑性铰和半刚性连接钢框架中连接的弯矩-相对转角关系,从而推导并获得了拟力法在框架结构静力弹塑性分析中的通用公式。通过与有限元理论计算结果的比较,表明基于拟力法的框架结构静力弹塑性分析方法在应用于各类框架结构时都有着较高的精度,从而为将基于拟力法的动力弹塑性分析包括地震能量分析拓展到钢筋混凝土框架结构以及半刚性连接钢框架结构中奠定了基础。