某三层矩形钢管混凝土框架塑性铰长度试验研究

为了研究多层矩形钢管混凝土框架的塑性铰长度和塑性铰开展顺序,通过一榀单跨三层矩形钢管混凝土框架结构的低周反复荷载试验以及非线性有限元分析,得到了该类框架结构的破坏模式、塑性铰的分布位置、塑性铰的长度以及其开展顺序。结果表明:该框架表现出"强柱弱梁"的破坏机制,塑性铰开展的顺序依次是框架2层梁端、1层梁端、顶层梁端、框架柱脚;梁、柱端塑性铰中心出现在距离环板和加劲肋40mm的位置,塑性铰长度约为100mm;当轴压比小于0.4且剪跨比小于2时,通过理论计算得到框架柱的塑性铰长度为98.7mm,框架梁的塑性铰长度为104.4mm;采用ABAQUS有限元软件对试验全过程分析得到的滞回曲线饱满,并与试验滞回曲线相吻合,说明此类框架结构抗震性能良好;有限元模拟得到框架梁、柱塑性铰长度为100mm;试验分析、理论计算和有限元模拟得到框架结构的塑性铰长度基本一致,说明选用的塑性铰长度计算方法适用于多层矩形钢管混凝土框架,可为实际工程设计提供相关依据。     

装配式混凝土框架结构梁-板-柱节点抗震性能试验研究

为研究装配式混凝土框架结构的抗震性能,对4个采用大直径灌浆套筒的足尺装配式混凝土框架结构梁-板-柱节点试件进行低周反复加载试验,对装配式混凝土框架结构中节点、边节点及其现浇对比节点的破坏形态、滞回曲线、位移延性、刚度退化、耗能能力等进行了研究。结果表明,此类装配式混凝土框架结构中节点、边节点与其现浇对比节点均为梁端塑性铰破坏,抗震性能较好。     

考虑土与结构相互作用的钢筋混凝土框架子结构抗震性能试验研究

独立基础-钢筋混凝土框架结构在遭遇地震时会出现底层柱破坏严重并且柱端出现大量塑性铰的破坏形态,同时考虑到独立基础对底层柱的约束能力会影响上部结构塑性铰的发展顺序,应对土与结构相互作用对混凝土框架抗震性能的影响进行研究.为此,对一榀独立基础-框架子结构开展低周反复荷载试验,分析考虑土与结构相互作用下结构的抗震性能.结果 ...     

框架抽柱托换改造抗震性能有限元分析

文章介绍了混凝土框架结构抽柱托换改造后的抗震性能有限元分析研究,分析模型为3个5层两跨平面框架。分为未抽柱框架模型YKJ;预应力转换梁抽柱托换模型YYLKJ;桁架抽柱托换模型HJKJ。通过对三榀框架结构采用SAP2000建模,然后进行Pushover分析,分别得到结构的破坏模式、基底剪力-位移曲线、抗震性能等结果。分析结果表明:在水平地震作用下,3榀框架模型塑性铰开始出现的部位都是梁端,具有较好的变形能力,属于延性破坏,符合强柱弱梁的要求。罕遇地震作用下,YYLKJ和HJKJ两种框架具有较好的安全性,满足"小震不坏,大震不倒"的抗震要求。     

水平地震下钢-混凝土组合框架结构极限抗震与强柱构造

"强柱弱梁"是当前国际上主流的工程结构抗震设计理念,已有地震灾害调查表明,由于地震作用机制的复杂性以及对工程结构极限抗震认识的不足,强震作用后框架结构除出现梁铰的"强柱弱梁"破坏之外,还出现整体倒塌、柱铰以及局部楼层倒塌的"强梁弱柱"破坏。为合理认识各类破坏形式,首先对传统的塑性铰概念细分为"压铰"和"拉铰",指出"拉铰"容易引发结构整体失稳;随后以钢-混凝土组合框架结构为对象,建立并采用实体单元与壳单元为主的组合框架结构有限元精细化抗震计算模型,开展组合结构极限抗震分析,初步探讨各水平地震波工况对组合框架结构位移、应力、轴压比等时程响应以及框架梁柱塑性耗能分配机制、塑性铰形成模式与失效机制的影响规律。分析结果显示:1)柱端拉筋减小了钢管与混凝土之间滑移,从而增大了柱和框架的刚度,降低了钢管和混凝土的应变水平,增大了钢梁的应力水平; 620 cm/s2及以上强度的地震波作用时,柱端拉筋构造可显著减小组合框架结构的最大层间位移角,在接近极限强度的水平地震波作用时,柱端拉筋屈服,框架梁端混凝土板纵筋一般不易屈服; 2)"强梁弱柱"组合框架表现为"约束梁"与"耗能柱",此时框架梁对框架柱约束较强,框架以框架柱耗能为主而梁端仅形成"压铰",此时框架的耗能能力取决于框架柱;"强柱弱梁"组合框架表现为"耗能梁"与"承载柱",此时框架梁对框架柱约束较弱,框架以框架梁耗能为主使得梁端先形成"压铰",当梁端耗能至极限时形成"拉铰"引发框架柱长细比增大,导致框架加速失效,不利于发挥框架柱耗能潜力; 3)柱端拉筋技术的"强柱"构造将提高组合结构的刚度、塑性耗能与抗倒塌能力,强柱构造对以柱耗能为主的6层框架抗震能力提升尤其显著。     

T形件焊接加强型连接新型PEC柱-钢梁组合框架结构抗震性能数值模拟

利用ABAQUS对1榀两层单跨设置预拉对穿螺栓T形件焊接加强型连接新型卷边PEC-钢梁组合框架结构试验试件进行水平低周往复荷载下的抗震性能数值模拟。并对试件结构的滞回性能、水平抗侧刚度退化、节点连接性能、耗能性能、层间传力机理和破坏模式等抗震性能进行分析。结果显示:试件具有较高的承载能力和较大的初始抗侧刚度,且上下层初始抗侧刚度相差较大,随着加载导致试件损伤不断发展,上下层刚度逐渐衰减而趋向一致;试件下层受压PEC柱承担层间水平剪力60%,而上层层间剪力由PEC柱平均分担,且试件层间变形表现为剪切型模式;T形件焊接加强型连接实现了梁端塑性铰区远离节点区、节点区混凝土斜压带传力模式和节点连接部分自复位功效的设计目标,更好地满足了"强柱弱梁"的抗震要求;试件耗能主要通过PEC柱脚混凝土压溃与钢骨架屈服和T形件端部梁截面屈服来实现,且上下层耗能基本一致;试件结构最终破坏模式为T形件端部梁截面充分屈服和PEC柱脚部位钢骨架屈服与混凝土压溃形成塑性铰的塑性破坏机构,表明试件结构具有良好的延性及较好的抗震性能。     

装配式中空夹层钢管混凝土组合框架混合动力试验研究

为研究中空夹层钢管混凝土组合框架的抗震性能，设计了一个3跨10层的中空夹层钢管混凝土组合框架结构，利用OpenSEES建立了该结构的混合动力模型，以中跨底部两层框架为试验子结构，采用混合试验方法开展了装配式中空夹层钢管混凝土组合框架拟动力试验研究。根据试验结果，验证了混合动力模型的准确性，获得了组合框架在地震作用下的破坏模式和动力响应，分析了中空夹层混凝土柱和组合节点的受力性能，揭示了组合框架的整体抗震性能。结果表明：中空夹层钢管混凝土组合框架破坏模式包括节点端板鼓曲、梁下翼缘屈曲、楼板混凝土压溃和柱钢管鼓曲；在罕遇地震作用下整体结构未出现明显的破坏现象，框架整体呈现出良好延性；由于结构中部荷载较大，中柱比边柱更早进入屈服阶段，而组合节点能够通过自身转动产生的塑性变形耗散大部分地震能量，避免梁端出现塑性铰并减小传递给柱端的弯矩，进而改善柱端受力，提高组合框架的整体抗震性能。     

型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点的滞回性能,以柱截面配钢形式、轴压比、水平加载角度及 有无楼板参与工作为变化参数,进行4个平面和7个空间L形柱-混凝土梁框架节点的拟静力试验;比较分析试件的 破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、耗能能力、位移延性以及层间位移角等抗震性能指标。研究结果表 明：平面节点和空间节点的破坏形态分别为核心区发生剪切破坏和梁端出现塑性铰,带楼板工作的钢筋混凝土梁 柱空间节点出现板的弯曲破坏以及梁底出现塑性铰的破坏模式;配实腹式型钢试件的滞回曲线比配空腹式型钢试 件的饱满;平面节点的承载能力比空间节点的大,但耗能能力、位移延性及抗倒塌能力均不及空间节点;楼板的 存在对节点承载能力的提高和维持刚度的稳定均具有有利作用;轴压比可提高节点的承载力和初始刚度;L形柱 框架节点的层间变形能力大于规范规定的层间位移角限值。通过引入加载角度,提出了型钢混凝土L形柱-梁空间 节点受剪承载力计算模型,其能较好地反映节点核心发生剪切破坏的传力机制。     

错层板柱结构Push-over静力弹塑性模拟分析

错层板柱结构是一种较为新颖的结构形式,为研究其抗震性能,以一典型的错层板柱钢筋混凝土框架结构为原型,通过SAP2000建立了缩尺比例为1∶7的缩尺模型,采用Push-over静力弹塑性分析方法对错层板柱结构的动力反应、破坏过程以及破坏模式进行研究,结果表明：缩尺模型最低的三阶固有频率分别为5.08 Hz、17.01 Hz、21.32 Hz;最大层间位移角出现在第3层;随着侧向力的增大,结构主要经历混凝土开裂、出现第一批塑性铰、出现多个塑性铰等阶段,直至结构成为几何可变体而发生破坏。     

高强轻骨料混凝土框架结构抗震性能试验研究

以某高铁站房框架结构底部两层为研究对象,完成一榀缩尺比为1∶5的两层两跨高强轻骨料混凝土框架整体模型低周反复荷载试验,研究了框架受力过程、破坏机制与破坏形态、位移延性、滞回耗能特性以及刚度退化等。结果表明:按照JGJ 12—2006《轻骨料混凝土结构技术规程》设计的试验框架能够满足"强柱弱梁、强节点弱构件"的设计要求;破坏机制属混合破坏机制,即塑性铰首先在模型首层梁端出现,在首层梁端出现塑性铰后柱端出现塑性铰,试件以柱根部混凝土压溃、柱内纵筋压曲外露为破坏标志,节点核心区箍筋在试件受力全过程中一直处于弹性工作状态。框架整体及层间的滞回曲线均较为饱满,高强轻骨料混凝土框架具有较好的耗能能力。     

预压装配式预应力混凝土框架边柱拆除时抗连续倒塌性能试验研究与理论分析

对一榀二层二跨预压装配式预应力混凝土(PC)平面框架进行了静力拆除底层边柱的试验及理论分析,探究了裂缝发展、变形能力、破坏模式及连续倒塌机理。根据试验框架达到极限承载力时的状态,提出了边柱失效时简化的结构抗力分析模型,并推导出结构抗倒塌极限承载力的计算方法; 基于能量法建立近似的动力响应评估模型,根据试验框架静力加载荷载-位移曲线近似得到其在边柱瞬时失效时的动力响应曲线。结果表明:框架的受力过程可分为弹性、弹塑性、塑性铰以及倒塌4个阶段; 加载时试件的混凝土裂缝开展及破坏集中在失效边柱相邻区域框架梁两侧梁端结合部,除失效边柱外,其余框架柱以及失效柱远离区域框架梁端基本完好; 框架在小变形阶段按梁机制受力,存在压拱效应及空腹效应; 在大变形阶段不能按悬链线机制受力,由梁的受弯机制和空腹机制共同抵抗不平衡荷载; 边柱失效时预压装配式预应力混凝土框架最大抗力达到60.9 kN,最终倒塌位移为430 mm,梁端转角为10.0°～15.3°,具有较好的抗连续倒塌能力。     

Experimental study on seismic behavior of steel column and steel plate RC composite wall coupled structure

钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构体系是由钢板混凝土组合剪力墙及其两侧的钢柱通过钢连梁连接而成。该体系能够拓展“连梁-墙肢”耦合体系的应用范围，两侧钢柱“拉-压”力偶参与承担倾覆力矩，使得单肢墙体亦能获得双重抗震设防机制的保护。为研究钢柱与钢板混凝土剪力墙耦合结构体系的双重抗震机制，设计并制作一个耦连比0.45、缩尺比1/4的5层钢柱与钢板混凝土剪力墙耦合结构试件，对其进行低周往复加载试验，从滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性、损伤特征等方面研究了该结构的抗震性能。基于ABAQUS有限元分析软件，对试验进行模拟。试验与分析结果表明：钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构的顶层钢连梁及墙体分别在顶层侧向位移为21、65 mm时达到屈服状态，当顶层侧向位移为102 mm时，墙体底部形成塑性铰耗能，钢柱与钢板混凝土组合剪力墙达到预定的屈服顺序和破坏模式，实现了钢连梁 单肢剪力墙的双重抗震防线，发挥了联肢剪力墙的耦合机制。     

钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构抗震性能试验研究

钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构体系是由钢板混凝土组合剪力墙及其两侧的钢柱通过钢连梁连接而成。该体系能够拓展“连梁-墙肢”耦合体系的应用范围,两侧钢柱“拉-压”力偶参与承担倾覆力矩,使得单肢墙体亦能获得双重抗震设防机制的保护。为研究钢柱与钢板混凝土剪力墙耦合结构体系的双重抗震机制,设计并制作一个耦连比0.45、缩尺比1/4的5层钢柱与钢板混凝土剪力墙耦合结构试件,对其进行低周往复加载试验,从滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性、损伤特征等方面研究了该结构的抗震性能。基于ABAQUS有限元分析软件,对试验进行模拟。试验与分析结果表明：钢柱与钢板混凝土组合剪力墙耦合结构的顶层钢连梁及墙体分别在顶层侧向位移为21、65 mm时达到屈服状态,当顶层侧向位移为102 mm时,墙体底部形成塑性铰耗能,钢柱与钢板混凝土组合剪力墙达到预定的屈服顺序和破坏模式,实现了钢连梁 单肢剪力墙的双重抗震防线,发挥了联肢剪力墙的耦合机制。     

方钢管混凝土柱-钢梁框架耐火性能分析

研究方钢管混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能。基于有限元方法,分析了GB/T 9978（同ISO-834）加热条件下,带有混凝土楼板的方钢管混凝土柱-钢梁单向螺栓连接框架结构的温度分布、耐火时间和破坏模式,并对有限元模拟结果进行了试验验证,在试验结果基础上采用有限元方法分析了方钢管混凝土柱构件与方钢管混凝土框架柱的耐火极限差异。研究结果表明：与方钢管混凝土框架柱的其他区域相比,方钢管混凝土框架柱节点区的温度相对较低;根据本文建议的框架结构判定准则,当单向螺栓节点连接可靠,随着作用在柱和梁上荷载水平的变化,柱破坏模式和梁破坏模式是方钢管混凝土柱-钢梁框架的主要破坏模式;当框架梁上不施加荷载,只对框架柱起到约束作用,其他条件相同时,方钢管混凝土框架柱的耐火极限大于两端铰接柱构件的耐火极限,但小于一端固接一端铰接支撑柱构件的耐火极限。     

足尺震损钢筋混凝土柱耐火性能试验研究

地震次生火灾具有发生概率高、灾害破坏力强、损失巨大和机理复杂等特点,为分析震后火灾环境下钢筋混凝土柱构件的抗火性能,以钢筋混凝土柱的裂缝、混凝土剥落和残余变形作为地震损伤形式,设计了7根带有预制损伤的足尺钢筋混凝土方形截面柱,进行明火试验,研究不同几何损伤形式及损伤程度对混凝土柱的火灾破坏特征、截面温度场分布、竖向变形过程及耐火极限等性能影响规律。试验结果表明,预制损伤混凝土柱构件的火灾破坏程度明显大于无损伤混凝土柱,其中混凝土剥落对震损柱内部温度场及耐火性能的影响最大。根据足尺混凝土柱的耐火试验结果,采用ABAQUS有限元软件分析震损混凝土柱的温度场分布与耐火极限,结果表明：当试件端部产生保护层剥落时,剥落区轴向等温线向柱中心凹陷,整体呈“瓶颈”状;轴压比与剥落厚度对震损混凝土柱耐火极限有较大影响;残余变形小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中的弹塑性层间位移角1/50时,残余变形对震损混凝土柱的耐火极限影响有限。通过拟合得到了混凝土柱的轴压比、残余层间位移角、剥落厚度与其耐火极限之间的量化关系式,关系式计算结果与试验结果吻合较好。     

哈尔滨银河大酒店增层改造设计

哈尔滨银河大酒店为22层高层建筑,裙房部分为6层,塔楼部分有3层地下室,裙房部分有1层地下室,裙房右侧为4层框架结构俱乐部。塔楼部分为钢筋混凝土框架-剪力墙结构,裙房部分为钢筋混凝土框架结构。为将原高层与俱乐部所夹裙房由6层增层至22层,依据原房屋柱下基础的不同形式,对原柱下桩基础进行叠合加固,对原柱下独立基础用新增桩基础替换,并对原框架柱加固。由于裙房柱网布置与其新增楼层的柱网布置不同,在7层顶设置梁式转换结构。对本工程增层改造设计的若干关键问题的解决方法做了介绍,可供同类工程增层改造设计时参考。     

型钢混凝土框架结构耐火性能有限元分析

为了研究型钢混凝土框架整体结构的耐火性能,为其抗火设计提供参考,采用受火楼层建立精细化有限元计算模型、非受火楼层建立梁单元计算模型的方法,建立了型钢混凝土框架整体结构的耐火性能计算模型。考虑火灾位置、荷载分布形式、柱轴压比等参数的影响,对火灾下型钢混凝土框架整体结构的变形规律、承载机制、破坏形态以及耐火极限进行参数分析。分析结果表明：火灾下框架结构出现了整体破坏和局部破坏两种典型的破坏形态,受火构件受到的约束作用对其耐火性能有较大的影响;在局部破坏形态中,由于受热膨胀,火灾下框架梁首先出现了较大的轴压力,受火框架梁处于压弯受力状态;之后,框架梁出现了悬链线效应,轴力对框架梁的受力状态有较大影响;在整体破坏形态中,根据轴压比及荷载分布形式的不同,框架出现了中柱破坏和边柱破坏两种典型破坏形态,同时,随楼层受火位置的升高,柱的轴压比减小,框架结构的耐火极限增加。     

装配式人工消能塑性铰节点抗震性能试验研究

为提高装配式钢筋混凝土(RC)框架结构的抗震性能,降低梁、柱构件震后损伤程度,提出了人工消能塑性铰(artificial dissipated plastic hinge,ADPH)节点,即在梁端通过预埋机械铰实现梁、柱构件铰接,同时安装附加钢板承载并耗能。试验中设计并制作了2个不同形式的ADPH节点和1个现浇RC节点,对3个节点进行了低周往复荷载试验,分析其破坏特征,并通过滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、延性、刚度退化及应变等研究其抗震性能。结果表明：ADPH节点的破坏模式为附加耗能钢板中部的屈曲及轻微撕裂;相较现浇RC节点,ADPH节点的承载能力更高、延性更好、耗能能力增强,刚度退化较慢,抗震性能明显提高;而附加钢板过早屈曲易导致出现两侧附加钢板均受弯的状态,导致滑移段出现,降低耗能效率,应对附加钢板平面外变形加以控制;所建立的有限元模型可以较好地模拟ADPH节点的滞回行为。     

翼缘削弱的型钢混凝土框架抗震性能研究

为了研究翼缘削弱的型钢混凝土框架的抗震性能,对一榀两跨三层型钢混凝土框架模型进行了低周反复荷载试验。框架模型按"强柱弱梁"原则设计,且对节点核心区附近梁端工字形型钢的上、下翼缘采取狗骨式削弱,并适当增加最大削弱部位纵向钢筋的配筋率。通过对框架模型顶层施加低周反复水平荷载,观察了框架模型的破坏过程,测得框架模型的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线以及各阶段的荷载和位移值,并分析了框架模型的延性、耗能、强度降低、刚度退化以及破坏机制。试验结果表明:框架模型的承载能力、变形能力和耗能能力高,延性大(延性系数大于7),满足延性框架的抗震要求。进一步分析了翼缘削弱在型钢混凝土框架中的具体作用。分析结果表明:翼缘削弱不仅能将塑性铰从梁端根部转移到翼缘削弱部位,从而降低节点核心区所受的剪力以及梁柱连接焊缝的应力,而且有利于框架形成梁铰耗能机构,从而提高框架的整体耗能能力。翼缘削弱能有效提高型钢混凝土框架的抗震性能,可在型钢混凝土     

火灾下钢筋混凝土平面框架结构受力机理分析

为研究火灾下钢筋混凝土框架结构的受力机理,采用梁单元建立了钢筋混凝土框架结构耐火性能有限元计算模型,考虑火灾位置、柱轴压比和梁配筋率等参数的影响,对火灾下钢筋混凝土框架结构的变形、内力重分布、破坏形态以及耐火极限进行了参数分析。分析结果表明,火灾下框架结构出现了整体破坏形态和局部破坏形态两种典型的破坏形态：当柱轴压比较小时,框架出现受火梁破坏导致的框架局部破坏形态;当柱轴压比和梁配筋率均较大时,框架出现受火中柱和受火边柱破坏导致的框架整体破坏形态,整体破坏形态为连续性倒塌破坏。在框架局部破坏形态条件下,三面受火梁在框架竖向分布位置不同,受约束作用不同,框架的耐火极限亦不同;而在框架整体破坏条件下,柱轴压比越大,耐火极限越小。