考虑P-Δ效应的柱顶隔震结构的动力响应分析

针对柱顶隔震结构,提出考虑P-Δ效应动力响应的免迭代计算方法,分析P-Δ效应对柱顶隔震结构响应的影响。由于隔震层处的层间位移较大,当受到的轴力较大时,二阶效应不容忽视。隔震支座采用双线性模型,构造水平力偶代替结构轴向力形成的弯矩,并在隔震层处做了特殊处理,使得隔震层处的附加弯矩能够传递到下部结构。这样在计算结构的非线性响应时,相当于结构的刚度矩阵在原来的基础上增加了一个几何刚度矩阵,从而避免了迭代运算。研究表明:某些情况下P-Δ效应会显著增大下部结构的响应。     

考虑节点半刚性与二阶效应的高大模板支撑体系分析模型

综合考虑节点半刚性与二阶效应的影响,建立了高大模板支撑体系的分析模型。首先推导了考虑节点半刚性连接特性与二阶效应的水平杆单元的刚度矩阵,然后推导了考虑二阶效应的立杆单元的刚度矩阵,在此基础上建立了高大模板支撑体系的分析模型,进而定量分析了节点半刚性与二阶效应对高大模板支撑体系的内力与位移的影响规律。分析结果表明,与一阶弹性分析相比,节点半刚性连接特性对高大模板支撑体系的二阶弹性分析结果影响显著;二阶效应对高大模板支撑体系的剪力和弯矩影响显著,甚至导致部分构件的剪力和弯矩变号;节点半刚性连接特性和二阶效应的耦合作用,对高大模板支撑体系的内力(特别是剪力和弯矩)和位移分布具有显著影响。     

钢次梁插入混凝土框架梁试验研究与力学分析(下)

进行了2个钢次梁锚入混凝土框架梁(4种不同形式节点)和1个悬挑钢次梁锚入混凝土框架梁静载试验,结果表明,钢梁端部的弯矩与剪力引起混凝土梁顶面受弯裂缝、侧面剪、扭斜裂缝,导致钢梁上部区域拔出引起节点锚固失效破坏;由于缺乏楼板及其配筋的约束作用和钢次梁悬链线效应的有利影响,悬臂钢梁承载力小于普通试件;600 mm高框架梁试件的钢梁端部嵌固能力比900 mm高框架梁试件小。论文提出节点应变分布模型,水平与竖直方向的内力分开考虑分析节点内力;研究了不考虑水平力的节点承压破坏的弯剪相关性,表明无量纲弯矩和剪力呈线性关系;分析了弯矩、剪力变化与板中钢筋达屈服、框架梁边缘混凝土压坏的应力状态关系,给出了有实用价值的内力计算公式及设计方法。     

钢次梁插入混凝土框架梁试验研究与力学分析(上)

进行了2个钢次梁锚入混凝土框架梁(4种不同形式节点)和1个悬挑钢次梁锚入混凝土框架梁静载试验,结果表明,钢梁端部的弯矩与剪力引起混凝土梁顶面受弯裂缝、侧面剪、扭斜裂缝,导致钢梁上部区域拔出引起节点锚固失效破坏;由于缺乏楼板及其配筋的约束作用和钢次梁悬链线效应的有利影响,悬臂钢梁承载力小于普通试件;600 mm高框架梁试件的钢梁端部嵌固能力比900 mm高框架梁试件小。本文提出节点应变分布模型,水平与竖直方向的内力分开考虑分析节点内力;研究了不考虑水平力的节点承压破坏的弯剪相关性,表明无量纲弯矩和剪力呈线性关系;分析了弯矩、剪力变化与板中钢筋达屈服、框架梁边缘混凝土压坏的应力状态关系,给出了有实用价值的内力计算公式及设计方法。     

考虑二阶效应串联隔震体系的塑性变形分析

随着基础隔震技术研究的不断深入及其在我国汶川大地震中表现出的良好的减震效果,使得隔震技术在我国地震区灾后重建工程和邻近地区的新建工程中大面积开展应用。然而,实际的工程中,有关隔震结构体系仍有不少特殊的力学问题有待解决,特别是橡胶隔震支座与地下室悬臂柱组成的串联体系的塑性变形和稳定性问题,一直是工程界关注的焦点。针对这一问题,本文对不同轴力作用下串联体系塑性变形能力问题进行了研究。在考虑弯剪二阶效应下对串联隔震体系变形特性进行了理论推导,同时应用有限元分析软件ANSYS对给定的串联隔震体系在8种荷载工况下进行了模拟分析。结果表明,弯剪二阶效应对于串联隔震体系的内力影响是明显的,随着轴力的增加,串联隔震体系塑性变形能力下降。     

交错桁架结构体系的空间二阶弹塑性全过程分析

本文基于非线性连续介质力学理论和内力屈服面塑性流动理论,推导出计算交错桁架结构体系极限承载力的二阶弹塑性刚度方程。该方法在刚度方程的构造中考虑了单元轴力、剪力、弯矩、扭矩以及结构剪切变形的影响,并在塑性铰处考虑了内力之间的相互影响。算例分析表明本文方法具有良好的计算精度。     

坡屋面框架结构建模及坡度影响分析

结合北京天洋北花园销售中心工程实例,运用PMSAP建模,通过对比整体结构的性能指标及构件内力计算结果,分析得出定义为"弹性板6"的坡屋面因同时考虑了平面内和平面外刚度,可与梁柱共同分担荷载,导致梁柱内力相应减小。工程中若需增加梁构件配筋的安全储备,可仅考虑板的平面内刚度,即将坡屋面定义为"弹性模"。并进一步探讨了坡度变化对坡屋面结构构件内力的影响。坡屋面结构中,随坡度的增加,水平边梁轴向压力逐渐减小,而梁端剪力、跨中弯矩及梁端弯矩均随之增大;斜框梁的轴向压力逐渐增大,而梁端剪力随之减小;中柱轴力随坡度的增加而减小,角柱轴力随之加大,说明增大坡度可缓解结构中柱与角柱的轴力差值。     

隔震支座下支墩转动对隔震结构的影响分析

隔震分析中,通常假定隔震支座下支墩刚度足够大且与大地刚接,而实际下支墩因自身变形及地基基础的变形会发生转动。当二者变形引起的转动过大时,对隔震结构的影响不容忽视。分析了隔震支座下支墩转动对隔震结构的影响,并提出了通过折减系数对隔震支座水平等效刚度进行计算。结果表明:隔震支座下支墩转动会减小隔震支座水平等效刚度,其折减系数随着隔震支座水平等效刚度及下支墩高度的增大而减小。     

高层隔震结构提离摇摆耦合理论模型及振动台试验验证

基于受力及变形方程的微分求解给出高层隔震结构考虑支座水平及竖向刚度衰减规律和结构摇摆效应的耦合动力理论模型,并给出摇摆角、压应力及剪应变对隔震层水平及竖向的力学性质影响规律。对高宽比为5及25的隔震结构进行振动台试验研究,试验结果表明大高宽比隔震结构动力特性出现明显振型二阶效应,地震动作用下大高宽比结构隔震层摇摆角响应比小高宽比结构大,在输入地震动峰值06g时两者差值达到5倍以上,且大高宽比结构出现明显的支座受拉现象。对隔震层水平、竖向及摇摆响应的理论计算值和试验实测值进行对比,结果表明理论和试验结果较为一致。进一步分析4种高宽比隔震结构的摇摆角响应,得到摇摆角随高宽比增加而增大的结果。大高宽比隔震结构更易产生摇摆响应,隔震层的摇摆角不可忽视,因此高层结构在隔震设计中应考虑隔震层的摇摆响应和支座受拉的情况。     

高层建筑隔震分析中作用效应组合方式探讨

通过理论公式推导,对不同隔震支座拉压刚度比下,采用线性组合法(LCM)和非线性组合法(NLCM)对隔震层受拉程度的影响进行了研究,并结合某高层建筑隔震实例,分析了采用线性组合法计算上部结构效应的误差。研究结果表明:相对于非线性组合法,由线性组合法计算得出的隔震层受拉区长度偏小,且偏差程度随着隔震支座拉压刚度比的减小而增大,即偏于不安全;当采用线性组合法时,部分楼层减震系数、隔震支座最大位移、最大拉应力、最大剪力以及部分隔震支座最大压力和压应力均偏小,即线性组合法计算结果偏于不安全;高层隔震计算中应考虑支座拉压刚度不等性,即应按实际荷载工况顺序依次加载(NLCM),且要考虑上部结构的重力二阶效应。     

框架-弯剪型支撑体系中框架柱的柱端弯矩放大系数

结构在水平荷载作用下产生水平侧移,竖向荷载作用于水平侧移而产生的内力与侧移增大的现象称为二阶效应,设计时有必要考虑此放大。支撑结构本身的变形特性不同时,这种二阶效应计算公式应有区别,但是目前各国规范只有剪切型结构的二阶效应系数。本文对在水平力和竖向力作用下的框架一弯剪型支撑体系中框架柱的柱端弯矩放大系数,提出了简单的计算公式,用ANSYS有限元计算了各种算例,算例中包括了变截面、变刚度、变轴力等各种形式。比较了有限元结果与近似公式,结果表明提出的公式精度良好。     

高烈度地震区建筑隔震方法设计与分析实例

高烈度地震区某一钢筋混凝土框架结构宿舍楼,设计采用橡胶支座的减震隔震技术,通过有限元分析软件ETABS对其进行动力性能分析,对比了地震作用下隔震结构和非隔震结构的楼层平均剪力值、层间剪力比等,并研究了罕遇地震作用下隔震层支座位移及内力,得出与非隔震框架结构相比,底层隔震框架结构的周期延长,层剪力,位移,底层轴力均变小。说明采用隔震支座能有效地减小地震荷载对结构的不利影响,提高了结构的安全性。     

压弯Π形梁剪力滞的数值解法

在截面纵向位移模式中,通过引入轴向位移以描述压弯作用下Π形梁的截面变形状态。基于能量变分法导出轴向位移、竖向位移和剪力滞位移之间相互耦合的控制微分方程组,并以通解和边界条件建立节点力与节点位移间的对应关系,从而导出压弯作用下考虑剪力滞的Π形梁单元刚度矩阵。利用ANSYS实体单元和导出的一维Π形梁单元分别对简支梁、悬臂梁和连续梁进行分析,以验证其有效性和可靠性。研究表明,在压弯作用下,由于剪力滞的影响Π形梁的轴向位移沿梁长不再按照直线变化,而随受力状态和边界条件的不同而改变;连续梁中间支座处轴向位移出现跳跃现象,跳跃方向沿轴力反向;Π形梁的剪力滞矩和弯矩有相似的分布规律,但剪力滞矩的绝对值远小于弯矩的绝对值。     

弹性滑板支座在隔震生产综合楼中的应用研究

对国内首栋整体隔震的全户内变电站生产综合楼进行隔震设计研究,探讨隔震层中弹性滑板支座应用的可行性,并对比研究该类支座的两种恢复力模型:考虑双向耦合的Bouc-Wen模型和考虑动轴力及双向耦合的FP模型。对分别使用这两种模型的隔震结构进行了多个水准下单向、双向、三向地震反应分析。结果表明:使用弹性滑板支座是可行的,与橡胶支座相组合,更容易兼顾隔震层刚度和隔震效果的平衡,增强变电站的抗震韧性。不同支座恢复力模型算得结构楼层加速度、位移及支座轴力极值相近,时程趋势保持一致,两种模型可以通用;三向地震下FP模型较前者算得支座剪力及滞回曲线出现一定的上下波动,在描述动轴力对支座滞回性能的影响上,FP模型更加合理。FP模型较前者所得结果更加精确可靠,并具有更大的适用性,是模拟弹性滑板支座工作性能的有效模型。     

坡屋面建模计算及配筋设计相关问题研究

坡屋面中的斜板,既具有水平板属性也具有竖向墙属性,与平板受力有较大区别,对结构整体刚度、内力及指标均有较大影响,对与之相连的梁受力影响也很大,梁板构件的配筋由拉弯控制。结合PKPM软件V4.3版对于坡屋面建模要求及计算处理原则,介绍软件中坡屋面建模的几种方式,并通过五个算例工程计算结果对比分析,详细阐述坡屋面斜板在计算中应该正确建模,考虑其参与整体计算的必要性。不同坡度的坡屋面对结构刚度、构件内力及设计指标等影响差异很大,影响更大的是与斜板相连梁的内力及配筋。对斜板使用PMSAP做楼板应力分析、按拉弯构件计算板配筋,分析了按照投影面计算斜板内力及配筋的局限性及相关问题,为设计师进行此类工程设计提供参考。     

钢筋砼框架考虑斜裂缝影响的非线性全过程分析

本文通过对一些约束梁、约束柱及连续梁抗剪试验资料的分析研究，采用斜压场模型模拟有反弯点的剪跨区段当斜裂缝出现后剪力作用下的受力状态，并考虑剪跨比的影响及纵筋的暗销作用，导出了剪力、剪切变形、轴力之间的关系。用此模型对不同条件的５８根剪切破坏的约束梁、柱进行了计算比较。同时，将模型引入框架非线性分析中的单元刚度矩阵及固端力列阵，编写了框架非线性全过程分析程序，对一定数量发生弯曲剪切破坏的两跨连续梁进行了计算比较，计算结果与实测结果符合较好。本文进行了三榀门式框架及二根两跨连续梁的试验，用上述程序进行了框架、连续梁考虑斜裂缝对内力重分布及构件变形影响的比较分析。     

隔震支座水平刚度变化对隔震效果的影响分析

隔震结构的水平刚度近似取隔震层的刚度,因此,隔震支座的水平等效刚度直接影响隔震效果。采用有限元结构分析软件SAP2000,建立5组不同支座刚度的隔震结构分析模型,分析模型在多遇地震和罕遇地震作用下的地震响应,对比不同支座刚度下隔震结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移的变化情况。研究结果表明:隔震支座水平刚度的变化对结构的自振周期、基底剪力、支座位移、顶层加速度以及层间位移均有较大影响,合理选取支座刚度,从而取得更好的隔震效果。     

半刚性钢框架结构分析与性能研究

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;采用增量加载法中的修正Newton-Raphson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。采用Frye和Morris的奇次方多项式模型来模拟连接的M-θ曲线。最后根据算例对有侧移和无侧移半刚性钢框架的性能做了初步的探讨,结果表明:1)半刚性连接会明显加大有侧移钢框架的侧向位移和结构的二阶效应;2)半刚接对梁柱的轴力和剪力影响都不大,但对梁柱的弯矩影响则较大,半刚性连接会减小无侧移钢框架的柱脚弯矩而增大有侧移钢框架的柱脚弯矩,但无论是无侧移还是有侧移钢框架,半刚性连接都会增大梁的跨中弯矩;3)当连接转动刚度Rk在1.0×108~1.0×1011(N.mm/rad,以下同)之间时,连接呈现出较为明显的半刚性特性,而当Rk<1.0×108或Rk>1.0×1011时,连接的半刚性特性并不明显,可直接将其看作铰接或刚接以简化计算。     

基于ABAQUS的高层隔震剪力墙结构转换梁内力分析

在带转换层的框支剪力墙结构中,应用基底隔震技术,形成带转换层的框支剪力墙隔震体系。在地震作用下,该体系内力传递途径复杂,得到转换梁、上部剪力墙和隔震支座的受力特点和内力变化规律是该类结构体系成功设计的关键。首先利用有限元软件ETABS对高层框支剪力墙隔震结构进行地震反应分析,然后取三维ETABS模型隔震层、转换梁及上部3层剪力墙组成二维ABAQUS简化模型,分别对剪力墙满跨、中跨和边跨布置的转换梁进行分析,研究了转换梁上部剪力墙、转换梁及隔震支座的内力变化规律。结果表明：三维模型结构在地震作用下,上部结构在水平地震作用可以按抗震设防烈度降低1度进行设计,隔震层最大位移满足支座最大容许位移的要求;二维简化模型结构在外荷载作用下,抵抗水平荷载的能力更好;不同布置的剪力墙与转换梁共同作用抵抗外部弯矩和剪力,剪力墙中跨及满跨布置时,转换梁出现应力集中,边跨布置时剪力墙出现应力集中,隔震设计时应对转换梁与剪力墙进行承载能力验算。     

土与结构相互作用对层间隔震结构影响的参数分析

层间隔震结构是在基础隔震结构的基础上发展起来的一种新型隔震结构体系。实际工程中,因受到地形条件和建筑功能使用需求的限制,仅能在中间某层设置隔震装置,从而形成层间隔震体系。层间隔震体系在减震机理、振动特性及设计方法等方面均有别于基础隔震结构。通过有限元分析,研究了土-结构相互作用(SSI)对层间隔震结构地震响应的影响,探讨场地土弹簧刚度,隔震层水平刚度等参数变化时,考虑SSI作用下层间隔震结构地震响应的变化规律。研究表明:SSI效应使得层间隔震结构刚度弱化,引起其周期延长,土越软地震效应越大;SSI效应对层间隔震结构的地震响应,如体系的基底剪力、顶层位移、层间位移、层间剪力等,均造成不同程度的影响,土越软效果越明显;隔震层水平刚度对体系地震响应也存在一定影响。