基于IDA方法的钢筋混凝土结构失效模式优化

结构失效的关键在于非最优的失效模式导致结构不能承受最大的外部荷载.为改善结构的失效模式,采用OpenSees软件建立一个5层3跨的钢筋混凝土框架纤维模型.按场地条件选取10条不同的地震动对结构进行增量动力分析(IDA),结合IDA曲线的特征和结构的失效准则,提出基于IDA方法的结构最弱失效模式.最后提出3种方案对结构进...     

基于剪力比的黏弹性阻尼腋撑-RC框架结构设计方法

现有减震设计方法需进行繁琐的迭代,其效率有待提高。基于剪力比的概念,采用黏弹性阻尼腋撑,设置罕遇地震下腋撑与框架结构的耗能比,提出了基于剪力比的黏弹性阻尼腋撑-RC框架结构抗震设计方法。选取7条地震动记录,根据不同剪力比 α 对6层、9层、12层模型设置不同参数的腋撑,进行罕遇地震下弹塑性动力时程分析。研究了腋撑耗能占地震输入结构总能量的关系,并将各模型最大层间位移角与GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的规定值进行了对比。从层间位移角、层剪力、顶层最大位移值、顶层峰值加速度等方面比较了结构的减震效果。研究结果表明：对于高40m以下的框架结构,耗能比为0.6时,剪力比 α 的合理取值范围在0.10~0.20之间;剪力比α取0.15时,RC框架结构的最大层间位移角、顶层最大位移值均减少34%~45%,层剪力、顶层加速度峰值均减少19%~23%。     

考虑模态侧向力组合的结构抗震性能评估方法

结构在地震作用下的振动是结构各阶模态共同参与的结果。该文在已有研究基础上发展了考虑结构模态侧向力组合的静力弹塑性分析方法。采用模态贡献修正系数作为各阶模态参与的权重,考虑模态侧向力的方向,构造了基于模态侧向力组合的推覆分析侧向力模式,将各侧力模式分析结果的包络值作为结构的抗震响应。以两个5层和12层的钢筋混凝土框架结构为例,研究了结构的能力曲线和目标位移处的楼层变形分布;分别采用能量方法和非弹性响应谱来构造结构的能力曲线和需求曲线,对比分析了结构的层间位移角和楼层侧向位移。结果表明:结构的能力曲线由四种组合侧力模式共同决定,性能点处的抗震响应由两种组合侧力模式控制;该文方法能较好的预测结构的抗震响应,比常规的侧向力模式精度更高。     

考虑填充墙影响的防屈曲支撑-钢框架抗震性能分析

按照7度设防标准设计一20层平面钢框架,采用层刚度比方法布置防屈曲支撑,通过计算分析选出合理的刚度比例。采用Wael三撑杆模型、改进的Atkinson和Yan本构关系曲线模拟填充墙,并建立含填充墙的20层防屈曲支撑-钢框架模型。采用增量动力分析(IDA)方法并结合ATC委员会的提出的倒塌储备系数(CMR)评价方法,对防屈曲支撑-钢框架和含有填充墙的防屈曲支撑-钢框架进行了抗震性能对比研究。结果表明,填充墙可以显著提高结构的抗侧刚度,并能增强结构在罕遇地震下的抗倒塌能力,通过合理的布置防屈曲支撑可使7度设防钢框架基本实现8度"大震不倒"的设防目标,同时表明CMR抗震性能评估方法在长周期结构中的应用需进一步研究。     

防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构基于能量平衡的抗震塑性设计

为确定防屈曲支撑在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了基于能量平衡的防屈曲支撑 钢筋混凝土框架结构抗震塑性设计方法。构建了结构的“强柱弱梁”整体屈服机制,采用侧力比将总结构体系离散为防屈曲支撑体系和纯框架体系,并建立了结构的双线性能力曲线。基于能量平衡方法计算结构的设计基底剪力并分别得到支撑体系和框架体系的设计侧向力,进而完成支撑的截面设计。按照塑性内力分配机制和考虑支撑屈服后性能,计算梁柱构件内力需求。以一幢5层结构为例,分别设计了不同侧力比的14个结构模型,对比了基底剪力、防屈曲支撑面积和梁柱钢筋用量等。通过22条地震波下的弹塑性时程分析,研究了不同侧力比结构的最大层间位移角、屈服机制、楼层剪力比、支撑最大位移延性、累积位移延性和结构残余层间位移角。分析结果表明：所提出的方法能实现结构的预期失效模式,并满足结构的抗震性能要求,并建议设计侧力比选取在0.3~0.5之间。     

考虑RNA运行作用的近海风电结构动力响应分析

在风、浪的长期耦合作用下,海上风电结构的振动问题不仅会影响发电机组的电能输出,还会加剧结构的累积疲劳损伤,危害结构安全。为更加科学、合理地认识近海风电结构的动力特性,该文通过考虑风轮-机舱组件(rotor-nacelle assembly, RNA)运行作用及风、浪相关性,采用Von Karman风谱模型模拟湍流风场并计算气动荷载,通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪荷载,对NREL 5MW单桩风电塔进行动力响应分析,对比其在不同状态下的动态行为模式;通过批处理程序,开展对近海风电结构在3 m/s~30 m/s风速范围内的响应计算,探究RNA运行作用下近海风电结构位移、加速度响应随风速的变化规律。结果表明:近海风电结构在不同工作状态下的动力响应具有不同的频谱特征,其位移、加速度峰值响应会被RNA运行作用放大。     

钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计

两边连接屈曲约束钢板剪力墙具有承载力高、耗能能力强、延性好等优点;而且在结构中布置灵活,能够减小对框架柱的作用力,避免框架柱过早发生破坏.为确定墙体在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计方法.设定结构预期的整体破坏模式和目标位移,基于能量平衡原理计算结构的设...     

基于能量平衡的钢筋混凝土框架结构抗震塑性设计方法

在已有研究成果基础上发展了基于能量平衡的钢筋混凝土框架结构塑性设计方法。通过结构多失效模式分析,以“强柱弱梁”整体破坏机制作为塑性设计的失效模式;推导了结构能量平衡方程并给出了地震输入能和弹性振动能的计算式。为反映混凝土结构的承载力、刚度退化和捏缩效应,给出了修正的结构能量平衡方程,对结构的非弹性应变能进行修正。根据外力做功等于结构的非弹性应变能,求出考虑P-Δ效应的结构的侧向力大小,进而根据结构的耗能机制计算出梁柱构件截面的内力值。最后对1榀3跨7层钢筋混凝土框架进行塑性设计,并与对应的弹性设计结果进行对比。分析结果表明：塑性设计结构能充分形成“强柱弱梁”型屈服机制,结构的延性好,层间变形更加均匀,其抗震能力更强,验证了该方法的有效性和优越性。     

钢管混凝土柱-钢梁-轻钢主次框架振动台试验研究

为了增加轻钢框架结构的应用范围，基于主次结构的理念，提出了以钢管混凝土柱-钢梁-斜撑为主结构并形成主要抗侧力体系，以主要承受自身竖向荷载的轻钢框架为次结构的结构体系，其中轻钢次框架以循环嵌套的方式与主结构相结合。为研究轻钢次框架的结构形式、钢管混凝土柱-钢梁连接节点、次框架采用预制装配式楼板对主次框架结构损伤特征和抗震性能的影响，按7度0.1g设计并制作了2个按1∶3缩尺的6层钢管混凝土柱-钢梁-轻钢主次框架结构模型。对2个模型分别进行振动台试验，分析了其动力特性和地震响应。试验结果表明：2个缩尺模型在7度0.1g罕遇地震作用下均无明显破坏现象，在8度0.2g极罕遇地震下的最大层间位移角分别达到1/28和1/35,但主要结构构件未出现明显损伤；次框架采用铰接梁柱节点并取消第3层钢柱可明显减小水平地震对次框架受力的影响，且可提高装配率、降低造价；刚性法兰连接节点可确保双向水平地震下钢管混凝土柱端先屈服，能满足连接节点更强的抗震要求；经过构造措施加强的次结构预制楼板与边钢梁有明显的组合空间作用，可对边钢梁扭转形成有效约束。     

风-浪-流-RNA运行耦合作用下近海风电结构动态响应分析

近海风电结构不仅长期遭受风、浪、流等荷载的耦合作用，还需承担风轮-机舱组件(Rotor Nacelle Assembly，RNA)运行作用带来的额外动力影响，这不仅会加剧结构受载集中部位的损伤，还会影响甚至中断发电机组的正常运作。为探索近海风电结构关键部位的动力特性及振动模式，该文建立考虑风-浪-流-RNA运行的单桩风电塔的耦合分析模型，采用Von Karman风谱模型和叶素动量理论计算气动荷载，通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪及海流荷载，对NREL 5MW单桩塔的塔顶、叶根及单桩底部开展动力响应分析。基于频谱分析法探究结构各关键部位的响应激励源；研究了在3～30m/s风速范围内，近海风电结构动态响应随风速及海流流速的动力特性变化规律。结果表明：近海风电结构动态响应在不同工作状态下会呈现不同的频谱特征，其动态响应时程的均值与峰值随风速增加呈非线性的变化趋势。