某超限框架结构厂房动力弹塑性分析及改进

采用SAUSAGE软件对某超限钢筋混凝土框架结构工业厂房进行罕遇地震下的动力弹塑性分析,研究结构在罕遇地震作用下的层间位移、基底剪力、楼层剪力、倾覆力矩以及构件损伤。分析结果表明:该结构在罕遇地震作用下层间位移角超限,框架柱进入比较严重损坏状态,不能满足"大震不倒"的抗震性能目标。在有限元数值分析模型中,采取在工业厂房两端和错层等薄弱部位增设钢支撑等措施对结构进行改进,并进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性分析。对比两次分析结果可以看出,改进后结构顶层最大位移减小48. 56%,最大层间位移角减小28.99%,框架柱由比较严重损坏状态减轻至中度损坏状态,实现建筑物在大震作用下不至于倒塌的目标。     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能影响参数分析(Ⅰ)

为研究不同参数对高强钢组合K形偏心支撑框架结构在罕遇地震作用下的受力性能和变形能力的影响,对6种不同长度的耗能梁段的高强钢组合K形偏心支撑框架结构(耗能梁段为Q345钢,框架梁柱及支撑为Q460钢)进行了非线性动力时程分析。研究了耗能梁段长度对结构的周期、层间位移角和楼层剪力、耗能梁段受力及变形、框架柱弯矩和轴力的影响。结果表明:耗能梁段长度对结构的楼层剪力和框架柱的弯矩影响很小,对结构层间位移角、耗能梁段转角、耗能梁段剪力、支撑跨框架柱轴力的影响较大。层间位移角和耗能梁段转角随耗能梁段长度的增加而增大,耗能梁段剪力和支撑跨框架柱轴力随耗能梁段长度的增加而减小。当耗能梁段长度超过某一数值时,层间位移角迅速增大,对抗震不利。耗能梁段长度取(0.926～1.285)M_p/V_p较为合理。     

带屈曲约束支撑的扭转不规则框架结构抗震性能分析

不规则框架结构楼层的质量中心和刚度中心偏离,导致结构在地震作用下容易发生扭转。对于高烈度设防区的不规则钢筋混凝土结构,产生的扭转效应更加明显。结合实际工程案例对计算模型进行反应谱分析和罕遇地震作用下的时程分析。结果表明:屈曲约束支撑能够改善结构整体的扭转效应,结构的扭转周期比、层间位移角和扭转位移比均能符合规范要求。罕遇地震作用下,在柱间增设屈曲约束支撑的框架扭转位移比变化均匀,最大值为1.17,层间扭转变形得到控制。框架底层屈曲约束支撑滞回曲线饱满,耗能减震效果明显。     

框架-剪力墙结构剪力墙中断的可行性模拟分析

通过设置剪力墙高度为模拟变量,运用NosaCAD软件对按照规范配筋的框架-剪力墙结构分别进行了罕遇地震与多遇地震作用下的结构模拟分析。假设罕遇地震下层间位移角的要求,与多遇地震下一致作为剪力墙中断是否可行的判断依据。基于中断剪力墙结构与全高结构的层间位移角对比分析,发现在ELCENTRO波作用下罕遇地震时,剪力墙只做到第五层时结构层间位移角超出依据,当只做到四层时出现多遇与罕遇地震下层间位移角同时超限,验证了假设的合理性,同时表明剪力墙中断的可行性。12层的框架-剪力墙结构可以在顶部适当的楼层对剪力墙进行中断到第6层。     

防屈曲耗能钢板墙在抗震加固中的应用

介绍了位移型阻尼器消能减震结构在多遇地震下的计算分析方法.针对某框架结构,布置16组防屈曲耗能钢板墙加固改造,采用ETABS2013软件进行了多遇地震快速非线性分析和罕遇地震静力弹塑性分析.通过比较分析结果,多遇地震下防屈曲耗能钢板墙屈服耗能,提高结构阻尼比,降低地震力的输入,结构层间位移角有所减小并满足规范要求.罕遇地震下结构抗震性能显著提升.     

带屈曲约束支撑的轻钢加层框架减震分析

结合工程实例,对底部钢筋混凝土框架上部钢结构框架的加层结构进行减震分析.首先利用ANSYS软件输入地震波对整体结构进行弹性时程分析,对不满足规范层间位移角限值的楼层设置屈曲约束支撑,最后在罕遇地震作用下进行验算.结果表明,添加屈曲约束支撑后,加层结构的层间位移角均能满足规范的要求,体现了屈曲约束支撑良好的耗能减震性能.     

罕遇地震作用下钢筋混凝土框筒结构耗能研究

通过一钢筋土框筒结构实例,用振型分解法按等效单自由度体系求解其滞回输入能;用Pushover法分析了滞回耗能在层间的分布规律,与非线性动力时程分析需要选取地震波的不确定性相比,采用该法可以减少分析时间,同时获得较为稳定的分析结果.根据楼层滞回耗能与弹塑性层间位移的关系求出了各层的弹塑性位移,以此即可验算结构薄弱层在罕遇地震作用下的弹塑性变形;通过层间耗能分布及弹塑性层间位移的比较,体现了翼缘框架对整个结构的贡献.以上过程通过与非线性动力时程分析的对比,证明了方法的可行性.     

自复位耗能摇摆架加固软弱底层框架抗震性能

为改善软弱底层框架的层间变形和能量耗散模式,提出一种结合预应力钢绞线和装配式BRB的自复位耗能(SCED)摇摆架加固方案.对加固后体系进行受力性能分析,并建立有限元模型对SCED摇摆架-软弱底层框架的性能进行研究.结果表明,SCED摇摆架能明显改善软弱底层框架的破坏模式、抗震性能、自复位性能和变形模式,但是钢绞线和装配式BRB对层间变形有不利的影响,建议层间变形为控制目标的结构采用纯摇摆架加固,而侧向变形为控制目标的采用SCED摇摆架.     

多层住宅新型复合结构的Pushover分析及支撑优化

通过对柔性梁柱加“人字”支撑的新型住宅复合结构的静力弹塑性(Pushovei)分析,进行了抗震性能评 估,并优化了结构构件截面．采用250mm×250mm的梁柱截面、120mm×120mm的支撑截面及正常配筋所 形成的复合结构,满足按9度抗震设防(多遇地震)的抗震能力和延性要求以及8度罕遇地震的抗倒塌验算． 其耗能机制为“混合机制”,塑性铰出现的位置及顺序为:支撑、梁端、柱下端、柱上端,因此满足“强柱、中 梁、弱支撑”多道抗震防线的抗震要求．在柱截面不改变的情况下,薄弱层出现在底层,最大层间位移满足 罕遇地震作用下结构薄弱层弹塑性层间位移的要求．计算分析得出合理的支撑与柱的抗侧刚度比在4-10 之间;最后优化了支撑截面．     

屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系抗震性能

基于利于结构安装和抗震修复以及屈曲约束支撑的特点,采用梁柱铰接钢框架承受竖向荷载、屈曲约束支撑抵抗水平荷载的结构体系,并推导了这种结构体系的楼层弹性和弹塑性抗侧刚度.采用双线性模型模拟屈曲约束支撑的滞回性能,采用时程分析方法分析了屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系的抗震性能、弹性及弹塑性地震反应特征.结果表明:多遇地震下,结构楼层位移反应基本呈线性关系,层间位移角分布比较均匀;罕遇地震下会出现薄弱层现象,但各层支撑都会屈服耗能.除底层以外,楼层剪力主要由支撑承担,而底层框架柱承担的楼层剪力比例会增大;框架梁和柱在各级地震下都处于弹性状态;屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系具有较好的抗震性能.     

双重耗能智能框架摇摆墙结构地震响应对比分析

针对框架剪力墙结构在强震作用下存在连接处楼板或连梁破坏以及剪力墙底部出现塑性铰的问题,在课题组开发的智能框架剪力墙双重结构体系中,将剪力墙设置为底部连接金属阻尼器的摇摆剪力墙,形成一种新型双重耗能单元控制的智能框架摇摆墙结构体系.以6层混凝土框架剪力墙结构为原型,应用ABAQUS有限元分析软件,建立传统框架剪力墙结构、智能框架剪力墙双重结构、摇摆墙与框架间连接BRB结构和摇摆墙底部连接金属阻尼器的双重耗能智能框架摇摆墙4种结构对比模型,进行非线性动力时程分析,考察各结构的动力响应.结果表明:新型双重耗能单元控制的智能框架摇摆墙结构体系在BRB屈服强度为0.1f_y~1f_y区间时,结构地震响应均比传统结构有所减小,框架结构层间位移也得到有效控制,进一步说明在合理参数取值下双重耗能单元控制的结构地震动响应小于单一耗能单元结构.     

轻钢住宅结构体系的动力特性研究

通过轻钢结构的动力特性的研究,为今后轻钢住宅的结构设计提供参考。运用AN-SYS有限元计算软件对多层(6层)和小高层(10层)国家标准AAA级住宅进行建模分析,在模型设计中分别采用纯框架结构、框架-支撑结构和框架-核心筒结构,通过模态分析、8度区多遇地震下的反应谱分析和8度区多遇、罕遇地震下的时程分析,得到三种结构体系的自振周期、各层质心位移、层间位移角、多遇和罕遇地震下节点位移时程曲线,经过比较分析,总结三种结构形式的动力特性。分析结果表明,纯框架结构适用于低多层和中低烈度的轻钢住宅。     

型钢混凝土柱框架-核心筒结构抗震性能研究

为了研究型钢混凝土柱框架-核心筒结构体系的抗震性能,建立了钢筋混凝土柱框架-核心筒结构模型以及两种型钢混凝土柱框架-核心筒结构模型,对三个模型进行了模态分析、多遇地震下的反应谱分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析.结果表明,采用型钢混凝土柱的结构,结构的自振周期、侧向位移更小;罕遇地震下,型钢筋混凝土柱框架-核心筒结构减缓了框架柱的屈服破坏进程,减轻了框架部分柱的屈服破坏程度,地震承载能力更强、抗震性能更好.     

极罕遇地震下大底板双塔楼PC隔震结构抗震性能分析

为研究极罕遇地震作用下大底板双塔楼PC隔震结构的抗震性能,采用ANSYS有限元软件对大底板双塔楼RC隔震结构和PC隔震结构进行了有限元模拟.对比分析了罕遇、极罕遇地震作用下两种结构的楼层位移响应、底板应力分布等动力响应和能量耗散情况.结果表明:相比RC结构,PC结构的自振周期和楼层位移响应增大,顶层加速度减小,上部结构塑性耗能增加,损伤严重;极罕遇地震作用下,两结构的隔震层变形显著增大,但耗能能力相对降低,上部结构耗能占比增大,建议在隔震设计时考虑使用较大直径隔震支座;极罕遇地震作用下,两结构塔楼连接位置处的大底板应力峰值均明显增大,故设计时应对塔楼连接位置采取相应的加强措施.     

外剪力墙-内框架混凝土结构的振动台试验研究

为了研究外剪力墙-内框架混凝土结构这一新型结构体系的抗震性能，基于原型设计了1/7比例的16层模型，选取了LANDERS波、SFERN波和一组人工波进行了振动台试验．分析了结构的破坏现象、动力特性、加速度反应、位移响应及应变反应，根据层间位移角并结合试验现象综合评估了其抗震性能．结果显示：在7度频遇地震和7度基本地震作用下结构表面未观察到裂缝，基本频率下降不超过2%；在7度罕遇地震作用下，模型刚度线性退化，仅第2层顶部转角墙连梁端部出现竖向微裂缝，层间位移小于规范规定的弹塑性限值，结构受到轻微破坏；在8度罕遇地震作用下，裂缝进一步发展，最大层间位移角达到1/72，结构破坏程度加剧；在8度半罕遇地震作用下，3层连梁端部彻底开裂、剪力墙底部水平贯穿，结构受损严重但未倒塌．结构下部Y方向的抗侧刚度不足，若适当加强底部，则结构的整体抗震性能可进一步提高．综合来看，外剪力墙-内框架结构体系能够满足我国现行抗震规范“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求．剪力墙刚度远大于内部框架柱，所以地震作用主要由外部剪力墙承担，内部框架柱在试验结束后仍保持完好，说明该结构体系能够在满足我国现行抗震规范基...     

加强层对框架-核心筒结构动力特性的影响

为研究加强层对框架-核心筒结构动力特性的影响,应用 EPDA 软件对不同加强层位置和数量的框架-核心筒结构模型进行了分析,对其在罕遇地震作用下的弹塑性变形及层间剪力进行了分析计算。结果表明：若只设置1层加强层,当其布置在规范推荐位置0．6H 处时,在减小结构位移上综合效果最优;随着加强层的增多,结构在罕遇地震下产生的位移减小,且加强层越多,减小位移的效率越大;加强层设置位置的层间剪力会产生突变,易形成薄弱层,加强层设置的越高,层间剪力突变越小。     

弹塑性反应谱及其在抗震设计中的应用

由于当采用抗震规范中的弹性反应谱估算结构弹塑性变形时有许多局限性,该文提出了在抗震设计中直接使用弹塑性反应谱计算在罕遇地震作用下结构的弹塑性反应.该文利用弹性反应谱和Vindic模型中的R-μ-T关系,通过理论分析,推导了弹塑性反应谱的一般表达式,并且提出了弹塑性反应谱在地震作用计算中的应用方法.根据算例分析,延性系数越大,楼层地震剪力越小,但延性系数对层间位移的影响很小.另外,在罕遇地震作用下根据该文提出的方法计算而得到的层间弹塑性位移比根据抗震规范中所提出方法得到的层间弹塑性位移小.     

既有建筑采用钢框架套建增层的抗震性能分析

为研究中心支撑布置方案对竖向不规则"高鸡腿式"钢框架抗震性能的影响,利用YJK设计软件建立了三种计算模型:不设支撑(Ⅰ型)、底部设置中心支撑(Ⅱ型)、竖向连续设置中心支撑(Ⅲ型),并进行了多遇地震下的弹性反应谱分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析,对比研究三种结构的动力特性、位移及承载力等参数。结果表明:设置支撑可以明显提高结构抗侧刚度;Ⅰ型和Ⅱ型在多遇及罕遇地震下结构均会形成薄弱层,其中Ⅰ型由于底部刚度太弱而形成薄弱层,Ⅱ型则是由于增层部分位移被放大而在其中间部位形成明显的薄弱层,且在罕遇地震时的破坏比Ⅰ型严重;而Ⅲ型在多遇及罕遇地震下均不会出现薄弱层,表明Ⅲ型具有良好的抗震性能。     

城市地铁车站地下结构地震反应

针对地震作用下地铁结构动力学响应的安全问题,基于弹性地基梁理论,利用大型通用有限元计算软件ADINA建立了三层岛式地铁车站结构有限元计算模型,研究地铁的多遇地震与罕遇地震的动力学响应的影响因素,对车站进行了静力分析、谱反应分析以及动力时程分析,总结了地铁结构的地震响应规律.分析结果表明:多遇地震作用下,随着高度的增加地铁车站结构的层间位移随之增大,梁柱连接处的应力较大,楼板跨中节点的应力最小;罕遇地震作用下地铁结构变化有着相似的趋势,但是罕遇地震的位移要远大于多遇地震下的水平位移.     

交错桁架钢框架结构抗震设计方法研究

为实现交错桁架钢框架结构的延性设计,提高结构的抗震性能,通过研究桁架腹杆设计方法与结构层间位移角限值要求,提出了一种交错桁架钢框架结构抗震设计方法.首先分析了交错桁架钢框架结构中桁架的典型破坏机制,基于桁架空腹节间弦杆破坏的理想失效模式,提出了水平地震作用下桁架杆件的内力计算模型及罕遇地震作用下腹杆内力的调整方法;其次,基于桁架理想失效模式和极限变形能力,分析了罕遇地震下桁架层间位移角的组成,推导并提出了不同空腹节间距下结构的弹塑性层间位移角限值;最后,提出了水平地震作用下交错桁架钢框架结构抗震设计方法及流程.算例分析表明,采用本文提出的抗震设计方法,能有效地耗散地震能量,实现结构"强腹杆弱弦杆"和"大震不倒"的抗震设计目标.