外露式钢柱脚力学特性对多层钢框架动力响应机理的影响

为了研究外露式钢柱脚力学特性对多层钢框架动力响应机理的影响,首先定义外露式钢柱脚滑移型滞回曲线模型,以首层剪重比及钢柱脚强度系数等为主要研究参数,建立6个简单规则的6层钢框架模型;通过时程分析,研究各模型的动力响应。分析表明:在罕遇地震作用下,各模型各层最大层间位移角分布较均匀,外露式钢柱脚强度变化和首层剪重比提高5%等对各模型各层R值的最大值无明显影响。随模型柱脚强度系数减小及首层剪重比提高,首层塑性变形能量比例减小,而3～6层塑性变形能量比例增大;总体上塑性变形能量向各层分散。地震输入能量和结构塑性变形能量的大小与各模型的强柱系数及外露式钢柱脚强度系数等变化无关;主要取决于结构第一周期。钢柱脚滞回曲线动力响应和本文建立的外露式钢柱脚滑移型滞回曲线模型较吻合。     

露出型钢柱脚强度对低多层规则钢框架抗震性能的影响

为了研究露出型钢柱脚强度对低多层规则钢框架结构抗震性能的影响,首先定义了不同柱轴向力作用下的露出型钢柱脚屈服弯矩。以柱脚强度系数、层数、跨数及首层剪重比为主要研究参量,建立12个低多层规则钢框架模型。通过静力推覆分析,探讨主要研究参量对各模型各层及柱脚的受力与变形等的影响。分析结果表明:柱脚强度系数越小、首层变形集中、柱脚变形大、锚栓的塑性应变也变大。柱脚强度系数在0.4左右时,锚栓变形支配首层变形。在结构承载能力极限状态时,低层钢框架柱脚均产生轴向压力,受拉压侧柱脚屈服弯矩较锚栓屈服弯矩大;而多层钢框架的受拉侧柱脚将产生轴向拉力,受拉侧柱脚屈服弯矩小于锚栓屈服弯矩。     

多层规则钢框架连体结构动力响应机理研究

为了研究不同强度和刚度多层规则钢框架连体结构动力响应机理,以基本周期、首层剪重比为主要参数建立3个不同强度和刚度多层规则钢框架单体模型,各单体模型通过不同强度的连接构件在结构不同位置(顶层、4层)连接建立3个连体模型,对各模型进行弹塑性时程分析,探讨各模型动力反应。分析结论如下:1各连体模型的层间位移分布和各部位的塑性变形能量分布,在连体模型强侧相对单体模型有减小趋势,连体模型的强侧有一定连接效果;而连体模型的弱侧相对单体模型有减有增,连接效果不明显;2连体模型总体塑性变形能量和柱、梁以及连接构件等的塑性损伤程度受连接构件连接位置的影响,连接构件在中间层连接时明显大于连接构件在顶层连接。     

强柱系数对多层钢框架结构动力响应的影响

为明确强柱系数的大小和不同定义形式对典型多层钢框架结构动力响应的影响,以不同强柱系数值(0. 9～1. 5)和不同定义形式(结构层定义、结构的柱梁节点定义)为研究参量,设计柱脚刚接的典型多层钢框架结构模型,通过强震下的动力时程分析,研究结构模型的最大层间位移、最大层间位移角集中率及构件的塑性变形能量等变化规律。通过研究发现,随着强柱系数的减小,各模型最大层间位移变形及构件塑性变形能量呈现向首层集中的趋势,强柱系数≤1. 2且按柱梁节点设计的模型尤其明显,其位移角集中率也较大;而强柱系数≥1. 5的模型塑性变形能量基本分布于梁,且分散于1～6层。各模型的地震输入能量速度换算值和塑性变形能量速度换算值大小取决于结构模型的基本周期,与强柱系数大小和定义形式无关。     

柱脚铰接的常规多层钢框架静动力分析

为明确柱脚铰接的常规多层钢框架结构的静动力性能,基于不同国家的抗震规范,建立不同设计方式(层设计、柱梁节点设计)和不同值强柱系数的柱脚铰接常规多层钢框架结构模型.采用平面框架组合非线性分析对模型进行静动力分析,研究模型的破坏机制、最大层间反应及结构构件滞回曲线.结果表明:强柱系数为1.2的模型,按柱梁节点设计时结构形成局部破坏机制,按层设计时结构形成整体破坏机制;而强柱系数≥1.5的模型结构均形成整体破坏机制.强柱系数≤1.2的模型,按层设计可使常规多层钢框架结构的层间损伤得到缓和;各模型柱端塑性变形能量随强柱系数增大而减小,梁端塑性变形能量则随强柱系数增大而增大.研究结果可为钢框架结构设计提供最基础的参考数据,为钢结构设计工程服务.     

多层屈曲约束斜撑钢框架静动力抗震设计

为简化多层钢框架结构在强震作用下的弹塑性时程分析,并从能量与层间位移的角度建立评价关系式,以屈曲约束支撑水平力分担率β为主要研究参数建立6个多层屈曲约束斜撑钢框架模型,对各模型静动力弹塑性分析结果进行比较研究。计算分析表明,当β为20%～60%时,各模型各层的层间位移、屈曲约束斜撑的的塑性变形能量分布以及层滞回曲线关系的静力分析值与弹塑性时程分析值基本吻合,其静力分析能够比较准确的评价强震作用下地震反应效应,其设计可采用修正底部剪力法。     

基于能量平衡规律研究低层钢框架结构损伤分布机理

针对低层钢框架损伤分布机理不明确,以钢框架的强柱系数、柱脚形式及首层剪重比为主要研究参量,建立16个典型低层钢框架模型;通过强震作用下的弹塑性时程分析,基于能量平衡原理研究低层钢框架楼层以及构件的损伤分布机理.研究结果表明:罕遇地震输入能量的80%以上靠钢框架构件塑性变形来吸收;低层钢框架首层变形集中,为防止首层破坏,柱脚刚接时强柱系数要求1.7以上,柱脚铰接时,建议强柱系数大于2.当强柱系数大于3时,各层层间位移分布基本均匀,然而刚接梁地震需求性能增大,在设计中对梁高的控制及梁柱节点连接的工艺要求较高.     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架边节点抗震性能试验研究

为研究型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架边节点的抗震性能,对3榀不同轴压比下的边节点试件进行了低周反复荷载试验,观察边节点的破坏过程及特征,分析该边节点的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度退化、强度衰减、层间位移角、延性以及耗能能力等抗震性能指标,重点研究轴压比对边节点抗震性能的影响规律.结果表明:组合框架边节点的破坏特征为节点核心区发生明显的剪切斜压破坏;荷载—位移滞回曲线呈梭形状且较为饱满,位移延性系数在2. 61～3. 56之间,弹塑性层间位移角和等效黏滞阻尼系数分别介于1/43～1/29和0. 162～0. 218之间,这表明该边节点具有较好的抗震性能;另外,适当增加轴压比对提高边节点抗剪承载力有利,但节点延性及耗能能力降低,且刚度退化及强度衰减明显.在试验研究的基础上,建立了可考虑刚度退化的型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架边节点四折线恢复力模型,研究结论可为该组合框架边节点的抗震设计提供技术参考.     

半刚接柱脚低层规则钢框架损伤分布机理分析

针对低层规则钢框架损伤分布机理不明确,以钢框架的强柱系数、首层剪重比为主要研究参量,建立8个半刚接柱脚三层规则钢框架模型;通过弹塑性分析,研究半刚接柱脚低层规则钢框架损伤分布机理。结果如下：柱、梁均刚接的模型首层变形集中,为防止首层破坏,强柱系数要求在1.9以上;有轴力柱的模型各层层间位移分布较均匀,然而刚接梁端部和半刚接柱脚地震需求性能较大;随着强柱系数的增大,梁的延性比和累积塑性延性比均增大。     

半刚接柱脚低层规则钢框架损伤分布机理

针对低层规则钢框架损伤分布机理不明确,以钢框架的强柱系数、首层剪重比为主要研究参量,建立8个半刚接柱脚三层规则钢框架模型。通过弹塑性分析,研究半刚接柱脚低层规则钢框架损伤分布机理。结果如下:柱、梁均刚接的模型首层变形集中,为防止首层破坏,强柱系数要求在1.9以上;有轴力柱的模型各层层间位移分布较均匀,然而刚接梁端部和半刚接柱脚地震需求性能较大;随着强柱系数的增大,梁的延性比和累积塑性延性比均增大。     

节点刚接与螺栓连接的屈曲约束支撑框架结构抗震性能

为研究刚接和螺栓连接两种不同梁柱节点连接方式的BRBF结构的抗震性能。首先设计了3个β值分别为20%、30%、40%的8层梁柱节点刚接的BRBF结构（TM模型）为基本的研究模型,然后通过对梁柱节点转换得到相对应的3个8层梁柱节点螺栓连接的BRBF结构（SM模型）,运用CLAP软件对模型进行静动力弹塑性分析。最后结果表明：梁柱节点从刚性连接改为螺栓连接后,结构首层和顶层失效时的最大破坏层剪力降低了一半,两种模型均表现出中下部楼层变形突出的特征;在地震波作用下,SM模型的层间位移均明显大于TM模型,但两组模型的层间位移均控制在1/50（失效点）以内,且几乎都大于弹性层间位移角1/250,都呈现先增大后减小的规律;TM模型与SM模型的BRB吸收塑性变形能量基本相差不大,且都出现往中下部楼层集中的现象;两组模型滞回曲线饱满,但SM模型的滞回曲线面积大于TM模型,因此地震需求耗能更多。     

剪力墙构件恢复力模型在OpenSees中的应用

提出了钢筋混凝土（RC）剪力墙弯矩-转角三折线骨架模型，给出了关键点的计算方法。计算了105片RC剪力墙的截面有效刚度和峰值转角，并与试验值对比，验证了模型的准确性。采用OpenSees软件中可以考虑强度与刚度退化的修正的Ibarra-Medina-Krawinkler (ModIMK)滞回材料定义滞回规则，对钢筋混凝土剪力墙低周往复试验进行数值模拟与分析，模拟结果和试验非常吻合。与可以考虑弯剪耦合效应（shear-flexure interaction model, SFI）的模型的时程分析对比结果表明滞回模型可以有效预测框架剪力墙在地震作用下的响应。增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)表明滞回模型可以有效预测剪力墙在地震作用下的倒塌行为，倒塌时的层间位移角比纤维模型小。     

二层二跨预制装配式和现浇混凝土框架消能减震框架结构抗震性能对比

为研究现浇和预制装配式混凝土扇形铅黏弹性阻尼减震框架抗震性能的差异性,对二层二跨预制装配式和现浇混凝土框架扇形铅黏弹性阻尼减震框架结构进行了低周反复加载试验,对比研究了两者的破坏模式、滞回耗能性能、承载能力、位移延性、强度退化、刚度退化等.结果表明:扇形铅黏弹性阻尼器在预制和现浇试验模型发挥的作用各有不同;预制构件节点位移较大,在后期阻尼器能减缓和控制节点核心区裂缝开展,保护节点;究现浇和预制装配式混凝土减震框架滞回曲线饱满,节点塑性变形能力强,刚度和强度退化曲线也较为平缓,提高节点抗震能力.     

带PEC柱的钢板剪力墙结构的耗能性能分析

为研究带PEC柱约束的钢板剪力墙结构的耗能能力,利用ABAQUS软件建立带PEC柱约束的钢板剪力墙结构的有限元模型.在单向荷载和循环荷载的分别作用下,分析和总结模型试件的荷载-位移曲线、滞回曲线、层间位移等主要力学特性.结果表明:带PEC柱约束的钢板剪力墙结构相比普通H型钢约束的钢板剪力墙结构具有较好的抗侧刚度和较高的极限强度;带PEC柱约束的钢板剪力墙结构对钢板的对角张力场有较好的锚固作用,钢板先于PEC柱屈服;带PEC柱约束的钢板剪力墙结构滞回性能稳定,滞回曲线相对饱满,具有很高的能量耗散能力.     

型钢混凝土L形柱—混凝土梁节点的受力性能

为了研究型钢混凝土(SRC)L形柱—混凝土梁框架节点的受力性能,设计了4个试件进行低周反复加载试验,揭示了其受力破坏机理;获取了节点受力全过程的荷载—位移滞回曲线和荷载—应变滞回曲线,分析了其变形能力和能量耗散能力.结果表明:反复荷载作用下SRC异形柱框架角节点的抗震性能良好,荷载—位移滞回曲线的滞回环饱满、对称,其抗...     

装配式偏心支撑钢框架拟静力试验研究

为研究端板厚度和连接方式对装配式偏心支撑钢框架抗震性能的影响，进行了2个不同端板厚度的偏心支撑半刚接钢框架和1个焊接连接的偏心支撑刚接钢框架的拟静力试验.结合试验研究结果，对装配式偏心支撑钢框架试件的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、侧移延性系数、等效粘滞阻尼系数进行了深入分析.试验结果表明：螺栓端板连接偏心支撑钢框架抗震性能良好.端板厚度对装配式偏心支撑钢框架耗能能力具有一定影响，端板厚度由16 mm增加到24 mm，由于破坏延迟，耗能梁段极限剪切承载力提高43.32%. 同时，受高强螺栓-端板连接滑移的影响，偏心支撑半刚接钢框架滞回曲线呈“弓形”，表现出一定的“捏缩”现象.     

基础隔震结构整体非线性动力响应分析研究

为研究隔震结构在地震作用下的非线性响应规律,对某高层隔震剪力墙结构,分别考虑上部结构为弹性与弹塑性,进行中震和罕遇地震作用下的动力时程分析研究,同时分析整体弹塑性模型中保持楼板弹性假定对结构响应的影响.分析表明,考虑整体弹塑性作用的隔震结构减震系数减小,罕遇地震下层间位移角增大,顶点位移时程滞后于仅考虑支座非线性作用的分析结果,隔震层位移减小,支座滞回曲线面积减小,同时剪力墙和楼板实际均出现了不同程度的弹塑性损伤.弹塑性楼板模型的层间剪力和位移角均大于弹性楼板假定模型的,顶点位移时程则滞后于弹性楼板模型的顶点位移时程,幅值变化不大.     

考虑锈蚀损伤的钢框架节点恢复力模型研究

为了研究酸性大气环境下锈蚀钢框架梁柱节点的抗震性能,对6榀钢框架梁柱节点试件进行了酸性大气环境加速腐蚀试验和拟静力加载试验,分析了不同锈蚀程度钢框架梁柱节点的滞回特性.试验结果表明,随着锈蚀程度的加重,试件强度、刚度、延性及滞回耗能等力学与抗震性能不断劣化.通过分析试验结果,得到钢框架梁柱节点核心区弯矩-剪切转角三折线骨架曲线,并根据未锈蚀节点试件恢复力模型的特征参数,得到了考虑钢材锈蚀损伤的钢框架梁柱节点核心区骨架曲线特征点计算公式.引入基于滞回耗能的循环退化指数βi,提出了适用于遭受锈蚀循环损伤的钢框架梁柱节点的滞回规则,进而建立了可综合考虑试件强度、刚度循环退化效应的锈蚀钢框架梁柱节点恢复力模型.将理论滞回曲线与试验结果进行对比,结果表明两者间具有较高的吻合度,进一步验证了所建立的考虑锈蚀损伤的钢框架节点恢复力模型具有较好的适用性.研究成果可为酸性大气环境下在役钢框架结构的地震反应分析及抗震性能评估提供理论参考.     

及有限元参数化分析

为研究实腹式型钢混凝土(SSRC)十字形异形柱的抗震性能,对4个不同轴压比、配钢率、加载方向的SSRC十字形异形柱进行了低周反复加载试验,分析了各试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、位移延性.试验结果表明:当剪跨比较大时,试件发生弯曲破坏;试件的滞回曲线比较饱满;位移延性系数均大于3,破坏位移角在1/28~1/16之间.采用ANSYS对试件进行有限元分析,考虑型钢与混凝土之间的粘结滑移,分析比较了轴压比、配钢率及加载方向三个参数对试件承载力及延性的影响,有限元分析结果与试验结果吻合较好.试验及有限元分析均表明:SSRC十字形异形柱具有良好的延性、塑性变形能力,可以应用于高抗震设防烈度区的多高层建筑中.     

实腹式型钢混凝土异形柱抗震性能试验及参数分析

为研究实腹式型钢混凝土(SSRC)十字形异形柱的抗震性能,对4个不同轴压比、配钢率、加载方向的SSRC十字形异形柱进行了低周反复加载试验,分析了各试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、位移延性.试验结果表明:当剪跨比较大时,试件发生弯曲破坏;试件的滞回曲线比较饱满;位移延性系数均大于3,破坏位移角在1/28~1/16之间.采用ANSYS对试件进行有限元分析,考虑型钢与混凝土之间的粘结滑移,分析比较了轴压比、配钢率及加载方向三个参数对试件承载力及延性的影响,有限元分析结果与试验结果吻合较好.试验及有限元分析均表明:SSRC十字形异形柱具有良好的延性、塑性变形能力,可以应用于高抗震设防烈度区的多高层建筑中.