基于现场动力特性测试的古城楼建筑模型修正方法研究——以南京鼓楼为例

为研究中国古城楼建筑准确的有限元建模方法,从而给该类型建筑遗产的结构计算提供理论依据,本文以南京鼓楼建筑为例,基于现场动力特性测试结果对该城楼建筑的有限元计算模型进行修正.首先建立了不考虑城台和围护墙结构效应的城楼建筑有限元计算模型,将数值计算结果与现场动力特性测试结果进行比较分析,从而提出考虑城台结构效应及考虑围护墙结构效应共3种有限元计算修正模型,通过对这3种修正模型计算结果与现场动力特性测试结果的比较分析,选择出适合该建筑结构分析的最优修正模型.研究结果表明:考虑城台后的修正模型自振频率略有下降,但均在1%以内,故利用固有频率对该类建筑进行模型修正时,可以不考虑城台的影响;在考虑围护墙结构效应的两种修正模型中,整体墙元模型计算结果与动力特性测试结果误差在2%以内,是较为精确的模型,而等效斜撑模型模拟的计算误差则在45%左右.研究结果可为同类型古城楼建筑的结构计算模型修正提供依据.     

框架填充墙等效单杆斜撑简化模型

在已有的填充墙等效对角斜撑模型的基础上,结合近年来地震现场普遍出现的填充墙顶部与框架梁柱节点接触处的砖砌体在大震作用下通常会被压碎这一实际震害现象,改变等效斜撑杆与框架柱的接触位置,提出一种新的简化计算模型。通过理论推导给出等效斜撑墙片宽度的计算公式,利用ABAQUS有限元模拟的方法,确定等效斜撑墙片与框架柱合理接触位置的经验计算公式。最后通过将简化有限元模型计算结果与试验结果进行对比,验证该简化建模方法的正确性。研究结果表明:传统的对角斜撑模型低估框架填充墙构件的水平承载力,新模型与芦山地震框架结构震害结果更相符。本模型可为框架结构抗震分析与设计验算提供参考意义。     

考虑填充墙刚度影响的实测高层建筑非线性抗震性能分析

以广西来宾高层建筑测试项目中的一栋剪力墙结构为研究对象,在对其进行环境振动测试的基础上,依据现场实测模态数据对建立的结构有限元模型进行参数修正,评估结构的抗震性能.在Perform-3D中建立该高层结构的初始有限元模型,采用与PKPM设计模型相同的处理方式研究填充墙的影响,结构的模态周期计算结果表明,两类模型具有较好的可比性.通过在Perform-3D模型中添加斜撑单元对填充墙进行模拟,利用现场实测数据对斜撑单元的特征参数进行修正.对考虑和未考虑填充墙刚度影响的结构有限元模型分别进行了增量动力分析,评估潜在危险性水平地震作用下结构的整体抗震性能.结果表明,初始模型的最大层间位移角和顶层位移约为校验模型的1.1～1.4倍,最大基底剪力是校验模型的40%～60%.     

增设斜撑的钢桁架-RC管柱结构受力性能研究

为研究斜撑对钢桁架-RC管柱结构受力性能的影响,通过模型结构拟动力试验、伪静力试验和有限元计算分析研究该类结构体系的抗震性能以及竖向荷载与风荷载作用下的基本受力性能,并与未带斜撑的空冷支架结构进行对比.结果表明:设置斜撑后,钢桁架-RC管柱结构的滞回耗能性能和承载能力均有了较大提高;管柱出现反弯点,底部弯矩减小,管柱裂缝开展范围得到有效限制,钢桁架与管柱连接节点部位破坏减轻;结构的侧移曲线在牛腿处明显分为两段,随着地震强度的增大,侧移由弯剪型趋于剪切型;结构在地震作用下的侧移角小于未带斜撑的结构,变形性能较好;竖向荷载下钢桁架平台悬挑端挠度及风荷载下结构侧移的减小幅度均大于50%.增设斜撑能够明显改善钢桁架-RC管柱结构的基本受力性能与抗震性能.     

底部框架-抗震墙砌体底部框架抗震性能的影响因素分析

介绍了底部框架-抗震墙结构受力特点及抗震性能,并根据《建筑抗震设计规范》给出的计算公式,对底部一层框架的四层商店式住宅,计算出在规范规定的最小材料强度下,底层的层间刚度比、等效刚度、墙及框架所承受的地震作用,分析了约束抗震墙体类型、材料强度、墙体数量对底层有效刚度、层间刚度比、墙体及框架柱所受到的地震作用的影响,确定了关键影响因子.该结果可为工程加固方案的选择提供参考.     

框架结构中如何简化考虑楼梯的影响

《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第3.6.6-1条规定:“计算模型的建立、必要的简化计算与处理,应符合结构的实际工作状况;计算中应考虑楼梯构件的影响”[1].该条文明确要求计算中要考虑楼梯梯板的斜撑受力状态,对结构整体刚度的影响.然而,借助有限元分析软件MIDAS-Gen,建立实际楼梯模型与简化楼梯模型(简化模型可在PMCAD中建模并在SATWE等程序中进行计算)反复对比,寻找一种合理且与含有实际楼梯模型的整体分析结果一致的简化模型,以使考虑楼梯的影响能在目前国内广泛应用的结构软件中得以实现.     

既有建筑围护结构综合热工性能评价方法研究

针对既有建筑围护结构提出了一种综合热工性能评价方法——等效传热系数法.等效传热系数评价法是基于指标评价法和等效能耗模型提出来的,将围护结构多个参数指标综合为一个等效指标,通过比较既有建筑和标准节能建筑的等效传热系数来评价既有建筑围护结构的热工性能与节能潜力.研究分析表明,该方法只需要测试室内外温度,不需要对围护结构各项热工性能参数进行全面布点测试,可以克服既有建筑围护结构现场测试困难和实际围护结构热工性能并不均衡难以全面把握的问题,缩短围护结构热工性能诊断周期.可以用于指导既有建筑围护结构的节能改造.     

实测高层建筑抗震分析中填充墙刚度的影响

对高层建筑结构进行抗震分析时,结构设计软件PKPM通常以周期折减系数来考虑填充墙对结构刚度的影响.以来宾市高层实测项目中8栋高层为研究对象,对其进行随机振动测试并在有限元软件Sap2000中建模,利用实测数据对有限元分析模型进行校验并比较校验前后的抗震分析结果.在Sap2000中建立高层建筑模型并采用与PKPM软件相同的方式考虑填充墙的影响,计算结果表明2种模型具有可比性.利用壳体模型和斜撑模型分别在Sap2000软件中对填充墙进行模拟,并利用现场实测数据对模型进行校验.用Sap2000模型代替PKPM模型进行小震作用下线弹性阶段的地震反应分析,与PKPM软件的计算结果对比后发现相较于修正后的Sap2000模型计算值,PKPM模型计算的未经折减的层间剪力是Sap2000模型的1/2左右,而水平位移和层间位移角却是Sap2000模型的3~4倍.根据JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》建议的周期折减系数为0.7~1.0,设计取值更为保守.     

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。     

传统木构建筑螺栓拼合木梁受力机制

为研究传统木构建筑中螺栓拼合木梁修缮方法的可靠性,对螺栓拼合木梁的受力性能进行研究。基于传统木构建筑修缮中的螺栓拼合作法,对螺栓拼合三架梁模型、螺栓拼合五架梁模型、螺栓拼合檩条模型进行了力学分析,得到3种类型拼合梁的中性层位置及梁受弯时的危险点位置,用材料力学方法推导出这3种螺栓拼合木梁的极限弯矩、螺栓剪力和轴力的计算公式,并利用ANSYS有限元软件进行模拟分析,有限元分析结果与理论分析结果较吻合。研究成果可为传统木构建筑螺栓拼合木梁受力计算时参考。     

钢管混凝土斜靠式拱桥静力性能及参数分析

为研究斜靠式钢管混凝土拱桥的结构受力特点以及稳定特征,以一座拟建的大跨径斜靠式拱桥为例,分析了其主要结构参数(矢跨比、吊杆间距、斜拱倾角、横撑数量及位置)对结构静力性能的影响.经过结构参数对比计算分析发现:当矢跨比由1/5变化至1/6时,内力值将出现较大幅度增加;吊杆间距的增大和横撑数量的减少对斜拱受力不利;倾角的减小...     

考虑局部效应影响的大型斗轮挖掘机臂架的动力分析

对大型斗轮挖掘机臂架,通过考虑局部动力效应,推导了在地震荷载作用下结构单元的修正公式.计算结果表明,考虑局部动力效应,可以使计算结果更为精确.在进行大型复杂结构的动力响应分析时,考虑局部效应可获得较为精确的计算结果.     

建筑围护结构风荷载的计算与取值

风荷载为建筑中受力结构和围护结构的主要可变荷载,现行建筑结构荷载规范分别列出了受力结构和围护结构风荷载wk的计算公式,但依据不同规范计算所得结果差别较大.这里通过采用不同规范,对风荷载值进行计算分析比较,提出建筑设计中wk计算公式的选用及相关建议,供设计人员参考.     

紧邻既有结构的深基坑受力变形特性分析

基于考虑土体排水条件的摩尔库伦本构模型,采用有限差分软件FLAC3D建立准三维数值模型,模拟了有无邻近地下结构的基坑开挖过程并进行对比分析,得到了邻近地下结构深基坑的围护结构的受力变形特性.进一步研究了基坑围护结构土压力分布和水平位移与基坑和地下结构间距的关系,揭示了地下结构对邻近基坑围护结构受力变形影响的机理.结果表明,地下结构使坑间土体产生土拱效应而减小邻近基坑围护结构的变形;围护结构最大水平位移随着坑间距减小呈非线性减小;间距的变化会影响坑内外土体的变形受力;既有地下结构与邻近基坑的临界间距为1.5倍开挖深度.     

钢骨建筑抗震评估与耗能减震构件简化模拟

本文以一座超高层钢骨建筑改建工程为例,进行抗震设计与性能评估案例介绍。其中进行三维结构非线性静、动力分析以检核其抗震性能。非线性动力分析结果显示：最大考虑地震作用下,梁端最大弯矩塑铰约达0.01rad、屈曲约束支撑最大核心段应变达1.25%、偏心斜撑连杆梁的最大剪力塑铰为0.065rad,皆未超过AISC抗震规范所订构件性能要求或实验所得其变形能力。其次介绍了此改建结构的计算模型、模拟方法、非线性分析所得结构整体与主要构件的性能表现,其中亦提出梁柱节点及偏心斜撑构架剪力连杆梁等构件加固前后的简化模拟方法,并利用梁柱节点加固试验结果加以比较验证。     

地震作用下框架-复合墙结构弹塑性内力计算

框架-复合墙结构是以框架和密肋复合剪力墙共同承担水平地震作用的新型组合式双重抗侧力体系,合理计算弹塑性阶段框架与复合墙的内力是决定大震下结构体系安全性能的关键问题之一.根据6榀典型密肋复合墙试验数据,建立了复合墙体指数式刚度退化模型,量化了墙体在各变形阶段的刚度退化系数.在对比复合墙与框架、混凝土墙、砌体墙刚度退化规律的基础上,分析了复合墙刚度退化对结构受力性能的影响,提出了弹塑性阶段框架-复合墙结构地震内力的实用计算方法,并通过具体算例讨论了结构内力的变化情况.研究结果表明:弹塑性阶段,框架与密肋复合墙刚度退化速度比值呈非线性关系,框架分担总地震剪力的比例增加,但其绝对剪力值增加幅度并不明显;考虑弹塑性阶段复合墙的刚度退化,更好地符合了地震下框架-复合墙结构的实际受力情况.     

深基坑拉锚方案变更对其稳定性的影响分析

针对基坑围护结构设计过于保守,运输通道处施工滞后问题,以某深基坑工程为背景,提出相应的支护变更方案.运用ABAQUS有限元软件建立三维模型,同时考虑车辆荷载乘以冲击系数转化为静载时的影响,模拟分析围护墙的拉锚支撑方案局部变更后对结构的受力变形影响,并与实测数据对比.结果表明:原方案设计过于保守,变更方案后基坑的稳定性仍满足要求,且能加快施工进度;锚索层数适当调整减少后,围护墙位移、弯矩以及锚索应力变化较小;第一层锚索的位置对围护墙墙顶位移以及围护结构受力的影响较大,离墙顶距离越大,围护结构变形越大;当车辆荷载距离基坑一定时,车辆荷载会对围护结构的受力变形产生一定影响.     

考虑地震修正角的重力式挡土墙可靠性分析

强震区挡土墙结构的稳定问题备受关注,从重力式挡土墙抗倾覆和抗滑移可靠性分析角度出发,将地震作用视为计算墙后主动土压力时对土体重度和内摩擦角进行修正的参数——地震修正角θ.将θ与墙后土体的黏聚力c和内摩擦角φ作为随机变量,以此建立了考虑地震作用的挡土墙抗倾覆和抗滑移功能函数.通过蒙特卡罗法分别计算了考虑变量呈不同统计特性...     

既有建筑各组成类型围护结构 热工性能分类诊断的方法

基于等效传热系数法与正交试验法,针对既有建筑各组成类型围护结构的热工性能提出了一种分类诊断方法.该诊断方法首先将各类型围护结构的传热系数综合成一个等效指标——综合等效传热系数.只需要测量既有建筑室内外温度序列与各类型围护结构的几何尺寸,便可以计算出综合等效传热系数,再通过正交试验法与回归分析法求出各类型围护结构的等效传热系数.将各类型围护结构的等效传热系数与节能设计标准中传热系数的限值进行比较,便可以诊断其热工性能.为了验证方法的可行性,以位于长沙市的一栋实验小房为例进行计算,得到了外墙、外窗、屋顶与外门的等效传热系数分别为1.62 W/(m2·K)、2.84 W/(m2·K)、1.25 W/(m2·K)、3.14 W/(m2·K).对比等效传热系数与实际传热系数,两者数值吻合较好,证明了该方法在工程应用上具有可行性.     

刚架拱桥斜撑破坏机理分析

基于实桥检测试验,建立相应的有限元模型,进行该桥斜撑受力性能分析,并利用可视化仿真考察该桥车振作用下斜撑性态,探究斜撑"湿接头"错位的发生机理.