剪力墙数量对框架——剪力墙结构弹塑性性能的影响

利用弹塑性静力、动力分析软件PUSH＆EPDA，对两栋框架一剪力墙结构进行了静力弹塑性和动力时程分析，考察在剪力墙具有不同数量和框架具有不同基底剪力系数这两种情形下框架的延性系数．研究结果表明，在强震作用下，当框架具有相对较小的基底剪力系数时，一旦剪力墙遭到破坏，将使框架产生较大的弹塑性位移响应，甚至导致结构的倒塌，不断增加剪力墙的数量有时将加剧这种态势；但是当框架具有较大的基底剪力系数时，框架的位移响应随着剪力墙数量的增加而逐渐减小．通过对计算结果的分析，给出了一些有益的结论，供设计人员参考．     

单向壁式框架剪力墙结构抗震性能的动力时程分析

含有壁式框架的剪力墙结构在结构设计中应用广泛。为了研究框架比例和房屋高度对剪力墙抗震性能的影响,本文利用EPDA建筑结构弹塑性动力分析软件,对不同房屋高度、不同单向壁式框架比例的剪力墙结构进行罕遇地震下弹塑性动力时程分析,并对弹塑性层位移分布、层间位移角分布、最大位移角时刻结构裂缝分布情况等抗震性能指标进行了对比分析。结果表明:随着壁式框架比例的逐渐增大,结构的变形形态由弯曲型过渡到弯剪型,最后趋近于剪切型;楼层层间剪力逐渐减小,最大位移角时刻的裂缝数量增多,位置逐渐下移且主要集中在连梁及底部墙肢上。上述结论在剪力墙结构设计中,对控制壁式框架数量和房屋高度具有参考意义。     

框架-剪力墙结构三维弹塑性地震反应

为研究大震下结构三维弹塑性地震反应,基于纤维模型,对一个规则、对称的钢筋混凝土框架-剪力墙结构建立三维分析模型,分别在单、双向输入地震动情况下进行了弹塑性地震反应分析,对两种情况下结构顶层位移、加速度、扭转角,基底剪力及各层的最大层间位移角、层剪力、层扭转角等反应进行对比分析。结果表明：在单、双向输入地震动时结构水平方向反应变化不大;双向输入时的结构顶层扭转角时程反应和楼层最大扭转角反应都远大于单方向输入时的扭转反应。     

框架-剪力墙结构弹塑性地震剪力分配分析

基于背景工程,构建考虑协同工作机制的平面分析结构模型,分别对3组不同刚度特征值的框架-剪力墙结构展开参数分析,对框架剪力与结构基底剪力的比值进行定量分析研究,总结弹塑性状态下结构的内力分配机制.针对设计过程中是否对框架剪力进行调整,建立2类分析模型,探讨了剪力调整对结构配筋、罕遇地震下结构性能以及结构抗倒塌能力的影响.结果表明,现行规范规定的剪力调整对框架-剪力墙抗震性能的影响较小,且调整方案对强柱弱梁的设计原则存在不利影响.结构设计过程中,在保证强柱弱梁和塑性铰转动能力的前提下可不必采取剪力调整措施.     

框架-剪力墙结构静动力弹塑性分析

基于退化三线性恢复力模型,建立了框架-剪力墙结构的非线性地震反应分析模型.采用非线性分析程序IDARC2D 6.1对三个典型的10层不同剪力墙数量的框架-剪力墙结构进行了地震反应分析研究,探讨了结构在几种侧向分布力下的推覆反应和在水平地震作用下的动力时程反应.计算结果表明,不同水平荷载分布模式对结构的推覆曲线影响较大,同时表明剪力墙数量的不同对结构的振动特性和地震反应均有一定的影响.     

板柱-剪力墙结构中剪力墙合理数量的研究

板柱-剪力墙结构是一种新型的建筑形式,日益受到世界各国的广泛关注.而我国对此结构的研究还很少,尤其是在地震区使用该结构时,由于没有一个明确的最优化方法,工程师出于对结构安全性能的考虑会把剪力墙的数量设计的过多,没有充分利用剪力墙的承载能力,造成了一定的浪费.而且,目前针对该结构的研究并不成熟,经验较少,规范中也未明确给出其经济性指标.因此,进行结构设计时,在满足建筑使用功能的前提下,同时综合考虑结构的经济性和剪力墙的抗侧移能力,对板柱-剪力墙结构中的剪力墙的合理数量进行研究分析显得尤为必要.本文对建筑高度54m(层数为15层)的板柱-剪力墙结构在8度(0.2g)抗震设防烈度下,选用6种布墙率,分别对结构的抗震性能进行反应谱分析、弹性动力时程分析和静力弹塑性(PUSHOVER)分析.根据结构的周期比、剪重比、基底剪力、层间位移角以及塑性铰出铰情况,确定最接近规范限值的剪力墙布墙率.分析结果表明:在板柱-剪力墙结构中的剪力墙最佳布墙率为3%,此时的塑性阶段层间位移角为1/222.     

短肢剪力墙的弹塑性性能研究

基于等代框架法的有限元模型，应用带刚域的弹塑性杆单元来模拟短肢剪力墙的连梁，并考虑剪切变形影响，对肢强系数、整体性系数、翼缘宽度和连梁配筋率等参数不同的短肢剪力墙进行了弹塑性分析，研究了这些参数对短肢剪力墙弹塑性性能的影响．结果表明，在墙肢截面和配筋率一定时，随着肢强系数的增加、整体性系数的减小和连梁配筋率的降低，短肢剪力墙的承载能力降低，延性增加；而随着墙肢翼缘宽度的增加，短肢墙的承载力和延性都增加．因此在设计中，通过合理选择这些参数，可以使短肢剪力墙具有较高的承载力和良好的延性．     

短肢剪力墙结构的抗震性能比较与研究

短肢剪力墙结构是我国工程技术人员近年来提出的一种新型抗侧力结构体系,在高层住宅建筑中得到广泛应用.但与一般剪力墙结构相比,其抗震性能较差,地震区应用经验不多,相关理论研究滞后于实际应用.文章结合一具体小高层住宅,将短肢剪力墙结构与框架-剪力墙结构的抗震性能进行对比,并进行结构在罕遇地震作用下的静力弹塑性分析,评价其抗震性能.     

短肢剪力墙的定义

为了正确定义短肢剪力墙,用肢强系数ζ和整体性系数α来反映短肢剪力墙的受力特性.通过弹性有限元方法对联肢剪力墙在水平力作用下顶点水平位移的分析研究,发现了联肢剪力墙的顶点水平位移随肢强系数ζ的变化规律.当ζ＜k[ζ]时,水平位移曲线比较平缓,[ζ]为区分剪力墙和框架的肢强系数限值,k为与楼层数有关的系数.由此,把联肢剪力墙分为2段,满足ζ＜k[ζ]的为长肢联肢墙,ζ≥k[ζ]的为短肢联肢墙.同时还指出我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)给出的短肢剪力墙的定义只考虑墙肢截面高度,不考虑洞口大小,因此是错误的.     

超限型钢混凝土框支剪力墙结构抗震性能评估

通过对普通与带粘滞阻尼器的型钢混凝土框支剪力墙结构进行动力时程分析与静力弹塑性分析,获得结构地震需求曲线和抗震能力曲线,开展抗震性能评估并检验是否达到预期的性能目标;此外,分析了塑性铰的分布与发展,揭示出型钢混凝土框支剪力墙结构的破坏机制.结果表明:粘滞阻尼器有效地降低了型钢混凝土框支剪力墙结构的地震响应,在不同强度地震作用下结构峰值位移和最大层间位移角最大减幅分别为35%和38%,带粘滞阻尼器型钢混凝土框支剪力墙结构的地震需求降幅介于14%～54%之间;型钢混凝土框支剪力墙结构最终形成以梁铰为主的破坏机制,结构破坏时大部分转换构件与剪力墙仍处于弱非线性状态,原结构设计达到"中震作用下框支层与避难层处转换构件与剪力墙仍处于弹性范围"的抗震性能目标.     

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。     

空间钢网格盒式筒中筒结构地震弹塑性响应分析

为研究空间钢网格盒式筒中筒结构在地震作用下的弹塑性性能,利用有限元软件MIDAS建立结构数值模型,对其进行罕遇地震作用下弹性时程分析和弹塑性时程分析,并对结构顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线、楼层位移角等进行比较分析.通过结构弹塑性反应分析得到结构塑性铰损伤过程,得出该结构塑性铰发展及构件屈服顺序.结果表明:盒式筒中筒结构抗震防线明确,能够很好地实现基于性能的结构设计.     

殷占忠1,2,张素峰1,孙源1,王立功1

基于Opensees程序对原框架和增设改进型双钢管约束屈曲支撑进行加固的钢框架进行Pushover分析和非线性时程分析,对两者的抗震性能进行比较。得出以下结论：加固后的钢框架刚度和强度明显提高,顶层侧移比减小而底部剪力比增加较小;地震作用下,加固后的框架破坏程度远小于原框架,所产生的塑性铰主要集中在中间跨梁和支撑处,避免了其它构件发生破坏。说明对原框架增设改进型双钢管约束屈曲支撑进行加固,可提高结构的抗震性能。     

结构抗震性能评估的改进模态能力谱法

基于性能的抗震设计理论需要简便而合理的确定结构在地震作用下的弹塑性位移需求的方法.为了解决传统能力谱法在讨论结构弹塑性地震反应中采用等效高阻尼的不确定性和没有考虑高振型影响的局限性,提出基于多模态法和引入强度折减系数和延性系数修正弹性反应谱的改进的能力谱法的概念和实施步骤,并对框架结构进行了相应的抗震性能评估.算例分析表明,所提方法具有一定精度,且更为简便,在基于性能的抗震设计中具有一定的应用前景.     

结构动力时程分析的地震动选择方法研究

进行结构动力时程分析时,合理地选择地震动一直是工程中的难点问题.为此,通过改进现有的和声搜索法进行地震动的选取,针对依据我国现规范设计的两榀不同周期的预应力混凝土(PC)框架结构进行了动力时程分析,并与周期点法、双频段法和面积法的计算结果进行对比.分析表明:多遇地震作用下,周期点法和改进的和声搜索法的结构响应参数的离散性更小,其变异系数在10%左右,且与振型分解反应谱法得到的底部剪力相比,双频段法和改进的和声搜索法得到的计算结果更加符合规范设计水准;罕遇地震作用下,面积法和改进的和声搜索法的结构响应参数的离散性更小,其变异系数在15%左右,周期点法计算结果离散性最大;周期点法只适用于弹性时程分析的地震动选择过程,改进的和声搜索法无论是对弹性时程分析还是弹塑性时程分析都适用,且满足规范设计水准和工程需求.     

地震作用下钢框架与中心支撑钢框架的对比研究

针对钢框架和中心支撑钢框架两类结构,利用非线性静力分析程序计算得到结构在弹性状态和弹塑性状态下的侧移刚度.输入地震波,调整加速度峰值,对结构分别进行弹性和弹塑性时程分析,讨论两类结构在地震作用下的结构响应和能量分布的异同.结果表明,中心支撑钢框架的受力性能优于钢框架.     

应用SAP2000程序进行剪力墙非线性时程分析

为研究用于结构地震反应分析与抗震设计的剪力墙单元非线性性能的动力分析模型,对SAP2000程序中的Link单元进行了矩阵分析与力学参数研究。推导了SAP2000中Link单元的刚度矩阵,明确了各弹簧属性的物理意义,给出了弹簧线性等效刚度、相对转动中心高度和力位移关系的确定方法。对3个不同截面形状的剪力墙试件采用Link单元进行简谐动力荷载作用下的非线性时程分析的计算结果与清华大学土木工程系对这3片墙的拟静力试验得到的水平力位移滞回曲线的骨架线符合良好。这说明用Link单元可以较好地模拟剪力墙的动力非线性行为。     

基于多尺度模型的装配整体式混凝土框架结构抗震性能分析

装配工艺的要求和连接接缝的引用使装配式混凝土结构的数值模拟分析面临新的挑战，计算效率与模拟精度之间的矛盾变得更加突出。基于通用有限元软件ABAQUS，采用多尺度建模，模拟分析了装配整体式混凝土框架结构的抗震性能。首先，基于装配整体式混凝土梁柱子结构的试验数据，验证了多尺度单元界面连接方法的正确性。然后，对装配整体式混凝土框架结构的多尺度模型进行了静力推覆分析和动力弹塑性时程分析，并与现浇混凝土框架结构的地震响应和损伤情况进行比较。结果表明，多尺度建模能有效提高计算精度并降低计算成本，很好地模拟装配整体式混凝土框架结构的破坏特征和整体结构的抗震性能；与现浇结构相比，装配整体式框架结构在单向静力推覆作用下抗侧刚度更小、延性更好，在7度罕遇地震作用下抗震性能相近，顶层最大位移增大了3.8%；多尺度建模方法可用于装配式混凝土结构分析。     

地震波输入角度对钢网格盒式束筒结构响应的影响

为研究空间钢网格盒式束筒结构在地震作用下的弹塑性性能,采用ETABS有限元软件建立数值模型.通过改变地震波输入角度,对钢网格盒式束筒结构进行罕遇地震作用下弹塑性时程分析.从结构顶点时程位移、基底剪力、层间扭转角及各构件塑性发展进行对比分析,寻求对结构不利的地震波输入角度.分析结果表明:坐标轴方向并不是地震波作用的最危险方向,与结构X轴成45°左右的方向对该结构的影响最大;盒式束筒结构抗震防线明确,具有良好的抗震性能.