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.     

钢筋混凝土框架结构与楼梯构件协同抗震性能研究

目的研究地震中楼梯构件的存在及其布设位置对钢筋混凝土框架结构整体抗震性能、楼梯间周边主体结构构件及楼梯构件自身的受力状态的影响.提出减小楼梯间对框架结构不利影响的设计方法.并对其进行评估.方法通过MIDAS/GEN有限元分析软件进行静力Pushover分析和动力弹塑性时程分析,并与实际震害现象进行了对比.结果楼梯构件能增大结构的抗侧刚度和结构的扭转效应;楼梯间周围主体结构梁柱内力受楼梯构件的影响较大;楼梯构件及与之相连的框架梁柱较早地出现塑性铰;楼梯间布设在结构中部对结构抗震性能影响最大.结论楼梯间对框架结构的刚度分布、框架构件的内力分布有较大的影响,采用滑动支座弱化楼梯间和主体框架结构的连接,能明显减小楼梯构件对框架结构的不利影响.     

基于性能的框架结构抗震设计

通过对三层框架结构的计算分析并与试验结果对比验证,证明了静力弹塑性分析法的有效性;结合实际工程,对六层框架进行了静力弹塑性和时程分析,得到该框架地震作用下的塑性铰分布和侧向变形.     

张弦巨型网格结构布索方案研究

针对由张弦梁概念和巨型网格结构组合而成的一种新型超大跨空间结构,提出了5种可能的索杆布置方案.研究了矢跨比对不同布索方案结构变形的影响,并对同一矢跨比下各布索方案结构的最大挠度、杆件内力峰值、支座水平反力、挠度和内力分布情况、稳定承载力及失稳模态等方面进行了综合分析,且与同样形式未布索结构作比较.结果表明,预应力体系的引入可以显著改善巨型网格结构的整体变形、杆件内力峰值和整体稳定承载力.在各方案中,拉索交叉的索杆对称布置于立体桁架拱跨中大部分范围(非满布)的布索方式能最有效地改善结构静力与稳定性能,为最佳方案.     

具有隔震支座钢管拱桁架结构体系抗震性能研究

以60m跨三心圆立体钢管拱桁架结构体系为研究对象,建立普通固定铰支座和隔震支座两种模型,运用SAP2000软件与塑性铰理论对其进行在地震波作用下的动力弹塑性性能分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了结构节点位移响应、杆件塑性铰的分布、结构的整体变形、失效形态及结构延性系数,评定了该结构的极限承载力、失效类型和变形能力。结果表明:在用钢量相同的情况下,使用铅芯橡胶隔震支座的隔震模型的失效界限加速度峰值比原结构高出59.4%;普通固定铰支座结构和隔震橡胶支座结构的失效破坏类型均为弹塑性动力失稳破坏,地震波作用下两种模型在失效界限时出现塑性铰的杆件数量均较少,但分布较均匀;两种结构模型在受力的两个主要方向均具有一定的延性性能,但其失效前绝对变形较小,破坏前预兆性不显著。     

罕遇地震作用下基础隔震结构损伤的简化分析

以一榀具有集中塑性铰单元模型的基础隔震钢框架为模型,分别采用静力弹塑性分析方法（Push-over）和直接积分的动力弹塑性时程的方法,基于过程追踪,计算了隔震框架各损伤模式首次出现时的层间位移、隔震层位移及框架顶点位移,对比研究了基础隔震结构在地震作用下的损伤.结果表明：Push-over静力弹塑性分析方法可以作为基础隔震结构在地震作用下的结构损伤分析的简化方法;对应于性能点位移的结构动力弹塑性所分析的层间位移等均值结果与静力弹塑性分析结果具有一定的符合程度.     

拉索预应力球面巨型网格结构静力性能优化分析

针对拉索预应力球面巨型网格结构的静力优化问题,提出对拉索预应力、立体桁架梁高度、杆件截面的三级优化法,对各变量分别采用不同的目标和方法进行逐级优化.对杆件截面优化以结构自重为目标函数并采用满应力法;立体桁架梁高度通过结构内力峰值和挠度比两项指标予以确定;优化拉索预应力时,采用结构杆件内力的平方和最小为目标函数建立数学模型,并运用影响矩阵线性优化法和复形法求解.文中对一个180 m跨度的结构,提出了5种不同的布索方案,并基于以上理论,进行了优化分析.结果表明,实际工程采用沿周边布索方案为佳.同时优化分析结果也证明了本文采用的优化分析方法和编制的程序是高效可行的.     

能力谱法在腋撑转换剪力墙结构抗震性能设计中的应用

按照刚度等效、内力等效的原则,对剪力墙结构进行模拟框架等效代换,从而能够通过分析杆件单元塑性铰出现的特点、次序来研究剪力墙结构的弹塑性性能。针对高层建筑转换结构使用中的要求,提出了一种腋撑式的新型梁式转换结构,并对该种结构进行了剪力墙结构算例的Push-over分析。采用能力谱法评估了该结构的整体抗震性能,表明该方法是对带转换层剪力墙结构进行弹塑性分析、评估结构抗震安全性的一种有效方法。     

填充墙对SRC-RC竖向混合框架结构抗震性能的影响

目的研究填充墙的布置对SRC-RC竖向混合框架结构抗震性能的影响,为结构设计提供参考.方法利用SAP2000对6种不同填充墙布置模型的静力弹塑性分析,即填充墙框架的Pushover曲线、承载力、延性、破坏机制以及性能点处的层间位移角.结果填充墙的不同布置改变了框架结构的刚度、内力分布和塑性铰破坏机制,填充墙满布以及底部无填充墙的层数小于转换层的SRC-RC竖向混合框架结构具有较好的抗震性能,其基底承载是无填充墙框架的2~5倍,延性系数降低,但在结构成为机构体系前,结构的塑性铰多且较为均匀,能够耗散罕遇地震释放的大量能量;转换层以上布置填充墙的结构基底承载力为无填充墙框架的1.2~1.5倍,在罕遇地震时塑性铰集中分布在底部无填充墙框架层,容易在转换层形成薄弱层.结论满布填充墙的SRC-RC竖向混合框架结构具有良好的抗震性能和抗倒塌性能;对于由于建筑需要底部无填充墙布置的SRC-RC竖向混合填充墙框架结构,底部无填充墙布置的层数宜小于转换层数.     

设置变刚度加强层的框架-核心筒结构抗震性能研究

针对框架-核心筒并设置加强层结构的特点,提出变刚度加强层的结构形式,并对设置等刚度加强层和变刚度加强层2种伸臂形式的结构进行弹性地震反应分析及静力弹塑性分析,对设置加强层结构的侧移、主要受力构件内力、结构塑性铰出现的位置和次序进行了分析。结果表明,变刚度加强层可以缓解高层建筑设置加强层后产生刚度突变带来的一些问题,并可以保证结构在罕遇地震下,加强层首先屈服,即满足"强筒体弱伸臂"的抗震设计要求。     

高层组合框架-混凝土筒体结构推覆分析

针对高层混合结构中适用于推覆分析的剪力墙单元与型钢混凝土构件塑性铰等问题进行研究,利用三垂直杆元模拟剪力墙,各杆元分别考虑剪力墙轴向、剪切与弯曲变形;根据型钢混凝土构件截面承载力与变形能力,给出了反映截面弯矩与转角关系的型钢混凝土构件塑性铰特性值计算方法;应用MIDAS/GEN软件作为弹塑性分析工具,采用改进的剪力墙单元模型,自定义型钢混凝土构件塑性铰特性值,对30层高混合结构进行推覆分析,并与模型试验结果对比,结果表明：推覆分析所得基底剪力-顶点位移曲线与试验结果较符合,各构件塑性铰分布及状态与模型试验的裂缝分布及破坏模式符合较好,能够反映出混合结构各构件变形和结构整体承载力变化过程.     

基于不同类型剪力键空腹板架的静力分析

组合空腹板架结构中,剪力键是连接下弦钢肋与上层混凝土的关键构件,在结构中起着至关重要的作用。首先,本文对普通钢管剪力键组合空腹板架进行静力分析,其次,考虑对结构薄弱位置处的剪力键进行刚度加强,提出了两类不同构造形式的剪力键,即设置加劲肋剪力键和钢管混凝土剪力键。同时,分别对设置这两类不同构造形式剪力键的组合空腹板架进行静力分析,得到其对结构内力、应力分布的影响。     

纤维模型在平面框架非线性静力分析中的应用

为准确描述钢筋混凝土结构局部的受力情况,通常需要采用微观模型来进行非线性有限元分析.将梁柱单元建立在弹塑性纤维模型的基础上,直接从材料本构关系出发,对平面钢筋混凝土框架结构进行了金过程非线性静力分析.在框架结构与梁柱单元之间用刚度法,组装杆件刚度得到结构刚度;杆件与杆件内部积分点处的横截面之间采用柔度法,基于杆端力和截面力的平衡获得杆件刚度;每个横截面通过平截面假定协调纤维变形,同时考虑了几何非线性,由纤维的刚度得到截面刚度.为追踪非线性反应的软化段,求解时选取柱面弧长法.同时选取实例分别进行单向推覆和低周反复加载试验的程序模拟,得到了较好的效果,并提出进一步优化改进的建议.     

带可更换连梁的新型剪力墙仿真分析与试验验证

鉴于传统连梁在震时破坏后修复比较困难,近年来部分学者研究在连梁的跨中设置可更换耗能部件,使其在中震或大震时耗能,震后便于修复更换.本文基于ABAQUS有限元程序,建立一片带可更换连梁的大比例双肢剪力墙试件的精细有限元模型,阐述了其材料本构模型和建模过程,对其进行精细仿真分析.计算与试验结果均表明,可更换连梁能够将破坏位置集中在保险丝,而且模拟的初始刚度和峰值承载力与试验结果比较接近,模型可较好地预测试件各部分的屈服顺序,该模拟方法对类似联肢剪力墙结构的数值模拟具有较好的借鉴意义.     

钢-混凝土组合沉管结构抗剪机理

以深圳至中山跨海通道沉管隧道设计方案为研究背景,建立沉管节段的精细化非线性有限元模型,进行四点反弯矩剪切试验仿真模拟.结果表明,在隧道横向,横隔钢板和混凝土分别承担斜向拉力和斜向压力,两者形成主要的受力体系;在隧道纵向,混凝土内未发现明显的横向应力分布变化;角钢连接件主要承担格室面板与混凝土间的剪力传递,拉拔作用不明显;在结构弹性状态下,各连接件抗剪刚度相近、剪力分布均匀;连接件附近混凝土开裂后逐步退出工作,但并不影响结构继续承载;剪切破坏过程表现为结构依次发生混凝土弯剪开裂、连接件处混凝土开裂、横隔钢板屈服,最终因混凝土剪切斜裂缝贯通达到结构极限承载力.     

连体位置及刚度变化对双塔楼地震响应的影响

双塔楼连体结构中的连接体使得原来彼此独立的单体变成了整体,结构的动力特性和抗震性能发生了很大变化。文章建立一对称双塔楼连体结构的空间模型,然后通过变化连体的位置和刚度,并用有限元分析软件SAP2000进行地震反应的线性时程分析,研究连体对结构的基本自振周期、顶层位移、基底剪力的影响,最后比较分析结果得出连体最优的位置及刚度。     

钢筋混凝土交错桁架结构的模态分析

利用有限元分析软件,对空间钢筋混凝土交错空腹桁架结构进行线性模态分析.在对该结构体系进行模态分析后,提取对结构有影响的前12阶模态,列出每一阶模态的自振周期及主振型,用于考察结构的质量分布和结构刚度.分析结果表明,该结构体系的振动周期较小,结构整体刚度较大,介于相同条件的框架和剪力墙之间.     

设置外廊柱的中小学教学楼抗震性能研究

针对四川汶川地震中单跨带悬挑梁的框架结构布置形式的中小学教学楼破坏倒塌的现象,采用静力弹塑性(push-over)分析方法,对比分析了单跨悬挑结构和设置外廊柱结构的钢筋混凝土中小学教学楼在罕遇地震作用下的抗震性能.对比分析结果表明,在遭遇相同的罕遇地震作用下,设置外廊柱的教学楼抗震性能明显优于无外廊柱的教学楼,并且有比较高的安全储备.最后提出了对中小学教学楼结构设计的一些建议.