轴压比对T形钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能的影响研究

为研究轴压比对T形钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,本文运用数值模拟软件ABAQUS设计并建立了轴压比为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8的九个试件,进行有限元分析,系统分析了试件的抗震性能。分析结果表明:随着轴压比增大,T形钢管束混凝土组合剪力墙的承载能力有所降低,耗能能力有所提高;当轴压比大于0.6时,初始刚度显著降低。

半刚接钢框架内填RC墙结构超强及强度折减系数研究

基于半刚接钢框架内填RC墙结构(简称PSRCW)的性能试验结果,分析了延性破坏的PSRCW结构的超强能力,并结合等倒塌原则建立了PSRCW结构的位移延性系数.采用Newmark-Hall提出的Rμ-μ-T经验公式,给出了罕遇地震水准下PSRCW结构的延性折减系数以及强度折减系数.为了同我国现行抗震规范相协调,还给出了偶遇地震水准下PSRCW结构的强度折减系数,为PSRCW结构的合理抗震设计提供参考.

短剪切型消能梁段的力学性能及其影响因素研究

已有研究表明,长度比小于1.0的短剪切型消能梁段与普通剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角存在较大差异。该文基于Q235和Q345钢材,设计108个考虑加劲肋间距、翼缘与腹板面积比、翼缘强度和跨高比等因素的模型,并采用与已有试验结果对比验证的有限元分析方法,详细研究短剪切型消能梁段的力学性能及各因素的影响规律。结果表明,短剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角分别能达到1.90和0.13,加劲肋间距系数和翼缘宽厚比可分别放宽至40和10(235/f_y)^(1/2)。另外,增大翼腹比可有效提高短剪切型消能梁段腹板受剪屈服后的承载力,但改变翼缘强度和跨高比对其性能无明显影响。

轴压比对RC框架实现“强柱弱梁”的影响研究

针对现浇楼板中板筋对纵向梁抗弯能力的提高作用,采用ABAQUS进行不同轴压比下的RC空间框架结构非线性分析,通过不同节点处的梁、柱钢筋应力对比,讨论了不同轴压比对应的结构和同一结构中不同节点位置在实现"强柱弱梁"上的难易程度以及梁端塑性铰的出现条件。研究结果表明,轴压比对板筋在纵向梁抗弯能力中参与程度的影响较大,低轴压比的结构比高轴压比的结构更容易出现梁端塑性铰;同一结构中内节点对应的纵向梁端比外节点更难出现塑性铰;为实现"大震不倒",建议在满足现行结构设计规范提出的相关要求外,对同一节点处的梁、柱端实际承载能力进行复核,使得考虑了现浇楼板参与作用后的梁端实际承载力依然小于柱端实际承载力。

各国设计规范对基准设防地震和结构超强的考虑

归纳了单自由度体系R-μ-T规律和多自由度体系的R-μ基本规律,指出在确定设计地震作用时,除了考虑结构延性能力的影响外,还应考虑结构超强的影响;在对比了美国、加拿大、欧盟和新西兰4国规范考虑结构超强的思路后,建议中国相关设计规范也应考虑结构超强的影响。然后对美国、加拿大、欧盟、新西兰和中国5国规范采用的基准设防地震作用水准进行了对比评述,讨论了加拿大NBCC 2005和美国IBC 2003规范采用预期最大地震作用作为基准设防地震作用的合理性。还强调了R-μ基本准则是保证结构抗震性能的基本准则,在设计地震作用参与的荷载组合对结构设计起控制作用时必须遵循,而中国现行规范有关条文不符合R-μ基本准则的缺口急待修补。

剪切型消能连梁的塑性强化特性研究

该文对剪切型消能连梁的塑性强化特性展开了试验研究,并通过数值模拟分析不同参数对塑性强化特性的影响规律。研究表明轴向位移约束引起的附加轴拉力会提高连梁的塑性强化,且位移角越大时提高越明显。随着轴压力增大,连梁的塑性强化逐渐降低;轴拉力对连梁的塑性强化有一定提升,但轴拉比超过0.1后塑性强化值趋于稳定。腹板高厚比对连梁的塑性强化特性基本无影响;腹板宽高比、加劲肋间距和等效连梁长度系数e Vp/Mp的减小将提高连梁的塑性强化;钢材强化应力的增大会显著提高连梁的塑性强化。最后,提出连梁塑性强化特性的理论预测方法,试验和数值验证表明该方法具有较高的准确性。

钢筋混凝土框架结构抗震超强系数分析

基于我国建筑抗震规范要求设计的14栋代表不同抗震特征要求的多高层规则钢筋混凝土框架,通过静力弹塑性分析详细地评估了框架结构的体系超强能力。分析中采用与抗震规范等效静力地震作用效应分布模式相同的单调递增侧向荷载,以二维平面框架为分析对象。分析结果表明地震分区对超强系数的影响较大;有填充墙框架比无填充墙框架的超强能力明显要大;内框架的超强能力比外框架的超强能力大;超强系数随框架楼层数的增加而减小。

基于能力设计原理的双肢剪力墙极限承载力研究

通过对双肢剪力墙的静力推覆分析(Push-over分析)揭示其极限状态的多种形式并提出连梁强度折减系数K,对在理想极限状态下的连梁剪力超强进行折减,得出对应于不同极限状态下连梁对墙肢轴力的改变量,可用于双肢剪力墙结构超强的整体计算,为带转换层的高层建筑转换结构的能力设计提供了理论基础。

Modal Pushover的改进方法及误差评估

在对Modal Pushover方法的原理及误差进行评价的基础上,结合与整体目标位移延性系数相对应的钢筋混凝土框架构件刚度折减系数的合理取值,提出了Modal Pushover的改进方法。为考察高阶振型参与程度的影响规律,以10层和16层钢筋混凝土平面框架为例,将框架在7条地震动波不同峰值加速度作用下的非线性地震反应统计结果作为对比基准点,研究ModalPushover方法、改进Modal Pushover方法的分析结果随框架周期、地震动强度增加的误差变化规律。研究表明,Modal Pushover方法、改进Modal Pushover方法的误差并不随着框架周期加大而增加,表明该方法能合理地考虑高振型参与反应的影响;框架非线性程度加深后,改进ModalPushover方法可在一定程度上降低MPA(Model Pushover Analysi)方法的误差。

剪切型结构的抗震强度折减系数研究

为了研究剪切型结构抗震强度需求的变化规律,本文基于单自由度体系的非线性时程分析,研究了不同场地条件下延性折减系数与位移延性系数和结构自振周期的关系;采用修正等效单自由度体系位移延性折减系数的方法,研究了剪切型多自由度体系的延性折减系数;以基于中国建筑抗震规范设计的代表不同抗震能力要求的RC框架结构为分析对象,通过静力弹塑性分析,研究了RC框架结构的体系超强能力。分析结果表明场地类别、位移延性水准和结构振动周期对单自由度体系的延性折减系数有显著的影响;多自由度体系的抗震延性折减系数明显比其相应的等效单自由度体系的抗震延性折减系数小;RC框架结构的超强系数一般随结构楼层数的增加而减小,随抗震设防烈度的增大而减小,内框架的超强系数比边框架的超强系数大。

结构抗震设计中的强度折减系数研究进展

强度折减系数既是基于强度的抗震设计中确定设计地震力的关键因素,又是基于性态的抗震设计理论中确定非弹性反应谱的主要依据.基于过去几十年强度折减系数的研究现状,分析总结了近场效应、多自由度体系效应、结构超强等重要因素对强度折减系数影响的研究进展,得出结论:若应用依赖于结构延性、周期及场地条件的强度折减系数模型,并合理考虑多自由度体系效应及结构超强的影响将使得抗震设计更加合理;另外,现有的强度折减系数模型并不适用于近场地区,而1999年集集地震提供的大量近场地震动为研究近场脉冲效应对强度折减系数的影响提供了前所未有的机会.

人字撑-钢框架弹塑性抗侧性能的精细化研究

为了研究人字撑-钢框架双重抗侧力结构体系中受压支撑屈曲后的剩余强度、框架抗侧强度对结构体系抗侧性能的影响以及结构体系的最大抗侧承载力等问题,在考虑现行规范相关规定的基础上,设计50个典型人字撑-框架结构算例,开展弹塑性抗侧性能的非线性有限元分析.研究组成结构体系的2个子结构支撑架和框架在整个抗侧过程中的性能及其对结构体系总的抗侧性能的影响.结果表明,结构体系的抗侧性能在压撑屈曲后存在快速下降,框架的相对强弱对下降幅度具有重要的影响;框架与支撑的极限承载力之和不能作为结构体系的抗侧承载能力.根据计算结果提出人字撑横梁承受的不平衡力的改进计算方法.

翼缘宽厚比对耗能梁性能的影响

基于Q235钢材设计70个不同翼缘宽厚比和长度的耗能梁分析模型来重新评估翼缘宽厚比。与已有试验对比,验证有限元分析方法的准确性。研究结果表明,剪切型和弯曲型耗能梁的翼缘宽厚比可放宽至10 235/fy,并得到不同长度耗能梁的破坏模式、超强系数和滞回曲线。根据耗能梁的破坏模式和耗能能力,建议剪切型耗能梁的长度比取1.30～1.50。提取每次循环中最大位移点可得到耗能梁的骨架曲线,并由此提出剪切型和弯曲型耗能梁的力-位移曲线。

框架-横梁未充分加强型人字撑架的抗侧性能

为了充分了解框架-人字撑架(横梁未充分加强型)的抗侧性能,对50个算例进行静力推覆分析,其中框架分别承担基底总剪力的25%和50%.研究表明:框架分担基底剪力的比例大小和支撑架横梁的强弱是影响这种双重抗侧力体系抗侧性能的最关键因素;框架抗侧承载力占基底剪力的比例越大,支撑架横梁越强,结构体系超强系数就越大.推导了框架-支撑体系中关键点受压支撑屈曲、支撑架横梁和框架形成塑性铰时对应的层侧移角公式.分析表明在这些点中,受压支撑屈曲总是最先发生,此时框架的抗侧承载力发挥很小.此外,由于支撑架横梁没有充分加强,受拉支撑的轴力无法达到其屈服承载力.为了获得较好的抗侧性能,提出了人字撑架横梁需要承担的最小不平衡力。

基于动力方法的RC框架结构整体超强能力分析

结构超强系数是结构在强震作用下不发生倒塌的重要因素,但是目前中国现行抗震规范没有纳入结构超强能力的影响,对于结构安全性的计算都是考虑结构构件,没有更多地考虑整体结构的承载能力.考虑不同设防烈度,不同层数严格按现行抗震规范设计了17个典型RC框架结构,采用OpenSees进行有限元建模与分析,并采用结构拟静力试验数据对有限元模型进行验证.采用非线性动力方法对所设计典型结构的地震反应进行了分析,得到了按现行抗震规范所设计结构的整体动力超强系数能力值的取值及其变化规律.结果表明:通过结构整体动力超强系数能力值,可以预测临界倒塌状态时结构的最大承载能力.分别按Ⅵ度,Ⅶ度和Ⅷ度抗震设防设计的结构,结构整体动力超强系数能力值分别至少要达到6,4和3,其最低值和NEHRP2000推荐条文中给出的结构整体超强系数限值3一致.

基于IDA的Y形偏心支撑钢框架地震反应折减系数和超强系数

按我国现行抗震规范设计了12个不同层数和不同跨度的Y形偏心支撑钢框架算例,利用基于IDA(incremental dynamic analysis)分析的能力谱方法确定了各算例的地震反应折减系数R和超强系数Ω,分析了结构总层数和楼层高跨比对各系数的影响.研究结果表明Y形偏心支撑钢框架的设计地震作用可在我国现行抗震规范的基础上降低20%左右.

抗弯钢框架结构影响系数研究

结构影响系数主要包括延性折减系数和超强系数。给出了按我国抗震规范设计的几个典型抗弯钢框架结构,采用弹塑性时程分析方法确定了结构的整体能力曲线。考虑了结构层数、跨数等对结构延性和超强能力的影响,给出了在典型地震波作用下的各结构的结构影响系数值。建议在我国的结构抗震设计中,抗弯钢框架的结构影响系数最小值可取4。

钢筋混凝土框架结构整体超强系数需求分析

针对我国现行抗震设计规范尚未对结构的超强性能作明确的考虑,本文考虑不同设防烈度,不同层数严格按现行抗震规范设计了17个典型RC框架结构,采用Open Sees进行有限元建模与分析,并通过结构拟静力试验数据对有限元模型进行验证。采用文中提出的动力能力谱方法,对RC框架结构在地震作用下的反应进行分析,得到结构在不同设防水准下的整体超强系数需求值,并将其分析结果与传统静力能力谱方法分析结果进行对比分析。按VI、VII、VIII度设防烈度设计的不同层数的结构,设防地震作用下,超强系数需求值的变化范围分别为0.51~1.89、0.46~1.94、0.57~1.80;罕遇地震作用下,超强系数需求值的变化范围分别为1.18~4.05、1.33~3.45、1.42~2.66。采用动力能力谱方法可以有效地分析结构在地震作用下的超强系数需求值,量化结构在特定地震设防水准作用下承载力的实际需求,改善静力能力谱方法中动力需求谱与静力能力谱曲线的不和谐性。

一种简化的R.C框架结构地震位移反应分析方法

采用单自由度体系等效多自由度体系,只考虑第一振型影响,确定结构最大位移反应。该文假定R.C框架结构屈服前刚度与强度相关,屈服位移由结构几何尺寸近似确定。结合我国建筑抗震设计规范,研究不同设计条件下R.C框架结构的超强系数,然后乘以设计地震作用确定结构的实际强度。根据结构屈服位移以及实际强度确定等效结构的有效周期。当有效周期大于特征周期时,结构最大非线性位移反应采用等位移原理确定,当有效周期小于特征周期时,结构最大非线性位移反应采用等能量原理确定。该方法与其它方法相比,避免了复杂的弹塑性动力或静力分析,不需要进行迭代计算,且与我国规范结合紧密,特别适合对既有结构快速评估。

单层钢框架结构影响系数分析

结构影响系数体现了不同结构类型的地震作用折减,一般认为结构影响系数与结构的延性水平、结构的超强相关。根据我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),设计了两个单层框架结构。选用8条地震波记录,采用ANSYS软件进行动力时程分析,得出结构的延性水平、超强水平以及结构影响系数,并提出单层钢框架结构的结构影响系数的建议值。