荷载转移法和土-结构相互作用分析

本文提出三单元式模型,讨论了荷载转移法的收敛性。对于几乎不能承受拉应力的材料,若发生单纯的拉伸破坏,该方法是无条件收敛的。然而一般地讲,对于静力问题,荷载转移法的收敛取决于加荷等级和计算精度。对于动力问题,取决于时间步长△t和计算精度;只要△t取得足够小,收敛就相当迅速。当分析软—硬—软状态时,本文修正了荷载转移法,以加快敛速度。最后,文中还给出了用荷载转移法作土—结构相互作用非线性分析时土单元和节理单元的不平衡应力张量表达式。

高层建筑多塔联体结构地震反应分析

本文从工程实际应用出发提出一种高层建筑多塔联体空间结构时程分析方法，该方法的主要特点是可有交减小多塔联体结构三维动力分析的解题规模，适用面广，计算速度快，用本文提出的方法对深圳市电通讯枢纽中心大厦进行了不同结构模型和动力模型的空间性里程分析，通过分析比较，对多塔联体结构在水平地震作用下受力特性作了探讨。

静力非线性分析方法在抗震设计中的应用

本文简单地回顾了结构抗震设计方法发展的三个阶段 ,基于承载力设计方法 ,基于承载力和构造保证延性设计方法及基于性能 /位移设计方法 ,以及我国抗震设计规范的演变。指出作为结构抗震设计的一种趋势 ,基于性能 /位移设计方法将进入新一代的抗震设计规范 ,我国 2 0 0 1规范已经纳入了基于性能 /位移设计方法的核心分析手段 ,静力非线性分析方法 (Push -overanalysis)。通过对两个工程实例的分析 。

型钢剪力架板柱节点抗震性能研究

板柱节点作为广泛使用的建筑结构节点之一,其抗震性能一直是工程界十分关注的问题。在普通板柱节点的基础上,根据工程实际情况,利用ABAQUS有限元分析软件,计算了带有型钢剪力架的板柱节点的滞回曲线,通过对比分析研究了节点的抗震性能。通过型形状和布置方式的变化,研究了相同用钢量情况下的四种不同型钢排列方式下节点的抗震性能,最终发现采用八方向排列的节点抗震性能最好。根据计算结果提出相关设计公式,为同类工程的抗震设计提供参考。为考察该板柱节点在板柱-剪力墙结构中的适用范围,设计了100 m高的板柱-剪力墙结构,进行了推覆计算,以考察该结构的抗震性能。最终发现,带有型钢剪力架板柱节点的板柱-剪力墙结构在地震作用下具有较好的延性和抗震能力,可以在抗震设防区的高层建筑中应用。

组合模态推覆分析法在某超限高层剪力墙结构中的应用和验证

传统的推覆分析方法按一阶模态进行推覆分析,不考虑高阶振型的影响,在高阶振型影响较大的超高层结构的分析中,存在较大的误差。本文中使用考虑高阶振型影响的组合模态对某超高层剪力墙结构进行推覆分析。并将得到的整体反应结果与动力时程结果进行对比,把其中最接近推覆分析层位移曲线或层间位移曲线包络的地震波作为时程分析输入地震波。然后将此地震波双向或三向输入进行时程分析,从构件到结构层面进行详细的抗震性能评估。采用组合模态推覆分析法得到的目标位移和层位移曲线等物理量具有地震反应统计平均值的意义,即使最终推覆分析不用于设计,但仍可以作为辅助依据来指导时程分析中地震动加速度的选取,以减小非线性动力分析的离散性。

双向板裂缝及长期开裂挠度的有限元非线性分析

简述了受压混凝土的徐变基本理论和裂缝间受拉混凝土对开裂构件刚度硬化的分析模型,并解读了GB 50010—2010,ACI 318-08的EC 2∶2004有关裂缝和挠度计算条文的理论背景。其中,EC 2∶2004使用徐变系数φ(t,t0)、混凝土龄期调整弹性模量Ec(t,t0)和刚度插入系数ζ,三个反映徐变和开裂刚度的设计参数来计算裂缝宽度和长期挠度的半经验公式,既适用于梁,也适用于双向板。另外一个方面,由于双向板主应力方向随平面位置变化,使用植入φ(t,t0),Ec(t,t0)和ζ的板单元进行有限元非线性分析,是计算双向板裂缝和长期开裂挠度的通用方法。在列出了有限元非线性分析的基本流程后,作为一个算例,使用CSI. SAFE完成了地下室柱支撑双向顶板的截面设计及使用极限状态的裂缝和长期挠度的验算,并与板带分析法进行了对比。验证了GB 50010—2010与EC 2∶2004对于裂缝与挠度计算条文的适用性与局限性,并对双向板裂缝和长期挠度的计算方法给出了意见。

大开间高层商住楼的预应力设计与施工

在大开间高层商住楼楼面施工中,采用有粘结和无粘结预应力技术,并首次应用塑料波纹管,取得了较好的效果。

高层建筑薄弱连接混凝土楼板应力分析及抗震设计

楼板作为水平抗侧力构件,在承受和传递竖向力的同时,把水平力传递和分配给竖向抗侧力构件,协调同一楼层中竖向构件的变形,使建筑物形成一个完整的抗侧力体系。连接两个主体结构的连接板是楼板的薄弱部位,针对薄弱连接板的平面内应力分析及其抗震设计,采用分块刚性力学模型作一些探讨。工程实例表明,时程分析法反映了连接板两端主体结构潜在反相运动产生的平面内应力增大效应。对于连接板的截面设计,推荐采用主拉应力表达式。小震作用下,按裂缝控制等级二级,采用混凝土抗裂强度标准值作为控制连接板混凝土核心层开裂的指标。中震作用下,采用水平钢筋的抗拉强度设计值作为连接板承载能力的指标。

柱支承双向板及板柱节点的设计与研究

冲切面斜裂缝过早发生和最终的冲切破坏严重地影响着板柱节点的延性,制约着整个结构的抗震性能。在已有研究成果和板柱节点破坏机理的基础上,提出了柱支承双向板小震不裂、中震弹性、大震仍能继续承受竖向荷载作用效应和地震作用效应,保持结构完整性的抗震设防目标。建立了实现抗震设防目标的正截面和斜截面计算的应力表达式。将小震的最大主剪应力不大于混凝土轴心抗拉强度标准值作为控制板厚的指标。正截面极限状态承载力计算中,计入了斜裂缝发生后的剪力补偿。工程实例表明,按照现行规范的构造要求和中震弹性的抗震设防目标设计的柱支承双向板及板柱节点,没有发生塑性铰,符合强节点的抗震设计原则。

框架-核心筒结构体系及其地震剪力分担比

使用框架-核心筒相互作用基本力学特性,对与地震剪力分担比有关的规范条文进行了评估。通过案例分析,详细研究了框架-核心筒结构的塑性铰发展过程、内力重分布以及地震剪力的流向。建立多道防线是抗震设计理论的一个重要组成部分,按现行的设计方法,对框架部分输入一个最小地震作用,使框架具有足够的强度,实现预期的大震性能目标,就能贯彻二道防线的概念。屈服后,框架和核心筒之间的内力重分布主要发生在结构的中下部区域,集中发生在底部区域。因此,建议周边框架承担的地震剪力按20%底部剪力和按框架独立承担25%结构底部总地震剪力得到的框架剪力二者中的小值进行调整。此外,对于超高层建筑周边框架刚度的强弱程度,采用扭转临界屈曲因子替代分担比或周期比作为指标性参数似乎更为合理。

抗震设计中的平扭耦联问题

偏心率、周期比（结构扭转为主的第1自振周期与平动为主的第1自振周期之比）和位移比（楼层最大水平位移（层间位移）与该楼层两端水平位移（层间位移）平均值之比）是平扭耦联问题中的三个关键参数.中美两国规范都把位移比大于1.2定义成平面不规则中的扭转不规则.但是,两国规范控制扭转效应的侧重点有所不同.美国规范不控制周期比,它对每层的动扭矩作了放大,以考虑扭转不规则对构件内力的影响,强调结构的地震反应和构件的内力;我国规范提出周期比不大于0.85～0.90的限值要求,强调结构的自振特性.本文详细地叙述了结构工程师关心的刚心和质心的定义和计算机求解方法,综合结构的自振特性和地震反应,以周期比、第1振型中的扭平分量比和位移比为控制指标,提出了结构动力规则性概念.明确指出结构的扭转不仅仅是几何规则性问题,本质上它更是一个动力规则性问题.结构可以是几何不规则的,但结构工程师要努力做到结构的动力特性是规则的.文中还列出了实现结构动力规则性的9条途径.同时建议规范在今后的修订中增设动力规则性的有关条款.

推覆分析的原理和实施

综述了推覆分析的发展历史、基本原理及研究现状,明确阐释在线弹性阶段,推覆分析等同于第1振型的反应谱分析。屈服后,使用经过动力非线性分析校准的经验系数和线性等效,把反应谱理论推广到非线性分析中。分析得到的目标位移及层位移曲线等具有统计意义上平均地震反应的数学意义。讨论了推覆分析的局限性及其对策。结合中国规范的实际情况,给出推覆分析的实施要点。最后,借鉴美国性能设计的研究成果,使用PERFORM-3D成功地应用推覆分析对高烈度设防区超限高层建筑的抗震性能作出评估。

长周期超高层钢筋混凝土建筑P-Δ效应分析与稳定设计

应用解析解和能量法讨论了等截面均质悬臂杆模型以及基于顶点位移等效原理的等效刚重比的理论缺陷和不确定性,明确指出带P-Δ杆或P-Δ柱的力学模型是对结构进行P-Δ效应数值分析的最理想模型。按我国规范,提出按小震和大震二阶段进行稳定设计的学术观点。建议在基于承载力的小震设计中,将使用有限元法得到的屈曲因子直接作为判别结构整体稳定性的设计指标,使用"直接法"确定放大的位移和弯矩。在基于变形的大震设计中,同时考虑材料非线性和构件几何非线性,计算塑性(广义)变形,评估结构的抗震性能目标。

楼板不规则及其对结构抗震设计的影响

归纳了6种类型的不规则楼板,简述了它们的受力特点和分析要点。结合两个工程实例,应用弹性楼板模型对不规则楼板的平面应力及楼板与竖向构件之间的相互影响进行了详细剖析。当楼板的凹槽或洞口实质性地改变了水平力的传力途径,可能会造成应力集中,影响到竖向构件的内力分布。凹槽附近,除了楼板需要加强以外,对竖向构件也要采取加强措施,避免过早出现塑性铰,成为结构的薄弱部位。对于刚度较强的电梯井壁,井道贯通、楼板缺失,通过竖向构件也是可以传递水平力剪力、协调变形的。但是对井壁角部的应力水平应加以注意,尤其是处于高烈度区结构的顶部区域。

长周期超高层建筑三维稳定设计及其扭转屈曲因子

讨论了长周期超高层钢筋混凝土建筑的三维稳定设计。以巨型框架-核心筒结构体系为背景,对15个案例进行弹性屈曲和地震反应分析。所有案例的扭转屈曲均为第一扭转模态,与收集到的8个工程实例的屈曲性能基本一致。弯矩作用平面内的P-Δ效应仍是重力二阶效应的主要表现形式。但是,5%偶然偏心的计入对于偏心明显的长周期超高层建筑而言,P-Δ,θ效应会进一步放大构件的变形,导致配筋的增加。典型工程实例的推覆分析表明,P-Δ,θ效应对结构整体的抗倾覆能力也许不会产生实质性的影响。另外,由于屈曲分析与自由振动分析微分方程的一致性,对于长周期超高层建筑,推荐使用扭转屈曲因子λt cr替代周期比作为控制抗扭刚度的指标。

高层建筑合理性能目标的选取和实现

性能设计不仅是提高结构的安全度,更应该是针对地震的偶发性和震害对社会及经济的危害以及小震、中震、大震重现周期和作用效应的巨大差别,预先选取在不同水准地震作用下结构的抗震性能目标,按期望的目标值,确定相应的延性和构造措施。通过静力或动力非线性分析,掌握结构和构件及节点在大震作用下的全过程反应,判别弹塑性层间位移角是否超过规定的限值,构件和节点是否具有足够的延性等等,实现一系列预期的性能目标。文中推荐美国ASCE41-06构件塑性变形的可接受准则,提出了高层建筑的基本安全性能目标为中震作用下的梁端、大震作用下的剪力墙底部加强区应出现弯曲塑性铰,目标值LS,以耗散大部分的地震能量,降低底部剪力。使用PERFORM-3D,通过工程实例,详细解释了上述性能目标的实现过程。

长周期超高层建筑最小底部剪力系数

推导了底部剪力系数Cs的通用表达式,绘制了Cs-T关系曲线,结果表明Cs随基本周期变长而快速下降。不满足最小底部剪力系数Cmin s的需求并不意味结构方案和布置不合理。按当前的抗震理论,底部剪力是结构承受地震作用大小的宏观指标。当结构的基本周期超过某一个临界周期时,合理、简单、有效的方法是按比例放大设计地震作用使Cs≥Cmin s,而不是增大刚度、缩短周期。另外,笔者认为《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定的Cmin s限值是合理的,应予以执行。然而,当使用基于性能的方法进行抗震设计时,可予以放松。

超高层框架-核心筒结构的扭转刚度及其稳定

为了控制超高层框架-核心筒结构的侧向刚度和扭转刚度,以临界屈曲因子为参数,讨论了弯曲、扭转双重二阶效应对刚度的影响。推导了结构的临界屈曲因子与自振周期的关系,指出扭转临界屈曲因子是合理反映超高层框架-核心筒结构扭转刚度的力学参数,推荐采用扭转临界屈曲因子替代周期比评估结构的扭转刚度。选取两个超高层框架-核心筒结构工程案例及其参数测试模型,通过几何与材料非线性分析,分析了超高层框架-核心筒结构屈服后,临界屈曲因子、刚度折减、地震作用之间的相互关系。结果表明,偏小的扭转临界屈曲因子和扭转与弯曲临界屈曲因子比会引起更多的刚度折减,扭转临界屈曲因子有可能成为结构刚度设计的主导参数。根据刚度折减-地震水准关系曲线和刚度折减-临界屈曲因子关系曲线,给出了弯曲和扭转临界屈曲因子容许下限的建议值分别为7.5和2.5。

钢筋混凝土转换厚板的抗震设计

由于在地震区使用经验较少,厚板的自重可能会影响结构整体的抗震性能,规范限制在高烈度区采用厚板转换。然而厚板转换具有净高增加、钢筋排序简单和支模方便等优点。研究成果表明,只要适当配筋,板柱节点在承受竖向设计荷载产生的冲切剪力时,即使遭受罕遇地震作用,仍具有足够的延性。当前,计算机程序可以正确、清晰地展现转换板中的应力分布和传力途径。介绍了延性节点的构造设计和转换厚板的抗震设防目标的确定。在有限元分析和软件强大的图形功能基础上,提出了中震设计法。工程实例的非线性分析揭示,按中震弹性方法设计的转换厚板在大震下仍能处于弹性状态。所给算例表明,厚板转换的用钢量指标明显比梁式转换的下降约1/3。

对中震不屈服设防目标的讨论

关键构件中震弹性或中震不屈服的设防目标,作为一种加强措施在抗震设计中已经得到了应用。然而,工程实践表明按小震不坏设计得到的截面配筋率有时往往要大于中震不屈服的配筋率。在详细剖析有地震效应荷载组合公式的基础上,用图表和工程实例说明了中震不屈服对截面配筋的影响。从抗震承载力调整系数γRE,线性叠加原理和以概率理论为基础的设计极限状态等方面,对中震不屈服做出进一步评价。目前工程界采用小震弹性分析,中震放大系数和荷载效应组合来实现薄弱部位或重要部位构件中震不屈服的设计方法,与当前的抗震设计理论是有矛盾的。中震不屈服是中震可修设防目标中的一种状态,表示震后建筑物恢复使用需要修理的程度。结构工程师应采用非线性分析验算构件中震时是否屈服。