传统风格建筑RC-CFST组合框架拟动力试验及弹塑性地震反应分析

对一缩尺比为1/2的传统风格建筑钢筋混凝土(RC)-钢管混凝土(CFST)组合框架模型进行El Centro波、Taft波、兰州波及汶川波等地震波作用下的拟动力试验,得到该模型的自振频率以及加速度、位移和应变等动力响应。分析模型结构的破坏过程、恢复力特征曲线及变形能力等抗震性能。研究表明:乳栿为模型结构的第一道抗震防线;随着输入地震波加速度峰值的增加,框架模型的自振频率下降,加速度放大系数逐渐减小,模型结构的恢复力特征曲线呈现出一定程度的'捏缩'效应。由应变分析可知,金柱纵筋先于檐柱纵筋屈服;乳栿和混凝土柱为模型结构的主要耗能构件。基于试验研究结果,采用有限元分析软件SAP2000对试验模型框架进行弹塑性地震反应分析,计算结果与试验实测结果吻合较好。计算分析结果表明:模型框架的出铰顺序依次为乳栿两侧、金柱柱底、檐柱柱底、金柱CFST柱底部及檐柱CFST柱底部。在峰值加速度为0.70g的El Centro波作用下,模型柱架的极限弹塑性层间位移角与规范规定的限值较为接近,表明框架结构具有较高的抗震安全储备。

大跨度铁路连续刚构-CFST拱桥动力特性试验研究

宜万铁路宜昌长江大桥主桥为连续刚构-钢管混凝土(CFST)拱组合结构,为了评价其在列车荷载下的动力特性及行车安全,利用现场行车、制动及环境振动试验数据,结合有限元模型对其进行动力特性分析。首先,介绍桥梁的工程概况及动力试验安排。其次,利用环境振动试验得到结构的加速度响应,结合频域和时域分析获得桥梁的频率、阻尼比和振型;通过行车和制动试验,得到关键截面的应变、加速度和振幅。最后,计算脱轨系数和轮重减载率评估行车安全性。结果表明:桥梁频率和阻尼满足规范要求,加速度和位移峰值都较小,表明结构有足够的刚度;相比列车行车工况,制动工况对桥梁的冲击效应更为显著;各截面相同工况下竖向加速度峰值明显大于横向加速度峰值,表明列车作用下桥梁竖向振动更为剧烈;双向行车工况下,拱肋截面的动力系数和加速度峰值均小于主梁截面,表明柔性拱肋具有更好的动力性能;脱轨系数小于规范限值,列车运行安全。

CFST框架-多腔式双钢板组合剪力墙的匹配性

采用试验研究和有限元分析相结合的手段,开展CFST框架-多腔式双钢板组合剪力墙的抗震性能研究,对比分析了滞回曲线、骨架曲线和延性系数等抗震性能指标。研究表明:多腔式双钢板组合剪力墙具有承载力高、延性好和耗能能力强的优点,破坏时的极限水平位移角高达1/36;在弹塑性阶段,CFST框架作为第二道抗震防线参与工作,提高了框剪体系的承载力,使得其强度退化和刚度退化缓慢,耗能能力增加;CFST框架和多腔式双钢板组合剪力墙两者强强联合,协同工作,优势互补,CFST框架和多腔式双钢板组合剪力墙具有良好的抗震匹配性。

钢管混凝土框架-屈曲约束支撑结构概率地震易损性评估研究

为了研究钢管混凝土(CFST)框架-屈曲约束支撑(BRB)结构的抗震性能以及地震动持时对结构概率地震易损性的影响,基于能量平衡的塑性设计方法,设计了9层框架支撑结构.选取其中一榀单层单跨的框架支撑试件进行了低周循环加载试验和数值分析.采用OpenSees程序建立了9层典型三跨子结构的弹塑性分析模型;通过增量动力分析法得到了结构在不同工程需求参数和地震动强度参数下的易损性曲线,分析了地震动持时对结构抗震性能的影响.研究结果表明:试件的水平荷载-位移滞回曲线饱满,耗能稳定;结构90%的塑性变形耗能集中于屈曲约束支撑;整体损伤因子(ODI)可以较好地反映地震动持时对框架支撑结构累积损伤的影响;长持时地震动下结构的倒塌中位值比短持时的低24%.以ODI为工程需求参数时,考虑地震动谱加速度和重要持时的地震动强度综合指标INP-D表现出更优的实用性、有效性、充分性和调幅鲁棒性.对于I_(NP-D),罕遇地震水平下,长持时地震动下的ODI超越0.2和0.4限值的概率分别是短持时的1.74和5.0倍,因此建议钢管混凝土框架-屈曲约束支撑结构的抗震设计和分析应关注地震动持时对结构累积损伤的影响.

钢管混凝土柱-钢梁单边高强螺栓端板连接框架的拟静力试验研究

为获悉半刚性钢管混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能和破坏机理,进行2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架试件的拟静力试验,包括1个圆形和1个方形钢管混凝土框架。研究柱截面类型和端板类型对框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了框架在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类结构的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标,并结合现有规范评价结构的延性。试验结果表明,此类半刚性连接钢管混凝土框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,其延性系数μ=2.41-3.75,能量耗散系数E=0.823-0.955;在柱截面含钢率相同条件下,方钢管混凝土框架试件的极限承载力和耗能能量均高于圆钢管混凝土框架试件;梁柱节点采用单边高强螺栓端板连接具有典型的半刚性特征,连接可靠和耗能效果好。研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。

钢管混凝土框架结构抗震性能的试验研究

按照现行规范的有关规定设计制作了一榀两跨 3层钢梁 圆钢管混凝土柱的钢管混凝土框架结构模型 ,并通过施加恒定竖向荷载和低周反复水平荷载 ,对模型框架进行了抗震性能试验研究。结果表明 ,基于现行规范所设计的钢管混凝土框架在地震时能形成梁铰破坏机制 ,框架的变形能力、承载能力、延性、耗能能力等受力性能均满足延性框架的抗震要求 ,且模型框架的有效延性系数达到了 7 5 4,远大于一般延性框架延性系数应不小于 4 0的要求。由此可以得出结论 ,钢管混凝土框架结构的抗震性能优于钢筋混凝土框架结构和钢框架结构 。

钢管混凝土框架结构抗震性能的非线性有限元分析

基于一榀两跨 3层钢管混凝土框架的抗震性能模型试验 ,建立了基于钢管混凝土统一模量理论的钢管混凝土以及考虑钢管约束效应的核心混凝土的本构方程。分别按照钢管混凝土的统一模量理论和分离模量理论 ,采用ANSYS参数化程序设计语言 (APDL)编制了命令流 ,对模型框架在低周反复荷载作用下的抗震性能进行了非线性有限元分析。计算结果与模型试验结果吻合较好 ,验证了基于统一模量理论的钢管混凝土框架结构全过程分析方法的可行性 ,以及所编制的APDL命令流程序对钢管混凝土框架结构抗震计算的有效性 。

我国钢管混凝土劲性骨架拱桥发展综述

为了解我国钢管混凝土劲性骨架拱桥的发展动态,明确下一步研究工作的重点,在调查大量该类型桥梁的基础上对其特点及在我国的发展研究现状、设计计算理论、施工方法和跨径的发展进行系统的总结。该桥型具有结构体系转换次数更多、施工周期更长、结构性能更好的特点。目前的研究工作主要集中在收缩徐变效应和施工阶段稳定性两方面。其设计计算方法中应力叠加法更能反映拱桥施工阶段真实的应力状态。钢骨架的安装方法主要分为转体施工法和缆索吊装斜拉扣挂法2种。该桥型增大跨径的方法主要有增强劲性骨架、减轻主拱自重和采用组合施工方法3种。需要进一步开展的工作包括细化桥梁模型试验设计、仿真程序开发及注重结构的耐久性设计。

基于Pushdown方法的圆钢管混凝土柱-钢梁框架抗连续倒塌机制分析

为研究结构在关键构件失效后的抗连续倒塌机制,基于ABAQUS纤维梁-柱单元建立了钢管混凝土柱-钢梁框架的有限元模型,钢材及核心混凝土材性分别调用课题组基于ABAQUS软件开发的材料本构子程序i Fiber LUT中的i Steel05和i Concrete01。采用Pushdown分析方法,对长边中柱失效、短边中柱失效、内部柱失效和角柱失效等4种典型工况下的连续倒塌进行了分析,研究典型柱失效后剩余结构的抗连续倒塌机制。研究结果表明:纤维梁-柱单元模型可以精准地分析空间框架连续倒塌性能。4种柱工况下结构的抗连续倒塌能力由大到小为:短边中柱失效、内部柱失效、长边中柱失效、和角柱失效。

装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能试验研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和适宜端板连接组成框架,通过钢筋桁架混凝土组合楼板形成了新型装配式组合框架。为了解装配式钢管混凝土组合框架在地震作用下的抗震性能和受力机理,进行了2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边高强度螺栓和平齐或外伸端板连接形成的组合框架的水平低周反复荷载试验,研究了柱截面形式和端板连接类型对组合框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了此类组合框架在水平低周反复荷载作用下的受力全过程和楼板裂缝发展规律,得到了此类结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,单边螺栓端板连接装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,延性系数μ为2.13~4.28,能量耗散系数E为0.652~0.90。在柱截面含钢率相同条件下,圆钢管混凝土组合框架的承载力小于方钢管混凝土组合框架,其延性、耗能性能优于方钢管混凝土组合框架。研究成果将为我国装配式钢管混凝土组合框架设计理论与应用提供科学依据。

钢管混凝土减震框架与钢管混凝土框架-剪力墙结构的对比试验研究

设计两榀比例为1:4、梁柱构件尺寸相同的试件:一榀为设置新型三重钢管防屈曲支撑的钢管混凝土减震框架,一榀为普通钢管混凝土框架-剪力墙结构。对两个试件进行反复荷载作用下的抗震性能试验,对比分析两种结构的破坏特征、滞回性能、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力和关键点应变等抗震性能指标。试验结果表明:钢管混凝土减震框架结构具有与钢管混凝土框架-剪力墙结构相当的承载力,并在变形能力、延性和耗能能力等方面均有明显的提高,对刚度退化和强度退化也有明显的缓解,具有更合理的受力性能和破坏机制,新型三重钢管防屈曲支撑起到良好的耗能减震作用,有效地改善钢管混凝土框架的抗震性能。

南盘江特大桥拱圈混凝土斜拉扣挂法施工分析

云桂铁路南盘江特大桥主桥为主跨416m的钢管混凝土劲性骨架拱桥,该桥主拱圈外包混凝土达24 068m3,拟采用斜拉扣挂分环连续浇筑法施工,将拱圈混凝土分6环,对称设置3组斜拉扣索。为了掌握拱圈混凝土施工时结构的应力和变形,采用软件MIDAS Civil建立主拱圈有限元模型,对施工过程中的斜拉扣索索力、钢管混凝土劲性骨架结构应力及拱顶竖向变形等进行了分析。结果表明:采用3组斜拉扣索可实现南盘江特大桥主拱圈的分环连续浇筑,3组斜拉扣索的最大索力为3 500kN;在斜拉扣挂分环连续浇筑施工过程中,张拉3组扣索后,劲性骨架的钢管及管内混凝土的瞬时应力和永存应力均有效控制在规范要求范围内,且拱顶几乎未发生上挠。

结构大震弹塑性时程分析中的能量反应分析

采用ABAQUS对23个钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构分析模型进行了大震弹塑性时程分析,分析模型变量为楼层总高度、地震波及地震波峰值加速度。通过对23个分析模型中得到的各种能量项数值的统计与分析,结合现行规范中结构损伤程度的评估标准,对输入能与地震加速度及结构损伤程度的关系、不同结构损伤程度下塑性耗能在构件中的分配、阻尼耗能比例和塑性耗能比例与结构损伤程度的关系进行了研究。研究成果为能量法在结构地震反应中的应用及钢管混凝土框架-核心筒结构体系的设计提供参考。

带轻质墙板钢管混凝土框架的低周反复荷载试验研究

为了研究地震荷载作用下轻质墙板与钢管混凝土框架的共同受力性能和破坏机理,进行6榀带轻质墙板钢管混凝土框架结构的低周反复荷载试验。研究参数有柱截面类型、墙板厚度、墙板连接形式和墙板类型。详细观察试验过程和结构破坏特征,分析水平荷载-水平位移关系滞回曲线、延性、耗能能力等。研究表明,带片状轻质墙板钢管混凝土框架试件具有良好的抗震性能和延性,能满足结构抗震设计的要求;在地震荷载作用下钢管混凝土框架与轻质墙板(WKP板和NALC板)采用U型卡扣件或钩头螺栓等连接件,具有良好的共同工作性能和安全可靠性,可以在建筑工程中安全应用。

外挂复合墙板半刚性钢管混凝土框架抗震试验研究

为了研究在地震作用下外挂复合墙板装配式钢结构的抗震性能，本文进行了4榀外挂复合墙板半刚性钢管混凝土框架试件和1榀半刚性钢管混凝土框架试件的水平低周反复荷载试验。研究参数为墙板的混凝土类型、墙连方式、斜撑设置和是否设置墙板。研究了地震作用下墙板与框架的共同工作性能和破坏模式，分析了结构的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等。结合现有规范评价了结构的延性。试验结果表明，采用螺栓连接方式外挂复合墙板的半刚性钢管混凝土框架试件具有良好的滞回性能、耗能能力和延性，可以安全可靠地确保复合墙板与组合框架在地震作用下共同工作；位移延性系数μ=2．53～3．81，弹性极位移角θy=（3．33～5．03）[θe]，弹塑性极限位移角θf=（2．35—2．55）[θp]；等效黏滞阻尼系数ξe=0．147—0．182，能量耗散系数E=0．973～1．145；复合墙板破坏主要发生在墙板预埋件附近，整体性能优于传统墙体。研究成果将为我国装配式钢结构设计理论与应用提供科学依据。

基于性能的三层全钢管混凝土框架试验研究

为了研究全钢管混凝土框架结构的抗震性能,对一榀单跨3层方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁框架结构进行拟静力试验,研究了该结构的滞回性能、延性、承载力与刚度退化、耗能能力等性能指标,并通过有限元模拟,分析了矩形钢管混凝土梁的受力机理.研究结果表明:此类全钢管混凝土框架结构滞回曲线饱满,延性系数大于3,层间位移转角在1/43~1/27之间,层间塑性变形能力随着框架柱长细比及梁柱线刚度比的增加逐渐减小,等效粘滞阻尼系数在0.115~0.441之间,强度退化不明显,但刚度退化较为明显;在加载过程中,梁端、柱根部屈服后,随着荷载的增加,中和轴向受压区逐渐移动,极限荷载时混凝土受拉区达到最大.

两层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓端板连接框架拟动力试验研究

为揭示半刚性钢管混凝土组合框架在地震作用下的动力特性和破坏形式,对2榀两层单跨钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓端板连接组合框架进行拟动力试验研究。该试件的梁柱连接节点形式为平齐端板或外伸端板连接,组合楼板采用钢筋桁架楼承板,试验影响参数为柱截面类型和端板类型。研究了El-Centro地震波作用下结构的加速度反应和位移响应,分析了滞回性能、刚度、延性和耗能能力等,评价了梁柱半刚性连接和楼板组合效应对组合框架结构整体性能的影响。试验表明:半刚性钢管混凝土组合框架具有良好的抗震性能和耗能特性。在柱截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接方式,圆钢管混凝土组合框架的最大位移响应和累积耗能比方钢管混凝土组合框架大;方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始刚度优于圆钢管混凝土组合框架。研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。

钢管混凝土结构抗震性能的研究

近二十年来,钢管混凝土已广泛应用于高层和超高层建筑中,取得了明显的经济效益。应用日见增多,发展十分迅速。但对这种结构抗震性能的研究还不多,不能满足工程设计的要求,影响了它的推广应用。本文介绍了两端固定框架柱、单层框架和空间桁架体系的抗震性能的研究和试验,得到了钢管混凝土柱不限制轴压比时长细比的限值,可供研究和设计工作者参考。

钢-混凝土组合剪力墙抗震性能研究简述

钢-混凝土组合剪力墙可以充分发挥钢和混凝土2种材料的优势,改善传统钢筋混凝土剪力墙延性和耗能能力较差的缺点,在钢-混凝土混合结构中具有应用优势。本文简要介绍了国内外一些新型的钢-混凝土组合剪力墙,并简述了其抗震性能的研究现状,最后对一些关键问题进行了初步探讨。

钢管混凝土框架节点选型与设计

节点设计是钢管混凝土结构设计的关键环节。基于工程应用和试验研究成果 ,分析了节点的工作机理和受力性能 ,探讨了适用于框架结构体系的节点构造型式 ,提出了与其相适应的计算方法和建议 。