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。

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。

剪切型消能梁段超强系数的影响因素及规律分析

基于已有试验结果,详细分析影响不同长度比剪切型消能梁段超强系数的主要因素。设计多组考虑腹板强屈比、加劲肋间距比、翼腹比、翼缘与腹板强度比和跨高比等因素的模型,并采用校正的有限元分析方法详细研究各因素对超强系数的影响规律。结果表明:对短剪切型消能梁段,腹板会发生全截面受剪屈服,翼腹比可有效增大子框架的承载力,翼缘与腹板强度比和跨高比对其超强系数无明显影响;对普通剪切型消能梁段,端部翼缘的屈曲使腹板仅部分截面受剪屈服,且增大翼腹比、翼缘与腹板强度比和跨高比可明显提高其超强系数。另外,加劲肋间距比对不同长度剪切型消能梁段的超强系数均有明显影响。

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。

RC梁、柱剪力增大系数取值的有效性

抗震混凝土框架结构的梁、柱剪力增大系数是保证结构抗震安全性的关键指标之一。中国结构设计规范对各抗震等级的剪力增大系数取值作了规定,但却未见有关实际控制效果的研究成果发表。按照现行设计规范设计了3个规则空间框架结构算例,分别位于设防烈度7度(0.15g)区、8度(0.20g)区和9度(0.40g)区。对每个算例进行罕遇地震作用下的非弹性动力反应分析,以不少于90%的梁、柱满足"罕遇地震作用剪力"小于"平均强度抗震抗剪能力"为标准,判断剪力增大系数取值的有效性。当不满足该标准时,调整剪力增大系数取值,直到满足上述标准。结果表明,现行结构设计规范对框架梁取用的剪力增大系数有效,可继续使用;框架柱剪力增大系数取值,在一级抗震等级时过大,在二、三级抗震等级时不满足上述标准。建议了两套柱剪力增大系数的取值方案。

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。

支撑材料超强对弱剪型支撑钢框架影响的研究——兼论抗震钢在弱剪型支撑钢框架支撑构件中的应用

弱剪型中心支撑钢框架中支撑构件作为抗震的第一道防线,起着"保险丝"的作用,在较强烈地震作用下首先进入塑性状态以消耗地震能,并降低结构刚度以减小地震反应,从而保护结构主体。但支撑钢材可能存在超强现象,妨碍设计意图的实现,从而使结构主体遭受较大的地震作用。文章通过具体算例探讨了这种可能发生的现象,并且建议采用抗震钢制作钢支撑构件,以确实保证支撑构件成为第一道防线,保证主体结构的安全。

Q235剪切型耗能梁段超强系数的建议

含可更换剪切型耗能梁段钢框筒是一种耗能性能良好的结构,利用位于部分裙梁跨中的耗能梁段集中塑性变形,有利于震后损坏耗能梁段的快速替换和结构功能的快速恢复。在整体结构的设计和性能分析中,Q235耗能梁段的超强系数和剪切铰模型至关重要。利用SAP2000软件设计了一个30层原型结构,通过试验验证了有限元建模方法的正确性,比较了两种子结构的性能,基于简化的子结构考察了柱轴压比、耗能梁段长度比的影响,以及Q235剪切型耗能梁段的屈服和抗拉强度不同组合下的超强系数,对耗能梁段的剪切铰参数进行了建议。研究表明:随着子结构柱轴压比的增大,子结构的水平力逐渐减小,但耗能梁段的滞回性能基本不变;建议用于钢框筒中的剪切型耗能梁段的长度介于1/8~1/4柱中心线距离,且耗能梁段的长度比建议采用0.79~1.30;长度比为0.79,0.96,1.13,1.30和1.46的Q235耗能梁段的平均超强系数分别为1.62,1.58,1.57,1.52和1.47,钢材的抗拉强度对耗能梁段的超强系数影响较小;用于剪切型耗能梁段端部连接设计的剪力可取1.3倍的预期受剪承载力。

含可更换剪切型耗能梁段钢框筒子结构抗震性能的数值分析

含可更换剪切型耗能梁段钢框筒利用位于裙梁跨中的耗能梁段集中塑性变形,有利于震后耗能梁段的替换和结构使用功能的快速恢复。为研究耗能梁段的构造对子结构和耗能梁段滞回性能的影响,基于某一30层原型结构的子结构,考察了耗能梁段长度、腹板高厚比、翼缘宽厚比、加劲肋间距、加劲肋单双面布置的影响。研究表明:随着耗能梁段长度的增加,子结构的承载力逐渐减小,耗能梁段的超强系数、塑性转角逐渐减小,建议耗能梁段的长度取柱距的(0.15~0.24)倍;随着腹板高厚比的增大,各子结构的承载力、累积耗能明显减小,耗能梁段的超强系数、塑性转角逐渐增大,极短型耗能梁段相比普通型耗能梁段对腹板高厚比的变化更为敏感;翼缘宽厚比的变化对子结构和耗能梁段性能的影响较小;当加劲肋间距超过限值,对极短型耗能梁段性能的影响较大,建议普通型耗能梁段的加劲肋间距可适当超过限值;极短型耗能梁段宜布置双面加劲肋,加劲肋单面布置时增加其厚度对子结构和耗能梁段性能的改善作用较小。

短剪切型耗能段的力学性能试验研究

长度比小于1.0的短剪切型耗能段与普通剪切型耗能段的力学性能存在较大差异。基于Q345钢材,设计3个考虑加劲肋间距和加劲肋布置方式的短剪切型耗能段试验模型,并进行低周往复加载试验研究,得到其破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、割线刚度、耗能能力和等效黏滞阻尼系数等。试验结果表明,各试件均经历受剪屈服、腹板屈曲、翼缘屈曲、腹板开裂、翼缘开裂、翼缘-端板和腹板-端板断裂破坏六个阶段。各试件超强系数和塑性转角最大值分别为1.85和0.15,明显高于规范允许值1.50和0.08。加劲肋布置方式对试件力学性能无明显影响,但放宽加劲肋间距会明显增大腹板的屈曲现象,并降低其承载能力、塑性转角、割线刚度和耗能能力等,建议设计时加肋劲间距需满足规范要求。基于ABAQUS软件对短剪切型耗能段进行模型有限元分析,可较准确地模拟其滞回曲线和破坏模式,并用于相应构件的参数化分析中。

钢连梁可更换消能梁段抗震性能试验研究

通过12个可更换钢连梁中消能梁段试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验参数包括腹板钢材类型、梁段长度、加劲肋布置方式和加载制度。试验结果表明:试件为剪切屈服型,破坏模式为加劲肋-腹板焊缝断裂或翼缘-端板焊缝断裂;试件的超强系数平均值为1.86,大于Popov等学者的建议值1.5;试件的极限塑性转角约为0.15 rad,远大于规范AISC 341-10规定的塑性变形限值0.08 rad;梁段腹板采用低屈服钢LY225代替Q235钢时,试件的极限塑性转角增大23%,试件的累积塑性转角增大52%;加劲肋单面布设或双面布设对试件的抗震性能影响不大,但加大加劲肋间距会导致腹板提前屈曲和试件承载力退化,建议低屈服钢消能梁段的加劲肋布置按照规范AISC 341-10和GB 50011—2010对一般消能梁段的规定。在剪切往复荷载作用下,试件的轴向位移由几何位移和塑性轴向变形两部分组成,试件的塑性轴向变形与其累积塑性转角成正比。