功能可恢复RCS混合框架结构研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架结构以其结合了混凝土优异的抗压性能及钢材优异的抗弯性能而受到广泛关注,而可恢复功能结构以其震后快速恢复使用功能的能力,也成为地震工程界研究的新热点。功能可恢复RCS混合框架结构可以在弯矩较大的梁端和柱脚部位设置可更换构件,实现结构的功能可恢复能力。文中简述了近年来功能可恢复RCS混合框架结构研究进展,重点关注各类型功能可恢复钢梁、功能可恢复摇摆柱脚的构造研究,介绍了功能可恢复RCS混合框架结构性能分析研究进展。最后,对功能可恢复RCS混合框架结构仍需深入研究的问题进行了展望。

深圳岗厦北综合交通枢纽大尺寸钢管混凝土半埋 入式柱脚性能试验研究

深圳岗厦北综合交通枢纽位于地下空间资源紧张的城市核心区,规模巨大且荷载工况复杂,核心换乘区设有51.2m×48.0m的无柱超大跨中庭。为解决由场地条件限制导致的柱脚埋深不足问题,结合已有研究成果和工程实践经验,依托深圳岗厦北综合交通枢纽,提出并设计了半埋入式钢管混凝土柱脚节点。为检验节点可靠性,通过1/5大比例缩尺模型试验结合数值分析研究了轴力、剪力和弯矩共同作用下的半埋入式柱脚节点的力学响应,分析了柱脚内部的应力分布规律,揭示了同时设置环板和栓钉作为抗剪连接件时的工作机理。分析结果表明:设计荷载工况下,钢管混凝土柱轴力主要通过环板和柱脚底板传递,弯矩主要通过钢管侧壁承压传递;环板埋深较浅时可以获得较高的传力效率,但其下部混凝土易出现应力集中;钢管侧壁栓钉在埋置深度范围内均能够较好地发挥抗剪作用。承台下部桩基布置合理,设计荷载工况下未见承台冲切破坏特征、节点整体处于弹性工作状态;1.2倍设计荷载工况下节点刚度仍未见明显退化,节点混凝土未出现压溃或剥落,表面无可见裂缝发展,各关键位置钢材应力低于材料强度。设置环板和栓钉作为剪力连接件的半埋入式柱脚可以实现对钢管混凝土柱的可靠嵌固,提出的采用抗剪环板加强的钢管混凝土半埋入式柱脚节点设计与构造方案合理可行,满足结构安全要求。

半刚接柱脚自复位装配式钢框架拟动力试验研究

为解决刚接柱脚自复位装配式钢框架结构在中震或大震下底层柱可能发生较大的塑性变形的问题,设计一种半刚接柱脚自复位装配式钢框架结构。对其子结构进行拟动力试验,对比框架在Taft地震波、LOS000地震波和El-Centro地震波输入及不同等级地震下的节点开口、耗能能力、刚度退化、预应力损失和应变变化。试验结果表明,钢框架在大震作用下具有良好的自复位功能和耗能能力。钢绞线平均预应力损失最多仅为1.58%,说明施加预应力的方法是可靠的。钢框架柱脚能够始终保持弹性状态,因此震后仅需修复钢梁,大大降低了修复成本。

竖向混合结构钢柱脚抗震性能试验研究

低层或多层既有建筑数量较多,对其直接进行加层改造已成为完善建筑使用功能、增加使用空间的重要手段。钢结构具有自重小、构造灵活、施工方便等优点,在既有建筑加层改造工程中得到广泛应用。针对既有混凝土框架结构上部直接进行钢结构加层工程中常用的柱脚连接方式,按照实际工程施工流程,在既有混凝土结构上打孔,通过植入化学锚栓的方式固定上部钢柱脚,分别设计制作钢柱脚四周设置加劲肋的强连接柱脚节点试件和钢柱脚四周无加劲肋的弱连接柱脚节点试件,通过拟静力试验对试件抗震性能进行对比分析。研究结果表明,强连接与弱连接柱脚节点破坏形式相同,均为锚栓拔出破坏,上部钢柱脚均处于弹性工作状态;强连接柱脚节点峰值承载力相对于弱连接柱脚节点峰值承载力提高了193%;强连接柱脚节点耗能能力相对于弱连接柱脚节点有所增强,但耗能系数减小。

基于现行规范的型钢混凝土柱侧力-位移曲线预测方法研究

型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)柱因承载力高、刚度大和耐久性能好等优点而被广泛应用于高层结构中。然而,现阶段SRC结构设计普遍基于承载力设计法,基于性能的抗震设计法在SRC结构方面的应用仍待完善。作为基于性能(位移)的抗震设计方法中最重要的一环,现阶段SRC构件的侧力-位移关系评估缺乏规范指导。基于美国现行规范ASCE/SEI 41-17中针对钢筋混凝土构件的相关规定,结合SRC构件的受力与变形特征,提出了发生弯曲破坏的SRC柱在地震作用下的侧力-位移曲线建模方法。该曲线采用约束混凝土强度计算SRC构件的峰值承载力;使用刚度折减法考虑型钢与混凝土之间的黏结滑移;基于SRC构件的变形特征考虑了纵向受力钢材端部滑移对柱顶侧移的贡献。最后,通过与28根SRC柱试验结果的比较证明了曲线的适用性。计算结果表明:所提出的曲线能合理预测发生弯曲破坏的SRC柱的开裂荷载、开裂位移、峰值荷载、峰值位移和强度退化,可为SRC结构的性能化抗震设计提供参考。

柱脚耗能摇摆钢支撑结构滞回性能分析

柱脚耗能摇摆钢支撑结构是一种具有可恢复功能的结构形式,具有良好的耗能能力,柱脚破坏后易于替换修复。采用ABAQUS有限元分析软件建立柱脚耗能摇摆钢支撑结构模型,耗能柱脚采用两种不同的构造形式,分析了结构在低周往复荷载作用下的滞回性能。分析结果表明:柱脚耗能摇摆钢支撑结构滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。耗能柱脚依靠耗能剪切板孔间短柱进入塑性耗能,剪切板孔间短柱端部为薄弱部位,加载过程中最先发生断裂;耗能柱脚耗能板孔间短柱宽度越大,耗能柱脚剪切板宽度越小、结构的跨度越大,构件的耗能能力越好,分析了柱脚耗能摇摆钢支撑结构的典型屈服机制,基于小变形假定,推导了屈服承载力计算公式,与有限元分析结果比较吻合较好,能较好地为实际工程提供依据。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——钢柱脚

根据《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》,详细介绍了钢柱脚的轴力传力机制以及外包式钢柱脚的弯矩传力机制。对于外包式钢柱脚,指出规范关于外包混凝土最小高度要求的实质,提出了钢柱传递至外包混凝土的轴力、界面抗剪、外包混凝土的抗冲切等计算公式,并对《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99—2015)关于外包式钢柱脚极限受剪承载力的计算公式提出了改进建议。现行规范关于钢柱下混凝土的局部受压计算,偏不安全,提出了基于壁板以及钢柱整体的混凝土局部受压计算方法。

柱脚设置盖板式滑移摩擦节点单层钢框架抗震性能研究

钢框架结构柱脚在地震作用下发生塑性屈曲将对震后修复造成困难。基于损伤控制概念,研究在柱脚设置盖板式滑移摩擦节点(CPSFJ)钢框架的抗震性能及损伤情况。设计并制作了2个1/2缩尺的单层钢框架试件,其中一个为柱脚设置CPSFJ钢框架试件,另一个为普通钢框架试件,对其进行拟静力加载试验。普通钢框架在加载结束后,柱脚处屈曲严重。柱脚设置CPSFJ的钢框架,在加载过程中CPSFJ如期发生滑移;钢柱段无明显损伤变形,CPSFJ拼接盖板发生弯曲变形,黄铜摩擦片表面出现磨损,可在震后复位钢柱、更换拼接盖板和摩擦片以实现修复;框架滞回曲线饱满,骨架曲线无明显下降,表现出良好的抗震性能。

一种新型全装配柱座式节点力学性能的数值分析与设计方法

提出一种方钢管柱与H型钢梁连接的柱座式全装配节点,在梁柱交汇处形成节点中心,由法兰盘连接上下柱,由端板连接钢梁。通过改变节点的端板厚度、螺栓直径和法兰盘与加劲板的开孔直径等参数,采用ABAQUS软件对4组节点试件进行了有限元数值分析,在单调加载制度下研究了各节点的极限承载能力与变形破坏模式,分析了参数改变对节点性能的影响;通过对节点进行往复加载获取节点的滞回曲线、骨架曲线,分析其耗能性能、延性性能及刚度退化等抗震性能。研究结果表明:该节点具备良好的抗震性能和耗能能力,端板厚度与螺栓直径对节点承载力有较为显著的影响,节点设计时合理选取参数可在保证节点承载性能的同时,充分发挥其耗能性能以确保梁柱等主要构件不发生塑性破坏。

第十届中国花卉博览会世纪馆变截面铸钢柱脚的设计与研究

为满足建筑效果与受力性能需要,第十届中国花卉博览会世纪馆采用变截面铸钢柱脚。结合铸钢件的受力特点初步设计铸钢件的截面尺寸,并采用有限元软件ABAQUS,基于不同截面、轴力及柱高的有限元模型,对柱的抗侧刚度进行参数化分析。结果表明:柱脚在设计荷载下满足承载力要求;柱的轴力通过压力和剪力传递至铸钢颈部,按悬臂板计算顶部托盘的厚度过大;柱脚底板下的压应力并非均匀分布,局压面积取底板面积将高估局压承载力,采用均布反力假定确定的柱脚底板厚度过于保守;钢柱的抗侧刚度介于铰接与刚接之间;变截面简化模型的抗侧刚度与有限元结果吻合,在整体模型中钢柱采用该简化模型可较好地反映柱脚节点的连接形式。

柳东新区文化广场结构设计难点分析

柳东新区文化广场地上结构分为A区(A1科技馆、A2青少年宫)、B区(B1群艺馆、B2文化配套中心)、C区(拱廊)。地下设有两层连通的人防地下室。A区、B区上部结构从下至上逐层倒悬外挑、平面尺寸逐层扩大。外围结合建筑要求设置斜柱支撑外圈结构,利用钢梁将斜柱水平分力传递至内侧结构。柱底采用一种浅埋式钢管混凝土柱柱脚构造,倒悬外挑部分采用钢梁+钢筋桁架楼承板以避免高支模施工。介绍了基础和主体结构的设计思路,对A、B区倒悬外挑结构和C区拱廊桁架的受力进行了分析,分析结果表明,结构设计合理。

桥式车站装配式钢结构雨棚设计与施工要点简析

针对现有铁路客站钢结构站台雨棚结构形式和施工技术存在的问题,提出一种全新的装配式站台雨棚结构。通过对桥式车站装配式钢结构雨棚设计与施工要点分析,提出了关键节点细部构造做法,给出了施工关键要点质量控制措施,在保证结构安全的同时,大大提高施工速度和质量,改善雨棚的观感质量,对推动铁路站台有柱雨棚装配式标准化建设具有积极的意义。

钢结构柱脚连接与安装施工技术研究

通过结合工程实际案例,研究主楼钢结构柱脚连接位置设置于负一层楼板处,存在模板加固、钢柱安装、混凝土浇筑质量、成本造价等问题。通过深度剖析具体施工细节及控制要点,探讨采用首层钢结构柱外包式柱脚和精准定位预埋锚杆螺栓的方式将上部钢结构柱与地下室顶板混凝土进行连接,可以降低施工难度,提前工期和节约造价。

带靴梁钢结构刚接柱脚施工控制探讨

结合带靴梁钢结构刚接柱脚的技术特点,分析了其分类及工程应用情况,并基于某企业厂房,从钢柱吊装前的场地勘测、设备选型及吊装方案确定等方面讨论准备工作,从基础施工、钢柱吊装、刚接柱脚底板安装及靴型柱调整等方面探讨其施工质量控制。

一种新型混凝土装配式梁柱连接节点的有限元分析

目前装配式混凝土框架梁柱连接节点主要分为干式连接和湿式连接,虽然目前常用的干式连接存在造价高、计算分析相对复杂、整体性弱等缺点,但是相比湿式节点,干式节点具有构造简单、施工便捷,施工效率显著提升等优点,因此对干式节点的研究开发前景还是非常广阔的。基于此,提出了一种新型装配式混凝土框架梁柱连接节点,其做法是在预制混凝土梁、柱端头分别设置钢帽来传递梁、柱内力,这样梁柱之间就可以采用焊接或螺栓连接进行装配,可加快装配速度;对其抗弯、抗剪承载力进行了有限元模拟分析对比,表明只要连接端箱型截面达到一定长度(约梁高),该节点就有足够的刚度和强度传递梁端内力,其传力模式和外包式柱脚相似,表明此做法具有可行性;并对此节点做法的不足之处提出建议。

逆作桩柱一体安装加设回转钻机平台混凝土底座施工技术研究

逆作桩柱一体安装施工技术在不同结构工程中应用广泛,为控制好钢管柱垂直度,解决逆作桩柱一体安装施工过程中钢管柱环板与回转钻机平台夹持作用位置点冲突问题,以克服钢管柱插入桩内混凝土时产生的浮力阻碍。该文结合北京城市副中心站综合交通枢纽工程,重点介绍桩柱一体安装施工工艺、回转钻机平台混凝土底座的原理及作用。应用该技术解决桩柱一体安装施工的难题,为同类工程施工提供参考。

九州通健康城电商总部大楼超限高层设计

九州通健康城电商总部大楼地上建筑高196.6m,采用混凝土外框柱(部分楼层设置钢管叠合柱)、钢筋混凝土核心筒以及混凝土梁、楼板组成的框架-核心筒结构抗侧力体系。该工程属于高度超过A级高度的超限高层建筑结构,无其他超限项及不规则项。按照设计的性能目标,结合SATWE程序以及有限元软件MIDAS Building对结构进行结构静力弹性分析、弹性时程分析、等效弹性结构性能化设计、弹塑性时程分析以及对叠合柱进行结构专项分析,结合分析结果对关键部位以及薄弱部位采取针对性的加强措施。通过计算分析,在小震、中震、大震作用下,结构抗震性能均满足要求。

某超限高层圆钢管混凝土柱框架结构抗震设计

本工程位于南京市玄武区,为采用圆钢管混凝土柱框架结构体系、且具有四项不规则的超限高层建筑,建筑主要功能为商业。本文主要介绍了该项目工程概况、结构布置、超限情况和对应的抗震设计性能目标,并对结构进行了多遇地震作用下的弹性分析、罕遇地震作用下的弹塑性时程分析和楼板应力专项分析。分析结果表明:结构能够满足抗震性能设计目标要求,结构强度和刚度指标满足设计要求;结构塑性铰主要出现在框架梁端部和框架柱柱脚部位,满足“强柱弱梁”的设计要求;进入塑性后,结构耗能能够有效降低基底剪力,框架梁、柱损伤可控;设防地震作用下,楼板应力均较小,楼板能够有效传递地震作用。总体来说,本结构能够实现预期的性能目标,结构方案基本可行。

国家体育场柱脚锚固性能试验研究

大跨结构柱脚锚固性能是抗震设计的关键之一。国家体育场柱脚为钢柱脚,该钢柱脚锚固于钢筋混凝土承台中,其受力复杂,以往国内外类似的试验很少。笔者共进行了4个钢筋混凝土承台-钢柱脚试件锚固性能的试验研究,本文介绍其中2个几何尺寸较大的钢筋混凝土承台-钢柱脚试件锚固性能的试验研究概况,1个试件为混凝土承台中配置抗拔钢筋的试件,1个为混凝土承台中未配置抗拔钢筋的试件。通过单向重复加载下的钢柱脚锚固性能试验,对试件的锚固承载力、延性、合理配筋型式等进行了研究。试验结果表明,混凝土承台中配置抗拔钢筋的试件与未配置抗拔钢筋的试件相比其锚固承载力和延性显著提高。在试验基础上,建立了柱脚锚固承载力计算的桁架模型,计算结果与实测结果符合较好。

钢结构柱脚抗剪键设计方法研究

为确定钢结构柱脚中抗剪键的设计难题,考虑抗剪键与混凝土的协同作用效应,基于Timoshenko梁理论,分别按混凝土应力-应变关系的线弹性和非线性模型推导了抗剪键设计埋深的微分方程.对非线性模型的微分方程采用Galerkin法简化为代数方程,通过数值计算得到了抗剪键的理论埋深值,并建立了可供实际应用的计算表格.计算结果表明,按线弹性理论计算的抗剪键埋深偏小,偏于不安全.抗剪键的设计埋深主要与抗剪键的截面有效回转半径、考虑抗剪键与混凝土相对刚度的抵抗惯性矩及抗剪键承担的剪力大小等3个因素有关.