基于动力能力谱法的RC结构位移放大系数

结构位移放大系数是预测结构在某一地震设防水准作用下的最大弹塑性变形,从而指导结构设计的参数。我国现行抗震设计规范尚未引入结构位移放大系数。考虑6、7、8三个设防烈度,设计了3、5、8、10、12层共15个钢筋混凝土框架结构,建立其有限元模型,并采用结构振动台试验对有限元模型进行验证,进而对结构在地震作用下的反应进行分析。采用文中提出的动力能力谱方法,研究按我国抗震设计规范设计的RC框架结构在不同设防水准下的位移放大系数需求值,并与传统静力能力谱法得到的位移放大系数需求值进行对比分析。6、7、8度设防的RC框架结构的位移放大系数需求值在中震作用下分别为0.51-1.91、0.49-1.93、0.56-2.24;在大震作用下分别为1.28-4.82、1.40-4.89、1.37-5.56。中震作用下,按我国抗震设计规范设计的钢筋混凝土框架结构未发生整体屈服,表明我国抗震设计规范比较保守。

钢筋混凝土框架结构位移放大系数能力分析

结构位移放大系数能力值是预测结构最大变形能力,确定结构之间最小距离,防止结构在地震作用时因相互碰撞而发生倒塌的关键设计参数。但是目前我国结构抗震规范中并没有引入结构位移放大系数的概念。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,并采用结构振动台试验数据和拟静力试验数据对有限元模型进行验证。分别采用非线性静力方法和非线性动力方法,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位移放大系数能力值的取值及其变化规律。分析结果表明,采用结构位移放大系数能力值,可以预测结构临界倒塌状态时的结构最大弹塑性变形。按我国现行抗震规范设计的VI、VII、VIII度RC框架结构,位移放大系数能力值的最小值分别为15、10、5,具有良好的变形能力。结构位移放大系数与结构反应修正系数的比值(Cd/R)在0.8～1.2范围内,这和NEHRP推荐条文中的取值相近,但稍微偏大。

用增量动力分析方法求解人字形中心支撑钢框架的结构影响系数和位移放大系数(Ⅰ)——方法

结构影响系数是基于强度的抗震设计中确定设计地震作用的关键,也是基于性态抗震设计理论的基础。位移放大系数则是根据结构的弹性位移估算弹塑性位移的关键参数。本文采用增量动力分析方法求解结构影响系数和位移放大系数,并结合具体算例详细说明了基于增量动力分析求解结构影响系数和位移放大系数的实施步骤。该方法能反映结构的动力特征,并能考虑高阶振型对结构抗震性能的影响。

双周期标准化的位移放大系数谱

采用理想弹塑性滞回模型,分析了4类场地共370条地震波作用下,单自由度体系的动力响应,得到了弹塑性体系与相应弹性体系间最大位移的关系,建立了等延性的位移放大系数谱Cd,用以评估新建或已有结构体系的弹塑性变形。考虑了二阶效应和阻尼比的影响,并采用2个特征周期Tga和TgR对周期进行标准化(Tga和TgR将整个周期划分为:加速度敏感区、速度敏感区和位移敏感区),标准化后的位移放大系数谱,保留了特征周期处的谷值特性,消除了场地类别的差异。结果表明:二阶效应和阻尼比对位移放大系数都有影响,并随周期变化,在特征周期附近的影响最为明显。

基于增量动力分析和人工神经网络计算结构影响系数和位移放大系数

为考察不同的数据处理方式对计算结果的影响,利用ANSYS的瞬态动力分析功能对六层三跨的人字形、V形和SX形中心支撑钢框架进行增量动力分析(IDA).分别采用多项式最小二乘法和人工神经网络原理拟合增量动力分析的数据,得到结构的IDA能力曲线并计算结构影响系数和位移放大系数.结果表明:数据处理方式对结果有一定影响,利用人工神经网络原理进行结构IDA能力曲线的拟合,能够得到更真实的能力曲线.

考虑弯剪变形的黏滞阻尼器布置机构位移放大系数计算

现有的黏滞阻尼器布置机构的位移放大系数计算公式是基于结构剪切型侧移模式推导的,而多高层建筑结构的侧移模式一般为弯剪型,这有可能导致采用现有方法计算多高层建筑结构中的黏滞阻尼器的位移放大系数和附加阻尼比不准确。采用解析几何方法,推导了单层弯剪型结构和一般多高层结构中阻尼器布置机构位移放大系数的计算公式,包括对角布置机构、剪刀撑布置机构、下套索布置机构、上套索布置机构。按照阻尼器布置机构位移放大系数现有计算方法和本文提出的方法,采用应变能法计算了多层钢框架结构中布置黏滞阻尼器的附加阻尼比,并与自由振动衰减法的计算结果进行了对比,本文方法的计算误差不到1%。这验证了本文提出的考虑弯剪变形的黏滞阻尼器布置机构位移放大系数的计算方法对一般多高层结构具有更好的计算精度。

用增量动力分析方法确定人字形中心支撑钢框架的结构影响系数和位移放大系数(Ⅱ)——算例

基于增量动力分析方法计算了6个人字形中心支撑钢框架的结构影响系数R和位移放大系数Cd。结果表明:对于不超过12层的人字形中心支撑钢框架,层数和跨数对各系数的影响都很小;结构超强系数RΩ所占的比重要明显大于结构延性折减系数Rμ。建议取Rμ=1.19,RΩ=3.98,R=4.71,Cd=5.55。

套索式黏滞阻尼器位移放大系数的理论和实验研究

考虑了支撑杆弹性变形的影响,提出了精确计算套索式黏滞阻尼器位移放大系数的方法;借助SAP2000分析软件,研究了套索式黏滞阻尼器在不同工况下放大系数的变化情况,并通过试验对理论分析和模拟结果进行了验证。研究结果表明:套索式黏滞阻尼器的实际位移放大系数小于刚性理论计算值,支撑杆的弹性变形应予以考虑;在其他条件一定的情况下,位移放大系数随加载频率的增大而减小。本文提出的方法考虑了支撑杆件的刚度,能够更加合理地计算套索式黏滞阻尼器的位移放大系数。

等强度折减下延性结构的位移放大系数

为方便地由弹性位移计算最大弹塑性位移反应,对等强度折减的双折线弹塑性滞回模型的单自由度(SDOF)体系在地震作用下的弹塑性位移响应进行分析,得到不同标准化周期、场地类型、强度折减系数、阻尼比、后期刚度和二阶效应等不同参数组合的位移放大系数Cd2谱.结果表明,Cd2在固定周期处各强度折减系数所对应的数据点均服从对数正态分布;Cd2随着阻尼比(除短周期)的减小而减小,随着后期刚度的增大而减小;二阶效应的存在将导致Cd2显著增加.为分析不同滞回模型对Cd2的影响,又计算反向加载时刚度退化的修正克拉夫(MC)滞回模型、剪切滑移(SSP)和无任何耗能能力的双线性弹性(BIL)模型下的Cd2谱,与理想弹塑性(EPP)下的Cd2进行对比,发现EPP的Cd2在4类模型中是最小的.

增量动力分析法计算抗弯钢框架-薄钢板剪力墙体系的地震力折减系数和位移放大系数

基于薄钢板剪力墙的抗剪承载能力,收集多条人工地震波和天然地震波数据,按增量动力分析法计算出各条调幅地震波作用下结构的底部剪力和顶点位移,绘制出10层、15层和20层抗弯钢框架-薄钢板剪力墙体系的底部剪力-顶点位移曲线,进而计算各算例中震下的地震力折减系数R和大震下的位移放大系数Cd。结果表明:10层结构中震下的R平均值为2.7,大震下的Cd平均值为4.94;15层结构中震下的R平均值为2.77,大震下的Cd平均值为4.91;20层结构中震下的R平均值为2.5,大震下的Cd平均值为4.08。每条地震波所计算的R和Cd值都不相同;最大值R对应的地震波算出的Cd并不是最大,同样地,最小值R对应的地震波算出的Cd也不一定最小。

带低屈服点钢耗能梁段高强钢框筒结构的结构影响系数和位移放大系数研究

在传统钢框筒结构的部分裙梁跨中处设置LYP225低屈服点钢耗能梁段,其余构件采用Q460高强度钢材,提出带低屈服点钢耗能梁段高强钢框筒结构(HSS-FTS-LSL)。在地震作用下耗能梁段发生剪切屈服耗散地震能量,梁、柱等构件由于采用高强钢从而保持弹性或部分进入塑性阶段。为了研究HSS-FTS-LSL的结构影响系数和位移放大系数,以楼层数、耗能梁段长度及布置方式为变量,按照我国规范设计了3组共8个HSS-FTS-LSL算例,并且考虑高阶振型的影响,采用分布侧向力调整法对各算例进行了Pushover分析,基于改进的能力谱法计算了8个算例的结构影响系数和位移放大系数,分析了结构层数、耗能梁段长度及布置方式对结构性能系数的影响并给出了建议取值。最后,根据提出的HSS-FTS-LSL抗震设计反应谱对其中一个结构算例进行重设计,并对重设计前后两个算例结构进行弹塑性分析,对比了二者的抗震性能以及用钢量,验证了本文提出的HSS-FTS-LSL结构影响系数建议值的合理性。

高强钢组合Y形偏心支撑结构影响系数和位移放大系数研究

高强钢组合Y形偏心支撑结构是指耗能梁段采用普通钢材(f_(y)≤345 MPa),保证地震作用下结构具有良好的塑性变形能力,框架梁、柱采用高强钢(f_(y)≥460 MPa)降低构件截面尺寸,同时保证非耗能构件的弹性受力状态,该新型结构具有良好的延性和耗能能力。结构影响系数R是基于性能的抗震设计方法中至关重要的部分,若R取值合理,则结构抗震设计更加安全、合理、经济。我国2016版GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中隐藏了结构影响系数的概念,且对所有的结构体系取统一值,显然不尽合理。研究高强钢组合Y形偏心支撑结构的结构影响系数和位移放大系数可进一步优化结构性能化设计方法,为该类型结构今后的设计取值提供参考依据。为此对12个Y形偏心支撑钢框架有限元模型进行静力弹塑性分析和增量动力分析(IDA分析),得到结构的性能曲线。利用能力谱法计算各原型结构的R、C_(d)、R_(μ)和R_(Ω),分析结构层数N和耗能梁段长度e对各性能系数的影响。对比Pushover分析和IDA分析所得结果,提出了各性能系数的建议取值。

高强钢组合K形偏心支撑结构的结构影响系数和位移放大系数研究

高强钢组合K形偏心支撑结构是指耗能梁段采用普通钢材(如Q345钢),而框架梁、柱采用高强度钢材(如Q460钢)的结构。耗能梁段在大震作用下剪切屈服耗散能量,而梁柱构件基本处于弹性受力状态,保证地震作用下的塑性变形仅集中于耗能梁段。结构影响系数R是基于性能的抗震设计方法中至关重要的部分,R取值合理是结构抗震性能设计的关键。我国2016版《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)中隐藏了结构影响系数的概念,且对所有的结构体系取统一值,显然不尽合理。通过基于性能的抗震设计方法分别设计了结构层数(5层、10层、15层、20层)与耗能梁段长度(900 mm、1000 mm、1100 mm、1200 mm)各不相同的高强钢组合K形偏心支撑结构,分别采用静力非线性推覆分析法(Pushover分析法)和增量动力分析方法(IDA方法)模拟出不同结构模型的底部剪力-顶点位移曲线,将性能曲线转化为可与设防地震需求谱和罕遇地震需求谱相交的能力谱曲线,进而计算出结构影响系数R和位移放大系数Cd,分析结构层数与耗能梁段长度对性能系数的影响。最后,对比所有模型结构使用两种计算方法所得的性能系数值,提出各性能系数的建议取值,为高强钢组合K形偏心支撑结构的抗震设计提供建议。

薄钢板剪力墙地震力折减系数和位移放大系数分析

基于薄钢板剪力墙的等效拉杆理论,利用SAP2000有限元分析软件,通过10层3跨结构倒三角型和均匀分布两种基本加载模式的底部剪力V-顶点位移Δ曲线和多条地震波增量动力分析法得到的平均V-Δ曲线的差值建立了函数关系,获取了相关的计算系数,进而推算出了7跨相同层数的结构在地震作用下的抗震性能。对所设计的抗弯钢框架-薄钢板剪力墙结构体系的抗震性能进行了评估,通过Matlab语言编写的能力谱法程序计算出了结构在小震和中震下前三阶振型的需求谱、能力谱和性能点。利用改进的能力谱法计算出了10层7跨抗弯钢框架-薄钢板剪力墙结构中震下的地震力折减系数R、超强系数R_Ω和延性折减系数R_μ分别为2.81、2.58和1.09;大震下的位移放大系数Cd为4.12。

基于IDA方法的高强钢组合Y型偏心支撑框架的结构影响系数研究

高强钢组合偏心支撑钢框架作为一种新型的抗震结构体系,我国抗震规范中未明确引入相应的结构影响系数.依据我国抗震规范设计了4个多高层高强钢组合Y型偏心支撑钢框架,采用增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis)方法确定各算例的性能曲线,基于改进的能力谱方法确定了各算例的结构影响系数R和位移放大系数Cd.研究表明,高强钢组合Y型偏心支撑钢框架在设防烈度和罕遇烈度下变形均满足规范要求;结构影响系数可取R=4.889。

交错桁架体系结构影响系数研究

我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)并未给出交错桁架结构的结构影响系数的具体数值。为明确其结构影响系数的取值,依据相应的规范设计了3个层数为4层、8层和12层的交错桁架结构模型,通过MIDAS Gen软件中的推覆(Pushover)分析得出结构的能力谱曲线,再通过能力谱法得出弹塑性需求谱曲线。将结构的能力谱曲线和弹塑性需求谱曲线族绘制于同一坐标系中,通过试算确定结构的目标位移及求解结构影响系数和位移放大系数的相关点的坐标。根据性能点处的指标评估结构的抗震性能,并求出结构影响系数的值。研究表明:对于选取适当构件截面的交错桁架结构在设防烈度地震和罕遇地震作用下的变形均满足抗规要求;建议交错桁架结构的结构影响系数和位移放大系数宜分别取值为3.0和5.0;通过塑性铰分析,交错桁架空腹处的梁对结构的性能有重要的影响。

层数和跨数对薄钢板剪力墙地震力折减系数的影响

基于薄钢板剪力墙的等效拉杆理论,利用SAP2000有限元分析软件,并采用改进的能力谱法,通过6个算例研究了层数和跨数对按剪力墙板抗剪承载能力设计的抗弯钢框架薄钢板剪力墙体系在中震下地震力折减系数R、超强系数R_Ω、延性折减系数R_μ和大震下位移放大系数C_d的影响。结果表明：中震下R的变化范围为2.55~2.81,与我国《建筑抗震设计规范》隐含的地震力折减系数2.8125相差不大,R_Ω变化范围为2.51~2.91,R_μ的变化范围为0.9~1.1,大震下C_d的变化范围为3.51~4.12。结构的跨数对R和R_Ω的影响规律都不明显,对R_μ和大震下C_d的影响可以忽略;结构的层数影响较为明显,R、R_μ和大震下C_d都随层数的增加而减小,R_Ω则随层数的增加而增加。

带可更换剪切型耗能梁段高强钢组合框筒的结构影响系数研究

针对传统钢框筒结构耗能能力差和震后修复困难的问题,提出了一种新型钢框筒结构体系-带可更换剪切型耗能梁段的高强钢组合框筒结构(HSS-SFT)。为研究HSS-SFT的结构影响系数,设计了8个具有理想屈服模式的HSS-SFT结构。考虑高阶振型的影响,采用分步侧向力调整法得到结构的性能曲线,基于改进的能力谱法分析了楼层总数和耗能梁段长度对结构影响系数R和位移放大系数Cd的影响。研究结果表明:HSS-SFT在弹塑性阶段,由于内力重分布,结构呈现出较高的超强能力和延性能力;随着结构层数的增加,R呈减小趋势,Cd无显著变化规律,随着耗能梁段长度的增加,R和Cd略微增大;建议HSS-SFT设计地震作用下的R为3.65,结构超强系数R为2.92,罕遇地震作用下的Cd为7.45,设计基底剪力可比现行抗震规范规定的小震基底剪力降低30%;HSS-SFT可以保证结构在罕遇地震作用下呈现理想的破坏模式,有效地改善传统钢框筒结构耗能能力差和震后修复困难的问题。

静力和撞击力下钢骨混凝土桥墩位移响应研究

通过钢骨混凝土桥墩分别在侧向集中荷载和水平撞击荷载作用下的试验,研究了静力作用下配筋方式对桥墩位移的影响;运用动力学方程,采用等效撞击力,建立了动力位移表达式,分析了型钢骨架对桥墩侧向位移的影响;结合静动力位移计算公式,得到了位移放大系数的表达式,包含了桥墩配筋参数、桥墩侧向刚度、桥墩固有频率、撞击持荷时间等主要影响因素。计算所得桥墩位移放大系数与实验结果相比符合较好,研究结果为深入研究钢骨混凝土桥墩撞击动力响应提供了一定的参考。

超高层建筑STMD峰值运动位移的快速计算方法

单调谐质量阻尼器(简称STMD)是高层建筑结构减振的主要装置之一,为方便工程应用,准确评估其在运行服役过程中可能产生的最大位移,提出了半理论半经验的STMD峰值相对位移动力放大系数(max.DMF;)的简化计算公式,简化计算公式无需进行参数搜寻,仅需给定STMD与被控结构质量比μ及被控结构阻尼比ζs即可求解STMD的max.DMF;。将简化计算公式的计算结果与精确解进行了比较,数据吻合良好,完全满足工程应用的精度要求。研究成果可为STMD的研究和设计提供参考。