竖向混合结构模态阻尼比计算研究

竖向混合结构因各子结构提供的能量损失机制不同,导致结构阻尼矩阵为非比例阻尼矩阵。基于复阻尼理论,推导了竖向混合结构的模态阻尼比计算公式。以一个12层竖向混合框架结构试验为例,将该方法计算得到的模态阻尼比与试验实测结果进行对比,验证了该方法的可行性;并采用不同材料阻尼比对该混合结构有限元模型进行了弹性时程分析,对该方法的有效性进行检验,结果表明该方法计算简便,效率高。最后采用该方法和模态应变能法研究了竖向混合结构各子结构自特性对整体阻尼比的影响情况。

竖向混合结构阻尼矩阵近似解耦计算的误差分析

将竖向混合结构等效成两自由度结构模型,对该两自由度模型进行不同子结构参数取值下的近似解耦计算,分析其模态阻尼矩阵对角占优程度和近似解耦计算结构响应误差情况。研究结果表明:在不同子结构特性下,模态阻尼矩阵对角占优指数和位移误差指数的衰退特征具有相似性。因此在竖向混合结构动力分析时,可以采用对角占优指数来判定采用近似解耦计算的可行性。

带斜撑型直接空冷钢-混凝土竖向混合结构非线性地震响应分析

带斜撑型钢-混凝土竖向混合结构是为将直接空冷技术推广应用于高烈度地区而提出的一种新型结构体系,根据上部结构平台型式的不同,可分为钢桁架+斜撑结构与实腹梁+斜撑结构两种类型。在钢桁架+斜撑结构模型抗震试验研究的基础上,采用ABAQUS有限元软件计算分析两类结构在不同强度地震作用下的基底剪力响应规律、变形性能与钢筋混凝土管柱的损伤演化特性。结果表明:提出的模型简化原则与有限元建模方法比较合理,计算值与试验值吻合较好;不同强度地震作用下,钢桁架+斜撑结构的最大基底剪力与剪重比均大于实腹梁+斜撑结构;两类结构的侧移变形随地震作用的增强均由弯剪型趋于剪切型,钢桁架+斜撑结构的牛腿及下部位移略大于实腹梁+斜撑结构,而牛腿上部位移则略小;钢桁架+斜撑结构的最大柱顶侧移角略小于实腹梁+斜撑结构;两类结构的抗震性能均较好,能够满足大容量机组火电厂在高烈度区的抗震需求。

钢混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构抗震性能试验研究

工业建筑结构体系取决于生产工艺及使用要求,生产工艺的复杂性往往导致复杂的结构形式。为了满足工艺要求,形成了一类钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构。为了研究其抗震性能,选取一实际结构,取1/4子结构,模拟边界条件,按1/8缩尺比制作模型。对模型进行动力特性测试,选择El Centro波(1940 NS)对模型进行拟动力试验,再进行拟静力试验,试验得到了该结构的动力特性参数及在地震作用下的动力反应。分析了结构自振频率及阻尼比变化,变形性能,滞回性能和破坏模式等;在试验基础上,给出了结构水平承载力的计算公式,为建立该类结构的抗震设计方法提供依据。

型钢混凝土竖向混合结构过渡层抗震性能研究综述

型钢混凝土竖向混合结构是钢-混凝土混合结构的主要形式,包括型钢混凝土-钢结构竖向混合结构(SRC-S竖向混合结构)和型钢混凝土-钢筋混凝土土竖向混合结构(SRC-RC竖向混合结构)两种主要类型,在高层建筑中具有显著性能优势并且应用广泛。文章介绍了SRC-S竖向混合结构和SRC-RC竖向混合结构的受力特点和设计现状;针对我国和日本的相关规程及工程应用实践,结合日本阪神地震中SRC-RC竖向混合结构的主要震害特点,指出国内外SRC-RC竖向混合结构过渡层抗震设计方法所存在的主要问题及不足。在综合分析阪神地震后日本关于SRC-RC竖向混合结构过渡层抗震设计方法的最新研究进展的基础上,提出了SRC-RC竖向混合结构过渡层抗震设计的设计思路和方法。本文可为SRC-RC竖向混合结构过渡层抗震设计提供参考。

钢和混凝土竖向混合结构阻尼特性研究

下部混凝土结构与上部钢结构串联形成竖向混合结构(以下简称S/RC结构),由于建筑和结构上优势,该结构体系已在国内重大工程中得以应用。S/RC体系上、下部分材料不同,整体结构的阻尼参数难以确定,工程设计被迫采用钢材和混凝土两种不同阻尼参数进行计算。从阻尼矩阵和模态阻尼比两个方面研究分块Rayleigh模型和模态应变能模型这两个阻尼模型,并从理论上对模型的物理意义和应用基础进行分析。之后,以12层RC框架和12层S/RC框架的振动台试验为基础,从频域和时域两个层面对两个阻尼模型的有效性进行检验。结果表明,分块Rayleigh模型的阻尼矩阵为非比例阻尼,其难以用于常规的模态分析。模态应变能阻尼模型具有耗能等效的物理概念,且该模型在时域和频域内均具有更高的预测精度,建议在S/RC结构抗震分析中采用。

钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构动力弹塑性分析

利用集中塑性铰有限元模型,对钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构进行了动力弹塑性计算,分析了结构的破坏模式,依据基于结构内容物的抗震性能指标,评价了该结构的抗震性能。研究表明:结构破坏集中在柱根,内柱首先出现塑性铰,结构进入塑性后,角柱的塑性发展程度最深;内柱与角柱为结构薄弱环节;钢桁架屈服杆件主要分布在悬挑端和柱头区;7度设防时,结构满足基于内容物抗震设防的基本目标,且在达到基本目标时承受的地震作用加速度峰值约为340 gal。

上部钢结构、下部混凝土结构组成的竖向混合结构体系的抗震设计

基于上部钢结构、下部混凝土结构组成的竖向混合结构体系的特点,结合现有的研究成果,探讨了该体系的设计方法,分析了抗震设计中结构体系的确定、鞭梢效应的影响、抗震动参数及荷载的合理取值、阻尼比、构件连接以及变形的控制;最后,利用PMSAP软件,通过实例分析了该结构体系的地震作用,结果表明:CCQC法、FDCQC法(小阻尼)是分析阻尼比的较好方法。

多点谐振激励下钢-混凝土竖向混合结构振动响应研究

空冷凝汽器支架结构是由钢筋混凝土管柱和钢桁架组成的竖向混合结构。为了满足工艺要求,在结构中设有多台大直径风机进行强制通风。由于风机的转动偏心不可避免,因而会给结构施加多点谐振激励。为了研究空冷凝汽器支架结构在风机扰力作用下的振动响应,制作了1/8比例模型进行试验研究。试验测试了结构的动力特性,结构与设备的共振点,结构在不同风机转速和风机开启状况下的幅频曲线以及结构构件的动应变。采用ANSYS有限元程序对该结构进行模态分析和谐响应分析,计算结果与试验结果基本吻合。通过试验和有限元程序计算分析的结果,发现风机多点谐振激励引起的结构振动响应较小,风机低频运转对结构整体的影响要大于高频运转对结构的影响,建议通过合理的构造措施来考虑风机引起的结构疲劳。

竖向混合结构转换柱构件抗剪承载力研究

竖向混合结构转换柱型钢在柱中截断,导致转换柱内力传递畸变。该文利用ABAQUS有限元软件,建立了考虑混凝土不同约束效应的转换柱精细有限元模型,通过模拟结果与试验结果对比,验证了该方法的正确性。根据转换柱的受力和变形特性,研究了转换柱的反弯点位置变化情况。随后根据转换柱不同破坏模式下构件受力特点,研究了转换柱的受剪承载力公式,并与参考文献中的试验结果进行了对比分析。最后对现有规范中转换柱抗剪能力公式的安全性和合理性进行了研究,并采用精细有限元模型对修正公式进行了验证,结果表明:现有规范计算的抗剪承载力偏于不安全,需要根据转换柱的受力及变形特性进行合理的修正。

过渡层位置对SRC-RC竖向混合结构抗震性能影响

SRC-RC竖向混合结构具有较高的经济性和抗震性能,在我国部分城市的高层、超高层建筑中均有所应用。目前国内对SRC-RC竖向混合结构过渡层位置尚无明确规定,关于过渡层位置对SRC-RC竖向混合结构抗震性能影响的理论研究明显滞后于工程实践。文章以一幢40层的SRC框架-RC筒体竖向混合结构为例,通过对不同地震作用下过渡层位置的剪力与位移的计算分析,研究了不同过渡层位置对SRC-RC竖向混合结构抗震性能的影响。结果表明:多遇地震作用下,过渡层设在18层和24层时,过渡层处剪力变化幅度分别为272KN、272.2KN,层间位移差均为0 mm,表明结构抗震性能较好;罕遇地震作用下,过渡层设在6层和12层时,过渡层层间位移角差分别为-0.277×10-3和-0.925×10-3,过渡层处的层间位移角变化幅度较小,表明结构抗震性能较好。

SRC-S竖向混合结构的Push-over分析

应用SAP2000程序对一组在不同过渡层位置的8层型钢混凝土-钢(简称SRC-S)竖向混合框架结构进行Push-over分析。通过对比分析各种结构模型的结果数据,得到过渡层位置的不同对结构整体抗震性能的影响,并提出相对合理的结构过渡层位置,为抗震设计提供参考依据。

某竖向混合结构的弹塑性时程分析

由两种或两种以上不同材料串联组成的结构称为竖向混合结构[1]。由于其在建筑和结构上的优势,该结构体系已在国内重大工程中得到应用。但其竖向刚度的变化,使得竖向混合结构的地震反应比一般非混合结构复杂。针对某一竖向混合结构,采用有限元分析软件PERFORM-3D,在6度(0.05 g)罕遇地震作用下进行弹塑性时程计算,并分析该结构的变形、耗能、顶部鞭梢效应和破坏模式,评价其抗震性能。结果表明:在6度罕遇地震作用下,结构体系变化的楼层处,层间位移角发生明显变化,此处柱容易屈服;顶部钢结构部分未产生明显鞭梢效应;该结构耗能合理,满足"大震不倒"的设计要求。

静力弹塑性分析在某竖向混合结构中的应用

Pushover分析方法是逐渐得到广泛应用的一种评估结构抗震性能的简化方法,其分析结果直接受到水平侧向力形式的影响。空冷凝汽器支架结构属典型的钢-混凝土竖向混合结构,扭转作用明显,地震作用下结构受力复杂。根据该类结构的特点,提出了考虑高阶振型影响的侧向力分布形式,用sap2000有限元分析软件对该混合结构进行静力弹塑性分析,结果表明混凝土管柱为该竖向混合结构的抗震薄弱部位,结构具有较好的变形及耗能能力。

型钢混凝土竖向混合结构过渡层设计方法

随着经济的飞速发展及社会的不断进步,人们对建筑方面的问题越来越重视,本文提出了SRC在各个国家的不同发展,以及梁承载能力及构造要求,通过我国现有两部型钢混凝土规程的设计进行对比,总结出型钢混凝土竖向混合结构过渡层设计方法,希望对此类工程提供相应作用。

某烧结室低跨钢-混凝土竖向混合结构设计

由于钢-混凝土竖向混合结构在工业厂房的优势,该结构体系在国内外工程中已得到广泛应用。但结构上下刚度突变、上柔下刚,其地震反应比一般单一材料的结构复杂,也没有专门的规范做出明确的规定。本文结合已有的研究成果,从概念设计出发,通过某烧结室低跨的设计实例,在满足现行国家标准、规范的前提下,利用PKPM结构设计软件对该工程结构进行计算分析,得出了满意的结果。文中介绍了竖向混合结构的设计要点,如两种结构之间连接节点的设计方法、阻尼比的确定、整体变形的控制等。结果表明:通过细致的分析,由下部混凝土框架与上部单层钢结构组成的竖向混合结构受力明确,能满足规范条文,可以在设计中采用。

型钢混凝土竖向混合结构过渡层设计方法

结合两个设计实例,按照我国现有的型钢混凝土结构设计规程,对型钢混凝土-钢结构竖向混合结构和型钢混凝土-钢筋混凝土竖向混合结构过渡层的设计方法分别进行详细介绍,并探讨现有设计方法存在的主要问题.在国内外关于型钢混凝土竖向混合结构的试验和理论研究基础上,提出了型钢混凝土竖向混合结构过渡层的新设计方法和设计思路.

基于Rayleigh阻尼模型的竖向混合结构设计阻尼比研究

由两种或两种以上不同材料串联组成的竖向混合结构,结构阻尼特征空间分布存在明显差异,这使得整体结构地震作用下的动力响应难以估计。对于结构初步抗震设计,特别是采用常规商用软件进行分析时,往往需要确定结构的阻尼比系数,这就需要引入等效阻尼比的概念。该文基于Rayleigh阻尼模型,推导了竖向混合结构在谐振荷载下的近似解耦位移响应误差函数,由随机地震动激励下位移响应误差最小,得到最佳等效阻尼比计算公式。将竖向混合结构等效成两自由度结构模型,每一自由度的动力特性由对应子结构的主频确定,对该两自由度模型进行不同子结构特性下最佳等效阻尼比分布和位移响应误差分析。结果表明:采用该文给出的最佳等效阻尼比,能更合理地预测结构在地震作用下的位移响应;而简单地采用单一材料结构阻尼比进行分析,可能会过高或过低估计结构耗能能力。

SRC-RC竖向混合结构转换柱破坏机理与抗剪承载力计算

通过16个试件的低周反复荷载试验,对SRC-RC竖向混合结构转换柱的受力性能进行了研究。转换柱的破坏形式可分为剪切破坏、弯曲破坏和粘结破坏。对转换柱特殊的破坏过程和破坏形态进行了描述和分析,并结合箍筋应变在整个加载过程中的发展变化状况,揭示了其破坏机理。根据转换柱特有的构造形式提出了等效剪跨比的概念,用于反映型钢局部存在对转换柱抗剪承载力的影响,给出了计算剪跨比与等效剪跨比的换算公式。给出了便于工程应用的抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果符合较好。

1000MW空冷竖向混合结构平扭耦联地震反应分析

直接空冷支架结构是火电厂的重要组成部分,结构的安全性直接关系到电厂的正常运行。传统300,600MW机组空冷支架结构采用典型的钢桁架-钢筋混凝土管柱竖向混合布置形式,结构刚度、质量沿竖向分布极不均匀。1000 MW空冷机组与300,600 MW空冷机组相比,从工艺布置到设备支撑结构都发生了质的变化,震后结构破坏造成危害更大。针对1000 MW机组空冷支架结构扭转效应明显的特点,考虑地震动扭转分量的平扭耦联地震动反应分析,研究多维地震作用下结构的动力响应。研究结果表明,平扭耦联地震作用对该类竖向混合结构的不利影响应予重视。