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。

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。

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。

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。

MTMD控制非对称结构扭转振动的最优位置

研究了用两组相同的MTMD来控制非对称结构扭转振动的最优位置。MTMD具有相同的刚度和阻尼系数但不同的质量。基于导出的设置MTMD时结构扭转角位移传递函数,建立了扭转角位移动力放大系数解析式。MTMD最优参数的评价准则定义为:结构最大扭转角位移动力放大系数的最小值的最小化。MTMD的有效性评价准则定义为:结构最大扭角转位移动力放大系数的最小值的最小化与无MTMD时结构最大扭转角位移动力放大系数的比值。基于定义的评价准则,研究了标准化偏心系数(NER)和扭转对侧向频率比(TTFR)对不同位置MTMD最优参数和有效性的影响。

对四层钢筋混凝土模型框架水平变形能力的讨论

对一个四层钢筋混凝土模型框架的水平变形能力进行了分析和讨论。根据振动台试验的工况,利用有限元程序对模型框架进行了动力弹塑性时程分析,验证了该模型框架具有很强的水平变形能力。通过静力弹塑性推覆分析得到了该模型的几个重要的层间位移角指标,其中轻微破坏的层间位移角约为1/260,和规范的弹性位移角限值1/550有一定的距离。结合相关的参考文献的汇总分析,认为将弹塑性位移角限值定为1/50是合理的,但采用1/550的弹性位移角限值则偏严,从结构适宜刚度的原则出发建议适当放松这项要求,但不宜超过1/350。

钢结构门式框架塑性设计和试验研究

本文通过单跨双坡钢结构门式框架的模型试验和弹、塑性理论计算,得出应力值和位移值。经过比较,说明用塑性设计法设计的结构,承载能力高于当前普遍使用的弹性设计法,可以节约钢材,值得在合适的结构中推广应用。

多层石膏墙体钢网格式框架结构影响系数研究

GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》并未给出多层石膏墙体钢网格式框架结构的结构影响系数,因此其抗震设计荷载取值还不明确。基于此,依据GB 50011—2010规范设计了6个典型的多层钢网格式框架结构模型,通过推覆分析得出结构的能力谱曲线,基于改进能力谱法得出罕遇地震和抗震设防烈度地震作用下的需求谱曲线。将结构的能力谱曲线和延性需求谱曲线族置于统一坐标系中,确定结构的目标位移以及性能关键点坐标。进一步考虑层数及标准层布置对结构延性和超强系数的影响,评估结构的抗震性能并给出结构影响系数取值。研究表明:多层钢网格式框架结构在抗震设防烈度地震和罕遇地震作用下的变形均满足抗震规范要求;其结构影响系数取3.0,位移放大系数取4.0;该结构可采用现行抗震规范进行设计,但设计结果偏于保守。