钢-混凝土筒混合结构弹塑性反应分析及探讨

对北京国贸大厦进行了罕遇大震下的弹塑性时程分析,指出了钢-混凝土筒混合结构的地震反应特点,并对此类结构设计时的位移控制、高宽比、塑性铰机制和加强层设置等提出了一些设想.

考虑P-Δ效应的钢-混凝土混合塔筒动力响应分析

为了提高风电机组钢-混凝土混合塔筒动力响应的分析效率,将风电机组钢-混凝土混合塔筒视为自由端有集中质量的欧拉-伯努利悬臂梁,提出了动力响应的高效分析方法.该方法考虑了重力二阶效应(P-Δ效应)对整体结构的动力响应,以及钢材与混凝土对结构整体阻尼比的影响.通过与基于ABAQUS的有限元模拟结果进行对比,验证了所提出分析方法的有效性,并研究了P-Δ效应对整体动力响应的影响程度.对比结果表明:与忽略P-Δ效应相比,考虑P-Δ效应时理论分析结果更接近于有限元分析结果;理论分析结果与有限元分析结果关于位移、速度和加速度均方根的最大相对误差分别为3.09%、3.81%、4.63%.这表明所建立的风电机组钢-混凝土混合塔筒动力响应分析模型具有与有限元分析相当的计算精度.

钢框架-混凝土筒体结构加固改造方案优选方法探究

文章致力于优化钢框架-混凝土筒体结构的加固改造方案,以增强其安全性能,提升加固工程的质量。文章首先通过结构功能函数评估加固的必要性,然后选取永定楼消防与结构安全修缮工程作为案例,进行了全面的结构现状调查。基于调查结果,构建了加固效费比模型,并发展了一套评价指标体系。利用TOPSIS方法对不同加固方案进行了综合评价,最终确定了最优的加固改造方案。该方案不仅在经济性、施工周期和后期维护费用方面具有明显优势,而且通过有限元分析验证了其在提升结构安全性和整体质量方面的显著效果。研究结果证实,本研究构建的评价和优选方法能够快速有效地选择出最优加固方案,降低施工成本,缩短工期,并确保加固工程的有效性和安全性。展望未来,应将继续探索更多新型加固技术和更先进的优化方法,以满足日益增长的工程需求,进一步提升加固改造工程的科学性和实用性。

高层钢框架-混凝土核心筒混合结构振动台试验研究

为了研究高层钢框架-混凝土核心筒混合结构的整体抗震性能,本文设计了一个典型的比例为1/15的20层钢框架-混凝土核心筒混合结构的缩尺模型,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室实施了模拟地震振动台试验。本文重点介绍试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度和位移反应,描述了模型结构的破坏位置及过程,并根据相似理论得到了原型结构的地震反应。试验研究表明:原型结构基本能够满足我国现行规范"小震不坏、大震不倒"的抗震设防标准;核心筒发挥了主要抗侧力作用;结构在大震作用下有较好的延性;钢框架与核心筒的连接节点在结构设计时应给予重视。

水平地震作用下多层钢框架-混凝土筒结构整体性能研究

利用ALGOR有限元软件,分析了不同节点连接型式的多层钢框架-混凝土筒结构体系在水平地震作用下的整体受力性能。研究表明:不同节点连接方式对结构体系的动力特性影响较小;最大水平位移和层间位移均能满足相应的要求;大部分水平地震剪力由混凝土筒承担;当梁柱采用半刚性连接时,钢柱分配到的水平地震剪力小于梁柱刚接时,因此能更好发挥混凝土筒的抗侧力性能。这些研究结果为多层钢框架-混凝土筒的结构设计提供一定的理论依据。

带偏心支撑钢框架-混凝土核心筒结构抗震性能研究

在高层钢框架-混凝土核心筒结构的外钢框架部分加设多列式并连偏心支撑、多列帽腰连偏心支撑,采用结构分析与设计的通用有限元分析软件对未设支撑、设置偏心支撑、改变偏心支撑的位置和数量的高层钢框架-混凝土核心筒结构的地震反应特性进行了分析.利用振型分解反应谱法对该结构的自振周期、结构侧移、层间位移角、倾覆力矩比、各层总剪力、各层总弯矩、钢框架承担的剪力及剪力调整系数等指标进行了研究.根据分析结果提出了高层钢框架-混凝土核心筒结构抗震设计的偏心支撑分布方式和帽腰支撑设置的原则,为实际工程设计提供了理论参考.

带刚臂的钢框架-混凝土核心筒结构的抗震性能分析

对带有刚臂的钢框架-混凝土核心筒超高层结构进行有限元计算分析,并对不同的结构布置和结构内力的突变进行比较分析,研究了刚臂的位置、数量、节点的连接方式改变时,其地震作用下结构地震反应的一般规律.结果表明,在地震作用下,设置一道刚臂的最佳位置在0.466倍房屋高度处;刚臂的数量尽量多设,不仅能减小侧向位移,而且能够减小刚臂处钢柱内力的突变;外围钢框架与核心筒之间采用刚性连接对于结构的抗震性能最有利.

某钢框架-混凝土核心筒超高层结构设计中的关键技术

在超高层建筑中,外围的框架柱多为型钢混凝土柱或钢管混凝土柱,鲜有采用纯钢框架柱,为了探索钢框架-混凝土核心筒结构在超高层建筑中的应用,以实际工程为例,首先通过对比四种框架-核心筒结构方案,衡量建设期与运营期经济效益,并结合建筑工业化方面进行结构选型;其次简要介绍钢框架-混凝土核心筒超高层结构的常规分析;最后从层间位移角的控制、竖向变形差的控制、梁墙刚接加强节点的设计、外框钢柱的屈曲分析及弹塑性时程补充分析角度,重点论述钢框架-混凝土核心筒超高层结构设计所采取的一系列关键技术,以保证结构的安全性和合理性。

复杂形体超高层钢框架-混凝土核心筒混合结构减震的研究

以拟建超高宁夏电视塔(NXTVT)工程为背景,利用SAP2000建立其三维有限元分析模型。超高宁夏电视塔呈现底部小、上部大、中部略呈细腰形的花瓶状复杂形体;而且,楼层的不连续分布导致结构质量和侧向刚度沿竖向分布的不均匀。因此,整体结构形式复杂,对抗震要求高。首先,对结构的动力特性进行分析研究。在此基础上,使用振型分解反应谱法和FNA动力时程法对该结构的地震反应进行多维分析。接着,对安装非线性液体粘滞阻尼器(NFVDs)结构进行动力时程分析,以评价NFVDs对该结构的多维减震性能。通过大量的计算分析与比较,综合出了许多有益的结论与建议,为该实际工程或类似工程的减震设计提供参考依据。

外钢框架-混凝土核心筒结构协同受力性能研究

为掌握外钢框架与混凝土核心筒协同工作的受力性能,对20个外钢框架-混凝土核心筒混合结构计算模型进行了静力弹塑性分析。总结了混合结构受力全过程、变形能力及影响因素、框架剪力沿高度分布的规律,得到了框架剪力最大层的位置。讨论了框架剪力的变化规律以及框架的强弱对框架剪力的影响。从框架作用力的变化解释了框架与核心筒之间剪力重分布的原因;研究了框架剪力最大层和底层框架柱的受力情况,提出了钢框架受压角柱在混凝土核心筒破坏前不出现受压破坏的要求以及限制外钢框架角柱轴压比的建议。

高层钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构破坏过程的数值模拟

利用ABAQUS通用有限元程序对钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构的破坏过程进行了数值模拟。研究结果表明:该类结构在弹性阶段,芯筒承担绝大部分的水平力,一旦芯筒开裂,钢框架开始承担大部分水平力,且随着地震作用的加强,承担比例不断加大,钢框架起到了抗震第2道防线的作用;芯筒在地震往复作用下首先在底部开裂;随着损伤的不断积累,底层几乎全部开裂,中部沿楼板四周也开裂;框架在中震与大震作用下均处于弹性阶段;在特大震作用下,先底柱后中部梁出现塑性绞;楼板在地震作用下产生了较大变形,在与芯筒和钢框架梁相连部位均产生了大量裂缝;该类结构在地震作用下是双重抗震体系。

横向钢梁空间约束作用对钢框架-混凝土核心筒结构弹塑性地震反应的影响

本文基于文献[5]建立的钢框架-混凝土核心筒混合结构弹塑性地震反应的拟三维分析模型,进一步考虑钢框架和核心筒之间横向梁的空间扭转作用,讨论了横向梁空间约束作用对钢框架-混凝土核心筒混合结构弹塑性地震反应的影响。算例分析表明:进一步考虑横向梁的空间扭转作用后所得的楼层位移和层间位移角比只考虑竖向作用所得的值偏大,可见,采用考虑横向梁空间竖向和扭转约束作用的拟三维分析方法更合理。

地震作用下钢框架-混凝土核心筒组合结构体系的抗震性能

钢框架-混凝土核心筒组合结构体系是外框架采用钢结构,内筒采用混凝土剪力墙结构,形成钢框架-混凝土内筒体系。采用ANSYS有限元软件对25层钢框架-混凝土核心筒组合结构体系进行地震作用下的地震响应分析和稳定性分析,得到数据结果表明,该结构体系抗震性能比纯钢框架架结构的抗震性能更加优越。

钢框架-钢筋混凝土核心筒结构非经典阻尼地震响应分析

钢框架-钢筋混凝土核心筒结构地震响应属于非经典阻尼体系动力分析。为了应用基于振型叠加的CQC法分析地震响应,目前有四类方法可供选择:整体计算方法、模态阻尼比法、强迫解耦法、复模态分析法。这四类地震响应分析方法各有利弊,哪一个方法更为有效,工程师往往不好判断。对于钢框架-钢筋混凝土核心筒结构阻尼比如何取值,本文进行了分析研究,首先综述了上述四类地震响应分析方法的理论背景,根据不同构件单元变形能的大小,提出采用变形能加权平均的方法,计算组合结构的综合阻尼比。通过实例分析,计算结果取得了较好的精度,该方法可以用于工程的抗震分析。

钢管混凝土柱排架-核心筒结构抗震性能研究

以钢管混凝土柱钢框架-核心筒结构为工程背景,将钢梁与柱、核心筒的节点修改为螺栓连接的铰接节点,制作1/40的缩尺结构模型进行振动台测试,研究结构的损伤特点、动力特性、最大侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和延性需求等。结果表明:震损出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应较显著;核心筒最大层间位移角达1/26,超过规范框架-核心筒结构体系不倒塌限值3.8倍未出现倒塌;钢排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,楼层延性需求差异大。

基于跨中竖向和环向角度分析的薄壁钢护筒-钢筋混凝土组合构件单向偏心受压问题

为加快中国内河水运的发展,在实际工程中,由于制造的偏差、轴心线的偏离、联系结构协同受力,以及上部堆载不均匀等因素使得绝大多数的组合构件处于偏心受压状态。目前对应用于码头结构的薄壁钢护筒-钢筋混凝土组合结构(rein-forced concrete-filled steel tube,RCFST)偏心受压承载性能的研究还未下定论。鉴于此,通过跨中竖向环向应变和侧向挠度的角度对薄壁钢护筒-钢筋混凝土联合受力构件单向偏心受压问题进行试验研究。结果表明:钢护筒壁厚和受竖向荷载偏心率的不同,对桩极限承载能力具有直接影响,对柱顶跨中和柱底的跨中应力应变的改变较为明显。因此,进行钢护筒-钢筋混凝土组合构件偏心受压承载性能研究运用于码头设计中具有较高的工程实践意义和科学价值。

风电机组钢-混凝土混合结构塔筒自振频率实用计算方法研究

为得到风电机组钢-混凝土混合结构塔筒1阶自振频率的解析计算公式,基于Hamilton原理进行推导,得到了关于频率的六阶矩阵方程,称之为混合结构塔筒振动的频率方程。使用ABAQUS建立了不同参数下塔筒的有限元模型,并计算其1阶自振频率,结果表明频率方程计算结果与有限元模拟结果吻合良好。在此基础上通过参数分析,研究了材料密度、混凝土塔段高度占比系数、混凝土塔段与钢塔段截面壁厚比等参数对1阶自振频率的影响规律。基于此化简并求解频率方程,通过参数修正得到了混合结构塔筒1阶自振频率的解析计算公式。以期在工程设计阶段快速求解自振频率,提高设计效率。

钢框架-钢筋混凝土核心筒结构在强震作用下的性能分析

选用15条地震记录,采用有限元软件ABAQUS,对钢框架-钢筋混凝土核心筒结构在强震作用下破坏直至失效的过程进行研究。分析结构在强震作用下的变形、破坏顺序和破坏机理,并采用增量动力分析方法对钢框架-钢筋混凝土核心筒结构在强震下的性能进行评价。

钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的协同工作性能分析

为了提高钢框架-钢筋混凝土核心筒结构在地震作用下的协同工作性能及减小结构在竖向荷载作用下的变形差异,可采取以下措施:在钢框架上加设大型斜撑;在钢框架和核心筒之间增设伸臂桁架以及同时增设大型斜撑和伸臂桁架。利用有限元软件ETABS,对比分析了这几种结构形式的协同工作性能。分析结果表明:在钢框架上加设大型斜撑可明显提高结构的刚度,框架的剪力分配率更易满足规范要求,框架柱的材料利用效率更高;增设伸臂桁架对整体结构的刚度影响不大,但可有效减小钢框架和核心筒之间的竖向变形差;同时增设大型斜撑和伸臂桁架可显著提高钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的协同工作性能。

钢框架-混凝土核心筒结构体系在高层钢结构住宅中的应用

结合某钢框架-混凝土核心筒结构体系在高层钢结构住宅中的应用实例,通过应用钢框架-混凝土核心筒结构体系施工关键技术,减少了现场湿作业,使构件生产工厂化,减少了现场污染,达到了绿色、节能环保,可供类似工程参考。