拉索直径对预应力巨型支撑-钢框架结构抗侧性能的影响

通过有限元建模分析,研究了拉索直径对预应力巨型支撑-钢框架结构抗侧移性能的影响;着重研究了拉索直径、预拉力和最大层间位移这几个参量之间的相互关系,并推导了最大层间位移关于拉索直径的拟合公式。经算例验证,该公式具有较好的适用性和精度。文章的相关研究结论可为预应力巨型支撑-钢框架结构拉索直径的优化提供参考依据。

预应力巨型支撑-钢框架结构抗侧移性能研究

在当前的工程建设中,预应力钢结构以其技术先进、经济合理、安全适用,应用前景广阔。本文利用有限元分析软件SAP2000研究对比了预应力巨型支撑-钢框架结构与纯钢框架结构、巨型支撑-钢框架结构的抗侧移性能;从集中荷载模式和均布荷载模式两方面对预应力巨型支撑-钢框架结构的侧移模式进行了分析;并运用数值模拟手段研究了支撑的预应力与结构抗侧刚度的关系等关键问题,并得出了相应的结论,可为预应力巨型支撑-钢框架结构的设计和加固提供一些参考依据。

预应力巨型支撑-钢框架结构中钢框架基础抗侧刚度研究

目的研究新型结构形式———预应力巨型支撑-钢框架结构体系中钢框架所须具有的基础抗侧刚度以及钢框架与拉索的最佳匹配范围.方法理论分析后采用SAP2000建立不同结构尺度的二维结构模型,变化框架相对抗侧刚度,进行几何非线性有限元分析.结果钢框架所须具有的基础抗侧刚度大致为2.5倍的层间位移角设计目标值所对应的抗侧刚度;当钢框架的抗侧刚度大致为2倍的层间位移角设计目标值所对应的抗侧刚度时,配以相应的巨型支撑后,预应力巨型支撑-钢框架结构的整体用钢量最省.结论预应力巨型支撑-钢框架结构体系中,钢框架与拉索各提供设计要求的抗侧刚度值为50%时,技术经济效果最佳.

预应力巨型支撑-钢框架结构的Pushover分析

采用Pushover分析方法,从底部剪力、破坏模式和抗震性能方面,研究在两种典型水平荷载模式下,预应力巨型支撑-钢框架结构的非线性性能.结果表明:结构在均布荷载模式下的极限荷载比倒三角模式下的大;两种水平荷载模式下,结构破坏模式相似,首先是下部楼层梁屈服,当较多水平梁屈服后柱出现屈服,极限状态时拉索才会出现屈服;经过抗风抗震弹性设计的预应力巨型支撑-钢框架结构,弹塑性抗震性能满足规范要求.

拉索参数对预应力巨型支撑-钢框架结构弹塑性的影响

为研究拉索参数对预应力巨型支撑-钢框架结构的弹塑性性能的影响,通过改变拉索直径及预拉力,采用Pushover分析法进行静力推覆对比分析。结果表明:拉索预拉力上下浮动20%,对结构极限承载力和抗侧刚度产生的影响很小。拉索直径上下浮动20%,对结构极限承载力和抗侧刚度产生了可观的变化,结构抗侧刚度变化量与之呈正比关系。

多层预应力巨型支撑-钢框架结构拉索初拉力预估研究

基于纯钢框架结构及钢框架-支撑结构的受力特点,提出新的结构形式———预应力巨型支撑-钢框架结构体系。从理论上分析预应力巨型支撑工作机理,基于此,提出拉索初始预拉力准则,通过数值模型研究巨型支撑变形的预估方法,进而建立初始预拉力的确定理论。认为预应力巨型支撑初始预拉力以"在外部作用下,受压预应力巨型支撑剩余拉力接近零"为准则;多层预应力巨型支撑-钢框架结构的竖向位移,可以通过估算纯钢框架结构在竖向荷载下的竖向位移得到;工程范围内,拉索端点处的水平位移比较固定,钢框架的相对抗侧刚度影响较小。

巨型钢框架-预应力拉索支撑结构施工过程分析

主要分析了巨型钢框架-预应力拉索支撑结构在给定的施工方案下,整个施工过程中结构变形和内力的变化规律。结构的变形尤其是巨型梁跨中挠度在张拉拉索和吊装子结构时会发生突变;巨型柱的轴力在施工过程中会逐渐增大,弯矩和剪力则会受到拉索较大影响;巨型梁内力会受到上一大层拉索张拉和本大层吊装子结构较大影响。上述结论为此结构的施工设计和优化提供了理论指导。

预应力巨型支撑—钢框架结构初始预拉力取值准则

目的研究新型结构形式——预应力巨型支撑-钢框架结构体系的工作机理,获得其初始预拉力取值准则.方法采用SAP2000建立典型算例,逐步增大初始预拉力,模拟了预应力巨型支撑参与工作的整个过程,并进行理论分析.结果预应力巨型支撑可以使结构整体产生与外部水平作用相反方向的侧移,从而减小结构的整体侧移,提高结构抗侧刚度;特定方向的外部作用下受压预应力巨型支撑对提高结构抗侧刚度起反作用,但实际工程中外部作用方向不定,应设置x型支撑.结论初始预拉力以在外部作用下受压预应力巨型支撑剩余拉力接近零为准则.

巨型钢框架预应力复合支撑体系性能初探

为研究悬挂式巨型钢框架-预应力复合支撑体系的结构性能,基于工程实际,建立该体系的三维空间模型,运用非线性有限元方法对该结构进行了竖载静力分析、风载静力分析、模态分析以及地震动时程分析,结果表明,新型复合支撑有效改善了巨型梁的竖载受力性能;水平荷载作用下体系侧移曲线总体呈弯曲型,层间侧移曲线则呈现周期性变化;体系存在密集模态成组及特征相似模态成对现象;附加阻尼有效降低了体系地震动反应,还有效克服了悬挂端位移太大的问题。

装配式高层预应力钢框架-支撑体系性能研究

为了加快我国工业化装配式钢结构发展的进程,提出了一种实现节点刚性连接的装配式高层预应力钢框架-支撑体系,通过有限元软件ABAQUS分析,研究拉索的截面面积、初始预应力度以及柱子的轴压比等参数对高层预应力钢框架支撑性能的影响,对比分析不同参数下结构的承载能力和刚度退化规律,得到该结构体系的受力模式和拉索初始预应力的取值准则.结果表明:预应力支撑可以有效地改善结构的受力性能,与钢框架结构相比,整体抗侧刚度提高了210%,极限承载能力提高了54%;拉索的初始预应力度越大,越可以延缓结构抗侧刚度的初次退化;预应力支撑钢结构体系设计时,拉索初始预拉力的取值准则为,在设计的外荷载作用下,预应力拉索的拉力大于0.

巨型钢框架—预应力支撑体系预拉力取值准则试验

目的研究巨型钢框架—预应力支撑体系的工作机理,获得其预拉力取值准则.方法进行室内模型试验,在不同的初始预拉力下,对模型进行横向加载到额定荷载,记录加载过程中受压索传感器示数为零时对应的外荷载和此时受拉索的剩余索力,以及相应的顶点侧移.结果巨型钢框架—预应力支撑可以减小结构的整体侧移,提高结构抗侧刚度;初始阶段,结构抗侧刚度随拉索预应力增大而增大,当拉索预应力增加到一定程度时,结构抗侧刚度几乎不变;预拉力以在外部作用下受压预应力支撑剩余拉力接近零为准则.结论验证了竖向预应力钢结构体系拉索预拉力取值一般准则的正确性:使得结构在外荷载作用下,受压最大的拉索剩余拉力接近于零.

钢框架-预应力索支撑结构断索动效应

为研究多层钢框架-预应力索支撑结构体系中预应力拉索在偶然荷载作用下突然断裂引起剩余结构振动响应的特征,采用瞬时加载法,借助大变形动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对底层一侧索支撑突然失效的一榀六层平面钢框架-预应力索支撑结构进行了动力响应的仿真分析。结果表明:剩余结构顶点侧移及与断索相邻关键构件端内力的动力系数均不大于2.0;顶点侧移、内力的最大值均发生在索完全破坏后;索的预拉力增大对断索后剩余结构的安全不利,但索直径变化对断索后的剩余结构影响不大;索的预拉力、直径变化对动力系数影响都很小。

双屈服点屈曲约束支撑-钢框架结构抗震性能研究

针对传统钢框架-屈曲约束支撑结构的薄弱层控制难题,本研究提出了一种面向结构最大层间变形控制和薄弱层控制双重需求的并联式双屈服点屈曲约束支撑。相比于已有双屈服点屈曲约束支撑,具有刚度和耗能能力利用率高的优点。基于某钢框架-支撑原型结构,设计了2个传统屈曲约束支撑案例和3个新型双屈服点屈曲约束支撑案例,通过对比各案例的关键地震响应,明确了新型支撑的结构最大变形控制效果和薄弱层控制效果。结果表明:罕遇地震作用下,相比于屈曲约束支撑,新型支撑的最大层间位移角峰值可降低6.2%~21.6%;表征薄弱层损伤集中程度的层间位移角集中系数分别由1.54和1.51最低降至1.29,绝大部分楼层具有了相近的位移角,且小于屈曲约束支撑结构,表明新型支撑引导了薄弱层的迁移,显著减轻了结构变形损伤集中问题。本研究的相关成果可为钢框架-支撑结构的地震响应控制提供参考。

采用牺牲耗能支撑的钢框架-支撑结构抗震性能分析

钢支撑是钢框架-支撑结构中重要的抗侧力构件,研发新型支撑对改进结构的抗震性能具有重要意义。本文以15层钢支撑框架结构为研究对象,采用屈曲约束支撑(BRB)和牺牲-耗能支撑(SED)对比分析结构的抗震性能。弹塑性分析结果表明,BRB始终保持着较高的屈服后强度,结构中与支撑相连的梁、柱在后期承受了附加的轴力,增加了主要结构构件耗能的比例。牺牲-耗能(SED)支撑在达到峰值荷载后,其牺牲元件退出工作,承载力得到有控制的降低,减少了相连框架柱后期所受轴力,使得主结构中的塑性铰得到了一定程度的减少,进而主动吸引更多地震能量消耗在支撑中,达到了在强震作用下更好保护主体结构的目的。

北京电视中心主楼巨型框架-支撑钢结构静力弹塑性地震反应分析

北京电视中心为超高层乙类建筑,采用了巨型框架-支撑钢结构体系。介绍了在方案设计阶段对结构体系的调整与优化。利用通用有限元程序MIDAS/Gen对结构在罕遇地震作用下的性态进行了静力弹塑性分析(Pushover分析),介绍了分析模型、分析方法和分析结果。分析结果表明,结构在小震及设防烈度地震作用下基本处于弹性状态,在罕遇地震作用下主结构能够保持较好的工作状态。

钢框架预应力支撑结构拉索初始预拉力设计方法

为了研究钢框架预应力支撑结构体系中拉索初始预拉力的取值方法,从理论上对钢框架预应力支撑结构体系进行分析,推导出预应力框架支撑结构体系拉索初始预拉力的取值公式,得到预应力拉索初始预拉力与结构层间位移角之间的关系.采用反弯点法,推导出预应力框架支撑结构体系的抗侧刚度计算公式,得到预应力框架支撑结构体系的抗侧刚度与构件的材料属性、截面属性、预应力拉索与水平面的倾角有关,与拉索的初始预拉力无关.基于推导出的预应力拉索初始预拉力和层间位移角的关系公式,提出一种预应力拉索初始预拉力的设计方法,通过算例验证了提出的预应力拉索初始预拉力设计方法的可行性,保证结构体系在设计的外荷载作用下,卸载索不退出工作,而增载索的安全储备提高了30%左右.

平面钢框架-预应力索支撑结构断索动效应分析

为研究钢框架-预应力索支撑结构由于索突然断裂破坏引起的动效应,采用瞬时加载法,对单侧索破断后的剩余结构分别用简化理论和有限元模型进行动力反应分析。研究结果表明:当结构在整个振动过程中处于线弹性状态时,动效应仅与索阻尼比以及失效时间相关,动力系数最大值接近2.0,且动力系数随索失效时间和阻尼比的增大而减小;但当结构在整个振动过程中发生屈服进入塑性状态后,动力效应还与需求能力比有关,动力系数随需求能力比的增大而增大,直至出现动力发散;结构中破断索卸载产生的冲击被未破断索的拉力抵消了,从而钢框架不易进入塑性状态。

巨型钢框架-拉索支撑结构中拉索的抗侧机理

研究巨型钢框架--拉索支撑结构中预应力拉索的抗侧机理,为确定拉索参数提供理论依据.基于预应力的作用形态及力学原理分析得到预应力拉索的抗侧机理,推导了预应力拉索抗侧刚度理论公式.从模型试验的角度进一步研究,将模型试验的结果与理论推导及数值分析的结果进行对比分析,最终验证了预应力拉索的抗侧机理:预应力为柔性拉索建立轴向刚度和稳定性,使预紧过的拉索既可承受拉力,也可承受压力,从而为结构提供弹性约束支撑.

多层不规则钢框架-中心支撑结构设计

主要介绍了一栋多层不规则钢结构办公裙房的结构设计和抗震性能分析。办公裙房地上共四层,总高度22.4m,东侧三层~屋面层局部存在16.8m的大悬挑,采用钢框架-中心支撑的结构形式。对办公裙房的结构超限情况判别,发现涉及扭转不规则、楼板不连续、竖向抗侧力构件不连续、侧向刚度不规则和局部穿层柱等多项不规则项。选用多种软件建立结构三维模型进行小震计算分析,并对结构在设防地震及罕遇地震作用下的抗震性能进行了补充分析。对关键结构构件设定合理的抗震性能目标,对受力薄弱环节进行了补充验算并采取合适的加强措施。结果表明:办公裙房结构的各项计算指标均满足要求,不规则项得到有效控制,抗震性能良好,结构安全可靠。

不同支撑模式的巨型支撑框架-核心筒结构的抗震性能研究

目前,巨型支撑对结构刚度的影响已开展了很多研究工作,但是很少有研究考虑在承受地震作用下巨型支撑结构破坏机制。为此,对不同支撑方式对巨型支撑框架-核心筒结构的破坏机理和抗震性能的影响进行了研究,分别从构件的屈服顺序、塑性分布、内力分布、非线性刚度退化以及行为因素等角度研究框架-核心筒结构的抗震性能。研究结果表明,巨型支撑的屈服将改变相邻巨型柱的变形模式,从而影响相邻子结构的可塑性分布。巨型支撑提升了系统刚度,提高了系统强度。此外,在巨型支撑屈服之后,维持较高振幅的轴向力会改变巨型柱中内力的分布,从而降低其延性并进一步影响整体结构的延性。