长周期地震动对SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响

长周期地震动因含有丰富的低频成分易使(超)高层建筑等长周期结构发生严重震害。SRC(steel reinforced concrete)框架-RC(reinforced concrete)核心筒混合结构作为广泛应用于高烈度区的双重抗侧力结构体系,确保其强震下的协同工作是实现多道抗震防线,形成合理破坏模式的关键。该文通过与普通地震动对比,阐明了远场长周期地震动对SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响规律,并基于谐振激励下的结构动力分析模型及经验模态分解初步揭示了其内在机理。算例分析结果表明:受低频特性影响,远场长周期地震动作用下结构框架剪力分担率与底层倾覆力矩占比明显大于普通地震动,最大框架剪力分担率所在楼层与普通地震动相比出现下移,且当峰值加速度增至400 gal时,SRC框架中下部楼层剪力分担率超过40%,底部倾覆力矩占比超过70%,按照现行规范设计的SRC框架将难以保证远场长周期地震动作用下结构的抗震安全;激励频率对于SRC框架-RC核心筒混合结构协同工作的影响与振型参与方式有关,低频激励(周期为0.5倍~2.0倍结构基本周期)下结构响应主要受低阶振型主导;远场长周期地震动的卓越分量是导致框架剪力分担率增大的原因。

不同破坏机制的装配式RCS框架节点抗震性能试验研究

提出一种新型钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架节点构造形式,通过对12个1/2比例的柱贯通型RCS混合节点低周往复加载试验,研究强节点系数ηj、节点核芯区加劲腹板构造、钢梁与节点连接构造等参数对试件破坏模式、滞回耗能特性和变形组成的影响。试验研究表明:随着强节点系数的减小,试件破坏形态由梁端的弯曲破坏转变为节点的剪切破坏;试件滞回曲线也相应的由耗能能力较好的梭型转变为捏拢的反S型。ηj>1的试件梁端弯曲变形引起的层间位移超过总位移的60%,而ηj<1的试件,层间位移主要由柱端弯曲变形引起。节点核芯区的加劲腹板有效提高了节点的抗剪强度和刚度,节点区的剪切变形对层间位移的贡献最大不超过10%。ηj<1的试件,节点核芯区加劲腹板在1/20层间位移角时达到屈服,节点的受剪强度同时达到峰值,且随节点剪切变形的进一步增加无明显衰减。节点核芯区预埋高强螺栓和钢梁的连接构造合理可靠,加载过程中无明显相对变形,可满足梁柱刚性节点假设。成果可供装配式RCS混合结构的工程设计参考。

RC框架核心筒结构的地震易损性研究

为研究高层RC框架核心筒结构的地震易损性,设计9榀相同层高但不同跨度和地震设防烈度的典型结构模型。考虑地震动输入的不确定性,采用Perform-3D对其进行弹塑性动力时程分析得到结构地震响应,进而结合我国抗震规范对框架核心筒结构体系性能水平限值要求建立相应的地震易损性曲线,对比分析了不同跨度和设防烈度下结构的地震易损性差异;结果表明:较低设防烈度结构的地震易损性曲线差别不明显,而较高抗震设防烈度下结构的地震易损性曲线差别显著;在相同设防烈度下,随着结构跨度的增加其地震易损性曲线变化不大,从一个方面验证了结构设计的不确定性对其地震易损性的影响较小。研究为进行城市高层建筑结构的地震灾害损失评估提供了理论依据。

钢-混凝土组合框架-RC核心筒结构弹塑性地震反应分析

外部为钢-混凝土组合框架,内部为钢筋混凝土核心筒的组合框架-核心筒结构体系近年来在中国高层建筑结构中得到了广泛的应用,但是目前对其抗震性能研究较少。对钢-混凝土组合框架-RC核心筒结构的抗震性能进行了弹塑性地震反应分析。建立了钢-混凝土组合框架-RC核心筒结构的弹塑性分析模型,并通过与弹性模型模态分析和振型分解反应谱法计算结果的对比,验证了模型的正确性。探讨了组合框架-核心筒结构的地震破坏模式、分析了结构变形和外框架剪力随地震作用增大的变化规律,可为结构的设计提供参考。对比了Pushover分析方法和弹塑性时程方法计算结果的差别,初步讨论了Pushover方法的适用性。

SRC框架-RC核心筒混合结构抗震性能研究

为了进一步研究地震作用下钢梁-型钢混凝土(SRC)柱框架-钢筋混凝土(RC)核心筒混合结构的抗震性能,按8度(0.2g)设防、Ⅱ类场地设计了1个10层钢梁-SRC柱框架-RC核心筒混合结构原型,根据相似原理制作了缩尺比为1:5混合结构试验模型并进行了低周反复加载试验,基于试验结果,揭示了混合结构在地震作用下的复杂受力行为和破坏过程,并对混合结构的破坏特征、承载力、变形能力、滞回特性及耗能能力、强度衰减和刚度退化等进行了系统分析。最后,利用Opensees分析平台对该混合结构在水平荷载作用下的受力性能进行了非线性数值模拟,并对SRC框架-RC核心筒的剪力分配进行了计算分析。结果表明,SRC框架-RC核心筒混合结构具有良好的抗震性能,研究成果可为该类结构的抗震设计提供技术支撑。

地震激励下SRC框架-RC核心筒混合结构损伤模型

基于前期对往复荷载作用下SRC框架-RC核心筒混合结构中各构件关于主要设计参数敏感度分析和损伤模型的研究成果,提出了以基本自振周期作为自变量的损伤表征函数,并借助结构设计分析软件SAP2000对30层混合结构进行弹塑性动力分析,采用"预定损伤法"揭示了损伤楼层(数量、位置及程度)、高宽比、刚度特征值等因素与整体结构地震损伤之间的关系,最终建立了SRC框架-RC核心筒混合结构的多因素地震损伤模型.研究将增强对SRC框架-RC核心筒混合结构抗震性能研究的系统性.

功能可恢复RC框架-核心筒结构抗震性能研究

功能可恢复结构既能在地震中保障人们的生命财产安全,又能使得建筑在地震后尽快恢复正常功能,是基于性能抗震设计方法的研究热点和未来的发展趋势。合理地对剪力墙结构或者框架-剪力墙(核心筒)结构中的连梁进行设计或者使用高性能构件是实现该类建筑震后功能可恢复的有效途径之一。建立了一典型RC框架-核心筒结构的弹塑性分析模型,比较了连梁不同恢复力性能参数下RC框架-核心筒结构抗震性能的差异,研究实现整体结构功能可恢复目标时对连梁性能参数的需求,并且探索使用轻质楼盖结构体系后抗震性能的改变。研究结果表明:若将连梁设计承载力提高10%~30%,则模型整体的峰值承载力提高约3%~8%,罕遇地震作用下连梁损伤程度相比原始模型减小、墙肢损伤程度增大;若将连梁骨架曲线中的平台段长度或者屈服后的硬化段长度延伸,则模型整体的承载力提高,结构推覆曲线下降趋势更为平缓,新模型虽然在罕遇地震作用下结构的损伤状态没有明显改善,但在超越设防烈度的地震作用下的抗倒塌能力得到了提高;若将楼盖结构体系的质量减小约35%,则模型一阶周期减小约4%,大震下结构基底剪力减小约5%,结构抵抗大震的能力降低不明显,且竖向构件轴压力减小,构件延性提升,结构的抗震性能有所改善。

高层钢管混凝土框架-RC核心筒结构的弹塑性时程分析

基于合理的材料弹塑性(损伤)本构关系模型,建立了某30层钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构振动台试验的有限元分析模型,考虑了结构的几何非线性和材料非线性,包括钢材和混凝土材料的塑性损伤演化。有限元分析结果与试验结果基本吻合。在此基础上,进行了不同地震波强度作用下的弹塑性时程分析,获得了核心筒和楼板的损伤演化过程、框架应力和损伤发展过程、基底剪力时程曲线、楼层位移角包络曲线以及地震作用下整体结构的能量反应规律。结果表明,有限元法能够较为清晰地揭示这类结构体系在地震作用下的弹塑性工作状态,可为同类研究提供参考。

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。

交叉形与芯框中心支撑加固RC框架的滞回性能对比分析

为提高钢筋混凝土(RC)框架的抗震性能,提出一种新型支撑-芯框中心支撑,即在交叉支撑的中心部位设置一个小钢框,并将其内填于RC框架中。该支撑结构体系的交叉支撑不屈服,主要通过芯框提供承载力和抗侧刚度,并利用芯框的剪切屈服耗散地震输入能量。基于ABAQUS有限元程序对采用芯框中心支撑、交叉中心支撑加固RC框架进行了数值模拟,并与RC框架进行对比分析,探讨了两种支撑形式加固RC框架的力学性能、水平承载力、抗侧刚度以及耗能能力。结果表明,采用支撑加固后的RC框架的水平承载力、抗侧刚度及耗能能力均有不同程度的提高,其中芯框中心支撑加固效果最好,交叉形耗能支撑加固效果次之。

昆明招平商务中心超高层办公楼抗震设计

昆明招平商务中心超高层办公楼为采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系的新建超高层建筑,属8度区超B级高度一般不规则的超限高层建筑。论文介绍了结构的超限设计,包括弹性计算、弹性时程分析和动力弹塑性分析等内容。根据超限情况,提出相应抗震性能目标及加强措施。分析结果表明,工程虽属于高烈度区的超高层建筑,但通过细致的分析及合理的结构布置,能实现使用普通结构形式来满足设计所定的抗震设防目标要求。

双塔连体高层混合结构抗震性能研究

外钢框架-混凝土核心筒结构体系被认为是适合我国国情的高层建筑结构体系之一,我国已有多个采用这种结构体系的单塔楼工程实例,但对双塔连体高层混合结构的研究较少。本文针对上海国际设计中心不等高双塔连体混合结构,进行了7度多遇地震、基本烈度、罕遇地震和8度罕遇地震阶段的模拟地震振动台试验研究,得到了结构的破坏模式,并对模型结构和原型结构的动力反应进行了详细的分析,最后提出了此类结构设计的一些建议。研究表明,高位连体的竖向地震反应比较明显,设计中应适当考虑动力放大效应;在各水准地震作用下结构整体变形均呈现弯曲型;主塔楼核心筒在中震下可以保证"不坏",但结构小震下的层间位移略超过规范限值。

混合结构体系在超高层建筑中的应用及问题

混合结构体系在超高层建筑中经常被采用。介绍了不同类型混合结构体系的特点和在国内外应用的工程实例,分析了外钢框架+钢筋混凝土筒体和型钢混凝土框架+钢筋混凝土筒体这两种在我国经常采用的混合结构体系的抗震性能和优缺点。在分析国内已经进行的混合结构试验研究的基础上,参考国内外工程实践,考虑抗震等多种因素,提出混合结构体系在不同抗震设防区的适用性和需进一步研究的问题。

高层组合框架-混凝土筒体混合结构静力数值分析

为研究高层组合框架-混凝土筒体混合结构的静力特性,以30层高组合框架-混凝土筒体混合结构为分析对象,建立整体空间有限元分析模型,研究外框架与筒体之间连接方式、楼板厚度对结构变形与内力的影响,发现外框架中存在一定剪力滞后现象;外框架与筒体之间铰接时,框架承担的层间剪力将增加,而由框架柱轴力形成的抗倾覆弯矩减小;楼板厚度的增加使结构内力沿结构高度具有不同变化规律等结论,可为高层混合结构设计提供参考。

组合框架-核心筒结构地震反应初步规律研究

对外部由钢管混凝土柱和钢-混凝土组合梁组成的组合框架,内部为RC核心筒的305个组合框架-核心筒结构进行了弹性地震反应的参数分析,初步探讨了外框架梁、柱截面、核心筒厚度及楼层数变化对结构变形性能和外框架剪力的影响规律.研究了结构刚度特征值对最大层间位移角位置和外框架楼层最大剪力位置的影响规律.结果表明:对于该结构模型,单独增大柱截面对减小结构位移反应效果不明显,同时增大梁、柱尺寸或核心筒厚度均可有效降低结构的弹性位移反应.随着核心筒厚度的增加,外框架承担的剪力和剪力分担率减小,在结构中上部减小比率较大.结构最大层间变形和框架剪力起控制作用的是中上部楼层.

中国-东盟国际商贸物流中心超高层结构静力弹塑性分析

为了研究钢框架—钢筋混凝土核心筒结构体系的抗震性能,基于FEMA-356建议的模型,采用MI-DAS/Gen有限元分析软件对中国—东盟国际商贸物流中心A座进行静力弹塑性分析,研究该结构体系整体抗震性能。结果表明:结构构件进入弹塑性的层次分明,核心筒为强墙弱梁的屈服机制,核心筒屈服后在外框架的协同作用下,整体结构仍能够继续承受较大的地震荷载,结构破坏模式合理,具备多道抗震防线及良好的抗震性能。研究结果可为结构工程设计提供良好的参考。

柱加大截面加固与碳纤维加固框架节点的比较与分析

进行了柱加大截面加固框架节点及碳纤维加固框架节点的试验,并对二者在承载力、刚度、延性及耗能能力等方面进行了比较与分析,结果表明,柱加大截面加固试件刚度及耗能能力提高比碳纤维加固试件提高大,碳纤维加固试件的延性有稳定提高,柱加大截面加固试件延性变化情况不稳定,与核心区是否配箍密切相关。

超高层钢筋混凝土框架-核心筒结构的弹塑性时程分析

基于合理的材料弹塑性(损伤)本构关系模型,利用通用有限元软件ABAQUS建立了超高层钢筋混凝土框架-核心筒结构的精细有限元模型,考虑了结构的几何非线性和材料非线性性能,包括钢材和混凝土材料的塑性损伤演化。进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,获得了核心筒和楼板的损伤演化过程、顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线以及楼层位移角包络曲线。结果表明,罕遇地震作用下,混凝土最大损伤出现在这类结构体系中核心筒底部和中上部,为保证其在罕遇地震作用下更好的工作性能,建议在相关区域增设型钢或提高剪力墙配筋率等措施。采用非线性有限元分析方法,可较为清晰地揭示这类结构体系在罕遇地震作用下的工作特性,为同类研究提供参考。

高层钢管混凝土框架-混凝土核心筒混合结构的竖向变形差分析

为研究高层钢管混凝土框架-混凝土核心筒混合结构施工过程和使用过程中的竖向变形差,采用结构分析软件SAP2000,调用非线性分析模块,结合典型混合结构工程实例进行了施工过程及使用过程的全过程模拟分析,分析模型中考虑了混凝土的收缩和徐变,研究结果表明,考虑混凝土收缩和徐变的施工全过程模拟接近于实际工程的受力情况,分析结果有助于施工全过程监测控制以及在施工过程中的竖向构件下料长度的预调整。

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。