功能可恢复RCS混合框架结构研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架结构以其结合了混凝土优异的抗压性能及钢材优异的抗弯性能而受到广泛关注,而可恢复功能结构以其震后快速恢复使用功能的能力,也成为地震工程界研究的新热点。功能可恢复RCS混合框架结构可以在弯矩较大的梁端和柱脚部位设置可更换构件,实现结构的功能可恢复能力。文中简述了近年来功能可恢复RCS混合框架结构研究进展,重点关注各类型功能可恢复钢梁、功能可恢复摇摆柱脚的构造研究,介绍了功能可恢复RCS混合框架结构性能分析研究进展。最后,对功能可恢复RCS混合框架结构仍需深入研究的问题进行了展望。

大型火力发电厂SRC框架柱-RC分散剪力墙主厂房混合结构体系抗震性能试验研究

针对我国高烈度区大容量机组火力发电厂钢筋混凝土框排架主厂房"先天不足"以及钢结构主厂房造价高的现状,现提出采用型钢混凝土(SRC)框架柱—钢筋混凝土(RC)分散剪力墙混合结构体系作为主厂房框排架新型结构体系。根据该结构体系特点,选取三榀三跨结构进行1∶7比例空间模型抗震性能拟动力和拟静力试验,研究该新型结构体系在水平地震作用下的受力特点,刚度退化规律、结构滞回性能、变形性能和薄弱部位等。研究结果表明,该新型框排架结构体系能够满足"小震不坏、大震不倒"的设防要求,结构的位移-荷载滞回曲线较饱满,结构的耗能能力和变形性能较强,薄弱部位发生在汽轮发电机运转平台层处,实际设计中应加强注意。该混合结构体系能够满足8度地区大容量机组主厂房结构的抗震要求,是一种值得大力推广应用的新型结构体系。

SRC柱-RC梁混合节点非线性有限元分析

在SRC柱-RC梁混合节点试验的基础上,采用通用有限元分析软件Ansys,建立考虑材料非线性的有限元分析模型.在单调加载作用下,对6个SRC柱-RC梁混合节点进行非线性数值模拟.改变梁纵筋配筋率和节点核心区配箍率,通过对荷载-位移曲线的分析,并与试验结果的对比,研究强节点系数对SRC柱-RC梁混合节点的破坏形式、承载力、延性等影响.结果表明,有限元模拟得到的荷载-位移曲线与试验结果吻合较好,从而验证采用有限元数值模拟开展SRC柱-RC梁混合节点研究的可行性.

钢筋混凝土柱-钢梁混合结构体系研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合结构体系由钢和混凝土两种不同的材料组成,综合了钢结构和混凝土结构各自优势,充分发挥材料性能,结构形式高效经济且低碳,是国内外研究和应用较多的结构体系之一。对国内外有关RCS节点基本受力性能、抗震性能、受剪承载力计算方法,整体结构抗震性能和抗连续倒塌性能,以及功能可恢复结构的研究现状和最新进展进行了综述和分析。对今后研究重点和发展趋势做了展望,对提高我国RCS混合结构研究和设计水平,推广RCS混合结构的工程应用,具有重要参考意义。

SRC-RC转换柱的刚度计算

首先对我国现行SRC-RC竖向混合结构过渡层的设计要求和相关规定提出了不同的看法,建议采用SRC-RC转换柱进行型钢混凝土柱到钢筋混凝土柱的过渡。介绍了SRC-RC转换柱的优点,并在RC柱和SRC柱截面抗弯刚度基础上根据抗弯刚度等效原则合成SRC-RC转换柱的截面抗弯刚度。最后给出了SRC-RC转换柱侧移刚度计算公式。

重庆某超限高层结构优化设计

受业主委托对重庆市三幢 2 0 4 8m高的超限高层结构进行了优化设计。通过将高位厚板转换层改为梁式转换 ,将钢筋混凝土框支柱改为核芯钢管混凝土组合柱 ,尽量缩短墙肢等措施 ,获得了很好的效果。优化后的设计与初步设计相比 ,节约混凝土 2 2万m3 ,与施工图设计相比 ,节约混凝土 1 5万m3 ,节约钢管 760t。使结构的刚度变化更为合理 ,提高了可靠度水平 。

地铁车站钢筋混凝土中柱试件抗震混合试验研究

地下结构抗震性能试验中同样存在缩尺比问题。以地铁车站结构钢筋混凝土中柱为足尺试验对象,进行地铁车站结构抗震混合试验研究。试验中的试验子结构取为车站中柱,该试件采用MTS作动器加载通过OpenFresco从数值子结构获得地震作用;取车站结构剩余部分与车站周围土体为数值子结构,数值子结构采用OpenSees模拟,地震激励由数值子结构底部输入。试验结果显示:随着地震动加速度峰值(PBA)增加,试验构件进入损伤状态,侧向刚度降低;在输入基岩波为上海人工波时,在弹性工作状态下纯数值模型的层间位移和水平剪力与试验结果匹配较好,表明采用的OpenSees,OpenFresco,MTS混合试验系统在测试地下结构地震响应时具有良好的稳定性与准确性。

基于钢筋混凝土足尺柱拟静力试验的离线模型更新混合试验方法

离线模型更新混合试验对构件拟静力数据进行恢复力模型参数识别,并更新数值子结构中相应构件的模型参数来提高混合试验精度,但该方法尚缺少真实试验的验证。本文基于课题组开展的足尺RC柱拟静力试验,取恢复力模型为集中塑性铰Ibarra-Medina-Krawinkler(IMK)模型,进行框架结构离线模型更新混合试验研究。结果表明,当物理子结构取为RC足尺柱时,离线模型更新混合试验能获得接近于真实试验情况下结构的地震响应,从而对该方法的有效性进行了试验验证。利用IMK经验公式,将真实试验模型参数识别值按轴压比进行对照修正,应用于不同层数的框架结构地震响应模拟,实现了试验数据的重复利用。

一种适用于变轴力柱混合试验的改进BWBN模型及其参数识别

原始的BWBN模型无法很好地描述钢筋混凝土(RC)柱在水平和竖向双向地震作用下的刚度、强度退化以及正负向滞回不对称现象,为了描述这些现象,对原始BWBN模型进行修正。结合16根定轴力柱子的滞回数据,利用改进Park-Ang损伤模型计算柱子强度退化、刚度退化与累计损伤的关系,并相应地对原始模型相关项进行了修正。此外,对变轴力柱用轴力分级插值以及正负向单独计算损伤的方式来考虑变轴力的影响。最后,利用定轴力、变轴力试验数据以及OpenSees的模拟数据对模型有效性进行验证,并计算模型识别数据与试验数据的Pearson相关系数,结果均为强相关,说明模型适用性良好。改进的变轴力BWBN模型能较好地考虑轴力变化对柱子侧向滞回性能的影响,这对于拓宽混合试验应用范围以及实现变轴力柱混合试验有一定意义。同时,本文的研究方法,对未来变轴力恢复模型的研究也有一定参考价值。

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。

钢筋混凝土柱-钢梁盒式节点抗剪机理及抗剪承载力计算

为研究钢筋混凝土柱-钢梁(reinforced concrete column and steel beam,RCS)盒式节点的抗剪承载力,基于低周反复荷载试验结果,采用理论和有限元方法分析了该类节点的内部钢腹板、外部钢侧板和节点区混凝土的抗剪机理及其对节点抗剪承载力的贡献,推导了该类节点的抗剪承载力计算公式。盒式节点的剪力由内部钢腹板、外部钢侧板和节点区内、外侧混凝土所形成的斜压杆机构共同承担,其中内部钢腹板和内侧混凝土为主要承力组件,对节点抗剪承载力的贡献分别占比为50%,30%左右;基于盒式节点中外部钢侧板承担剪力较小且与内部钢腹板抗剪承载力之比相对稳定的特点,引入放大系数β反映外部钢侧板对节点抗剪承载力的贡献,推导了盒式节点中钢组件的抗剪承载力计算表达式;基于混凝土斜压杆原理和内、外侧混凝土对节点抗剪承载力的贡献,推导了盒式节点中混凝土组件的抗剪承载力计算表达式;最后将处于承载力极限状态的钢组件、内侧混凝土与尚未屈服的外侧混凝土进行叠加建立了RCS盒式节点的抗剪承载力计算公式,计算结果与相应试验结果及有限元分析结果均吻合良好。

新型外箍式工字柱节点的抗震性能研究

提出了一种用于RC框架-钢结构加层混合结构的新型外箍式节点,旨在减小新老结构之间的刚度突变,方便施工。采用ABAQUS有限元软件,首先进行模型的正确性验证,然后对上柱为工字型1/2缩尺新型外箍式节点试件进行了循环荷载作用下的抗震性能分析。结果表明:该新型节点的刚度退化较为平稳,滞回曲线展现出较好的承载能力、塑性变形与耗能能力;传力路径简捷可靠,塑性铰位于外箍钢板边缘处,"紧固结构"有效保护了节点核心区,有利于提高节点承载力和整体协作抗震能力。根据相关参数的研究结果提出了合理的设计建议,本项目的研究可以为轻钢增层混合结构的推广应用提供参考。

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。

型钢混凝土柱-混凝土梁混合节点抗震性能试验研究

为了研究强节点系数对型钢混凝土(SRC)柱-混凝土(RC)梁混合节点破坏形态的影响,对6个SRC柱-RC梁混合节点开展低周反复荷载试验。通过调整梁端纵筋配筋率和节点箍筋配置以构造不同的强节点系数,实现SRC柱-RC梁混合节点梁端弯曲破坏、梁端弯曲-节点剪切破坏和节点剪切破坏3种不同的破坏模式。在试验研究基础上,考察该类混合节点的滞回曲线、骨架曲线和各受力阶段变形特性。研究结果表明,强节点系数是控制SRC柱-RC梁混合节点破坏形态的重要参数,强节点系数小于1.1时,一般发生节点剪切破坏,应通过合理设计加以避免;由于柱型钢穿越节点核心区,增强了对核心区混凝土的约束,使得SRC柱-RC梁混合节点发生节点剪切破坏后的受力性能优于RC节点;通过对试验数据的分析,提出SRC柱-RC梁框架结构满足四个抗震性能水平的位移角限值。

超高层钢管混凝土重力柱-混凝土核心筒结构振动台试验研究

提出一种新型的钢管混凝土重力柱-核心筒结构体系,通过地震模拟振动台试验验证其抗震性能。以实际超高层钢管混凝土柱框架-混凝土核心筒建筑结构为参考,将钢框架梁与柱或核心筒的刚性节点改为螺栓连接的铰接节点,简化结构并制作1/40的缩尺结构模型,采用4条地震动记录进行不同工况的振动台试验,分析结构的震损特点、动力特性、侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和倾覆弯矩等。结果表明:震损主要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,长周期地震动反应显著,侧向变形和层间位移显著增大;外排架柱的层间位移主要为不产生内力的刚体转动,核心筒层间位移角达1/26,超过规范JGJ 3-2010中规定的框架-核心筒结构体系不倒塌限值的3.85倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,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,随结构损伤增大楼层内力增加幅度减小。

喷射混杂玄武岩-碳纤维复合材料加固震损混凝土框架柱试验研究

通过对3根模型比为1/2的钢筋混凝土框架柱试件在低周水平往复荷载作用下的抗震试验,研究喷射混杂玄武岩-碳纤维增强复合材料加固震损钢筋混凝土框架柱的抗震性能及加固效果。试验结果表明:震损至纵筋屈服的框架柱经喷射加固后,其极限承载力基本可恢复到震损前框架柱的极限承载力,位移延性系数和循环累积耗能则分别提高了7.43%和22%,且软化阶段刚度退化速度明显慢于未加固框架柱。震损至极限破坏的框架柱经喷射加固后,其峰值荷载和循环累积耗能分别降低了11.9%和39%,而位移延性系数略有提高;虽然因预损程度严重,其初始刚度明显低于未加固框架柱和震损屈服后加固框架柱,但因喷射纤维增强材料FRP加固层的拉结约束作用,其刚度退化速度仍能与未加固框架柱和震损屈服后加固框架柱基本持平。喷射混杂纤维复合材料可以有效恢复甚至改善震损框架柱的抗震性能,抗震加固效果良好。喷射加固方法可以对地震区已震损框架柱进行快速加固,有效防止框架结构在地震余震中发生倒塌等严重破坏。

钢筋混凝土柱-钢梁混合结构边节点的损伤模型研究

为了研究钢筋混凝土柱-钢梁混合结构边节点的损伤模型,对比了常用的修正的Park-Ang模型和基于刚度的非累积损伤指数模型,设计了钢筋混凝土柱-钢梁混合结构边节点组合件,通过低周反复荷载试验进行地震损伤研究。结合试验结果,对钢筋混凝土柱-钢梁混合结构边节点的损伤模型进行了对比分析。研究表明,以钢梁弯曲破坏为主的钢筋混凝土柱-钢梁混合结构边节点基于刚度的非累积损伤指数模型模拟结果与试验结果符合较好;当滞回耗能因子β取0.05时,修正的Park-Ang模型也能较好地评价节点试件的损伤情况。

无锡茂业城主塔楼两种结构体系技术经济比较

无锡茂业城主塔楼地下2层,地上69层,大屋面结构高度291.6m,建筑高度304.1m。分别采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系和混合框架-核心筒结构体系,对两种结构体系进行技术经济对比分析。对比结果显示按市场价采用混合结构体系时结构工程造价增加351元/m2,仅占结构工程总造价的16.7%,但底层可增加有效使用面积21.0m2,占建筑面积的1.05%,且可以提高结构施工进度,减少5个月工期。综合而言,采用混合结构体系方案具有一定优势。