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。

乌兹别克斯坦9度区某超高层建筑结构设计与优化

对于9度设防地区的超高层建筑,其结构设计基本由地震作用控制,因此抗震设计尤为重要。建筑消能减震技术可在提高结构地震安全储备的同时,降低整体工程造价,是结构优化设计的有效措施。对位于9度区的超高层建筑进行了结构方案选型对比、结构方案优化、减震设计方案比选、剪力墙内嵌钢板优化。结果显示,钢骨混凝土框架⁃核心筒方案相对于钢框架⁃支撑方案具备更高的成本优势;框架⁃核心筒方案可通过精细化设计作进一步优化;在此基础上,对钢骨混凝土框架⁃核心筒方案采用两种消能减震方案进行比选,结果表明,采用黏滞阻尼器方案的结构抗震性能明显优于采用黏滞阻尼墙方案;最后通过增大剪力墙竖向分布钢筋配筋率,对低区核心筒墙肢中的内嵌钢板进行了优化。

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。

基于模糊可靠度的SRC框架结构优化设计研究

基于"投资-效益"准则,建立SRC框架结构的优化数学模型,优化目标包括初始造价及结构失效损失期望最小化两部分。利用加权系数调整两者重要程度。为获得结构失效损失期望值计算结构失效概率;为获得接近实际的失效概率,对SRC框架结构进行模糊可靠度分析,主要内容包括:确定SRC框架结构抗震目标性能水平量化值,建立结构模糊功能函数,提出考虑模糊性Monte Carlo法。将SRC框架结构优化过程调整为含内外两层的迭代过程,外层对优化模型进行计算,内层对结构进行模糊可靠度分析。考虑优化模型中设计变量、约束条件过多、目标函数非线性程度较高等特点,提出适用于SRC框架结构的分阶段优化计算方法。通过对一榀单跨三层SRC框架结构优化设计,表明所提优化方法可获得理想、可靠的设计效果。

带SRC边框低剪力墙的抗震性能试验研究

根据５片带ＳＲＣ边框、１片带ＲＣ边框低剪力墙试件在恒定竖向荷载和低周反复水平荷载下的试验，对带ＳＲＣ边框低剪力墙的抗震性能进行了初步研究。探讨了带ＳＲＣ边框低剪力墙的破坏形态、变形能力、耗能性能，提出了其抗剪承载力的计算公式。

基于层次分析遗传算法的SRC框架梁优化设计

文章将SRC框架梁的工程造价最小和正截面抗弯承载力最大定为优化目标,并对其进行无量纲化处理,使得多目标的优化问题转化为单目标优化问题。采用线性加权法构造评价函数,通过调整加权系数来改变2个优化目标在优化中的重要程度,通过算例给出合理取值,为组合结构的多目标优化问题提供参考。SRC构件中的型钢腹板及翼缘的高度、宽度等对梁的受力状态所做的贡献不同,通过引入层次分析法理论,在遗传算法的编码过程中对各变量进行权重赋值,使得对构件受力影响较大的单元赋予较大的权重,从而更好地发挥各组成部分的作用。

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.

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。

新型SRC框架-支撑结构体系抗震性能研究

文章采用振型分解反应谱理论和弹性动力时程分析法,利用SAP2000对新型SRC框架-支撑结构体系进行数值模拟分析与研究。研究分析发现,结构体系的抗震受力性能与框架-剪力墙结构体系相似,竖向受力单元系统中框架柱截面比预估截面还可以减小23.5%,而对于抗震单元系统则需在截面和层高突变的位置进行加强。研究结果表明,新型SRC框架-支撑结构体系各项抗震性能指标满足我国的现行建筑抗震设计规范与高层建筑混凝土结构技术规程中规定要求,且抗震性能好,其经济效益也得到提高。

基于OpenSees的SRC框架结构抗震性能数值模拟及参数分析

为了研究型钢混凝土(SRC)框架结构抗震性能影响因素,基于1榀两跨三层的SRC框架结构在低周往复荷载作用下的破坏性试验,利用OpenSees开放平台,建立了宏观单元分析模型。为考虑箍筋和型钢对混凝土的约束作用,将纤维截面划分为强约束区和弱约束区。通过有限元模拟,分析了轴压比、混凝土强度和型钢强度对SRC框架结构抗震性能的影响。结果表明:提高型钢强度可以有效增强SRC框架结构的承载力和延性,采用Q345钢材性价比最高,其承载力和破坏位移值分别相对增大了17.04%和7.03%;当混凝土强度等级超过C50后,其对SRC框架结构的承载力及刚度的影响较小;低周往复荷载作用下,轴压比存在不利于结构变形,当轴压比大于0.5时,结构承载力明显降低。

SRC框支剪力墙结构地震反应简化分析模型研究

针对钢筋混凝土高层框支剪力墙结构抗震性能差的缺点,提出采用型钢混凝土(SRC)梁柱框支剪力墙,试验结果表明了其良好的抗震性能。提出了框支剪力墙结构地震反应简化分析模型,将结构简化为由墙单元和框支单元组成的弹簧体系,墙单元采用二元件模型。推导了框支单元刚度矩阵,基于理论公式和试验结果给出了框支单元恢复力模型。根据提出的简化模型,编制了结构地震反应时程分析程序。程序计算结果与ETABS分析结果及振动台试验结果吻合较好,为进一步对SRC框支剪力墙结构进行地震反应分析提供了理论基础。

SRC柱-钢梁混合框架抗震性能研究

对一榀SRC框架进行静力非线性分析,分析结果与试验吻合较好;在此背景下,通过对两跨三层的SRC柱-钢梁混合框架进行静力非线性分析,研究了SRC柱含钢率和梁柱线刚度比对混合框架抗震性能的影响.结果表明,SRC柱-钢梁底层框架实现了＂强柱弱梁＂破坏模式,混合框架荷载-位移曲线经历了较长的塑性变形阶段,结构表现出良好的整体延性.随着梁柱线刚度比增加,框架破坏模式逐渐从整体＂强柱弱梁＂过渡为＂强梁弱柱＂破坏模式,结构延性下降明显,设计时可取0.3-0.4作为参考的界限梁柱线刚度比.

约束剪力墙对SRC框排架结构破坏模式及耗能性能的影响研究

通过SRC框排架模型结构拟动力试验、伪静力试验以及结构中典型SRC异型节点的伪静力试验,研究约束剪力墙对结构破坏模式与耗能性能的影响。结果表明:剪力墙能够起到第一道抗震防线的作用,形成利于抗震的破坏模式;薄弱部位随着地震作用的增强由煤斗层、运转层到底部两层下移;结构的荷载-位移滞回曲线比较饱满,耗能性能较好;剪力墙对结构中SRC异型节点的裂缝开展具有很好的约束作用,沿纵横向同时布置约束剪力墙能够改善该类节点的破坏模式;约束剪力墙可明显提高SRC异型节点的耗能性能、承载能力与延性性能。该研究可为推广应用SRC框排架结构体系提供基础研究资料。

考虑楼板作用的SRC柱-钢梁混合框架动力时程分析

为了解楼板空间作用对型钢混凝土(SRC)柱-钢梁混合框架抗震性能的影响,利用有限元软件ABAQUS分别建立带有楼板和不带楼板的两跨三层SRC柱-钢梁框架,选取2组天然波和1组人工波对其进行弹塑性分析,对比2种框架结构的型钢应力分布、混凝土板损伤、层间相对位移角以及框架基底剪力,分析楼板在结构抗震中的影响规律。结果表明:增加楼板可以有效增加框架抗侧刚度,最大可使层间位移角降低38.7%;同时可以减小核心区梁端塑性区域的面积,减缓型钢上翼缘应力发展速度;而且楼板的存在可使最大基底剪力提升60.7%,有利于减小结构损伤和提高抗震性能。

SRC+RC柱—RC梁框架结构性能的分析研究

将原设计为SRC柱—RC梁的框架结构,转换为达到同等性能的SRC+RC柱—RC梁的框架结构和全RC框架结构,采用静力弹塑性分析方法(pushover)和动力时程2种分析方法对结构进行整体分析。对这3种结构从截面尺寸、配筋量以及在地震作用下的动力特性等方面进行对比分析,从而体现出SRC+RC柱—RC梁框架结构以较低的造价实现了优越的结构性能。

SRC柱-钢梁组合框架“强柱弱梁”破坏机制研究

结合SRC框架振动台试验和Pushover分析结果,针对实际SRC柱-钢梁组合框架不易出现"强柱弱梁"破坏机制的问题进行了研究.从抗震规范对于钢筋混凝土框架和钢框架"强柱弱梁"机制控制的不协调和钢梁与SRC柱在抗震特性本身的差异两方面,论证了组合框架"强柱弱梁"破坏机制的实现在规范方面存在基础上的缺陷以及内力调整方面存在的不足,提出了钢梁-SRC柱组合框架"强柱弱梁"的实现宜按照极限承载力进行调整并以钢筋混凝土一级框架相应的内力调整系数进行设计的建议,指出了对SRC构件进行有限元模拟时需注意的问题.

SRC柱-钢梁混合框架直接基于位移的抗震设计方法研究

型钢混凝土(SRC)柱-钢梁混合框架结构具有较好的抗震性能,在大跨度结构及高层建筑中得以广泛应用,然而对于SRC柱-钢梁混合框架结构的抗震设计方法研究较少。根据SRC柱-钢梁混合框架结构的特点,将其性能划分为使用良好、暂时使用、修复后使用、接近倒塌四个水平,采用层间位移角限值予以量化,并在此基础上提出SRC柱-钢梁混合框架直接基于位移的抗震设计方法。利用通用有限元软件ABAQUS中的PQ-FIBER模型对SRC柱-钢梁混合框架进行静力弹塑性分析,并采用已有的试验研究成果对PQ-FIBER模型的适用性进行了验证。采用此方法对某8层SRC柱-钢梁混合框架结构进行了设计,然后采用静力弹塑性分析法验证该方法的可行性,为SRC柱-钢梁混合框架结构直接基于位移的抗震设计方法提供一定依据。

火灾后SRC柱-RC梁框架结构性能反复加载试验研究

对一个SRC柱-RC梁框架在火灾后与另一个对照框架在常温下进行了低周反复加载试验,研究了该框架的火灾后性能,评价了框架的承载力、刚度退化、延性、耗能能力、累积损伤,同时对P-Δ效应进行了分析。试验结果表明,与未暴露在火灾的SRC柱-RC梁框架相比,火灾后SRC柱-RC梁框架的承载力降低、刚度减小、延性系数下降、累积损伤增大,且P-Δ效应更为明显。由于框架柱截面中有核心钢的存在,SRC柱-RC梁框架在火灾后的滞回曲线仍保持饱满,破坏前的承载力可以保持在较高的水平,依然表现出良好的耗能能力。其塑性极限转动超过0.04rad,可以满足中国抗震设计规范的要求。

基于易损性指数的SRC框架核心筒结构地震损伤评估

设计1个20层SRC框架核心筒结构模型,考虑地震的随机性和结构材料的不确定性,采用拉丁超立方体抽取结构-地震动样本,之后对其进行增量动力分析(IDA),以第1周期谱加速度为强度指标,最大层间位移角为结构需求,定义4个性能水平,研究该结构的易损性。通过引入群体结构震害评估中易损性指数的概念,计算多遇、设防和罕遇地震下的易损性指数。结果表明:以易损性指数作为评价指标,该结构在多遇地震作用下,处于轻微破坏状态;在设防地震作用下,处于中等破坏状态;在罕遇地震作用下,结构处于严重破坏状态。可认为依据我国抗震规范设计的SRC框架核心筒结构能够满足“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的抗震设防目标。

外附SRC摇摆架提升RC框架结构抗震性能研究

针对摇摆墙在地震作用下耗能能力差、对建筑功能产生影响的缺点,基于刚度需要和耗能需求,提出了型钢混凝土摇摆架。通过有限元软件SAP2000对六层钢筋混凝土框架结构建立外附SRC摇摆架前后的有限元模型,通过静力弹塑性分析得到了结构的基底剪力-顶点位移曲线,不同地震烈度下的性能点、塑性铰分布、层间位移角与楼层剪力,对两者的分析结果进行了比较。研究结果表明,外附SRC摇摆架能提高框架结构的侧向承载能力以及耗能能力,可以有效避免层间变形集中,提高了结构的抗震能力。