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。

SRC框架梁正截面受弯极限弯矩计算式及其适用条件研究

检验设计标准中设计公式的计算精度及其适用条件是结构工程的重要研究内容之一。为检验现行行业标准《组合结构设计规范》(JGJ138-2016)中SRC框架梁正截面受弯极限弯矩计算式的适用范围及其计算精度,将该标准中的5条基本假定表示成数学表达式,基于数学表达式严格推导了SRC框架梁正截面受弯极限弯矩计算式的适用条件,建立了型钢腹板承受的轴向合力N_(aw)和其对合力点的力矩M_(aw)的计算式,并提出了适用条件的简化形式。采用文献中的SRC框架梁正截面受弯试件的试验数据,对建立的极限弯矩计算式、适用条件进行了验证,并与JGJ138-2016中的极限弯矩计算式、适用条件进行了对比。研究表明,SRC框架梁正截面受弯极限弯矩计算式较JGJ138-2016中的计算式精度更高,JGJ138-2016中SRC框架梁正截面受弯极限弯矩计算式的适用条件需进行修正。

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。

基于失效模式的SRC框架-RC核心筒混合结构三水准抗震优化设计

以SRC框架-RC核心筒混合结构多目标优化设计为研究背景,通过引入损伤函数,将结构的工程造价和损伤量最小定为优化目标,并根据建筑结构"三水准"抗震设防的目标要求,以及结构在不同受力阶段各类构件的受力特点,提出三水准优化设计的方法:小震作用下,认为混凝土处于开裂的临近状态,假定钢材未发挥作用,仅有混凝土发挥作用,据此对结构构件的截面尺寸与混凝土用量进行优化;在中震作用下,框架与剪力墙处于协同工作状态,据此对整个结构满足层间位移差最小之目标的钢材用量进行优化;在大震作用下,结构处于塑性状态,剪力墙基本退出工作,据此对满足结构损伤值最小之目标的钢材用量进行进一步的优化。从而将一个多目标优化问题转化为多个单目标优化问题求解。综合考虑各种约束条件,运用遗传算法与准则优化法的结合(亦即OC-GA混合算法),实施SRC框架-RC核心筒混合结构基于失效模式的三水准优化求解。通过引入一个24层SRC框架-RC核心筒混合结构的设计实例,对结构优化后的有限元模拟结果进行分析,证实了该优化设计思路是有效、可行的。

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框架基于位移的多目标优化设计

将SRC框架的工程造价及结构层间位移差最小定为优化目标,并根据SRC框架结构在不同受力阶段各类构件的受力特性,提出两阶段优化设计的思路:小震作用下,认为混凝土处于开裂的临近状态,假定钢材未发挥作用,仅有混凝土发挥作用,据此对结构构件的截面尺寸与混凝土用量进行优化;在中震及大震作用下,对满足结构性能要求的钢材用量进行优化.综合考虑各种约束条件,运用层次分析OC-GA算法实施SRC框架的抗震优化设计,并通过优化设计实例证实所采用的优化思路是有效、可行的.

高强SRC框架柱轴压比限值的研究

本文以建造中的世界第一高楼上海浦东94层环球金融中心大厦为工程背景,对高强SRC框架柱的轴压比限值进行了研究,提出以界限破坏点作为该值的确定点,通过对不同尺寸和用钢量截面的计算分析,结合伪静力试验结果给出了高强SRC框架柱的轴压比和轴力比表达式和限值数值,建议采用轴压比和轴力比限值双控原则。

SRC框架结构变形能力抗震可靠度分析

分析了SRC框架结构基于变形能力的抗震可靠度,分别阐述了多遇地震作用下结构弹性层间位移限值和罕遇地震作用下结构弹塑性层间位移限值的计算方法,基于M ATLAB编程得出结构弹性层间位移、结构弹性层间位移限值、结构弹塑性层间位移和结构弹塑性层间位移限值的概率分布类型及统计特性。结合实例,讨论了SRC框架结构变形能力抗震可靠度指标与结构强度设计和结构延性设计的关系。另外,推导了SRC框架柱截面抗剪刚度和截面抗弯刚度的计算公式,采用刚度折减系数简便地实现了弹塑性层间剪切刚度的计算。最后,指出“强剪强弯”的概念设计对提高SRC框架柱极限变形能力十分重要。

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。

SRC框架短柱在低周反复荷载作用下的延性

本文通过对13根内埋工字钢的SRC框架短柱试件的试验研究,讨论了SRC框架短柱的变形能力。重点讨论了轴压比、配箍率对其延性的影响。得出:与钢筋混凝土框架短柱相比,SRC框架短柱的变形能力较强,特别是在高轴压、低配箍率的情况。最后给出了其极限转角的计算公式。

SRC框架-型钢混凝土核心筒混合结构振动台试验研究

针对工程中采用的钢梁SRC柱框架-型钢混凝土核心筒混合结构的抗震性能进行了试验研究。设计并完成了一幢17层的1∶10模型结构,并对其进行了不同地震工况下振动台试验。分析了该结构体系固有动力特性以及在不同类型、不同强度水准的地震动输入下位移、速度、加速度响应及破坏机理;研究了布置于钢筋混凝土核心筒内的型钢框架对结构整体抗侧能力及变形性能的影响。结果表明:在不同类型、不同强度的地震动作用下,该结构体系的破坏始于型钢混凝土核心筒与外部钢梁SRC柱框架连接节点处,而后向核心筒体内部连梁发展,最终扩展到核心筒体。在核心筒体混凝土局部出现严重开裂破坏后,内置的型钢框架及外部的SRC钢梁框架仍处于弹性工作状态,表明该结构体系可实现多道防线的抗震设计目的且传力途径明确,抗震性能良好。

复杂形状SRC框架-核心筒结构非线性地震反应分析对比

以7度区某复杂高层SRC框架-核心筒结构为例,利用软件PERFORM-3D和MIDAS Building对结构进行非线性动力反应分析,从大震下结构的最大弹塑性变形及结构损伤状态方面对两种软件分析结果进行了对比,并从软件前后处理、材料模型、单元模型等方面对两种软件的结构非线性分析功能模块进行了比较探讨。结果表明:在大震下两种软件计算结构弹塑性变形结果和塑性损伤分布总体较为接近,但在配筋条件、材料单元模型、强度指标等方面存在差异。

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异形柱框架的抗震性能及损伤指标的量化

以火灾后SRC异形柱框架的破坏形态作为出发点,重点研究了火灾后SRC异形柱框架的抗震性能及各性能水平损伤指标的量化,运用有限元分析软件SNAP对计算模型进行数值模拟,通过理论分析与数值模拟相结合的方法展开研究。研究表明,火灾降低了框架的整体抗震性能,受火构件的损伤深度影响了框架不同性能水平的损伤指标。

梁破坏模式SRC柱-RC梁框架抗火性能分析

为了解高温下SRC柱-RC梁框架结构的耐火性能,通过使用ABAQUS分析软件建立了静力作用和火灾共同作用下SRC柱-RC梁框架有限元模型,并验证了模型的合理性,讨论分析了梁的荷载比、跨度以及混凝土抗压强度对梁破坏模式SRC柱-RC梁框架结构耐火极限的影响。发现:梁的荷载比、框架跨度对梁破坏模式下的SRC柱-RC梁框架的影响显著。在其他参数不变的前提下,提高框架混凝土抗压强度,耐火极限降低明显。

SRC柱-钢梁混合框架边节点受力性能有限元分析

本文采用ABAQUS有限元软件,考虑节点位置的影响,建立边节点有限元模型,分析钢梁和组合梁边节点型钢应力分布、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化等。分析结果表明:组合梁边节点钢梁下翼缘应力大于节点其他部位,在实际工程中是最容易发生破坏的地方。楼板的组合效应减轻了钢梁上翼缘和核心区的负载,并且提高了边节点的承载力和刚度。对组合梁边节点进行参数分析,探讨型钢强度、混凝土强度、钢梁高度等参数对节点循环荷载作用下的承载力和刚度的影响。

高层型钢混凝土框架-混凝土核心筒混合结构地震破坏等级评估方法研究

型钢混凝土(SRC)框架-混凝土核心筒混合结构以其较好的抗震性能和灵活的空间布置被越来越多地应用于高层及超高层建筑中,合理评估其地震破坏等级可为震前灾害预测和震后修复或重建提供重要依据。总结分析大量该类结构主要受力构件的拟静力试验结果,参考《建(构)筑物地震破坏等级划分》(GB/T 24335—2009)和相关文献,给出各主要受力构件不同破坏状态的描述,计算各构件在不同破坏状态下满足85%以上保证率的变形指标限值,建立基于构件变形指标的该类高层混合结构破坏等级评估方法。通过有限元分析,对1栋混合结构在三水准地震作用下的破坏等级进行评估。结果表明:基于构件变形指标给出的整体结构的破坏等级判别结果与基于有限元分析给出的材料损伤云图的综合判别结果一致,说明所给出的各构件变形指标限值是合理的,所建立的方法是可靠有效的,可为该类高层混合结构的性能评估提供依据和方法。

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。