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。

核心筒偏置超高层混合结构的竖向变形差异分析

在核心筒偏置的超高层混合结构中,由于核心筒与外框的应力水平的差异,在重力荷载下便会产生较大的变形差异。竖向变形差异对结构构件和非结构构件均会产生不利影响,可能会导致幕墙、隔墙、机电管道和电梯等非结构构件受损,造成耐久性和建筑外观方面的问题,还可能会在伸臂桁架等构件中引起严重的附加内力。目前,国内外针对核心筒偏置的超高层混合结构的竖向变形差异问题研究较少。以某超高层结构作为案例,对核心筒完全偏置的超高层混合结构的竖向变形差异进行了详细分析研究,并针对性提出了应对措施与建议。

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。

SRC-RC竖向混合结构转换柱侧移刚度试验研究

对16根转换柱试件和1根钢筋混凝土柱对比试件采用"建研式"加载设备完成了低周反复荷载试验,用于研究转换柱的基本抗震行为。建立了转换柱中钢与混凝土的相互作用方式及型钢的受剪模型,并以此为基础分析了型钢延伸高度、型钢配钢率、箍筋配箍率及轴压比对转换柱侧移刚度及侧移刚度退化速率的影响。采用反弯点法计算了转换柱的弹性侧移刚度。通过对试验数据的回归分析,同时引入截面抗弯刚度折减系数用于考虑裂缝及混凝土塑性发展的影响,得到了转换柱屈服点侧移刚度的计算公式,计算值与试验值吻合。

填充墙对SRC-RC竖向混合框架结构抗震性能的影响

目的研究填充墙的布置对SRC-RC竖向混合框架结构抗震性能的影响,为结构设计提供参考.方法利用SAP2000对6种不同填充墙布置模型的静力弹塑性分析,即填充墙框架的Pushover曲线、承载力、延性、破坏机制以及性能点处的层间位移角.结果填充墙的不同布置改变了框架结构的刚度、内力分布和塑性铰破坏机制,填充墙满布以及底部无填充墙的层数小于转换层的SRC-RC竖向混合框架结构具有较好的抗震性能,其基底承载是无填充墙框架的2～5倍,延性系数降低,但在结构成为机构体系前,结构的塑性铰多且较为均匀,能够耗散罕遇地震释放的大量能量;转换层以上布置填充墙的结构基底承载力为无填充墙框架的1.2～1.5倍,在罕遇地震时塑性铰集中分布在底部无填充墙框架层,容易在转换层形成薄弱层.结论满布填充墙的SRC-RC竖向混合框架结构具有良好的抗震性能和抗倒塌性能;对于由于建筑需要底部无填充墙布置的SRC-RC竖向混合填充墙框架结构,底部无填充墙布置的层数宜小于转换层数.

竖向混合结构模态阻尼比计算研究

竖向混合结构因各子结构提供的能量损失机制不同,导致结构阻尼矩阵为非比例阻尼矩阵。基于复阻尼理论,推导了竖向混合结构的模态阻尼比计算公式。以一个12层竖向混合框架结构试验为例,将该方法计算得到的模态阻尼比与试验实测结果进行对比,验证了该方法的可行性;并采用不同材料阻尼比对该混合结构有限元模型进行了弹性时程分析,对该方法的有效性进行检验,结果表明该方法计算简便,效率高。最后采用该方法和模态应变能法研究了竖向混合结构各子结构自特性对整体阻尼比的影响情况。

竖向混合结构阻尼矩阵近似解耦计算的误差分析

将竖向混合结构等效成两自由度结构模型,对该两自由度模型进行不同子结构参数取值下的近似解耦计算,分析其模态阻尼矩阵对角占优程度和近似解耦计算结构响应误差情况。研究结果表明:在不同子结构特性下,模态阻尼矩阵对角占优指数和位移误差指数的衰退特征具有相似性。因此在竖向混合结构动力分析时,可以采用对角占优指数来判定采用近似解耦计算的可行性。

超高层混合结构考虑施工过程的竖向变形差异计算和分析

分析了混合结构体系超高层建筑在施工期间和使用阶段的竖向变形问题。采用CEB-FIP(1990)规范中混凝土收缩/徐变模型,计算了钢管混凝土柱和钢筋混凝土核心筒间的竖向变形差异,并分析了竖向变形差对关键构件内力的影响。计算中考虑了筒体先于外框柱施工、混凝土材料的收缩徐变、施工过程找平调整等因素的影响。结果表明,结构封顶一年后外框柱和核心筒最大竖向变形分别为50 mm(51层)和55 mm(51层),最大竖向变形差为12.9 mm(68层),同时由于竖向变形差引起的伸臂桁架次内力增量较小,结构具有足够的安全度。

型钢混凝土竖向混合结构过渡层抗震性能研究综述

型钢混凝土竖向混合结构是钢-混凝土混合结构的主要形式,包括型钢混凝土-钢结构竖向混合结构(SRC-S竖向混合结构)和型钢混凝土-钢筋混凝土土竖向混合结构(SRC-RC竖向混合结构)两种主要类型,在高层建筑中具有显著性能优势并且应用广泛。文章介绍了SRC-S竖向混合结构和SRC-RC竖向混合结构的受力特点和设计现状;针对我国和日本的相关规程及工程应用实践,结合日本阪神地震中SRC-RC竖向混合结构的主要震害特点,指出国内外SRC-RC竖向混合结构过渡层抗震设计方法所存在的主要问题及不足。在综合分析阪神地震后日本关于SRC-RC竖向混合结构过渡层抗震设计方法的最新研究进展的基础上,提出了SRC-RC竖向混合结构过渡层抗震设计的设计思路和方法。本文可为SRC-RC竖向混合结构过渡层抗震设计提供参考。

带斜撑型直接空冷钢-混凝土竖向混合结构非线性地震响应分析

带斜撑型钢-混凝土竖向混合结构是为将直接空冷技术推广应用于高烈度地区而提出的一种新型结构体系,根据上部结构平台型式的不同,可分为钢桁架+斜撑结构与实腹梁+斜撑结构两种类型。在钢桁架+斜撑结构模型抗震试验研究的基础上,采用ABAQUS有限元软件计算分析两类结构在不同强度地震作用下的基底剪力响应规律、变形性能与钢筋混凝土管柱的损伤演化特性。结果表明:提出的模型简化原则与有限元建模方法比较合理,计算值与试验值吻合较好;不同强度地震作用下,钢桁架+斜撑结构的最大基底剪力与剪重比均大于实腹梁+斜撑结构;两类结构的侧移变形随地震作用的增强均由弯剪型趋于剪切型,钢桁架+斜撑结构的牛腿及下部位移略大于实腹梁+斜撑结构,而牛腿上部位移则略小;钢桁架+斜撑结构的最大柱顶侧移角略小于实腹梁+斜撑结构;两类结构的抗震性能均较好,能够满足大容量机组火电厂在高烈度区的抗震需求。

钢混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构抗震性能试验研究

工业建筑结构体系取决于生产工艺及使用要求,生产工艺的复杂性往往导致复杂的结构形式。为了满足工艺要求,形成了一类钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构。为了研究其抗震性能,选取一实际结构,取1/4子结构,模拟边界条件,按1/8缩尺比制作模型。对模型进行动力特性测试,选择El Centro波(1940 NS)对模型进行拟动力试验,再进行拟静力试验,试验得到了该结构的动力特性参数及在地震作用下的动力反应。分析了结构自振频率及阻尼比变化,变形性能,滞回性能和破坏模式等;在试验基础上,给出了结构水平承载力的计算公式,为建立该类结构的抗震设计方法提供依据。

钢和混凝土竖向混合结构阻尼特性研究

下部混凝土结构与上部钢结构串联形成竖向混合结构(以下简称S/RC结构),由于建筑和结构上优势,该结构体系已在国内重大工程中得以应用。S/RC体系上、下部分材料不同,整体结构的阻尼参数难以确定,工程设计被迫采用钢材和混凝土两种不同阻尼参数进行计算。从阻尼矩阵和模态阻尼比两个方面研究分块Rayleigh模型和模态应变能模型这两个阻尼模型,并从理论上对模型的物理意义和应用基础进行分析。之后,以12层RC框架和12层S/RC框架的振动台试验为基础,从频域和时域两个层面对两个阻尼模型的有效性进行检验。结果表明,分块Rayleigh模型的阻尼矩阵为非比例阻尼,其难以用于常规的模态分析。模态应变能阻尼模型具有耗能等效的物理概念,且该模型在时域和频域内均具有更高的预测精度,建议在S/RC结构抗震分析中采用。

钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构动力弹塑性分析

利用集中塑性铰有限元模型,对钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构进行了动力弹塑性计算,分析了结构的破坏模式,依据基于结构内容物的抗震性能指标,评价了该结构的抗震性能。研究表明:结构破坏集中在柱根,内柱首先出现塑性铰,结构进入塑性后,角柱的塑性发展程度最深;内柱与角柱为结构薄弱环节;钢桁架屈服杆件主要分布在悬挑端和柱头区;7度设防时,结构满足基于内容物抗震设防的基本目标,且在达到基本目标时承受的地震作用加速度峰值约为340 gal。

上部钢结构、下部混凝土结构组成的竖向混合结构体系的抗震设计

基于上部钢结构、下部混凝土结构组成的竖向混合结构体系的特点,结合现有的研究成果,探讨了该体系的设计方法,分析了抗震设计中结构体系的确定、鞭梢效应的影响、抗震动参数及荷载的合理取值、阻尼比、构件连接以及变形的控制;最后,利用PMSAP软件,通过实例分析了该结构体系的地震作用,结果表明:CCQC法、FDCQC法(小阻尼)是分析阻尼比的较好方法。

徐变影响混合结构施工期竖向变形计算

研究了钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系在施工期间的竖向变形问题。在分析中提出采用龄期调整的有效模量法（AMME）考虑施工期混凝土徐变的影响，并利用超级有限元-有限元耦合理论进行施工过程的模拟。算例计算结果表明，施工完毕时核心简混凝土的徐变占到该层总变形值的38％-43％。由于混凝土的徐变，外钢框架与核心简竖向变形差异值仅为只考虑弹性变形差异值的21％。徐变增加了外框架柱的轴力。对于连接外钢框架与核心简的框架梁，徐变还使连接核心简一端的支座负弯矩减小，而对于连接外钢框架柱一端弯矩则是增加。

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。

多点谐振激励下钢-混凝土竖向混合结构振动响应研究

空冷凝汽器支架结构是由钢筋混凝土管柱和钢桁架组成的竖向混合结构。为了满足工艺要求,在结构中设有多台大直径风机进行强制通风。由于风机的转动偏心不可避免,因而会给结构施加多点谐振激励。为了研究空冷凝汽器支架结构在风机扰力作用下的振动响应,制作了1/8比例模型进行试验研究。试验测试了结构的动力特性,结构与设备的共振点,结构在不同风机转速和风机开启状况下的幅频曲线以及结构构件的动应变。采用ANSYS有限元程序对该结构进行模态分析和谐响应分析,计算结果与试验结果基本吻合。通过试验和有限元程序计算分析的结果,发现风机多点谐振激励引起的结构振动响应较小,风机低频运转对结构整体的影响要大于高频运转对结构的影响,建议通过合理的构造措施来考虑风机引起的结构疲劳。

螺旋递升式大空间钢-混凝土混合结构体系创新及设计

杭州运河大剧院项目地上外部建筑造型为一螺旋上升式的草坪坡道,坡道上端部为一大悬挑大空间功能区域,顶部外围至内侧覆盖数圈高度较大的穿孔铝板幕墙,建筑内部存在多处舞台、观众厅等大空间功能区域。针对该项目的结构设计、分析及施工上存在的难点及创新点等进行系统性的研究。首先对其螺旋递升式大空间混合整体结构体系进行设计和分析,获得性能设计目标和整体性能指标,并提出抗震构造措施;进而对该项目中的竖向长悬挑屋顶幕墙支撑结构、内嵌正交向小桁架的多层通高悬挑大空间结构进行体系创新和应用研发。结果表明:采用螺旋递升式现浇混凝土框剪和局部钢结构的混合结构体系,各项指标均较好满足规范要求,屋盖区域、大悬挑功能区域以及屋顶幕墙支承区域均采用局部钢桁架形式,可较好地配合建筑平面及立面要求。

超高层混合结构竖向变形差实测分析

通过对具体实际工程在施工期间竖向变形差的实测分析,可以清楚的了解结构在施工荷载作用下结构的受力及变形、变形差情况。文章以天津市泰安道五号院塔楼工程在施工期间现场实际监测获得的竖向变形差数据进行计算分析,分别从竖向变形差在竖向和平面内的变化情况进行研究,并与软件模拟分析进行比较。这种方法为后续的实际施工及分析结构的安全等提供一定帮助,也为类似工程今后的研究提供借鉴和参考依据。

竖向刚度不同的混合结构连续倒塌机制分析

为了探究上部钢结构-下部混凝土结构这类竖向刚度不同的混合结构抗连续倒塌机制,利用拆除构件法,应用ANSYS/LS-DYNA对初始失效后的剩余结构进行非线性静力(Pushdown方法)分析,研究其剩余结构的倒塌破坏模式、荷载变形关系,以及初始失效柱位置的不同和钢框架层数对结构抗连续倒塌性能的影响。结果表明:剩余结构的倒塌破坏模式带有典型的延性变形特征,且在倒塌过程中出现位移和应力分布不连续现象;除边柱失效后剩余结构的倒塌过程仅经历了梁机制外,其余剩余结构的倒塌过程均经历了梁机制、压拱机制和悬链线机制;剩余结构的竖向承载力与初始失效柱高度呈负相关,与钢框架层数呈正相关;为剩余结构提供足够的侧向约束作用以及提高结构冗余度和备用荷载路径数量,可以有效提高剩余结构的抗连续倒塌能力。