Determination Method on Initial Pretension of Cables in Steel Mega Frame and Prestressed Composite Bracing Structure

Determining initial pretension values of pre-stressed cables is one of the key problems for a steel mega frame and pre-stressed composite bracing structure.Through the mechanical analysis of the composite bracing under vertical loading,the critical factors deciding the initial pretention value were found.According to these factors,a rule for the initial pretension value was put forward.The determination equations were acquired based on the principle of force equilibrium at nodes.The numerical results indicate that the internal force disequilibrium in composite bracings resulted from symmetrical load can be eliminated only in a symmetrical way,so that initial pretention values are decided only by vertical loads.The influencing coefficient leveling method,taking into account interactions between story and story,is accurate and feasible.

基于遗传算法的钢框架-BRB结构优化

将钢框架—BRB结构优化设计分为小震优化阶段和大震调整阶段。小震优化阶段以造价最低为优化目标,引入拓扑变量来表示BRB的布设位置,将BRB的位置、等效截面面积和框架的截面作为设计变量,在同时满足梁柱构件的强度和稳定性约束、BRB不屈服约束及层间位移约束的前提下,通过遗传算法对钢框架—BRB结构进行整体优化;大震调整阶段对不符合大震层间位移约束的结构采用准则法调整构件截面。进行了较为全面的钢框架—BRB结构优化设计,在满足规范要求的前提下大幅降低结构造价,提高了结构的经济性。

摇摆桁架-BRB-钢框架体系地震失效模式与抗震性能分析

建筑结构抗震设计所希望的结构地震失效模式是完全梁铰式失效,由于各种不确定性的存在,在实际地震中,结构是否能发生完全梁铰式失效是无法预知的。而防屈曲支撑构件(BRB)延性较大,在地震作用下可稳定地耗散地震输入结构的能量。鉴于此该文提出了一种摇摆桁架-BRB-钢框架体系,采用静力推覆分析方法,识别出了结构的主要地震失效模式,对其失效路径以进行了分析;对传统钢框架结构、摇摆桁架-钢框架体系、摇摆桁架-BRB-钢框架体系在小震、中震、大震作用下进行时程分析,并基于峰值层间位移角评价了三种结构的抗震性能。结果表明摇摆桁架-BRB-钢框架体系,在结构耗能减震、失效模式的优化控制,降低结构的残余变形等方面均起到了重要作用,新结构的侧向变形较传统钢框架结构更加均匀,结构整体参与耗能的能力更强。

钢支撑动力屈曲致扭机理及BRB减扭机理的研究

研究了钢支撑混凝土框架结构侧移和扭转地震响应的特点,揭示了在反复加载过程中钢支撑动力屈曲会对抵抗扭矩产生影响,使结构塑性铰状态发生非均衡性变化从而导致非弹性扭转的过程。运用达朗贝尔原理研究了钢支撑屈曲使结构产生惯性力、惯性扭矩并出现非弹性扭转突增的致灾机理,并通过振动台试验、有限元非线性分析对类似性能加以验证。对比研究了防屈曲支撑对结构的抗扭效果,以及阻断结构发生非弹性扭转突增的工作机理。最后针对设计上将普通钢支撑作为中心支撑混凝土框架结构第一道抗震防线的保障条件、设置防屈曲支撑减控非弹性扭转的技术保障措施等提出了建议。

设置RB和BRB的钢框架工业厂房无楼板结构单元抗震性能试验研究

为解决大型工业厂房中因功能需要某些交叉支撑框架无楼板结构单元抗震性能不佳的问题,以某电力厂房纵向某3层框架局部为研究单元,设计制作两榀结构试件,其中一榀为设置普通工字型截面钢支撑的试件(F-RB),另一榀为设置防屈曲支撑的试件(F-BRB).分别对其进行静力反复加载抗震试验,对比分析两榀结构的抗震性能,包括水平荷载-框架层间位移滞回曲线、骨架曲线、等效刚度、等效黏滞阻尼比等,研究2种支撑的变形和破坏特点.研究表明,在较大层间位移角及横梁变形失效情况下,F-BRB的抗震明显优于F-RB结构且耗能稳定.无楼板横梁对于发挥结构抗震和消能减震性能不利,建议在横梁设计时要考虑到支撑失效后仍具备传递水平荷载的功能.

BRB支撑在装配式不规则框架中的耗能减震研究

装配式框架结构是一种节能、环保、高效的结构类型,目前国家大力推广装配式结构,而装配式结构特别是不规则结构在地震作用下的安全问题,更应该引起重视。研究将防屈曲耗能支撑(BRB)应用于装配式不规则框架结构中,形成支撑耗能减震体系。通过某不规则钢框架实例分析得出防屈曲耗能支撑具有很好地耗能减震及控制不规则结构扭转效应的性能,研究成果对促进装配式框架结构可持续发展具有重要意义。

BRB在框架结构加固改造项目中减震效果分析

结合某综合楼加固改造项目,对未加支撑、加普通钢支撑结构和加BRB结构进行对比分析。研究表明:在多遇地震作用(小震)下,在框架结构中应用普通钢支撑和BRB均能有效减小结构层间位移角;在中、大地震作用下,与设置普通钢支撑结构相比,设置BRB结构基底剪力增幅较小,结构构件没有破坏;设置BRB结构无需再加固,因此能有效降低结构加固改造的费用。

钢支撑-钢筋混凝土掉层框架结构抗震性能试验研究

为改善坡地钢筋混凝土(RC)掉层框架结构抗侧刚度分布的不均匀性,设计了一栋在上接地层设置钢支撑的RC掉层框架结构,按1/4比例提取其顺坡向中榀框架下部5层子结构为试验对象,开展钢支撑-RC掉层框架拟静力试验,观测试件的破坏过程,并对比RC掉层框架试验所得试件的破坏形态,分析试件滞回性能、延性和刚度退化等抗震性能指标。结果表明:试件的最终破坏是以第4层柱底混凝土压溃,梁端混凝土剥落、底部钢筋断裂,顶层柱顶混凝土剥落为标志。与RC掉层框架试验结果相比,钢支撑-RC掉层框架试件上接地柱的破坏明显减轻,柱端破坏分布也更为均匀,避免了掉层框架结构“半层破坏模式”的出现,改善了结构的耗能和抗地震倒塌能力。但试件上接地层相邻上一层的变形和破坏程度较大,应对该楼层的柱端进行适当的抗震加强;设置钢支撑后,试件的滞回曲线较为饱满,并具有良好的延性(正、负向加载的位移延性系数分别可达5.13、5.69),正负向加载的刚度退化曲线也趋于对称。

四川大学博物馆结构设计重难点分析研究

四川大学博物馆采用钢框架结构体系,并设置屈曲约束支撑改善结构的抗震性能。介绍了四川大学博物馆的结构设计参数及抗震性能目标。针对结构设计中的重难点,开展了屈曲约束支撑的工作机理分析、框架柱计算长度与穿层柱分析、东侧大悬挑空间的相关分析。利用反应谱分析及时程分析探究了屈曲约束支撑工作机理,分析结果表明,屈曲约束支撑能够有效改善钢结构产生塑性铰的状况,起到保护主体钢框架的作用。针对东侧大悬挑空间的功能要求,设计采用了屋顶桁架结合钢拉杆吊挂东侧大楼梯的结构形式,通过结构防连续倒塌分析、楼板应力分析、楼盖舒适度分析、关键节点有限元分析等确保该部位结构设计安全合理。对整体结构受力机理和薄弱部位进行了研究,提出了重点部位的设计原则和加强措施。

钢框架-偏心支撑结构消能梁暗置侧向支撑设计

在钢框架-偏心支撑结构中,针对钢结构住宅等建筑中不能接受常规消能梁侧向支撑的情况,设计了一种在消能梁段端部的楼板内设置型钢连接件及暗梁组成的暗置侧向支撑。有限元模拟分析表明,在规范规定的消能梁段下翼缘侧向水平荷载的作用下,该消能梁暗置侧向支撑能显著减小消能梁的扭转变形和侧向弯曲变形;在考虑消能梁上局部楼板失效的情况下,暗置侧向支撑也能提供消能梁合适的扭转约束刚度。通过某工程的原位静荷载试验,验证了该暗置支撑对消能梁发挥的预期侧向支撑作用。

湖北省科技新馆结构设计

湖北省科技新馆为大跨度、大悬挑的复杂高层结构。利用4个电梯井筒布置了由矩形钢管混凝土柱+钢支撑(钢板墙)组成的4个筒体巨柱,巨柱支撑着由4榀斜拉长悬臂跨层钢桁架组成的巨梁,形成新型大跨巨型钢框架结构体系。4个筒体巨柱内采用BRB+摇摆耗能墙的新型联合减震方案以减小地震作用;4榀巨梁内设置斜拉索以减小大悬挑区域的竖向变形;中庭沉浸影院采用新型的“上挂下支”的双曲面网壳结构体系,采用了内衬圆钢管的相贯焊节点保证网壳节点的刚性连接。进行了BRB+摇摆耗能墙大震下的减震分析、桁架与柱连接复杂铸钢节点的有限元分析及节点试验、3层和4层大悬挑角部的舒适度分析及人致振动实测及长悬臂结构的低周往复荷载试验。结果表明:湖北省科技新馆结构体系布置合理,各部分满足设计要求。

高烈度区多层长悬挑钢结构设计

长安乐传媒港是十四届全运会重要配套项目,为南侧带3层大悬挑的不规则复杂结构,最大悬挑长度38.5m。主体结构采用钢结构框架-支撑体系,悬挑部分采用钢桁架结构。针对大悬挑结构设计难点开展了分析和研究;重点介绍了整体结构方案选型、结构整体分析结果以及结构抗震性能化设计结果;也重点介绍了单人行走激励和人群激励下悬挑钢桁架舒适度分析,考虑长悬挑结构安装过程、卸载顺序和楼板刚度形成次序的施工模拟分析,以及长悬挑对基础设计的影响。结果表明,本工程的多层长悬挑构结构具有较高的安全储备,整体结构具有良好抗震性能;长悬挑结构设计中需要特别关注施工过程的影响,基础设计时应考虑竖向构件受拉的不利影响。

四塔支承超大直径圆环复杂结构设计

上海临港新片区新建一幢地标建筑,该建筑为四幢46.8 m高的塔楼支承一个直径150 m、高度8.6 m的超大直径圆环,结构复杂。结构主要特点是超大直径圆环内侧采用倒三角形空间桁架、楼面梁采用变截面悬挑钢梁,四幢塔楼采用钢框架-屈曲约束支撑-屈曲约束钢板墙结构体系,超大直径圆环和四幢支承塔楼之间采用一个对角铰接、另一个对角滑动支座加黏滞阻尼器的连接方式。由于建筑师的要求,超大直径圆环横截面为外侧开口的C形截面,如何克服圆环外侧开口带来的扭转作用是设计难点。主要进行了支承塔楼的结构设计和计算分析,超大直径圆环的结构选型和抗扭性能研究,圆环和支承塔楼连接设计,支承塔楼和圆环组成的整体结构计算分析,整体结构大震下弹塑性时程分析。设计和研究成果可为圆环结构、多个塔楼共同支承一个上部结构等类似工程设计提供借鉴。

广州南沙国际金融论坛永久会址主体结构设计

广州南沙国际金融论坛永久会址属于大型复杂会议类建筑,具有大底盘双塔、钢屋盖连体、大开洞、竖向质心偏移、大跨结构等多项不规则项。介绍了结构重力体系和抗侧体系的选型思路,主体结构选用混凝土框架+屈曲约束支撑体系,外表皮采用空间钢结构。重点分析了单塔与整体结构的差异以及钢屋盖对下部双塔的影响。通过弹塑性分析,对大震作用下各个时程点的损伤水平进行评估,对大开洞的楼板进行了地震及温度作用下的楼板应力分析;对大跨桁架进行了抗连续倒塌分析。结果表明结构可满足大震不倒的要求,支撑承载力能充分发挥,大底盘结构具有良好的基座支撑特性。

某异形钢结构的消能减震设计

以一栋异形高层钢结构工程为例,为控制结构构件尺寸,减小地震作用下结构的层间位移,提高结构的抗震性能,故引入消能减震技术。采用黏滞阻尼器进行消能减震设计,分别运用YJK和Perform3D软件进行了多遇地震、设防地震和罕遇地震分析。结果表明:多遇地震作用下,减震结构的基底剪力和层间位移角均有不同程度的减小,减震效果明显。设防地震和罕遇地震作用下,黏滞阻尼器耗能占比较大,梁柱构件得到了较好的保护,各项指标满足减震性能目标。

广州航空轮胎大科学装置主体结构设计

广州航空轮胎大科学装置作为科学试验、产业吸引的重要建筑,方案新颖奇特,为竖向及水平圆组合的造型。结构设计时,通过设置防震缝将其分割成两个独立的结构主体,同时考虑建筑造型、试验设备、超高大跨吊车等的相关需求。竖向圆为中部通高的六层钢框架-中心支撑结构,充分利用吊车支撑做成强支撑框架,减少中部30m高跃层柱的长度系数,同时充分利用建筑形体,在30m以上做成半圆柱面单层网壳结构,实现建筑效果的同时也节约了材料;水平圆为钢框架结构,针对屋面大跨楼盖,采用单向密肋实腹钢梁,钢梁截面最大高度为1.9m,以满足建筑净空和结构挠度等要求;幕墙与主体间采用桁架式铰接支座,实现外鼓幕墙造型;10台半埋式试验台基础采用灌注桩基础,并设置隔振沟以减轻动力试验对主体结构的影响。设计最终很好地实现了建筑功能及结构安全性和适用性。

中原文旅城欢乐世界一期雪世界高区结构设计

中原文旅城欢乐世界一期雪世界高区结构体系采用巨型钢框架,存在结构扭转不规则、楼板缺失、大悬挑、竖向构件间断及钢桁架平台为重载大跨钢结构等不规则情况和设计难点。设计中采用基于性能的抗震设计方法,根据构件的重要程度采用不同的性能目标。4个巨型框架柱为支撑框架结构,其支撑采用屈曲约束支撑,使结构在大震作用下形成良好的屈服机制和耗能能力。对结构进行小震反应谱法弹性分析、弹性时程分析、中震弹性分析以及大震弹塑性分析。结果表明,结构整体和构件的抗震性能均能达到设计的预期目标;巨型钢框架结构体系较好地适应了本工程的实际情况,可供类似项目在选择结构体系时参考。

某新型半导体显示产业钢厂房备料区抗震性能分析

以某新型半导体显示产业钢结构厂房备料区为工程背景,建立了厂房钢框架-支撑结构的非线性有限元模型,分别对多遇地震和罕遇地震下的结构抗震性能进行了分析。结果表明,结构整体指标均满足设计规范要求,第3层和第6层的层间位移角较大;罕遇地震下构件损伤主要集中在支撑,而结构底层角柱和中部楼层的边跨梁有轻微损伤;钢支撑能够有效提高结构刚度,减小梁柱的损伤。

东日本大地震后某校舍抗震加固改造与效果评估实验研究

2011年东日本大地震后,校舍建筑的抗震加固变得极为迫切。针对日本某校舍建筑的抗震加固工程展开计算分析及实验研究。首先阐述既有校舍建筑的结构特征及抗震鉴定结果,提出纵向采用钢支撑框架提高强度,首层横向新设剪力墙以及增厚楼梯间楼板的加固方案。随后,利用无线振动测试系统在校舍建筑抗震加固前后进行常时微动测试实验,分别从整体与局部角度分析加固前后校舍建筑加速度响应、固有周期以及振型等参数变化。最后,对比分析有限元计算及测试结果,阐述抗震加固方法及位置对原有建筑的性能影响,验证抗震加固方法的有效性。结果表明:采用钢支撑框架的加固方法有效提高既有校舍建筑的强度,加固后加速度响应值约降低至加固前的1/3,加固方法起到提高整体强度、改善刚度分布及结构整体性作用;固有周期以及加速度响应放大倍率的变化与该校舍抗震加固方法较吻合,表明基于振动测试的研究方法能够有效评估抗震加固措施的效果。研究成果可为既有校舍建筑的抗震加固方案选取及性能评估提供参考。

超大和罕遇地震下水工框架结构性能及其减震的对比

为了解水工框架结构在超大和罕遇地震下的破坏特征及防屈曲支撑对该结构抗震性能的改善效果,以某工程的水工框架结构为例,利用MSC Marc建立有限元模型,对土耳其7.8级地震和罕遇地震下水工框架结构的性能及防屈曲支撑对水工框架结构抗震性能的改善效果进行了对比分析。结果表明:(1)在土耳其地震作用下,水工框架结构的楼层位移、层间位移角及大梁挠度较罕遇地震下大幅增加,梁柱节点新增塑性铰,结构破坏加剧。(2)防屈曲支撑对罕遇地震下水工框架结构抗震性能的改善效果明显,启闭大梁的挠度满足了规范的限值。(3)防屈曲支撑对土耳其地震下水工框架结构抗震性能的改善效果不佳。研究结果可为罕遇地震下利用防屈曲支撑改善水工框架结构抗震性能提供数据参考。