Progressive Collapse Analysis of Concrete-Filled Steel Tubular Frames with Semi-rigid Connections

A 9-story concrete-filled steel tubular frame model is used to analyze the response of joints due to sudden column loss. Three different models are developed and compared to study the efficiency and feasibility of simulation, which include substructure model, beam element model and solid element model. The comparison results show that the substructure model has a satisfying capability, calculation efficiency and accuracy to predict the concerned joints as well as the overall framework. Based on the substructure model and a kind of semi-rigid connection for concretefilled square hollow section steel column proposed in this paper, the nonlinear dynamic analyses are conducted by the alternate path method. It is found that the removal of the ground inner column brings high-level joint moments and comparatively low-level axial tension forces. The initial stiffness and transmitted ultimate moment of the semi-rigid connection are the main factors that influence the frame behavior, and their lower limit should be guaranteed to resist collapse. Reduced ultimate moment results in drastic displacement and axial force development, which may bring progressive collapse. The higher initial stiffness ensures that the structure has a stronger capacity to resist progressive collapse.

多层框架结构远程协同拟动力试验研究

拟动力试验尤其结合子结构技术,可用来进行大规模的结构试验。该技术的一个延伸就是将异地多个实验室的试验资源通过互联网连接在一起协同进行结构远程试验。在课题组业已开发的网络化结构实验室平台NetSLab的基础上针对多层剪切型房屋结构模型开发了一个标准化的开放式多自由度体系远程协同拟动力试验程序,包括控制中心、真实试验机、虚拟试验机和远程观察器四个模块,各个模块之间通过网络通讯平台传输试验控制信号及反馈数据。为了验证该程序的可行性及有效性,进行了十层钢管混凝土组合框架结构在三个水准地震作用下的远程拟动力试验。整体框架结构被划分成两个子结构,底部两层进行试验,其余各层进行非线性模拟,同时考虑各个子结构之间边界条件的模拟。试验结果表明,钢管混凝土组合体系在地震作用下表现出良好的抗震性能,远程协同试验程序为研究大型复杂结构的抗震实验提供平台,可以达到提高综合试验能力及资源共享的目的。

钢-混凝土组合框架结构体系抗震性能研究

为了研究钢-混凝土组合框架结构体系的抗震性能,本文分别建立了组合梁-方钢管混凝土柱框架结构(CB-CFST)、钢梁-方钢管混凝土柱框架结构(SB-CFST)、组合梁-等刚度RC柱框架结构(CB-ETRC)、钢梁-等刚度RC柱框架结构(SB-ETRC)和RC框架的结构模型.并对该5种结构进行了模态分析、多遇地震下的反应谱分析、弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析.结果表明:与钢梁-方钢管混凝土柱框架结构相比,组合梁-方钢管混凝土柱框架结构整体刚度得到提高,自振周期变短,结构位移反应总体变小.与组合梁-RC柱框架结构相比,在罕遇地震下,RC柱在通常配筋下已不能满足'大震不倒'的要求,增大柱截面配筋后,柱端仍出现塑性铰.

外挂复合墙板半刚性钢管混凝土框架抗震试验研究

为了研究在地震作用下外挂复合墙板装配式钢结构的抗震性能，本文进行了4榀外挂复合墙板半刚性钢管混凝土框架试件和1榀半刚性钢管混凝土框架试件的水平低周反复荷载试验。研究参数为墙板的混凝土类型、墙连方式、斜撑设置和是否设置墙板。研究了地震作用下墙板与框架的共同工作性能和破坏模式，分析了结构的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等。结合现有规范评价了结构的延性。试验结果表明，采用螺栓连接方式外挂复合墙板的半刚性钢管混凝土框架试件具有良好的滞回性能、耗能能力和延性，可以安全可靠地确保复合墙板与组合框架在地震作用下共同工作；位移延性系数μ=2．53～3．81，弹性极位移角θy=（3．33～5．03）[θe]，弹塑性极限位移角θf=（2．35—2．55）[θp]；等效黏滞阻尼系数ξe=0．147—0．182，能量耗散系数E=0．973～1．145；复合墙板破坏主要发生在墙板预埋件附近，整体性能优于传统墙体。研究成果将为我国装配式钢结构设计理论与应用提供科学依据。

方钢管混凝土柱-钢梁组合框架节点抗震性能试验研究

基于现行规范,设计制作方钢管混凝土-钢梁组合框架中间层中柱节点(╋)、中间层边柱节点(┣)、顶层边柱节点(┏)三种模型,并进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验。结果表明:节点在钢梁翼缘与侧板连接角隅处产生应力集中现象;在相同材料和截面尺寸条件下,顶层边柱节点比中间层中柱节点和中间层边柱节点提前达到屈服,其极限承载力介于后两者之间;三种节点滞回曲线均比较饱满,具有良好的耗能能力,节点延性均较好。利用ABAQUS建立有限元模型,对试件在低周反复荷载作用下的受力性能进行非线性有限元分析,分析结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析轴压比对节点承载力的影响。

考虑火灾全过程的钢管混凝土组合框架力学性能初步研究

为进一步研究真实火灾工况下钢管混凝土组合框架的抗火性能,基于有限元软件ABAQUS建立了单层单跨圆形钢管混凝土柱-组合梁平面框架经历火灾全过程的数值分析模型。通过合理选取热工参数,进行了组合框架在ISO-834标准升降温曲线下的热传分析,研究了组合框架钢管混凝土柱与组合梁截面温度场的变化规律;在热传模型的基础上,通过合理选取材料本构模型、单元类型、边界条件以及网格划分等,对经历常温加载、升温、降温以及火灾后的钢管混凝土柱-组合梁平面框架的力学性能进行初步探讨。结果表明,由于钢筋混凝土楼板在受火过程中的吸热与约束作用使组合框架在受火后仍具有较高承栽力。该方法可进一步完善钢管混凝土结构抗火分析理论,也可供实际工程应用参考。

防屈曲支撑组合框架优化设计与抗震性能分析

目的以抗侧刚度比为设计变量,对设置防屈曲支撑的某18层钢管混凝土组合框架Benchmark模型进行优化设计与抗震性能分析.方法编制了基于遗传算法的优化程序,考虑以结构最大层间位移角、基底剪力为约束条件,在抗震性能不变的前提下优化防屈曲支撑的截面面积,以及考虑防屈曲支撑总截面面积为约束条件,在支撑用量相同的前提下,改善结构的抗震性能两种设计方案.结果在防屈曲支撑总用量不变的前提下,以变化抗侧刚度比设计的结构能够减少结构29%的最大层间位移角,减少4. 3%的最大层间剪力;在抗震性能不变的前提下,以变化抗侧刚度比设计的结构能够减少44%的支撑用量,其防屈曲支撑的耗能比例达78%.结论两种优化方案设计的结构均充分发挥防屈曲支撑的耗能能力,较优化前的结构更能保护框架梁、柱免受破坏.

基于抗侧刚度比的防屈曲支撑组合框架优化研究

针对某26层设置了防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架的benchmark模型,以振型分解反应谱法作为基础算法,编制了基于遗传算法的优化程序,通过改变结构各层的抗侧刚度比,对设置防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架结构进行了防屈曲支撑截面面积的优化设计,对以变化抗侧刚度比设计的结构和以固定抗侧刚度比设计的结构进行了弹性阶段和弹塑性阶段的地震响应对比分析。结果表明：以变化抗侧刚度比设计的结构能在不减弱抗震性能的同时,减少48%的防屈曲支撑用量。在罕遇地震作用下,以变化抗侧刚度比设计的防屈曲支撑的耗能比例达54.98%,充分发挥防屈曲支撑的塑性变形能力消耗地震能量,起到保护框架梁、柱的作用。

钢管混凝土组合网架的应用研究

在网架结构的受压上弦杆件中，当杆件直径超过76mm时，采用钢管混凝土构件替代空钢管可达到节省钢材、降低造价的目的，同时该组合网架的设计计算及施工安装与原网架结构基本无变化．文中提供了组合网架的村件替换的计算方法，可供有关人员参考．

方钢管混凝土柱-不等高钢梁组合框架结构受力性能有限元分析

基于一榀两跨三层方钢管混凝土柱-不等高钢梁组合框架结构的低周往复荷载试验,应用ABAQUS软件建立相应的有限元模型并对模型正确性进行了验证,利用该模型研究了轴压比、核心混凝土强度等级、钢管屈服强度、左右侧梁高比以及柱截面宽厚比对方钢管混凝土柱-不等高钢梁组合框架结构受力性能的影响。结果表明,方钢管混凝土柱-不等高钢梁组合框架结构的设计符合“强柱弱梁,强节点弱构件”的抗震设计原则;当轴压比大于0.6时,框架结构延性明显变差;当核心混凝土强度等级提高至C50后,框架结构的承载力主要取决于钢管强度;随着钢管屈服强度的提高,框架结构的峰值荷载和破坏荷载均不断增大;左右侧梁高比的变化对框架结构的侧向承载力和弹性阶段的受力情况均有影响;框架结构的刚度和承载力均随柱截面宽厚比的增大而逐渐减小。

多层钢管混凝土组合框架结构抗震性能的比较研究

钢—混凝土组合结构能够充分发挥钢材和混凝土的优点,具有良好的抗震性能,越来越广泛地应用于高层建筑中。目前,应用较多的主要有钢管混凝土组合结构,为分析研究钢管混凝土组合结构的抗震性能,分别对2栋5层钢筋混凝土框架结构和钢管混凝土组合框架结构进行了地震反应弹塑性时程分析,并对多种地震波输入下的两类结构的加速度和位移反应进行了对比。理论计算分析结果表明:与钢筋混凝土结构相比,钢管混凝土结构具有较好的抗震性能。

空间钢构架-钢管混凝土组合柱偏心受压性能的有限元分析

在空间钢构架混凝土柱中,内埋圆形钢管形成空间钢构架-钢管混凝土组合柱.为了探索该新型组合柱的偏心受压性能,在试验研究基础上,采用ABAQUS有限元分析软件,建立空间钢构架-钢管混凝土组合柱偏心受压性能的非线性有限元模型,在模型验证基础上,考虑钢管混凝土套箍指标、空间钢构架混凝土约束影响系数、偏心距等参数,对组合柱偏心受压性能进行模拟分析.结果表明,随着空间钢构架弦杆配筋率、空间钢构架混凝土约束影响系数、内埋钢管配骨率、内埋钢管混凝土套箍指标等增大,组合柱偏心受压承载力提高,且小偏心受压时其提高幅度要比大偏心受压时显著.

采用不同模量分析钢管混凝土平面框架

钢管混凝土的抗压模量和抗弯模量是不相同的，本文分析了含钢率、钢种、混凝土强度等级对钢管混凝土平面框架采用两种模量取值引起的计算结果的差别的影响，并分析了两种模量取值引起的双向荷载作用下的钢管混凝土框架顶端侧移和基底弯矩的差别。

钢管混凝土柱—钢梁组合框架抗震性能试验研究进展

钢管混凝土柱—钢梁组合框架是近年来逐渐得到广泛应用的一种抗震框架结构。主要针对工程应用中较常见的由钢梁和方形、圆形钢管混凝土柱组成的组合框架,从模型试验、数值试验两个方面介绍了钢管混凝土柱—钢梁组合框架抗震性能试验研究进展,并对未来的研究趋势进行了展望。

两层钢管混凝土组合框架结构抗震性能试验研究

拟动力试验方法最早是由日本学者于1975年提出的,它综合了拟静力试验、振动台试验和时程反应数值分析的特点,来实际模拟结构损伤、刚度变化产生的非线性行为,近年来已得到广泛应用。本文通过对一榀由钢管混凝土柱和组合楼盖经由半刚性连接构成的组合框架1/3比例模型的拟静力、拟动力试验和弹塑性地震反应分析,研究此类结构在地震作用下的动力响应、恢复力特性和耗能性能;其中输入的地震波先采用ElCentro波,后采用Kobe波,模拟结构经历不同的地震作用。实测显示:累积损伤导致结构底层刚度的较大弱化,结构基频下降;钢管混凝土柱屈服,角区混凝土开裂,结构呈现较好的变形延性。本文还根据实测结果建立了一个预测组合框架结构在地震作用下弹塑性性能的分析模型,理论计算和试验结果基本吻合;实验和计算表明钢-混凝土组合框架结构具有良好的抗震性能。

两层钢管混凝土组合框架结构拟动力地震反应试验研究

通过对两层圆钢管混凝土组合框架模型的拟动力地震反应试验 ,研究这类新型结构体系在地震荷载作用下的动力反应和受力性能 .试验表明 。

基于多尺度建模的钢管混凝土组合框架耐火性能数值模拟

钢管混凝土组合框架在局部火灾作用下可能会出现由于受火柱破坏而引发的结构连续性倒塌破坏。在合理选取钢材与混凝土的热-力本构模型的基础上,合理选取了组合框架中梁柱构件单元模型及其相互作用模型,基于ABAQUS软件用多尺度建模方法建立了局部火灾作用下三层三跨钢管混凝土平面组合框架的数值模型,对4种典型火灾工况下结构整体变形、内力分布、破坏机制等进行了分析研究,并在此基础上进行了不同火灾工况下组合框架的耐火极限计算。结果表明:框架中间层受火时,由于周围构件的约束作用明显而使得其耐火极限最大。

防屈曲耗能支撑钢管混凝土柱-钢梁组合框架子结构拟动力试验研究

为研究防屈曲耗能支撑在组合框架结构中的减震效果,设计了1榀10层3跨防屈曲耗能支撑钢管混凝土柱-钢梁组合框架,利用网络化结构实验室NetSLab进行了1/3缩尺的子结构拟动力试验,分析楼层剪力、支撑剪力与层间位移之间的响应关系。结果表明:在多遇烈度地震作用下,主体框架与支撑均处于弹性工作状态;在基本烈度地震作用下,主体框架处于弹性工作状态,支撑开始屈服耗能;在罕遇烈度地震作用下,主体框架基本处于弹性工作状态,而支撑则出现明显的滞回耗能效果。由楼层位移时程曲线可知,结构底层层间位移比其他各层大很多,满足组合框架结构多道抗震设防的要求。

T形截面钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁加强环筋连接节点抗震性能试验研究

在传统外加强环节点的基础上,提出一种T形截面钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁加强环筋节点。以牛腿长度、环筋直径和环筋设置方式为主要参数,设计了7个节点试件,并通过静力和拟静力试验,探讨了试件的破坏特征、受力和抗震性能。研究结果表明:设置环筋的试件表现出典型混凝土梁端塑性铰破坏,未设置环筋的试件破坏源于牛腿翼缘与管壁间焊缝撕裂,呈脆性破坏;屈服前梁端纵筋承担了绝大部分弯矩,并通过环筋和牛腿实现了弯矩和剪力在梁柱间的可靠传递;带环筋试件滞回曲线呈饱满的弓形,而无环筋试件滞回环捏拢严重,呈耗能能力很差的Z形;各试件承载力退化趋势基本一致,且均出现明显刚度退化,具有相似的割线变化规律;节点域剪切变形对结构变形的影响几乎可以忽略不计;加大牛腿长度能显著提高节点初始刚度与极限荷载,小直径环筋在往复荷载作用下能够达到屈服,减少节点域环筋数量虽对初始刚度及耗能性能影响较小,但承载力却出现了一定幅度的降低。钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁加强环筋节点抗震性能良好,能够实现"强节点弱构件"的抗震设计目的。

钢管混凝土柱-RC梁平面框架耐火性能分析

建立了外荷载和升、降温火灾共同作用下钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁平面框架结构的有限元分析模型,用已有试验数据对模型进行了验证。在有限元模型基础上,对钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁平面框架在ISO-834标准升、降温火灾下的力学性能进行了分析,研究了梁荷载比、柱荷载比和升温时间比等参数的影响规律。分析结果表明该组合框架不仅会在升温过程中破坏,也会在降温过程中破坏。该组合框架是否会在降温段发生破坏,跟梁荷载比、柱荷载比和升温时间比有关。