耐震时程法在大跨连续刚构桥纵向抗震性能评估中的应用

采用简化方法对大跨连续刚构桥的抗震性能进行高效和准确的评估,在该类桥梁的设计和加固改造时是非常必要的。耐震时程法作为一种评估桥梁抗震性能的简化方法,只需要一次时程分析就可以实现桥梁从完好到倒塌的全过程分析。为研究耐震时程法在评估大跨连续刚构桥纵向抗震性能的适用性与精确性,本文以一座大跨波形钢腹板连续刚构桥为研究对象,基于中国公路桥梁抗震设计规范设计反应谱,生成3条耐震加速度时程曲线作为地震输入,同时选择16条天然地震动进行增量动力分析,对比研究了该连续刚构桥地震响应特征。研究结果表明:耐震时程分析结果处于增量动力分析结果的包络线之内,耐震时程法中位值与增量动力分析结果的均值曲线吻合较好,因此,耐震时程分析方法可以作为大跨连续刚构桥抗震性能评估的一种高效率方法。

RC框架楼房中心立柱爆破失效条件下结构动力响应特性分析

为研究RC框架楼房局部立柱爆破失效后结构的抗连续倒塌性能和动力响应特性,依托一栋8层框架结构楼房爆破拆除工程,通过中心立柱现场爆破试验,对立柱邻近梁柱子结构的变形与应力调整过程进行了实时观测。采用PKPM建立实际工程对应的建筑模型,并基于拆除构件法,应用SAP 2000中非线性动力分析方法计算中心立柱失效下剩余结构的动力响应特性以及抗连续倒塌能力。结果表明:中心立柱爆破失效后,采用应变-弯矩理论公式得出的应变理论值约为260με、动应变现场实测值约为377με、数值模拟值约为238με,三种方法得出的动应变结果较为接近;失效点竖向位移计算值3.2 mm,与现场实测位移2.67 mm接近,其导致的塑性转角计算值为0.051°,与现场实测值0.05°接近;中心立柱爆破失效瞬间,剩余结构经历了明显的动力冲击,其正负向加速度值大致相同,最大加速度达到3.5 m/s^(2);中心立柱失效后,剩余结构产生荷载重分布,原本由中心立柱承担的竖向荷载被周边柱所分担,导致上方梁体出现显著的悬链线效应。本论文的研究成果有助于框架结构楼房在意外爆炸情况下的易损性评估与抗连续倒塌性能分析,同时也可为拆除爆破中的试爆立柱选择提供参考。

扭转型结构竖向地震作用分析

对于高层建筑,只有处于9度抗震设防区时才需要考虑竖向地震作用。新出现的扭转型结构因柱倾斜,竖向地震作用二阶效应大,对结构不利。目前关于此类结构竖向地震作用研究较少,本文设计8度(0.3g)区扭转型和非扭转型结构及9度区非扭转型结构,对结构进行时程分析,比较结构竖向地震作用构件内力和位移反应。结果表明:竖向地震作用对扭转型结构楼层侧移、层间位移角和梁跨中弯矩增大作用较显著;在8度(0.3g)区,每层扭转2°结构大震下有一半的参数增幅超过9度区非扭结构;每层扭转5°结构小震、中震和大震下都有一半的参数增幅超过9度区非扭结构,表明在8度(0.3g)区,每层扭转2°结构设计时仅大震作用下要考虑竖向地震,而每层扭转5°结构小震和大震作用下都要考虑竖向地震作用。

考虑各施工阶段受力影响的连续刚构桥梁地震损伤分析

为研究处于各施工阶段的连续刚构桥梁受力情况的不同在抗震易损性方面的影响,通过研究一座大跨高墩连续刚构桥进一步对该类桥的地震损伤性能进行分析。以Midas/Civil软件建立各施工阶段模型,提取施工阶段的受力情况,并将各阶段受力情况输入Abaqus软件建立的结构模型中,并以等效荷载法提出的适用于连续刚构桥在施工阶段下主梁和主墩的内力等效荷载计算公式验证内力的吻合情况。基于规范反应谱生成10组近断层脉冲型地震动记录,分别输入两组模型,以增量动力分析法对是否考虑施工阶段受力情况的两组模型进行时程分析。曲率延性系数为损伤指标划分损伤状态,基于理论易损性分析方法,加速度峰值作为地震动强度指标,取得主墩墩底、墩顶和墩梁固结处地震易损性曲线。研究结果显示:内力等效荷载计算公式模拟的等效内力与各施工阶段的内力吻合较准确;相同地震动强度不同施工阶段下,墩底、墩顶和墩梁固结处各损伤状态的损伤超越概率均随主梁悬臂长度的增加而增加;不考虑施工阶段桥梁的受力将会低估墩底、墩顶的损伤概率,同时高估墩梁固结处的损伤概率。损伤概率低估量在墩底沿纵桥向最大,且该低估量的大小也与主梁悬臂长度有直接关系,随悬臂长度的增加而增大。

广州某超限连体高层结构设计

广州某超限高层为带连体的部分框支剪力墙结构,两栋结构高度分别为9725、9275m,在4层、11~13层通过连廊连接。为了验证结构布置的可靠性和安全性,采用YJK和ETABS软件对建筑结构进行整体计算分析及弹性时程分析,同时借助Perform-3D软件,对结构的动力弹塑性进行深入分析,并对连接体结构受力情况做专项分析。结果表明,两栋塔楼的转换构件及连接体结构受力体系合理可靠。根据结构的受力特征,通过对关键构件及其他受力构件的加强处理,确保结构整体上满足各项预先设定的抗震性能目标的要求。

刚构拱桥动力特性敏感性分析

刚构拱桥由于拱肋和拱肋上的吊杆以及上下平联横撑的存在,使得其受力性能与动力特性异于连续梁桥,因此针对刚构拱桥结构本身参数进行敏感性动力特性分析,建立三维空间有限元模型,采用多重利兹向量分析法,研究拱肋之间横撑型式、桥墩高度以及支座的连接单元特性对桥梁的动力特性的影响。结果表明,随着刚构拱桥拱肋横撑型式的改变,桥梁自振周期基本一致,说明拱肋横撑型式对刚构拱桥动力特性基本没有影响;随着墩高不断增加,桥梁的自振周期也不断延长。结构的刚度随墩高的增加而减小,桥梁的纵向移动和竖向弯曲效应随墩高越高越显著,且墩高对于高阶振型的影响效果较小;支座显著地延长了此桥的自振周期,但是随着阶数的增大,与原模型的周期越接近,说明了支座对于结构高阶振型的影响也较小。

杭州星创城综合体项目塔楼A超高层结构抗震性能化设计

杭州星创城综合体项目塔楼A地上45层、地下2层,结构高194.3m,结构形式为圆形钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒,结构同时存在扭转不规则、楼板开洞等情况。为了实现结构预定的抗震性能目标,首先对可选的两种结构体系方案进行了优化比选,并通过设缝、优化层高解决了结构的平面、立面规则性问题。然后,采用YJK和MIDAS Gen两种计算软件对塔楼A进行了多遇地震作用下的弹性比较计算和时程分析,并通过性能设计和罕遇地震动力弹塑性时程分析,对结构在设防地震和罕遇地震作用下的响应进行了进一步的研究。最后,根据上述分析计算结果对结构的关键部位及薄弱部位采取了有针对性的加强措施。分析结果表明:整体结构及结构构件有良好的抗震性能,能满足设定的抗震性能化设计目标,结构安全可靠。

临沂金水湾二期超高层结构设计

临沂金水湾二期超高层项目结构高度153.3m,属于高震区超高层超限结构,地上结构采用钢管混凝土框架⁃钢筋混凝土核心筒混合结构,塔楼外框柱均倾斜布置以满足建筑外立面的变化。采用YJK和ETABS两种软件对主塔楼结构进行了弹性分析,并采用PERFORM⁃3D软件进行了动力弹塑性分析。从结构体系、性能设计等方面对超高层结构设计进行了简要论述,并对梭形超高层建筑的斜柱设计要点、环带桁架、底层分叉柱以及结构动力弹塑性四个方面进行了详细分析、介绍,最后给出了上述要点的计算结论和构造建议。

不同承台结构形式对大跨刚构桥抗震性能的影响分析

为探究高烈度区不同承台结构形式对大跨预应力混凝土连续刚构桥梁抗震性能的影响,以某座108 m+188 m+108 m双幅双肢薄壁墩连续刚构桥为工程背景,采用时程分析方法对该桥进行三向激励,对比研究纵联横离式、纵联横联式、纵离横离式、纵离横联式共4种承台结构形式对两幅桥墩柱和桩基内力、位移动力响应的影响。结果表明:采用纵离的承台形式在纵向地震下,桩基内力需求降低了30%~70%,墩柱内力需求降低了26%~33%,且与纵联的承台形式相比,桩身拉力减少较多;采用横联的承台形式在横向地震下,桩身轴力需求降低11%,且基本不存在拉力,桩基和墩柱的内力响应虽分别增大30%和16%,但与纵向减小量的相比,增加幅度较小。因此,为提高特大桥全寿命周期的安全性和经济性,对于以地震响应为控制设计核心要素的高烈度区大跨连续刚构桥梁,建议采用纵离横联式的承台结构形式。

高烈度地区超高层结构方案研究

针对高烈度地区超高层建筑的结构方案,以西安市万博商业综合中心项目中的250m超高层建筑酒店为例。在方案阶段,依据不同结构体系在安全性、适用性以及经济性上的对比,最终采用型钢混凝土柱+钢梁+混凝土核心筒+伸臂桁架作为本项目的主要结构体系。在深化设计阶段,对比在超高层建筑中采用传统结构体系,即框架-核心筒+伸臂桁架结构体系,和框架-核心筒+伸臂桁架+消能减震结构(防屈曲约束支撑)体系这两种结构体系的整体指标和结构受力分析结果,并且研究了在超高层建筑中不同楼层设置伸臂桁架的部位对结构整体指标和结构受力的影响,最终确定了采用消能减震结构的结构体系作为合理的结构方案。采用抗震性能化设计,对结构进行大震弹塑性时程分析,验证了框架-核心筒+伸臂桁架+消能减震结构体系的抗震性能。通过对高烈度区超高层结构方案的对比研究,使结构方案更加安全、合理。

预应力混凝土连续刚构桥振动测试与动力特性分析

对某预应力钢筋混凝土连续刚结构桥进行动力特性分析,阐述待测试预应力钢筋混凝土连续刚结构桥目前的实际情况,在对测试桥梁进行振动测试的基础上,构建与桥梁目前情况相吻合的有限元模型。通过对动力特性相关参数的实测值与计算值的比较来评价钢筋混凝土连续刚构桥在使用荷载下的工作性能,从而判断该桥梁构件承载力是否能够满足设计要求。测试桥梁分析可得,利用实测值与计算值的对比分析可体现混凝土连续性刚结构动力特征,同时亦可促进有限元模型进一步完善,从而为类似桥梁健康评价与维修提供参考。

基于不同规范设计的现役RC框架损伤分析及可修复性能评估

我国现役大多数钢筋混凝土(RC)框架是基于GBJ 11-1989、GB 50011-2001和GB 50011-2010三次抗震设计规范所设计,由于建筑功能的需求,常见框架结构的首层层高明显高于其它层,易导致结构层间变形集中。选择底层层高明显高于其它层的三栋现役RC框架为分析算例,综合考虑填充墙面外变形、节点区剪切变形、柱内钢筋粘结滑移等因素,利用OpenSees有限元分析软件,分别建立其三维空间有限元模型。对三个模型进行了低周往复加载分析和大量地震动激励下的动力时程分析,研究了结构在中震、大震和特大震三个水准下的损伤程度、层间变形的分布模式及可修复性能。结果表明:相对于GBJ 11-1989和GB 50011-2001,基于GB 50011-2010抗震设计规范设计的结构损伤最小,对于潜在薄弱层的加强效果更加明显;中、大震水平,三次规范设计结构发生倒塌的概率均较低,但基于GBJ 11-1989抗震设计规范设计的结构损伤较严重,较难修复;特大震水平,基于GBJ 11-1989和GB 50011-2001抗震设计规范设计的结构倒塌风险较大,基于GB50011-2010抗震设计规范设计的结构倒塌概率相对较低,但其修复需较大的经济投入。经过规范的依次修订,在特大震水平,基于GBJ 11-1989至GB50011-2010抗震设计规范设计的结构中结构构件的失效率逐渐降低;基于GB 50011-2001和GB 50011-2010抗震设计规范设计的结构中,柱以延性破坏为主,但基于GBJ11-1989抗震设计规范设计的结构中,柱发生明显的脆性破坏。

某超限高层塔楼结构设计与重要部位专项分析

眉山58号地块项目1#塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,结构高度141.60m,为B级高度的超高层建筑。为了满足建筑功能和立面造型的需要,在结构相应位置设置了穿层柱、斜柱和牛腿柱。通过SATWE和MIDAS Building两种软件对结构进行了多遇地震下的反应谱分析,并借助SATWE软件进行弹性时程分析作为补充验算。采用SATWE软件对结构进行了等效弹性分析,保证主要构件满足设防地震和罕遇地震作用下的抗震性能化设计目标。运用SAUSAGE软件对结构进行了罕遇地震下的动力弹塑性时程分析,以保证结构“大震不倒”。基于MIDAS Gen和ABAQUS等软件对穿层柱、斜柱和牛腿柱进行了专项分析,确保了重要部位的安全性。结果表明,结构具有良好的抗震性能,能达到预设的C级抗震性能目标。

主要设计参数对规则RC框架结构抗连续倒塌性能的影响

连续倒塌是指由意外事件造成工程结构的局部破坏并形成连锁反应,最终导致结构大范围破坏甚至整体倒塌,其中结构系统的冗余承载力对其抗连续倒塌性能具有显著影响。为满足工程快速评估的需要,分析、总结了主要设计参数对规则框架结构抗连续倒塌性能的影响规律。按照规范设计了18个典型钢筋混凝土(RC)规则框架,分别考虑了不同抗震设防烈度、结构总楼层数、结构跨度3个主要设计参数对结构冗余承载力的影响;采用纤维梁模型建立了所有典型框架的有限元模型,其中梁采用T形截面建模考虑有效翼缘宽度范围内楼板的贡献;采用非线性动力拆除构件法分析了框架在不同部位发生初始破坏时的连续倒塌响应,以及主要设计参数对结构连续倒塌影响的规律。

珠海某超高层办公楼结构选型及设计

本工程属于超高层建筑,基于概念设计理念,根据抗震原则及建筑特点,对比分析了几种结构方案的抗侧刚度效率及工程经济性指标,最终选取了不带加强层的型钢混凝土柱钢筋混凝土框架-核心筒的结构体系。抗震设计中采用性能化设计方法,采用多种软件对结构进行弹性、弹塑性计算,并根据计算结果对关键和重要构件的抗震性能进行了验算。结果表明,结构各项指标均满足规范要求,结构受力合理,整个体系具有良好的抗震性能和有效的耗能机制。

某规则性超限高层酒店结构抗震性能研究

某酒店为规则性超限高层建筑,房屋高度98.90m,采用框架-剪力墙结构体系。本工程存在扭转不规则、楼板不连续、刚度突变、局部穿层柱、竖向抗侧力构件间断等5项不规则项,对本工程进行了抗震性能化设计,利用两种软件进行了多遇地震下的反应谱分析和弹性动力时程分析,中震弹性和不屈服的承载力复核,采用弹塑性动力时程分析对结构在罕遇地震下的动力特性及损伤退化开展进行了研究。结果表明:结构抗震性能良好,结构体系合理可行,能够达到小震弹性、中震可修、大震不倒的抗震性能目标。针对二层顶局部托柱转换,对转换柱及转换大梁均采用型钢混凝土构件并按中震弹性设计,且增加转换层板厚并对楼板进行应力分析及抗剪验算。利用有限元软件MIDAS-FEA对单榀转换框架进行精细分析,细化了构件损伤、材料应力状态及性能目标等各项指标。

某复杂超限高层框筒结构抗震设计——以杭州某经济园主塔楼为例

为了研究复杂超限高层结构的抗震设计方法,本文以杭州某179.10m高层框架-核心筒主塔楼为例,通过对该结构进行抗震设计确定了体系的平面布置,并提出了核心筒和外围框架设计等关键问题处理和超限应对措施。通过分析结构超限情况确定了基于抗震性能化的设计目标,采用多个设计分析软件对结构进行了小震、中震和大震作用下的弹性分析和弹塑性动力时程分析,并对结构关键构件进行抗震性能验算。结果表明,该结构和各构件能够达到预定的抗震性能目标,可为复杂超限高层框筒结构设计应用提供参考。

大跨度预应力混凝土连续刚构桥的动力特性分析

介绍了福建泉州后渚大桥———大跨度预应力混凝土连续刚构桥的现场环境振动实验,并利用频域中的单模态识别法(SDOFI)、峰值法(PP)和时域中的随机子空间识别法(SSI)分别进行桥梁动力特性识别。利用ANSYS建立了全桥三维有限元模型并进行了理论模态分析,基于参数分析和环境振动测试结果对有限元模型进行了标定,建立了该桥的基准有限元模型,该模型可服务于桥梁长期健康监测与状态评估。

铁路大跨连续刚构桥动力性能研究

使用桥梁动力分析程序BDAP,对遂渝铁路主跨128 m的薛家坝涪江特大桥进行车桥耦合动力仿真分析,得到桥梁及列车的动力响应。为检验桥跨结构的实际动力性能,进行全桥动力试验,测试其自振特性以及列车以不同速度通过桥跨时桥跨结构的动力响应。将试验结果与车桥耦合振动分析结果进行了比较,二者基本相符。结果表明,该桥具有良好的竖向刚度、横向刚度和结构强度,列车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用,而列车行车具有良好的安全性与舒适度。

大跨高墩连续刚构桥动力特性研究

以重庆芙蓉江特大桥为研究对象,应用大型通用有限元程序ANSYS对该桥进行动力特性分析,分别采用空间结构板壳单元shell63与梁单元beam4两种建模方式,分析了其动力特性,对两种模型的数值分析结果进行了比较.结果表明:两种模型的计算结果的差异均在工程允许范围内,两种建模方法都是可行的.在实际工程中可以考虑采用梁单元进行计算,以满足工程实时性要求,节省建模和计算时间,缩短设计周期.