木结构斗拱出挑层数对建筑抗震性能的影响

木结构古建筑是世界建筑史的重要组成部分,目前的研究大部分集中在结构整体的抗震性能上,或者单独对构件的受力机理进行分析,主要的研究构件包括斗拱、柱、梁架等,但是在构件对整个结构抗震性能的影响方面研究较少。以殿堂型结构中的斗拱为研究目标,利用ANSYS和ABAQUS软件对其展开模态与动力时程分析。通过对不同层数的斗拱进行分析比对,总结出斗拱层数变化对其抗震性能的影响。结果显示,在地震波作用下两模型柱脚和柱顶位移相差不大,但屋脊位置的位移量五踩斗拱模型比三踩斗拱模型多40%,五踩斗拱的柱顶加速度比三踩斗拱的柱顶加速度小23.02%,五踩斗拱的屋脊加速度比三踩斗拱屋脊小24.27%,证明在一定范围内斗拱层数的增加有利于结构的耗能减震。

RC框架消能减震结构的地震易损性分析

消能减震结构在减震后需要进行减震结构损伤水平的评估以及结构可靠度和地震易损性的研究。文章以钢筋混凝土框架结构为研究对象,以黏滞阻尼器为消能减震装置,采用有限元分析软件ETABS建立消能减震模型并进行传统的小震作用下的弹性时程分析和基于增量动力分析的地震易损性分析,参考结构在不同强度的地震动作用下到达各极限状态的量化指标得到其对应的地震易损性概率,由此确定结构在不同地震动作用下处于各个不同性能水准下的失效概率。结果表明:在设置黏滞阻尼器之后,结构的抗震性能得到有效提升,可以满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的性能指标;同时,基于增量动力分析的地震易损性分析也可以为实际工程的减震设计、灾害评估和未来的地震损失预测提供简明有力的参考依据。

新型装配式耗能节点连接木构架抗震机理试验研究

针对传统木构架房屋易发生节点失效而导致墙倒架塌的震害现象,提出了一种新型装配式耗能节点连接木构架,其工作原理为:设防地震及罕遇地震时节点耗能元件受压屈服并耗散地震能量,极罕遇地震时耗能装置转化为节点斜撑,提升木构架抗侧能力。研究在提出耗能装置设计方法的基础上,通过耗能元件试验及耗能节点木构架拟静力试验,对耗能装置工作性能及木构架抗震工作机理开展研究。研究表明,采用薄钢片制作的耗能元件具有良好的工作性能,耗能装置在木构架侧移变形中表现出良好的耗能能力,在耗能元件失效后形成节点斜撑,木构架在层间位移角θ=1/25时屈服,在层间位移角达到1/8时发生木柱根部劈裂破坏,耗能节点木构架作为二道防线可以实现多地震水准不同抗震机制,用于土木、砖木等结构房屋可有效提高房屋抗倒塌能力。

高烈度区设置摩擦阻尼器等效刚度及减震结构附加阻尼比取值研究

以某高地震烈度区住宅工程为背景,结构形式为剪力墙结构,并在X、Y两个主轴方向设置连梁阻尼器进行消能减震结构设计,由于连梁阻尼器的非线性属性,对消能减震结构进行动力时程反应分析,重点介绍了连梁阻尼器等效刚度及减震结构附加阻尼比的计算步骤及取值方法建议。为了后续施工图设计阶段的便捷,提出采用等效模型振型分解反应谱法的计算分析。结果表明,通过能量消耗原理计算的连梁阻尼器等效刚度及减震结构附加阻尼比的取值方法合理可行,等效模型和真实非线性模型相似度高且偏于安全。利用振型分解反应谱法计算分析的等效结构各种计算指标和结果均满足规范要求,说明采用等效结构进行结构配筋设计是安全可靠的。最后,对消能减震结构进行了大震弹塑性分析,通过滞回曲线看到连梁阻尼器在提供抗侧刚度的同时耗能明显,有效保护了主体结构构件的损伤,且大震弹塑性位移角满足规范相应要求。

消能减震技术在建筑抗震设计中的应用研究

某医疗建设项目位于高烈度区域,易受地震影响。为确保建筑项目顺利并安全投入使用,采用消能减震进行建筑抗震优化设计。首先是分析项目消能减震目标,根据项目特征选择合适的消能减震技术方案,通过试验比较最终确定建筑消能减震方案。对候选两种方案进行试验分析,粘滞消能器方案在x向楼层间最大位移角为0.001 9度,优于金属屈服消能器。同时比较两种方案在不同地震下的楼层间剪切力情况,粘滞消能器方案表现最佳。研究内容为建筑项目抗震设计与结构优化提供技术参考。

工业化建筑消能减震关键技术的应用研究

为解决现今众多工业化建筑应用消能减震技术后抗震功能仍不理想的问题,论文对工业化建筑消能减震关键技术的应用进行研究,介绍了自立式无屈曲波纹钢板剪力墙及装配式人工消能塑性铰RC框架节点两款工业化建筑消能减震产品,以及黏滞阻尼器及屈曲约束支撑这两个消能结构体系及实际应用,基于实际工程案例阐述消能减震的实际应用情况。研究结果表明:CFD+VFD组合方案可以达到更理想抗震效果,能够在高效维护主体结构构件性能的同时,达到多种消能装置在各个建筑楼层性能需求下的耗能标准。

多层钢筋混凝土框架结构减震方案对比分析

某3层幼儿园建筑,采用钢筋混凝土框架结构,抗震设防烈度为8度(0.30 g),抗震设防类别为重点设防类,为了满足建筑净高和使用要求,减小框架柱截面,拟在结构中设置消能减震构件,故对比分析了分别在结构中设置防屈曲支撑(BRB)、金属剪切阻尼器(SD)、黏滞阻尼墙(VDW)的模型。通过无控模型、BRB模型、SD模型以及VDW模型在多遇地震下的弹性时程分析,对比了周期、层间位移、层剪力以及减震率;通过罕遇地震下的弹塑性时程分析,比较了层间位移、层剪力以及消能减震构件的耗能。经过分析比较,给出了BRB、SD、VDW在多遇地震、罕遇地震下的作用特点,为后续类似项目的消能构件的选型提供参考。

某既有学校建筑基于保持正常使用功能的减震加固分析

为满足学校等八大类建筑在本地区抗震设防烈度地震作用下,保持正常使用功能,提供合理可行的技术路径,2023年7月发布的《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》提出了统一的设计方法和技术措施要求。以使用近30年的漳州龙海区某既有学校建筑为例,采用加设黏滞阻尼器减震加固的设计方法,参照《导则》要求,运用结构分析软件进行多方法附加阻尼比计算对比、设防地震及罕遇地震工况下结构变形和结构构件损伤对比分析、楼面水平加速度计算分析等,验证了消能减震加固技术能有效提高既有建筑保持震时正常使用功能的性能,降低既有建筑抗震构造措施要求,对于类似既有混凝土框架结构学校建筑的加固工程具有借鉴意义。

新型装配式剪力墙抗震性能试验

针对强震作用下典型装配式剪力墙结构的破坏机理和薄弱环节,提出一种具有耗能减震功能的新型装配式剪力墙。采用模型试验和数值模拟相结合的方法,设计制作了4片缩尺比1∶1.54、剪跨比1.52的新型装配式剪力墙试件,并对其进行了相应的抗震性能试验,系统分析了螺栓数量、轴压比和边缘构件纵筋配筋率对试件破坏模式、滞回性能、承载能力、变形性能、刚度退化及耗能能力的影响规律。试验结果表明:各试件破坏模式与相同剪跨比的现浇剪力墙基本一致,呈弯剪型破坏;但新型装配式剪力墙具有更为优异的滞回性能和耗能能力,其在破坏点的耗能值显著高于普通现浇墙体;当螺栓数量减少时,新型装配式剪力墙承载能力无明显变化,但滞回性能降低、墙体变形加剧;轴压比或边缘构件纵筋配筋率的降低会导致剪力墙承载能力降低和极限位移增大。最后采用ABAQUS软件建立了相应试件的有限元模型,模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建模型的正确性,能够将其应用于新型装配式剪力墙的分析之中。

组合消能减震技术在工程项目中的应用与研究

随着消能减震技术发展日趋成熟,基于结构性能需求的各种消能器产品应运而生。目前建筑市场应用较广泛的消能器主要包括位移型和速度型两种。根据项目应用实际情况,大部分减震项目使用的消能器类型单一,未能结合不同结构体系的特点、需求及限制进行消能减震机理及效率研究,且经济性一般。在设计日趋精细化形势下,提出基于结构性能需求的组合消能减震技术,即针对不同结构体系、不同楼层等根据性能需求“量身定制”相应类型的消能器,以最大程度发挥不同类型消能器减震效率及共同作用的一种组合减震技术。两个不同工程实例的研究结果表明:相比传统单一消能器方案,组合消能减震技术可根据结构特点及性能需求,为不同阶段及设计水准下的结构提供附加刚度及附加阻尼,“量身定制”消能器减震机理明确且减震效率、经济性均较好。

新型NPR锚杆支护系统抗动力冲击试验研究

为应对深部洞室开挖过程中可能出现的高应力岩爆、冲击地压及外部爆炸等动力冲击作用下造成的洞室围岩非线性大变形,何满潮院士研究团队研发了具有均匀大变形、颈缩明显消失、屈服平台消失等实验现象的2G-NPR(Second Generation Negative Poisson’s Ratio)锚杆新材料,并在此基础上,形成了2G-NPR锚杆支护工程岩体的刚柔性结构系统大变形控制技术。为了深入研究爆炸强冲击作用下2G-NPR锚杆支护工程岩体的整体动态响应规律及力学行为,后续将其应用于国防和人防工程中。在爆炸试验现场研究了爆炸冲击波在花岗岩中的衰减模型,确定了爆炸所需的装药参数,获得了PR锚杆支护复合结构和2G-NPR锚杆支护复合结构洞室的支护参数;对比研究了在爆炸冲击过程中2种不同支护体系中拱顶峰值压力、拱顶拱肩拱底加速度、锚杆轴力以及围岩的动力学响应和相互作用规律,揭示了不同支护洞室的抗冲防爆特性及其破坏模式。研究结果表明:2G-NPR锚杆能抵抗更强的平面冲击载荷,能量吸收分摊比例占比高,在地下防爆支护中具有显著能量吸收特征,能够起到传统锚杆支护无法比拟的支护效果。此外,针对地下洞室开挖引起围岩应力状态的改变,提出洞室开挖应力补偿理论,并得到了锚杆锚固端各应力分量和位移分量的理论解,为后续洞室支护研究提供理论参考。

四行仓库修缮技术探讨

文物保护项目不同于一般建筑,加固设计应遵循对建筑最小干预的设计原则,并在结构安全性与文物保护之间寻求一种新的平衡。结合四行仓库修缮项目的建筑改造内容,对项目中应用的结构体系加固、东西区整体加固、无梁楼盖加固、“西山墙”加固、竖向构件加固、构件托换等技术进行探讨,从结构设计师角度提出“发现问题”到“解决问题”的思路,并对各种加固方法做了较为详细的介绍,旨为类似加固项目提供借鉴。

框剪结构黏滞阻尼器优化布置实用方法

高烈度地区结构设计常遇到通常会遇到竖向构件抗剪不满足、超筋、层间位移角大于规范限值等问题。近年,增设消能阻尼器的减震技术常被用来解决该问题,如通过将阻尼器在各层各向上均匀布置。阻尼器的空间分布对减震效率的影响暂未受到足够的关注,即使少数研究者已采用遗传算法等智能算法进行尝试,并得到了针对某种参数最优的布置方案。但可供优化的目标众多,且多目标优化的实现暂不成熟;另,算法的落地还需要将结构进行简化,这将建筑脱离出其应具备的功能属性。这些因素都对搜索阻尼器的空间最优布置提出了挑战。合理的阻尼器空间布置能充分发挥阻尼器的作用,最大化减震效率亟待探索。基于此,本文提出框剪结构黏滞阻尼器可按各层各向水平地震作用下的层间位移角量值进行数量分配,宜远离或贴近结构平面形心并于柱跨内1/2处布置,该法实践性强且极大程度发挥减震效率。

框架-分布摇摆芯筒-核心筒结构体系力学模型及耗能减震性能分析

为了提高传统框架-核心筒(frame core tube, FCT)结构的经济性,提出框架-分布芯筒-核心筒(frame-distributed tube-core tube, FDCT)新型高层结构体系,用以减小传统筒体围合面积。进而提出框架-分布摇摆芯筒-核心筒(frame-distributed rocking tube-core tube, FDRCT)新型高层结构体系,改善FDCT因刚度削弱导致的抗震能力下降。根据FCT结构、FDCT结构和FDRCT结构的简化分析模型,基于Lagrange方程建立三种结构的动力方程。通过分析地震下结构的时程响应,针对分布摇摆芯筒的质量进行相关参数分析,证明附加摇摆体系的FDRCT结构具备优良的耗能减震性能。对三种结构分别进行了不同场地条件以及不同类型长周期地震波下动力时程分析,结果表明FDRCT结构在不同类型地震波下均有耗能减震效果,且在长周期地震波下更为优越。对三种结构的性能-利润总值进行评估,结果表明在不同类型地震波下FDRCT结构均可实现既能提升结构的经济性,也能保证结构在地震下的安全性能。

增材制造金属点阵结构性能研究进展

点阵结构是一种三维规则排列的多孔结构,具有高比强度、高比刚度及优异的散热性能,是结构功能一体化设计的主要载体。由于点阵结构零件的结构复杂,传统加工方法无法直接制备。增材制造技术是一种通过分层制造方式构建三维实体零件的新型制造技术,在复杂结构制造方面具有独特优势。通过增材制造点阵结构零件可以极大地降低制件重量,提高综合力学性能,在航空航天、能源、车辆工程等领域展现出巨大的技术优势。本文对增材制造金属点阵结构、极小曲面结构、拓扑优化结构等复杂零件结构相关研究进行了总结与归纳,从力学性能、轻量化、能量吸收、散热吸声等应用方向进行了综述,最后总结并展望了金属增材制造点阵结构的优势与发展方向。

减震技术在优秀近代建筑更新中的应用研究

近代优秀建筑出于保护的要求,结构加固方法受到诸多制约,随着时间流逝,材料强度等也逐渐劣化,随着科技水平的不断发展,结构构造要求也不断提高,因此此类建筑往往不能满足现有的抗震设防要求。结合某优秀历史建筑修缮加固项目,介绍了采用壁式黏弹性阻尼器加固的设计方法,极大地减少了对主体结构的干预;基于底部剪力法提出了对阻尼器参数进行优化的简化方法,根据不同地震水准下结构变形控制目标,可较为便捷地确定阻尼器型号,并通过时程分析法对结构的抗震性能进行了验证。分析结果表明:壁式黏弹性阻尼器有效提高了主体结构的刚度和附加阻尼,提高了结构的整体抗震性能。该方法布置灵活,对建筑本体干预小、过程可逆,可作为近代建筑抗震加固的有效方式之一。

全金属软钢阻尼器在钢结构工程中的安装与应用

地震灾害对建筑物结构破坏极大,消能减震构件能使地震时耗散进入结构体系的能量,以减轻结构所受的地震作用,从而保护主体结构安全。软钢阻尼器就是一种消能减震的金属耗能器,其造价低、适用性强,各工程领域中已得到广泛应用。结合昆明春之眼商业中心项目软钢阻尼器在钢结构工程中的应用,讨论软钢阻尼器在布置形式、隐蔽、连接、安装等方面的问题,以供类似工程借鉴。

某烧结厂房改扩建设计与分析

某烧结厂房原为炼钢厂烧结主厂房,始建于1958年,经过多次改造,本次改造后的功能为商业和办公。旧厂房原结构为框架结构,结构检测鉴定结论显示综合安全性等级为C_(eu)级。本次改造在采用多种常规加固方法的同时,结合建筑使用功能和结构需求,在适当位置布设屈曲约束支撑(BRB),使结构成为双重抗侧力体系。BRB在多遇地震时为主体结构提供抗侧刚度,在设防地震及罕遇地震时BRB进入塑性,起到消能减震作用,使得整体结构抗震性能得以提高。此加固方案减少了传统加固措施的工程量,降低了施工难度,同时最大限度地满足了建筑保留原有工业遗存风貌的需求。

消能减震技术提高既有建筑结构抗震性能的设计应用

厦门海沧区某新近竣工办公建筑拟改造为教育建筑,抗震设防类别由标准设防类改为重点设防类。项目采用加设黏滞阻尼器进行消能减震加固,运用STAWE和SAUSG结构分析软件,对减震加固结构层间位移角、楼层剪力、能量分布、结构构件损伤等抗震性能对比分析,验证了消能减震加固技术能明显改善抗震性能,降低抗震构造措施要求。对比传统加固方式,运用消能减震技术,能有效耗散地震输入能量,且明显减少结构构件直接加固工作,具有良好的综合效益。本工程案例,对于类似抗震设防类别提高的加固工程,具有借鉴意义。

高地震烈度区设置连梁阻尼器消能减震结构设计与分析

结合某高地震烈度区实际工程,对设置连梁阻尼器的剪力墙结构进行消能减震计算分析。分析表明,消能减震结构比常规抗震结构在地震作用下的基底剪力减小了约16%~18%,倾覆力矩减小了约20%,最大层间位移角减小了约18%~24%;且设置连梁阻尼器后,连梁剪力得到合理控制,解决了小震作用下非减震结构大量连梁剪压比超限的问题,使连梁具有足够的承载力和延性。其次,采用动力时程反应分析对消能减震结构的附加阻尼比进行了计算分析并验证,证明消能减震结构的附加阻尼比取用3%比较合理且偏于安全。再次,对消能减震结构进行了大震弹塑性分析并考虑双向地震作用,通过滞回曲线看出连梁阻尼器在提供抗侧刚度的同时耗能明显,有效保护了主体结构构件的损伤,且大震弹塑性位移角满足规范相应要求。最后,对连梁阻尼器连接的设计提出了建议。