新增部分剪力墙的框架结构抗震性能研究

在框架结构中新增部分剪力墙,能够明显提升结构的抗震性能,框架与新增部分剪力墙之间新老混凝土界面受力行为是结构分析的关键问题。运用ABAQUS有限元软件,基于新老混凝土界面模拟方法,建立了4个高宽比为1.5的框架-剪力墙模型,通过低周往复加载,研究了新老混凝土界面参数、新增剪力墙的混凝土强度、墙与框架的连接方式对承载力的影响。分析了新增部分剪力墙的框架结构和整浇框架-剪力墙结构在破坏形态、承载力和延性等抗震性能方面的差异。研究结果表明:新增部分剪力墙的框架结构的屈服荷载和峰值荷载都小于整浇框架-剪力墙结构,新增墙体端部设暗柱,不与框架柱连接的方式和分布筋全部插入框架的方式在承载力上相差不大。最后,给出了新增部分剪力墙的框架结构的水平承载力计算公式。

新型部分填充钢-混凝土组合梁受剪性能试验及有限元模拟研究

采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立足尺有限元模型,对新型部分填充钢-混凝土组合梁进行受剪承载力分析。结合试验研究,通过改变剪跨比、型钢强度等级、梁高度、型钢腹板厚度、翼缘栓钉间距等因素对新型组合梁组合截面受剪承载力进行了研究。结果表明,新型组合梁有较好的受剪承载力,混凝土强度等级和新型组合梁高度对峰值承载力的影响不显著,但混凝土显著提高了新型组合梁的整体稳定性;而新型组合梁高度每增加50mm,其峰值剪力值约提高7%~21%;型钢腹板厚度每增大2mm,新型组合梁峰值剪力就提高10%左右,腹板对其受剪承载力影响较大。运用叠加原理,结合腹板、翼缘内侧混凝土、翼缘栓钉和箍筋的受剪贡献,对《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)中组合梁截面受剪承载力计算公式进行了优化。结果表明,修正后的计算公式具有良好精度。

部分预制预应力型钢混凝土梁受力性能试验与设计方法研究

为简化现场施工工序,创新将预应力技术与装配式技术集成应用于型钢混凝土结构中,提出部分预制预应力型钢混凝土(PPPSRC)梁。通过5个梁试件的受弯性能试验及5个梁试件的受剪性能试验,研究了预应力施加顺序、预应力度、预应力筋高度及预制混凝土种类对PPPSRC梁的破坏形态和截面应力发展的影响,并结合试验结果对各试件的裂缝发展规律、承载及变形能力进行了分析研究。研究结果表明:预应力施加于梁预制部分或施加于整个梁对PPPSRC梁受力性能影响较小,不同预应力施加顺序的试件开裂荷载与峰值荷载差值均在5%以内;预应力度和预制部分混凝土种类对PPPSRC梁的抗裂性能影响显著,其中PPPSRC梁的开裂荷载相较于普通型钢混凝土梁最高可提高166%,而预制部分采用超高性能混凝土相比预制部分采用普通混凝土的试件开裂荷载可提高33%。基于试验结果建立了适用于PPPSRC梁的受弯、受剪承载力以及开裂荷载的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

混合联肢部分外包组合剪力墙基于两阶段耗能的塑性设计方法研究

混合联肢部分外包组合剪力墙结构是一种典型的两阶段耗能结构体系。依据现行设计规范设计的混合联肢部分外包组合剪力墙结构对结构弹塑性阶段的整体性能缺乏考虑,在设防地震和罕遇地震作用下结构的屈服顺序难以控制。基于混合联肢部分外包组合剪力墙结构体系“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准抗震设防性能目标,提出结构两阶段耗能的塑性设计方法。以目标位移和理想破坏模式作为预测结构弹塑性受力状态性能目标,针对不同地震水准下的性能目标,考虑耦连比对结构合理耗能机制的影响,将结构的能力曲线等效为三线型,改进了传统基于能量平衡的塑性设计方法,保证结构在设防地震及罕遇地震下实现理想屈服顺序,避免薄弱层产生。采用建议的设计方法设计了一个12层结构算例,并采用ABAQUS对算例进行推覆分析和弹塑性时程分析。结果表明,采用基于两阶段耗能的塑性设计方法预测的中震及大震下结构顶点位移角与数值分析结果误差分别为0.5%和12.1%,最大层间位移角满足结构弹塑性层间位移角的要求。算例结构能够实现“强节点弱构件、强墙肢弱连梁”合理的屈服顺序,保证结构预期的失效机制和不同地震水准作用下的性能目标,验证了基于两阶段耗能的塑性设计方法的有效性。

大跨度压型钢板-混凝土组合楼板粘结性能试验研究

为研究大跨度压型钢板与混凝土组合楼板的粘结性能,以确定工程设计用的纵向剪切极限应力设计值,开展了6m足尺构件的受弯试验。试验共设计了两组试件,压型钢板的厚度分别为0.88mm和1.13mm,楼板跨度净距为6m。每组试件均由1个静载大跨度试件、2个动载大跨度试件和1个静载短跨度试件组成,并基于欧洲规范计算了每个试件的纵向剪切极限应力设计值。结果显示,循环荷载疲劳动态加载不影响组合楼板的最终承载力和破坏模态。压型钢板的厚度对纵向剪切承载力影响较大,且纵向剪切极限应力设计值的提高幅度大于压型钢板厚度的增加比例。1.13mm厚度的压型钢板相较于0.88mm的压型钢板,厚度增加28%,纵向剪切承载力提高约60%。考虑支座摩擦力影响,基于试验得到的纵向剪切极限应力设计值会减少7%~10%。得到的纵向剪切极限应力设计值可用于跨度为6m及以内的压型钢板-混凝土组合楼板的剪切粘结承载力设计。

采用浅铰缝的横向预应力空心板桥受力性能

为了消除铰缝病害对装配式空心板桥的不利影响,提出了一种采用浅铰缝的横向预应力装配式空心板桥方案。通过对一跨跨径13 m的空心板桥足尺模型的试验和非线性有限元分析,研究荷载作用下的桥梁受力性能。试验结果表明,浅铰缝结合面法向黏结强度为弱侧混凝土轴心抗拉强度的40%;结合面的切向黏结强度为弱侧混凝土轴心抗压强度的1.1%。试验过程中铰缝和新旧混凝土结合面保持完好,空心板先于铰缝破坏失效。采用浅铰缝的横向预应力装配式空心板桥的破坏模式为空心板破坏,铰缝不再是空心板桥受力的薄弱环节。有限元计算结果表明,横向预应力大大减小了铰缝结合面的法向拉应力。空心板桥的浅铰缝结合面发生的是剪切破坏而不是弯拉破坏。参数分析结果表明,施加横向预应力时,预应力不宜小于预应力钢筋强度标准值的45%。

某部分框支剪力墙结构等效刚度比控制分析

转换层下部结构刚度对部分框支剪力墙结构的竖向刚度规则性和地震剪力传递突变程度有较大影响,等效刚度比是衡量转换层下部结构相对刚度的重要设计指标。本文对8度区某部分框支剪力墙结构等效刚度比的控制进行分析讨论。首先,通过转换层下部结构高度线性插值对等效刚度比进行修正,其次,通过调整转换层层高和转换层下部结构剪力墙厚度两种方式,分析不同等效刚度比对结构整体指标、构件受力和结构整体抗震性能的影响。结果表明,等效刚度比越大,转换层与其上一层的层间位移角比和有害层间位移角比越小,等效刚度比小于1.0时,转换层与其上一层的有害位移角比突变增大;设置转换层对转换层以上3层的地震剪力分配产生了较大影响;框支框架的相对刚度比越大,水平力传递突变程度越小;随着等效刚度比增加,结构主要屈服部位由结构底部转移至转换层以上部位。

广州某部分框支剪力墙结构设计

广州市某超限高层项目采用部分框支剪力墙结构,属于A级高度的超限高层建筑,结构同时存在扭转不规则、组合平面及构件间断共3项不规则情况。设计基于性能化进行抗震设计,采用YJK、SATWE两个有限元程序进行小震弹性分析、中震等效弹性分析、大震等效弹性分析,Perform-3D对超限结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析,并采取了针对超限的加强措施。计算及研究分析结果表明,通过对部分关键构件的加强,结构整体的抗震性能满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”,结构体系安全可行。

某树状高层建筑结构设计和分析的若干关键技术问题

主要针对某树状高层建筑在结构设计和分析过程中遇到的建筑大悬挑方案的结构实现、竖向力传力路径分析、抗连续倒塌分析、关键构件性能化设计、楼面体系抗拉承载力分析、节点详细有限元分析等关键技术问题进行了分析和研究,与此同时,也对结构的抗风设计、南北侧双核心筒的设置、局部墙体的偏拉、重力二阶效应等技术问题进行了展开并提供了解决方案。结果表明虽该高层建筑存在体型复杂、大悬挑、平面形状不规则、核心筒偏置等难点,但是通过合理的平面和竖向布置,辅之以详尽的结构分析能够保证结构的安全性。尤其是在通过局部斜撑转换较好地实现建筑大悬挑效果的同时,也能够很好地实现竖向荷载的可靠、直接和简洁的传递,分别从依次拆除斜撑和一次性拆除斜撑两个工况进行了抗连续倒塌分析,从完全不考虑楼板作用和考虑后浇相关层楼板的施工模拟两个角度来复核楼面体系的抗拉承载力,对梁-撑转换节点进行了精细化有限元分析等,最终通过进一步验算保证其在不同水准地震作用下仍能很好地满足预定的性能化设计目标。

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。

高延性混凝土局部置换加固剪力墙抗震性能试验分析

为探究高延性混凝土在提升剪力墙抗震性能方面的作用,文中研究制备了改性活性粉末混凝土,其中添加了聚丙烯纤维和钢纤维。制作三组剪力墙试件,利用高延性混凝土对第三组试件进行局部置换加固,另外两组作为对照组。通过向试件施加垂直载荷与水平载荷模拟地震作用,观察其破坏形态、位移量、钢筋应变。经对比可知,加固试件的承载能力、变形消能效果均强于对照组,说明加固后的剪力墙具有更好的抗震性能。

某大底盘多塔超高层部分框支剪力墙结构设计

某大底盘多塔超高层部分框架剪力墙结构高152 m,位于7度区Ⅱ类场地,为超B级高层建筑,存在扭转不规则、尺寸突变、构件间断、抗扭刚度弱等四项不规则项。通过性能化分析,结构抗震性能可达到C级目标。转换层通过由整体指标到局部有限元的分析论证,提高了转换层关键构件的性能目标要求;多塔对裙房关联区域的影响由上往下逐层递减,采取增加附加钢筋、增加楼板厚度等措施,保证了结构的安全可靠。

装配式部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算

为研究装配式部分包覆钢-混凝土组合短肢剪力墙的受弯承载力和抗震性能,设计制作了5片短肢剪力墙。通过拟静力试验,分析轴压比、翼缘板厚度、混凝土强度和型钢强度对试件破坏形态、滞回性能、受弯承载力、变形能力、刚度退化和耗能能力的影响。试验结果表明:短肢剪力墙表现为典型的压弯破坏;轴压比由0.4增大至0.6,试件的承载力及延性均降低;翼缘板厚度的变化对试件的承载力和延性影响较小;随着混凝土和型钢强度的增大,试件的承载力随之增大;罕见地震作用下,试件表现出良好的抗震性能,提出部分包覆钢-混凝土组合剪力墙受弯承载力计算公式,计算结果与试验值吻合度较高。

某大底盘双塔部分框支剪力墙结构设计分析

某项目采用大底盘双塔部分框支剪力墙结构,存在多项不规则,属于超限高层建筑结构。本文介绍了项目的结构体系及超限情况,采用两种软件进行结构计算分析。针对工程的特点及难点,基于结构性能化要求,对结构采取了中震和大震静力推覆分析,并结合分析结果采取了相应的加强措施。分析表明,结构安全可靠,满足预设目标。

车辆基地上盖全框支剪力墙结构抗震性能振动台试验研究

为充分研究厚板转换全框支剪力墙结构抗震性能,基于工程实例设计缩尺比例为1/15的抽层模型试件并进行振动台试验。通过对试件输入不同烈度的地震动激励,分析试验现象以研究结构破坏模式,进而根据试验结果探讨该类结构体系动力特性、加速度反应、楼层剪力反应及位移反应等地震响应变化规律。研究结果表明:7度(0.10 g)多遇、设防地震工况下结构处于弹性受力状态,7度(0.10 g)罕遇地震工况开始上部塔楼连梁等耗能构件逐渐屈服,结构由弹性受力状态进入弹塑性受力状态,结构自振频率下降明显,7度(0.15 g)及8度(0.20 g)罕遇地震工况下塔楼剪力墙开始屈服,转换厚板性能良好,结构自振频率下降趋于平缓,结构整体破坏机制合理且具有良好抗倒塌能力;同时高阶振型参与结构地震响应,结构顶端鞭梢效应明显;不同地震烈度下结构最大层间位移角均小于规范限值规定,表明结构可实现预定设防性能目标。最后根据试验现象及分析结果提出优化塔楼剪力墙布置、提高塔楼底部加强区剪力墙延性及重视中部、顶部楼层弯剪承载能力等设计建议。

CALCULATION ANALYSIS OF SHEARING SLIP FOR STEEL-CONCRETE COMPOSITE BEAM UNDER CONCENTRATED LOAD

The strain difference of steel and concrete under vertical concentrated load was analyzed on the basis of elastic theory, and was compared with ideal solution of steel and concrete under vertical uniform load. The results indicate that the computing formula concluded from the paper is believable. The practical structure usually bears concentrated load, so it can be used in the practical engineering.

四角两边连接防屈曲钢板剪力墙力学机制

为了保障降低框架柱刚度要求的同时,可以平衡防屈曲钢板剪力墙作为抗侧力构件和耗能构件的功能,本文提出了四角两边连接防屈曲钢板剪力墙。通过理论推导和数值模拟对四角两边连接防屈曲钢板剪力墙力学性能进行研究,给出了理论承载力和最小刚度表达式,分析了内嵌钢板与钢框架相互作用机制,阐述了四角两边连接防屈曲钢板剪力墙刚度和延型,研究了钢框架和内嵌钢板剪力分配规律。研究表明:四角两边连接防屈曲钢板剪力墙相较于四边连接防屈曲钢板剪力墙降低了边框柱刚度最低要求的40%;内嵌钢板承担了80%以上的剪力,当塑性铰完全形成之后,内嵌钢板与框架柱承担剪力比例趋于平衡;混凝土盖板的约束作用能够有效提高内嵌钢板承担剪力能力,混凝土盖板厚度大于40 mm,结构初始刚度和内嵌钢板承担剪力不再增加。因此,四角两边连接防屈曲钢板剪力墙具有良好的抗震性能,可以作为抗侧力构件应用于高层建筑抵抗水平荷载。

预制装配式型钢部分外包混凝土梁受剪性能试验研究

提出了一种部分预制部分外包装配式组合梁,为研究其受剪性能,设计了5根预制装配式型钢部分外包混凝土(PPEC)梁和1根整浇部分外包混凝土(PEC)梁。观察了PPEC梁在竖向荷载作用下的剪切破坏特点并绘制了荷载-跨中挠度曲线,分析了混凝土强度等级、剪跨比和浇筑方式对受剪承载力的影响。试验结果表明:PPEC梁截面形式与构造基本可行,破坏形式均为剪压破坏。混凝土强度越高,PPEC梁受剪承载力越高;随剪跨比增大,PPEC梁受剪承载力降低;PPEC梁受剪承载力略小于整浇PEC梁。

剪力墙局部混凝土置换抗震性能试验研究

为了研究剪力墙局部混凝土置换的抗震性能,设计制作了4片1∶2缩尺的剪力墙试件,分别为1片未达到设计强度剪力墙、1片原强度剪力墙和2片分别采用C50混凝土置换墙体两端、改性活性粉末混凝土(MRPC)置换墙体两端的剪力墙试件。对4片试件进行低周往复荷载试验,对比分析了各试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及位移延性。结果表明:置换试件的抗震承载力、耗能能力、延性、开裂荷载和峰值荷载均有显著提高。采用MRPC置换墙体两端的剪力墙试件在峰值位移和极限位移下较采用C50混凝土置换的剪力墙试件单循环耗能分别提高了36.6%、22.3%,峰值荷载提高了9.3%,MRPC中掺入的钢纤维和聚丙烯纤维增强了墙体的极限变形能力。

新型部分填充工字钢组合梁受剪性能试验研究

为增大钢材利用率,提高组合梁受剪性能,提出了一种新型部分填充工字钢组合梁,并以栓钉排布方式、剪跨比以及混凝土填充量为参变量,采用“力-位移控制”的加载方式,对4根新型组合梁及对比工字钢梁进行了静力荷载作用下的受剪性能试验研究;对比分析了新型组合梁和对比工字钢梁受力过程中的破坏形态、剪力-转角曲线、剪力-应变曲线以及承载力变化情况。结果表明:剪跨比1.6≤λ≤2.0的组合梁发生剪压破坏,剪跨区有贯通的主斜裂缝;剪跨比为1.15的组合梁发生斜压破坏,剪跨区形成多个受压短柱,混凝土大面积剥落;剪跨比从1.6减小至1.15时,极限承载力相应提高了31.8%;混凝土的存在使新型组合梁的受剪承载力较普通的工字钢梁提高了33.3%;翼缘栓钉的存在提高了组合梁截面的组合作用,使混凝土能充分发挥其抗压能力,极限受剪承载力相应提高了5.8%~29.1%,组合梁延性和刚度也相应增大;结合试验实测数据,基于新型部分填充工字钢组合梁的构造特点,采用组合结构设计规范中受剪承载力计算公式,公式计算值与试验值吻合较好,该公式可为实际工程中的结构设计提供一定参考。