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。

可恢复功能装配式钢框架梁柱节点力学性能研究

装配式钢结构具有施工快、工期短、污染小的优点。基于此,提出一种由方钢管柱、H型钢梁、保险丝、高强螺栓和现浇楼板组成的可恢复功能装配式钢框架梁柱节点,并变换保险丝处梁间缝隙宽度、保险丝长细比和保险丝屈服强度三个参数,共建立了13个有限元模型进行分析。研究结果表明:保险丝能够实现损伤控制,保护主体结构免受损伤;保险丝处梁间缝隙宽度大于5mm时,可以保证梁段不发生碰撞,损伤集中在保险丝处,工程应用中建议采用10mm的缝隙宽度;保险丝长细比为43时,能够保证可恢复功能装配式钢框架梁柱节点具有足够的承载能力;当主体结构选用Q345B钢材时,保险丝宜采用Q235B钢材,以实现保险丝的损伤控制。

角钢连接的装配式异形柱框架边节点抗震性能研究

装配式异形柱混凝土框架是城镇建筑适用的结构形式,采用角钢连接预制梁和柱比现浇节点更方便、环保,节点的力学性能是实现框架结构抗震性能的关键因素,因此研究角钢连接的装配式异形柱框架节点抗震性能十分必要。设计制作了角钢连接的装配式异形柱框架结构边节点足尺模型,通过拟静力试验和数值分析相结合的方法,研究了其破坏机理和力学性能参数,提出了其用于整体结构分析的简化模型。研究表明:角钢连接的装配式异形柱框架边节点与现浇节点有相同的梁铰破坏机制,装配式节点刚度小于现浇节点,而延性和耗能能力略优于现浇节点;装配式框架结构整体内力分析结果与现浇框架不同,应按照半刚性节点框架的内力分析结果确定预制构件的配筋;将螺栓孔灌实的顶底角钢连接的装配式框架节点与现浇节点力学性能几乎相同。

一体化内嵌墙板与梁柔性连接钢框架结构抗震性能研究

一体化内嵌墙板用于钢框架结构可进一步提高装配率,为了提高一体化内嵌墙板的安装效率并减少其对主体结构抗震性能的影响,提出了一种“上挂下坐”式柔性连接方法。为了验证该柔性连接的可靠性并探明采用该方法连接的一体化内嵌墙板对钢框架结构抗震性能的影响,通过低周反复荷载试验和有限元分析研究了多种工况下单榀及空间钢框架结构的受力性能。结果表明:“上挂下坐”式柔性连接可靠,“上挂”区未见明显损伤;墙板与框架柱之间填充轻质泡沫材料,利于耗能且能降低框架结构损伤;采用“上挂下坐”式柔性连接的一体化内嵌墙板对钢框架结构抗震性能的影响分为三个阶段,其中小震下不参与主体结构抗侧,当层间位移角大于1/174时,其对刚度的贡献逐渐显现且存在随机波动性;大震下一体化内嵌墙板可等效为“只受压不受拉”的斜压杆单支撑模型,考虑内嵌墙板作用后基底剪力、塑性铰数量、层间位移角均显著增大或增多,其刚度的随机性对层间位移角和塑性铰存在影响、对基底剪力基本无影响。研究成果可为采用柔性连接的一体化内嵌墙板用于钢框架结构提供参考依据。

考虑弱支撑的装配式钢结构抗震性能推覆分析

采用SAP2000软件建立有限元模型,选择Pushover分析方法,对结构进行模拟分析,研究装配式墙体中弱支撑对钢框架结构抗震性能的影响。结果显示,在不同抗震设防要求和场地特征周期下,均能得到性能点。在两种不同水平力作用下,有支撑结构的基底剪力增大,顶点位移减小,多、罕遇地震设防烈度下层间位移角满足抗震设防目标,并远小于无支撑结构,证明弱支撑在结构抗震中发挥了重要作用,在结构设计中应予以考虑。

模块化装配式斜支撑节点钢框架试验研究

为了获得模块化装配式斜支撑节点钢框架结构中框架体系的受力性能、破坏模式及破坏机理,对4个原尺寸的一层两跨单榀框架进行了水平和竖向静力加载试验,研究了装配式斜支撑节点钢框架的承载能力、变形特性、传力机理、破坏形态和机理.通过不同斜撑布置和构件截面尺寸框架的受力性能对比分析,获得了影响其极限承载能力的规律.进行了4个一层两跨单榀框架的实体非线性有限元静力分析,并与试验结果对比.研究结果表明:装配式斜支撑节点钢框架抗侧刚度大,延性性能较好,抵抗水平荷载能力强;结构塑性变形均发生在桁架梁和斜支撑上,符合"强柱弱梁"的抗震设计原则;斜撑对抵抗水平荷载和变形至关重要;与桁架梁交汇处是斜支撑受力薄弱的区域,斜支撑槽形截面开口处最先屈服,但屈服后塑性变形没有进一步发展,斜支撑槽形截面的腹板受力较小.

模块化装配式斜支撑节点钢框架结构整体稳定性能研究

为了获得模块化装配式斜支撑节点钢框架结构体系的受力性能和设计方法,采用有限元分析方法,考虑结构整体对核心模块新型斜支撑柱的约束作用,在结构整体中研究斜支撑柱的承载能力,通过极限承载力反推得到了斜支撑柱的计算长度系数,解决了该结构体系设计的关键问题.进行了30层结构的整体有限元分析,获得该结构体系在水平荷载超载、竖向荷载超载及二者同时超载下的极限承载力、破坏模式和机理,该体系的破坏模式符合强柱弱梁的抗震原则.研究结果表明:该结构体系侧向刚度较大,但延性较差,在水平和竖向荷载作用下极限承载力系数取2.0较合理,承载力具有足够的安全储备.

斜交网格结构铸钢节点承载力有限元分析

目的判定某观光塔中铸钢节点构造是否合理,明确其传力机理和破坏模式,为设计提供参考.方法采用ANSYS对该铸钢节点在多种荷载工况作用下的受力性能进行有限元分析,并与相同条件下的钢节点进行比较,考察竖向加劲板和横向加劲肋的作用.结果节点设计承载力和极限承载力分别为设计荷载的1.4倍和3倍;该铸钢节点与相同条件下钢节点承载力性能基本一致;节点主要由节点管和竖向加劲板传力,且加劲肋和加劲板对节点管有较强的约束作用并能有效缓解应力集中.结论节点构造合理,传力明确,具有较大的承载力余富,分析所得数据可以为设计提供参考.

屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构干式柔性梁柱节点的试验研究

建议了一种由受弯框架与采用梁柱柔性节点的屈曲约束支撑框架并联组成的装配式混凝土双重抗侧力体系,设计并完成了4个装配式梁柱节点试件和1个现浇节点试件的往复加载试验。研究了混凝土楼板、螺栓孔形式等因素对该柔性节点受力性能和破坏模态的影响,并与现浇试件进行了对比。试验结果表明:混凝土楼板对柔性节点刚度及承载力有很大的影响,在设计时不可忽略;螺栓孔形式在结构位移较小时对节点的受力性能没有影响,但当结构位移较大时会影响节点的破坏模式;与现浇节点相比,装配式柔性节点具有很大的变形能力。

浙江智慧之门混凝土核心筒-巨柱钢斜撑超高层结构体系分析与设计

浙江智慧之门是总高度为280m的双塔超高层,是杭州标志性建筑之一。对混凝土核心筒+巨柱框架+钢斜撑结构进行了重力和风荷载作用下受力分析;研究了结构在地震作用下动力特性及巨柱斜撑外框架受力特点;介绍了巨柱斜撑外框关键节点受力分析及结构设计;另外通过塔楼全过程施工模拟,分析了墙柱混凝土收缩徐变对钢巨柱及斜撑内力的影响,提出构件设计中应力比应留有足够余量以确保结构安全。

单层门式刚架轻型房屋支撑体系的受力分析

依据几个大跨度单层门式刚架轻型房屋的设计体会 ,对支撑体系的设计 ,着重对支撑体系的刚度、承载力、连接进行了分析和研究。同时就支撑体系的设计要点提出了建议。

带斜撑的装配式钢结构抗震性能分析

采用SAP2000有限元程序对装配式钢结构进行静力荷载分析、模态分析和两个方向的地震荷载分析,讨论结构在多条地震波作用下的动力位移及内力响应。结果表明,该结构在静力荷载和地震荷载作用下,内力和位移均能满足规范要求。其计算结果对于确保装配式钢结构的抗震安全性具有重要意义,对装配式钢结构的抗震设计有一定的参考价值。

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。

攻丝钢板高强度螺栓连接的装配式钢框架斜支撑节点受力性能分析

以攻丝钢板高强度螺栓连接的装配式钢框架斜支撑节点静力试验为基础,采用有限元分析方法,对试验过程进行非线性数值模拟与分析。研究了此节点的受力变形机理,探讨了钢材牌号、攻丝钢板厚度、斜支撑钢板厚度、螺栓孔边距、螺栓孔端距、螺栓孔中距等因素对节点受力性能的影响。分析结果表明:随着钢材牌号的增大,节点的抗滑移能力及极限承载力有明显提升,钢材牌号宜选用Q345钢及以上;当攻丝钢板厚度超过20 mm时,其极限承载力不再明显提高,因此攻丝钢板厚度建议取0.7d0~1.0d0。研究分析的结果可为工程设计提供参考依据。

装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构体系抗震性能研究

将短剪切型耗能段和Y形偏心钢支撑引入全装配式混凝土框架结构中,并结合装配整体式混凝土框架结构,可得到一种装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构体系,以更好适应当前抗震要求。为将损伤集中在耗能段和装配式混凝土梁上,提出并研究一种基于弯剪分离的全装配式混凝土梁-耗能段组合节点、一种全装配式混凝土梁柱-钢支撑组合节点。设计某12层装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构体系,并采用弹塑性时程分析方法研究其抗震性能。结果表明,在保证各关键节点性能的前提下,该结构在不同地震下均能满足要求,且耗能段率先剪切屈服耗能,随后不带Y形偏心钢支撑的框架梁发生弯曲屈服,与预期抗震性能相符。另外,带Y形偏心支撑的框架梁-梁间采用铰接连接,可有效降低全装配式混凝土梁柱-钢支撑连接节点的受力,防止框架梁产生塑性铰,使结构具有抗震性能好和震后功能可恢复等特点。

承载-耗能铰节点装配式钢框架结构抗震弹塑性分析

为研究高地震烈度地区的预制装配式减震建筑结构,本文提出一种适用于高层钢结构的兼具承载-耗能的新型梁柱节点,利用薄板小挠度理论推导此新型节点的屈服弯矩和转角以及极限弯矩和转角,实现了设计参数可控。借助SAP2000有限元平台,选择0.8、0.7、0.6倍的梁端屈服弯矩承载-耗能铰节点,并应用于12层钢框架结构,对其进行结构静力弹塑性分析和动力弹塑性分析,研究新型节点在罕遇地震下性能点处的层间位移角、顶点位移及基底剪力。根据现有规范评价节点的延性和抗震性能,研究表明,布置不同参数的新型节点,在罕遇地震下性能点处的层间位移角、顶点位移及基底剪力均小于普通钢框架结构,并随着梁端屈服弯矩的削弱而减小。此新型节点具有良好的延性和耗能能力,更易实现"强柱弱梁"失效机制,连接构造安全可靠,满足现有抗震设计要求。

某超限高层结构抗震性能化设计

某超限高层结构,采用框架-核心筒+钢斜撑结构体系,为了提高结构的抗震性能,本工程结构抗震设计应用了性能化设计的方法,结构的预期抗震性能目标定位为略高于D级。设计中针对结构存在的多项不规则采取了相应措施,并采用了多程序、多工况进行结构分析计算。计算结果表明:结构满足小震弹性;中震底部加强部位竖向构件抗剪弹性、抗弯不屈服,钢斜撑中震弹性;满足大震下的截面控制条件及规范的弹塑性层间位移角规定,整体结构的抗震性能高于D级标准。

大型蓄水罐幕墙支承结构设计

国家会展中心(上海)配套的能源中心立面改造工程,是首届中国进口博览会提升工程的一部分,其两座蓄水罐外侧需设置幕墙,因此需要设置为幕墙立面提供的支承结构。提出定量评价支承结构空间作用的两个指标:基于倾覆力矩和基于顶点位移的空间作用指标。经方案比选分析,采用支撑棋盘式布置的钢框架支撑结构能较好地发挥空间作用。此外,对幕墙支承结构的后置基础方案,提出一种解决新老基础抗倾覆作用的抱箍节点。经有限元分析论证,新老基础共同工作受力合理,避免了大范围基础施工对周边环境的影响。

桁架式钢骨混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

对6个桁架式钢骨混凝土梁柱节点试件进行了低周往复荷载试验,研究轴压比、预应力、节点核心区交叉斜腹杆等因素对试件滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等性能的影响。试验结果表明:6个试件发生了梁端塑性破坏;桁架式钢骨混凝土梁柱节点破坏经历了初裂、通裂、极限、破坏4个特征阶段;轴压比对节点刚度退化及极限承载力有明显影响,轴压比越大,节点极限承载力越高,刚度退化越快;节点核心区交叉斜腹杆对试件承载能力的影响较大,含有交叉斜腹杆试件的耗能能力均好于未设置交叉斜腹杆的试件。

重庆某超限高层办公建筑结构设计与分析

重庆某办公建筑是框架-剪力墙结构,综合判定属于平面、竖向不规则超限高层建筑。介绍了该建筑的主要特点以及超限情况,并对地基基础、结构布置、构造设计等相关内容进行了简要说明。针对项目特点及超限情况,主要采取了以下措施:1)增加平面连接薄弱部位楼板厚度;2)大跨度框支框架采用型钢混凝土结构;3)楼板大开洞部位设置钢筋混凝土斜撑。针对整体结构、关键构件、复杂节点,采用了SATWE、MIDAS Building、MIDAS Gen、ANSYS等软件进行了多遇地震、设防地震及预估罕遇地震作用下分析对比和补充验算。结果表明结构各项设计指标均满足规范要求,结构抗震性能良好,结构体系安全可行,该结构能达到设定的D级(局部C级)抗震性能目标。