功能可恢复RCS混合框架结构研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架结构以其结合了混凝土优异的抗压性能及钢材优异的抗弯性能而受到广泛关注,而可恢复功能结构以其震后快速恢复使用功能的能力,也成为地震工程界研究的新热点。功能可恢复RCS混合框架结构可以在弯矩较大的梁端和柱脚部位设置可更换构件,实现结构的功能可恢复能力。文中简述了近年来功能可恢复RCS混合框架结构研究进展,重点关注各类型功能可恢复钢梁、功能可恢复摇摆柱脚的构造研究,介绍了功能可恢复RCS混合框架结构性能分析研究进展。最后,对功能可恢复RCS混合框架结构仍需深入研究的问题进行了展望。

某不规则多层长途汽车站结构设计及分析

某不规则多层长途汽车站工程主要由长途客运站、公交首末站、换乘连廊及站台雨棚组成。长途客运站主体结构采用框架-剪力墙结构+张弦梁屋盖。换乘连廊采用单排柱柱顶铰接的排架结构。主要介绍了具有多排斜柱、扭转不规则、楼板大开洞、凹凸不规则等多项不规则的长途客运站的抗震性能设计、屋面张弦梁结构设计;分析了钢箱梁+钢筋混凝土Y形分叉柱的换乘连廊的结构特点;剖析了钢箱梁考虑剪力滞效应和受压局部稳定影响的有效截面宽度的计算及Y形分叉柱与横梁、Y形分叉柱柱墩支座选型的设计要点。分析结果表明,所采取的合理结构设计确保了结构安全。

深圳岗厦北综合交通枢纽大尺寸钢管混凝土半埋 入式柱脚性能试验研究

深圳岗厦北综合交通枢纽位于地下空间资源紧张的城市核心区,规模巨大且荷载工况复杂,核心换乘区设有51.2m×48.0m的无柱超大跨中庭。为解决由场地条件限制导致的柱脚埋深不足问题,结合已有研究成果和工程实践经验,依托深圳岗厦北综合交通枢纽,提出并设计了半埋入式钢管混凝土柱脚节点。为检验节点可靠性,通过1/5大比例缩尺模型试验结合数值分析研究了轴力、剪力和弯矩共同作用下的半埋入式柱脚节点的力学响应,分析了柱脚内部的应力分布规律,揭示了同时设置环板和栓钉作为抗剪连接件时的工作机理。分析结果表明:设计荷载工况下,钢管混凝土柱轴力主要通过环板和柱脚底板传递,弯矩主要通过钢管侧壁承压传递;环板埋深较浅时可以获得较高的传力效率,但其下部混凝土易出现应力集中;钢管侧壁栓钉在埋置深度范围内均能够较好地发挥抗剪作用。承台下部桩基布置合理,设计荷载工况下未见承台冲切破坏特征、节点整体处于弹性工作状态;1.2倍设计荷载工况下节点刚度仍未见明显退化,节点混凝土未出现压溃或剥落,表面无可见裂缝发展,各关键位置钢材应力低于材料强度。设置环板和栓钉作为剪力连接件的半埋入式柱脚可以实现对钢管混凝土柱的可靠嵌固,提出的采用抗剪环板加强的钢管混凝土半埋入式柱脚节点设计与构造方案合理可行,满足结构安全要求。

基于现行规范的型钢混凝土柱侧力-位移曲线预测方法研究

型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)柱因承载力高、刚度大和耐久性能好等优点而被广泛应用于高层结构中。然而,现阶段SRC结构设计普遍基于承载力设计法,基于性能的抗震设计法在SRC结构方面的应用仍待完善。作为基于性能(位移)的抗震设计方法中最重要的一环,现阶段SRC构件的侧力-位移关系评估缺乏规范指导。基于美国现行规范ASCE/SEI 41-17中针对钢筋混凝土构件的相关规定,结合SRC构件的受力与变形特征,提出了发生弯曲破坏的SRC柱在地震作用下的侧力-位移曲线建模方法。该曲线采用约束混凝土强度计算SRC构件的峰值承载力;使用刚度折减法考虑型钢与混凝土之间的黏结滑移;基于SRC构件的变形特征考虑了纵向受力钢材端部滑移对柱顶侧移的贡献。最后,通过与28根SRC柱试验结果的比较证明了曲线的适用性。计算结果表明:所提出的曲线能合理预测发生弯曲破坏的SRC柱的开裂荷载、开裂位移、峰值荷载、峰值位移和强度退化,可为SRC结构的性能化抗震设计提供参考。

通号电化科创大厦超限高层结构设计

通号电化科创大厦结构高度121.35m,采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。结构设计采用了钢管混凝土外框柱、密肋楼盖及双连梁以达到更优的建筑使用空间。结合地层情况及摩擦型桩基的特点,基础设计采用了考虑桩土共同作用的设计思路,分别通过国内规范考虑承台效应的方法及参考国外文献的方法对桩土分担比例做了计算并按其结果进行了应用。本工程有多项不规则项,为超限高层结构。采用YJK和ETABS软件对结构进行了静力弹性分析,两种软件的分析结果较为吻合且均满足规范要求。采用Perform 3D软件对结构进行了罕遇地震下的动力弹塑性分析,根据分析结果对结构在罕遇地震下的抗震性能进行了评估,结构能够满足罕遇地震下预期的抗震性能目标。钢管混凝土柱与混凝土梁的连接节点为本工程的关键节点,针对该连接节点以往做法存在的问题,本工程设计了一种开大孔的连接节点并进行了节点有限元分析,结果表明节点具有一定的安全储备。最后,对密肋楼盖的建模模拟情况及计算结果进行了讲述。

半刚接柱脚自复位装配式钢框架拟动力试验研究

为解决刚接柱脚自复位装配式钢框架结构在中震或大震下底层柱可能发生较大的塑性变形的问题,设计一种半刚接柱脚自复位装配式钢框架结构。对其子结构进行拟动力试验,对比框架在Taft地震波、LOS000地震波和El-Centro地震波输入及不同等级地震下的节点开口、耗能能力、刚度退化、预应力损失和应变变化。试验结果表明,钢框架在大震作用下具有良好的自复位功能和耗能能力。钢绞线平均预应力损失最多仅为1.58%,说明施加预应力的方法是可靠的。钢框架柱脚能够始终保持弹性状态,因此震后仅需修复钢梁,大大降低了修复成本。

柱脚耗能摇摆钢支撑结构滞回性能分析

柱脚耗能摇摆钢支撑结构是一种具有可恢复功能的结构形式,具有良好的耗能能力,柱脚破坏后易于替换修复。采用ABAQUS有限元分析软件建立柱脚耗能摇摆钢支撑结构模型,耗能柱脚采用两种不同的构造形式,分析了结构在低周往复荷载作用下的滞回性能。分析结果表明:柱脚耗能摇摆钢支撑结构滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。耗能柱脚依靠耗能剪切板孔间短柱进入塑性耗能,剪切板孔间短柱端部为薄弱部位,加载过程中最先发生断裂;耗能柱脚耗能板孔间短柱宽度越大,耗能柱脚剪切板宽度越小、结构的跨度越大,构件的耗能能力越好,分析了柱脚耗能摇摆钢支撑结构的典型屈服机制,基于小变形假定,推导了屈服承载力计算公式,与有限元分析结果比较吻合较好,能较好地为实际工程提供依据。

连柱摇摆钢支撑抗震性能研究

为了提高连柱摇摆钢支撑的耗能能力,提出了支撑跨柱脚采用开椭圆孔截面的新型构造措施。采用有限元分析软件ABAQUS建立连柱摇摆钢支撑框架结构模型,进行了低周往复加载,对比分析了耗能连梁长度、框架跨度、框架高度等不同设计参数对结构抗震性能的影响。分析结果表明:连柱摇摆钢支撑主要由耗能连梁及耗能柱脚进入塑性来耗散能量,结构具有合理的破坏模式;连柱摇摆钢支撑结构具有较好的耗能能力,滞回曲线为饱满的梭形;结构的极限承载能力随着耗能连梁长度的增加呈现出先增大后减小的趋势,结构的累积滞回耗能能力也逐渐降低;耗能连梁应宜采用剪切屈服型,建议耗能连梁长度的取值范围为(1.2~1.5)Mp/Vp;增大框架跨度和减小框架高度等可以显著提升结构的耗能能力、刚度和承载能力。基于小变形假定和虚功原理,分析了连柱摇摆钢支撑结构在极限状态的典型屈服机制,推导出极限承载力计算公式,与有限元计算结果比较吻合,验证了公式的合理性,可为工程应用提供参考。

竖向混合结构钢柱脚抗震性能试验研究

低层或多层既有建筑数量较多,对其直接进行加层改造已成为完善建筑使用功能、增加使用空间的重要手段。钢结构具有自重小、构造灵活、施工方便等优点,在既有建筑加层改造工程中得到广泛应用。针对既有混凝土框架结构上部直接进行钢结构加层工程中常用的柱脚连接方式,按照实际工程施工流程,在既有混凝土结构上打孔,通过植入化学锚栓的方式固定上部钢柱脚,分别设计制作钢柱脚四周设置加劲肋的强连接柱脚节点试件和钢柱脚四周无加劲肋的弱连接柱脚节点试件,通过拟静力试验对试件抗震性能进行对比分析。研究结果表明,强连接与弱连接柱脚节点破坏形式相同,均为锚栓拔出破坏,上部钢柱脚均处于弹性工作状态;强连接柱脚节点峰值承载力相对于弱连接柱脚节点峰值承载力提高了193%;强连接柱脚节点耗能能力相对于弱连接柱脚节点有所增强,但耗能系数减小。

装配式建筑柱脚钢纤维豆石灌浆料研究与应用

为了达到装配式建筑柱脚灌浆应用的特种高强、抗裂、无收缩水泥基灌浆料应用要求,研究C60型钢纤维豆石灌浆料。单因素试验研究了豆石、钢纤维对于灌浆料性能影响;单因素试验系统探究矿物掺合料对灌浆料性能影响规律;工程应用研究材料工程适应性。结果表明:(1)豆石在体系中凝结硬化后会使硬化体机构更加密实,抗冲切能力增强。最佳掺量为8.0%。(2)钢纤维掺加会明显提高体系黏度,施工性能变差,但会提高灌浆料后期强度,钢纤维最佳掺量4.0%。(3)矿粉对于后期强度提高明显,28 d抗压强度提高超过3.3%;粉煤灰使初始流动度增大。(4)工程应用得到钢纤维豆石灌浆料初始流动度达到300 mm,28 d抗压强度超过65 MPa,抗压强度富余值超过8.33%。

某大门结构在多制约条件下的设计实现

以建在整体地库上方的某大门项目作为研究对象,大门采用大跨钢筋混凝土框架结构,但地库已施工完,在没有留设柱基础以及屋顶的悬挑较大和不规则造型等条件下,对结构设计进行了分析研究和建模计算,提出了解决方案。研究结果表明:在后建地上柱网与已建地下柱网不对齐、柱基偏心、基础不均匀沉降、管线与基础相碰等各种制约条件下,通过采取针对措施,大门设计得以实现,并且是安全、合理和经济的。

基于增设PBL锚固件的新型外露式钢柱脚设计研究

为满足设计中外露式钢柱脚在桥梁工程中的刚性连接承载力需求,归纳整理了工程设计中外露式钢柱脚刚性连接的常用计算规定,基于西安某人行天桥工程桥墩的受力需求提出了一种增设PBL锚固件的新型外露式钢柱脚设计,并进一步在工程实例中计算分析了该新型外露式钢柱脚的承载能力结果及特性。结果表明:同等尺寸下,新型外露式钢柱脚刚性连接时可以提供更高的侧拉锚固力,但需配合更高的基面混凝土抗压强度,具备一定的施工便利性,但对施工精度要求较高。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——钢柱脚

根据《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》,详细介绍了钢柱脚的轴力传力机制以及外包式钢柱脚的弯矩传力机制。对于外包式钢柱脚,指出规范关于外包混凝土最小高度要求的实质,提出了钢柱传递至外包混凝土的轴力、界面抗剪、外包混凝土的抗冲切等计算公式,并对《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99—2015)关于外包式钢柱脚极限受剪承载力的计算公式提出了改进建议。现行规范关于钢柱下混凝土的局部受压计算,偏不安全,提出了基于壁板以及钢柱整体的混凝土局部受压计算方法。

柱脚设置盖板式滑移摩擦节点单层钢框架抗震性能研究

钢框架结构柱脚在地震作用下发生塑性屈曲将对震后修复造成困难。基于损伤控制概念,研究在柱脚设置盖板式滑移摩擦节点(CPSFJ)钢框架的抗震性能及损伤情况。设计并制作了2个1/2缩尺的单层钢框架试件,其中一个为柱脚设置CPSFJ钢框架试件,另一个为普通钢框架试件,对其进行拟静力加载试验。普通钢框架在加载结束后,柱脚处屈曲严重。柱脚设置CPSFJ的钢框架,在加载过程中CPSFJ如期发生滑移;钢柱段无明显损伤变形,CPSFJ拼接盖板发生弯曲变形,黄铜摩擦片表面出现磨损,可在震后复位钢柱、更换拼接盖板和摩擦片以实现修复;框架滞回曲线饱满,骨架曲线无明显下降,表现出良好的抗震性能。

某续建改造项目裙房结构设计难点分析

建筑方案的修改导致本工程有以下设计难点:南侧既有地下室结构在±0.00标高处,柱未甩筋或甩筋不足,部分柱位未对齐;商业裙房地上部分存在扭转不规则、偏心布置、凹凸不规则、楼板不连续、局部不规则等不规则项。为解决这些难点,对上部结构体系与柱脚连接问题统一考虑,以期得到裙房的结构体系。为确定结构的抗震性能目标,采取了合理的概念性设计、计算分析和构造措施,并对关键构件进行了计算分析论证。结果表明:裙房采用钢框架-支撑(屈曲约束支撑(BRB)+局部防屈曲钢板墙(BRW))结构体系最为合理,BRB的设置大幅减小了首层柱脚位置的内力,优化了裙房构件尺寸,保障了整体结构的安全性和经济性。

一种新型全装配柱座式节点力学性能的数值分析与设计方法

提出一种方钢管柱与H型钢梁连接的柱座式全装配节点,在梁柱交汇处形成节点中心,由法兰盘连接上下柱,由端板连接钢梁。通过改变节点的端板厚度、螺栓直径和法兰盘与加劲板的开孔直径等参数,采用ABAQUS软件对4组节点试件进行了有限元数值分析,在单调加载制度下研究了各节点的极限承载能力与变形破坏模式,分析了参数改变对节点性能的影响;通过对节点进行往复加载获取节点的滞回曲线、骨架曲线,分析其耗能性能、延性性能及刚度退化等抗震性能。研究结果表明:该节点具备良好的抗震性能和耗能能力,端板厚度与螺栓直径对节点承载力有较为显著的影响,节点设计时合理选取参数可在保证节点承载性能的同时,充分发挥其耗能性能以确保梁柱等主要构件不发生塑性破坏。

柳东新区文化广场结构设计难点分析

柳东新区文化广场地上结构分为A区(A1科技馆、A2青少年宫)、B区(B1群艺馆、B2文化配套中心)、C区(拱廊)。地下设有两层连通的人防地下室。A区、B区上部结构从下至上逐层倒悬外挑、平面尺寸逐层扩大。外围结合建筑要求设置斜柱支撑外圈结构,利用钢梁将斜柱水平分力传递至内侧结构。柱底采用一种浅埋式钢管混凝土柱柱脚构造,倒悬外挑部分采用钢梁+钢筋桁架楼承板以避免高支模施工。介绍了基础和主体结构的设计思路,对A、B区倒悬外挑结构和C区拱廊桁架的受力进行了分析,分析结果表明,结构设计合理。

桥式车站装配式钢结构雨棚设计与施工要点简析

针对现有铁路客站钢结构站台雨棚结构形式和施工技术存在的问题,提出一种全新的装配式站台雨棚结构。通过对桥式车站装配式钢结构雨棚设计与施工要点分析,提出了关键节点细部构造做法,给出了施工关键要点质量控制措施,在保证结构安全的同时,大大提高施工速度和质量,改善雨棚的观感质量,对推动铁路站台有柱雨棚装配式标准化建设具有积极的意义。

第十届中国花卉博览会世纪馆变截面铸钢柱脚的设计与研究

为满足建筑效果与受力性能需要,第十届中国花卉博览会世纪馆采用变截面铸钢柱脚。结合铸钢件的受力特点初步设计铸钢件的截面尺寸,并采用有限元软件ABAQUS,基于不同截面、轴力及柱高的有限元模型,对柱的抗侧刚度进行参数化分析。结果表明:柱脚在设计荷载下满足承载力要求;柱的轴力通过压力和剪力传递至铸钢颈部,按悬臂板计算顶部托盘的厚度过大;柱脚底板下的压应力并非均匀分布,局压面积取底板面积将高估局压承载力,采用均布反力假定确定的柱脚底板厚度过于保守;钢柱的抗侧刚度介于铰接与刚接之间;变截面简化模型的抗侧刚度与有限元结果吻合,在整体模型中钢柱采用该简化模型可较好地反映柱脚节点的连接形式。

钢结构柱脚连接与安装施工技术研究

通过结合工程实际案例,研究主楼钢结构柱脚连接位置设置于负一层楼板处,存在模板加固、钢柱安装、混凝土浇筑质量、成本造价等问题。通过深度剖析具体施工细节及控制要点,探讨采用首层钢结构柱外包式柱脚和精准定位预埋锚杆螺栓的方式将上部钢结构柱与地下室顶板混凝土进行连接,可以降低施工难度,提前工期和节约造价。