Steel rings as seismic fuses for enhancing ductility of cross braced frames

A new remedy is proposed in this study to increase the ductility of cross-braced frames to a level comparable with ductile moment frames.The suggested system consists of one or two concentric steel rings installed in the cross-braced bay vertically.The steel rings are designed such that they fail in bending sooner than failure of the braces in compression.Then the rings act as seismic fuses with multiple bending plastic hinges.Using nonlinear static analysis,it is shown that the proposed system can be designed to behave like cross-braced frames with regard to stiffness and strength,and like special moment frames with regard to ductility.Seismic design factors for the proposed system are recommended based on nonlinear pushover and cyclic analysis studies.

广州航空轮胎大科学装置主体结构设计

广州航空轮胎大科学装置作为科学试验、产业吸引的重要建筑,方案新颖奇特,为竖向及水平圆组合的造型。结构设计时,通过设置防震缝将其分割成两个独立的结构主体,同时考虑建筑造型、试验设备、超高大跨吊车等的相关需求。竖向圆为中部通高的六层钢框架-中心支撑结构,充分利用吊车支撑做成强支撑框架,减少中部30m高跃层柱的长度系数,同时充分利用建筑形体,在30m以上做成半圆柱面单层网壳结构,实现建筑效果的同时也节约了材料;水平圆为钢框架结构,针对屋面大跨楼盖,采用单向密肋实腹钢梁,钢梁截面最大高度为1.9m,以满足建筑净空和结构挠度等要求;幕墙与主体间采用桁架式铰接支座,实现外鼓幕墙造型;10台半埋式试验台基础采用灌注桩基础,并设置隔振沟以减轻动力试验对主体结构的影响。设计最终很好地实现了建筑功能及结构安全性和适用性。

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。

基于整体节点理念的钢盖梁与混凝土墩柱连接结构优化设计

针对传统钢盖梁设置套筒外包混凝土墩柱方案墩梁连接位置刚度突变、应力集中及施工定位精度要求高的问题,基于梁柱整体节点理念,以门式框架墩为例,提出一种钢盖梁与钢套筒连接结构优化方案。该方案将连接位置处钢盖梁和钢套筒腹板设计为整体节点板,钢盖梁和钢套筒翼缘板加劲肋一一对应,并将现场接头设置在钢盖梁侧。以某公路工程匝道桥为背景,采用有限元软件分析其门式框架墩采用传统方案与优化方案的受力性能,并将优化方案应用于实桥。结果表明:该优化方案传力顺畅,结构应力集中程度较低,构造合理;该优化方案施工较为简单,容错性更好,具有良好的推广应用前景。

铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系抗震性能分析

层高高、跨度大、活荷载大特点的物流仓库、数据机房类建筑,采用普通刚接框架将导致梁、柱截面尺寸大,且大震下会出现梁端不屈服而柱脚屈服的现象,因此提出铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系,该体系主要通过梁柱铰接的高强钢框架承担竖向荷载,屈曲约束支撑及相连的刚接普通钢框架组成支撑框架主要承担结构的水平力。结合工程实例,建立有限元模型分析铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系的抗震性能。结果表明:在多遇地震下,地震作用由支撑框架承担;在罕遇地震下,结构刚度退化,结构内力响应下降,屈曲约束支撑产生较大的屈服变形,耗散地震能量,支撑框架中的框架梁、框架柱仍保持弹性状态,铰接高强钢框架的高强钢梁、钢柱保持弹性,结构层间位移角小于1/100;在极罕遇地震作用下,结构仍然不出现塑性铰。与普通刚接框架相比,铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系节省了9%的钢材用量,碳排放降低了9%;铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系抗震性能较好,在高烈度区的层高高、跨度大、活荷载大的建筑中使用具有良好的技术优势。

型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切试验研究

研究型钢剪力架增强钢筋混凝土板柱节点的抗冲切性能,得到型钢剪力架设计的优化方案。考虑型钢的翼缘厚度、腹板厚度、伸臂长度、锚固栓钉规格不同,设计9个板柱节点试件进行反向静力模拟加载试验,考察试件的破坏历程和破坏形态,量测节点的承载力、变形和应变等指标,调查不同设计组合对板柱节点抗冲切破坏模式和承载力的影响规律,阐明其失效破坏机制。结果表明:型钢剪力架能够提高板柱节点的抗冲切性能,改善冲切破坏的脆性特点;设置型钢翼缘、锚固栓钉能够强化节点内纵筋、型钢和混凝土的协同工作,增加型钢腹板厚度和设置翼缘均可在一定程度上提高板柱节点的抗冲切承载力和延性能力;锚固栓钉代替型钢翼缘可改善板柱节点的抗冲切承载力,但在改善延性方面的效果不如带翼缘试件;增加翼缘厚度来提升承载力存在边际效应,型钢伸臂长度太短难以发挥型钢剪力架的抗冲切增强作用。参考现有规范方法以及试验结果,提出了型钢剪力架增强混凝土板柱节点抗冲切承载力计算方法。

铁路全钢结构框架墩设计与施工关键技术

针对传统钢横梁-混凝土立柱框架墩邻近营业线时,混凝土立柱施工周期长、钢横梁吊装难度大的问题,提出钢横梁-钢立柱全钢结构框架墩方案。以宣绩高铁跨越既有皖赣铁路工程为背景,对全钢结构框架墩进行设计及应用研究。全钢结构框架墩立柱与横梁均为钢结构,提升了结构整体性;采用轻量化设计降低吊装难度和工程投资;通过柱底混合连接构造连接框架墩钢立柱和混凝土基础,提高了安装精度和连接可靠性。对结构稳定、局部承压、疲劳强度、刚度变形等各项指标进行验算,结果表明均满足规范要求。全钢结构框架墩采用旁位拼装、整体吊装、柱底对位连接的施工方案,施工阶段采用吊装变形控制和对位引导等施工关键技术,有效提高了施工工效和安装精度。对比传统钢横梁混凝土立柱框架墩,全钢结构框架墩工程投资相当,但减小了对既有铁路运营的干扰,施工难度和施工风险均大幅降低。

跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站抗震设计探讨

针对跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站结构抗震冗余度低,在高烈度地区应用较少,为更好地分析高架车站抗震受力全过程,以某跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站工程实例为背景,根据建筑规范和城市轨道交通规范要求设定合理的抗震性能目标,并研究构件抗震受力历时过程中的受力情况。采用大型有限元Midas作为主要计算软件,选取合理的地震波,进行多遇地震和设防地震有限元计算时采用弹性时程分析方法,且对振型分解反应谱法地震作用进行相应的放大,结果分析构件满足抗震性能目标要求。进行罕遇地震计算时,为更好地模拟工程实际情况,计算模型考虑桩土共同作用,采用结构-承台-桩基整体计算建模方法,进行弹塑性时程分析,关键构件采用截面纤维模型进行计算,能够反映关键构件在大震作用下进入破损阶段之后的行为,可以查看关键构件截面混凝土的开裂和压碎历史,钢材或钢筋的屈服和硬化过程。研究结果表明结构构件均满足抗震性能目标:(1)关键构件的钢材纤维受拉受压均未超过屈服强度,保持弹性工作状态,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,同时延性系数D/D1小于1,均说明关键构件满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(2)桩基的钢筋纤维受拉、受压均未超过屈服强度,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(3)地震作用下,带有桩模型与无桩模型的基底剪力有一定差距,表现为带有桩基模型的地震剪力较大,设计时应考虑桩土共同作用。

基于大跨度门式刚架的外露式钢柱柱脚施工技术

以东风本田联合厂房项目的门式刚架为例,对外露式钢柱柱脚的主要做法和技术措施进行了研究,提出了通过增加一套用于对地脚螺栓进行定位的定位机构,解决了现有技术中地脚螺栓定位不准确的问题。进一步介绍了外露式钢柱柱脚的新技术包括柱脚底板、地脚螺栓、抗剪键、定位机构、灌浆料、混凝土基础等,详细说明了新技术的特点、工艺流程、操作要点等,总结了新技术与现有技术相比的有益效果,为大跨度门式刚架的外露式钢柱柱脚施工安装提供了施工经验,可在类似工程中借鉴和推广。

高层钢框架—中心支撑结构设计研究

对高层钢框架-中心支撑结构设计过程中的跃层柱计算、拉链杆设计、钢框架节点计算、钢筋混凝土梁与钢柱连接节点设计等问题进行分析探讨,提出解决方案。同时,结合实际工程案例,证明解决方案的合理性,所得结果可供工程设计参考。

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.

门式刚架轻型房屋钢结构布置与构造的若干问题

从工程实际出发,对门式刚架轻型钢结构厂房结构布置的若干问题进行分析,并提出推荐的解决措施。

门式刚架轻型钢结构工业厂房最优柱距研究

工业厂房设计中柱网布置往往采用模数化柱距，而对门式刚架轻型钢结构工业厂房来说，不合理的模数柱距会使用钢量指标过大。根据笔者从事的几个实际工程，对轻型钢结构工业厂房的最优柱距问题从设计用钢量的角度作了较详细的研究讨论。

无侧移半刚性框架柱的稳定分析

基于现行钢结构设计规范GB50017-2003中柱计算长度的概念,利用柱子框架模型,引入梁线刚度修正系数和柱的相对线刚度比,应用梁柱理论建立了可以同时考虑柱端和梁端不同连接条件的无侧移半刚接钢框架柱计算长度系数的修正公式。基于上述修正公式,提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:利用弯矩-转角曲线的初始切线刚度确定的切线连接刚度。研究表明,三柱子模型,当柱远端铰接时,按GB50017附录D表D-1得到的计算长度系数设计柱是不安全的,最大误差13.0%,当柱远端固接时,偏于保守,最大误差21.9%;连接刚度的简化方法误差控制在3%以内,具有很好的实用性和精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接框架的稳定设计。

结构的概念设计与创新

目的通过运用概念设计的方法,指出了钢管混凝土核心柱、异型钢筋混凝土柱、门式刚架节点在设计上的不足,提出了改善其不足的办法.方法通过对结构基本概念的阐述,运用简单的力学原理和概念设计的方法,分析了钢管混凝土核心柱、异型钢筋混凝土柱、门式刚架节点的受力状态,指出其受力不合理之处.结果通过分析表明钢管混凝土核心柱和异型钢筋混凝土柱及门式刚架节点存在着受力不合理之处,影响了结构的发展和使用.结论在指出钢管混凝土核心柱和异型钢筋混凝土柱及门式刚架节点设计的缺陷后,提出了新的结构形式,经过初步分析,该新形式更为合理,为工程的应用奠定了基础.

成都高新科技商务广场C座钢结构设计

全面介绍了一幢超长、不规则 ,两端各有 1 6 3m悬挑 ,中部有 2 8 0m跨度转换的高层钢结构设计。重点介绍了结构体系的选定 ,特殊构件与节点的设计 ,以及铸钢节点首次在国内钢框架节点中的应用。此外还介绍了材料的选用及经济指标分析。

大型钢支撑框排架结构火电厂的弹塑性分析

对既有火电厂房弹塑性分析的方法与不足进行了讨论。基于某钢支撑框排架火电厂房结构,应用Perform3D进行弹塑性时程分析。通过分析结构在中震和大震作用下的弹塑性动力响应,进一步了解了复杂火电厂房的抗震性能,并且验证了支撑框排架火电厂房建模考虑支撑屈曲的重要性,得出了若干有益结论。

中关村金融中心超高层钢结构设计中的关键技术

中关村金融中心超高层钢结构建筑的平面、立面布置复杂。在设计中采用钢框架-支撑结构体系,合理设置钢-混凝土组合结构过渡层。在高层建筑结构设计中首次采用按冶金建筑标准生产的Q345GJ钢材。在避难层采用桁架将竖向支撑连为一体,有效地增大了结构的侧向刚度,减小侧向位移。采用4层高的折线形柱实现建筑立面的变化,相应设置楼层水平桁架以改善折线柱水平分力的传递。采用大位移滑动支座,解决连廊与主楼的变形差异问题。将桩基础改为天然地基基础,方便施工,有效地缩短了工期、降低了造价。

支撑钢框架中关键柱破坏后结构抗倒塌性能分析

为研究支撑对多层平面钢框架在关键柱破坏后抗倒塌性能的影响,采用瞬时拆柱法分别对3种中心支撑和2种偏心支撑的钢框架在中柱失效和边柱失效的情况下进行了弹塑性动力效应分析。结果表明:支撑对结构的极限抗倒塌承载力并没有太大的提高,但对结构刚度提升十分明显;无论设置何种支撑,边柱失效的影响都要大于中柱失效;偏心支撑的设置并没有比中心支撑体现出更优越的性能,反而会在一定程度上降低结构的刚度。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——稳定和长细比

钢结构的稳定问题普遍存在于钢结构设计中,凡是钢结构的受压部位,在设计时都必须认真考虑其稳定性。根据《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》,详细介绍了钢结构稳定验算的实质和注意事项,并结合钢结构稳定验算的实质,探讨了抗震构件和非抗震构件的容许长细比,给出了不同剩余抗弯能力比下的框架柱轴压比和长细比限值以及非抗震构件的容许长细比建议。最后介绍了《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)关于钢支撑容许长细比的规定依据。