Evaluation of the fishbone model in simulating the seismic response of multistory reinforced concrete moment-resisting frames

The fishbone model is a simplified numerical model for moment-resisting frames that is capable of modelling the effects of column-beam strength and stiffness ratios. The applicability of the fishbone model in simulating the seismic responses of reinforced concrete moment-resisting frames of different sets of column-beam strength and stiffness ratios are evaluated through nonlinear static, dynamic and incremental dynamic analysis on six prototype buildings of 4-, 8-and 12-stories. The results show that the fishbone model is practically accurate enough for reinforced concrete frames, although the assumption of equal joint rotation does not hold in all cases. In addition to the ground motion characteristics and the number of stories in the structures, the accuracy of the model also varies with the column-beam stiffness and strength ratios. The model performs better for strong column-weak beam frames, in which the lateral drift patterns are better controlled by the continuous stiffness provided by the strong columns. When the inelastic deformation is large, the accuracy of the model may be subjected to large record-to-record variability. This is especially the case for frames of weak columns.

既有框架结构的新型等效简化动力模型构建方法

为了实现对长期服役后的结构在地震、风等动荷载作用下安全性和舒适性的评估,利用监/检测数据建立一个能准确反映实际建筑在地震、风等动荷载作用下动力响应的结构动力学模型至关重要。本文针对非常普遍的框架建筑结构,提出了一种基于少量移动传感器的框架结构等效简化动力学模型构建方法。首先,提出建筑结构等效简化模型构建的层间剪力等效原理,证明了以该原理构建的简化模型具备准确模拟实际建筑结构动力响应的能力。其次,推导了框架结构简化模型形式,并研究了简化模型参数特点。然后,提出了一种框架结构简化模型参数的迭代识别方法,实现了仅使用少量无线移动传感器的简化模型参数识别。最后,通过一个12层3跨钢框架结构数值模拟算例,研究了在不预知结构刚度退化的具体形式和仅使用少量移动加速度传感器的条件下,由本文所提方法构建的等效简化模型对实际框架结构在不同水平动荷载作用下结构动力响应的预测能力。数值试验结果表明,等效简化模型能准确模拟不同荷载工况下框架结构加速度和位移响应。因此,本文提出的框架结构等效简化模型构建方法将在评估既有框架结构在风、地震等动荷载作用下的结构安全性和舒适性方面具有重要的应用前景。

爆炸冲击荷载作用下框架柱简化分析模型研究

爆炸冲击荷载作用下结构的反应分析属于典型的动力学问题,由于爆炸冲击荷载作用位置的局部性和作用时间非常短暂,结构构件的抗爆分析与地震荷载作用下的动力分析有显著不同,结构构件抗爆分析具有明显的局部性,结构构件在爆炸冲击波荷载作用下的受力与整体结构关系不大,只与受力构件周围一定范围内的结构构件刚度有关,在爆炸冲击荷载作用下,可以把结构构件简化为考虑端部约束条件的单根杆件进行分析。本文以理论分析为基础、以AN-SYS通用大型有限元分析软件为工具,研究了柱端约束条件对框架柱在爆炸空气冲击波作用下分析结果的影响,提出了一种框架柱抗爆分析计算的简化模型,对结构抗爆分析研究和设计具有指导意义。

盾构输水隧洞复合衬砌计算模型

通过分析现有的复合衬砌计算模型,指出双层框架模型在复合衬砌结构受力分析时存在的不完善之处。为能反映外管片已发生的变形对管片与内衬二者相互作用的附加影响,提出一种新型的计算模型即实体叠合计算模型。针对实体单元建模,管片接头处理复杂的特点,提出一种模拟管片接头的简化模型;根据内、外衬砌接触界面处理方式的不同,建立了4种内、外层衬砌相互作用模型。利用上述模型对青草沙原水过江隧洞典型断面进行分析。研究结果表明:实体叠合模型计算所得的管片与内衬的内力、变形的变化规律与已有的实测数据规律相吻合,模型计算结果可为设计提供参考。

空间钢框架结构的简化柱梁模型及其弹塑性动力分析

高层钢结构本身构件众多,又要考虑材料非线性和几何非线性等因素影响,使得计算非常复杂,这样就非常有必要对其进行简化。多质点系剪切模型在多层平面框架的抗震分析中已得到了广泛的应用,但这种模型不能考虑钢框架结构梁柱的强度比和刚度比、节点域变形、柱附加轴力引起的弯曲变形和梁间塑性铰对地震响应的影响。本文介绍的简化柱梁模型考虑以上因素,对高层平面钢框架结构和空间结构进行了有效的简化,并进行了钢框架的二阶弹塑性动力分析。

平面与空间钢框架结构的简化柱梁模型

根据钢框架结构的受力特点,提出了平面简化柱梁模型、双重体系简化柱梁模型和空间简化柱梁模型。它们不但能考虑结构的空间作用、材料非线性和几何非线性等因素影响,还能考虑钢框架结构梁柱的强度比和刚度比、节点域变形、柱附加轴力引起的弯曲变形、梁间塑性铰和双重体系间转角的不协调性对地震响应的影响。简化柱梁模型能够对高层平面钢框架结构和空间结构进行有效的简化,并进行了钢框架的二阶弹塑性动力分析。

延性节点钢框架结构的抗震性能分析

为简化延性耗能节点钢框架结构的数值计算,利用延性耗能节点简化理论模型分别对6层、12层的翼缘削弱型节点钢框架和盖板加强型节点钢框架进行简化,并对框架简化模型和实际框架模型进行模态分析;提取框架结构的前3阶基本周期并计算阻尼比,并对框架结构简化模型和实际模型开展El Centro波和Taft波2种地震波下的动力时程分析,将框架简化模型计算得到的框架基本周期、柱顶位移和柱底剪力时程曲线与实际框架模型的数值计算结果进行对比。结果表明:整体上框架简化模型和实际框架模型的数值计算结果吻合较好,翼缘削弱型节点框架简化模型计算的框架基本周期比实际模型计算值稍小,相对误差在8.5%以内,而盖板加强型节点框架简化模型计算的框架基本周期比实际模型计算值稍大,相对误差在4.0%以内;柱顶位移和柱底剪力时程曲线吻合较好。延性节点简化理论模型用于框架结构动力计算具有极高的计算精度,可有效分析延性节点钢框架结构的抗震性能。

空间钢框架结构的改进双重非线性分析

为了探讨三维结构的高等分析方法,给出基于UL法的严格三维单元虚功增量方程,详细推导了考虑剪切变形影响的三维梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵和基于三维单元简化塑性区模型的双重非线性刚度方程,并编制空间钢框架结构的双重非线性分析程序。使用包括几何与材料双重非线性的数值算例来验证方法和计算机程序的可行性、精确度与有效性。利用该程序,只需一个单元/构件即可准确预测空间钢框架结构的极限承载力与失稳模态,提高了结构的非线性分析效率。

钢框架结构节点域分析简化模型

节点域起着传递梁柱之间力和弯矩的作用,这样就使得节点域的应力状态非常复杂．节点域 的剪切变形对整个钢框架的性能有着重要的影响,基于1978年Krawinkler提出的模型和一维边界面 理论,建立节点域的力与变形的非线性关系模型．通过与试验比较证明所建模型可以很好地模拟节点 域力与变形的关系．

钢框架柱抗爆简化分析模型研究

钢框架中其他构件对柱端的约束是影响柱子抗爆响应特征的重要参数.为得到钢框架中受爆柱的合理抗爆分析模型,简化抗爆分析过程,以数值计算为基础,分析钢框架其他构件和楼层分布质量对受爆柱端约束的影响规律,并在此基础上推导得到受爆柱端约束的理论计算方法.结果表明:在爆炸荷载作用下,求解柱端约束时,可仅考虑与柱端直接相连的梁柱构件的约束作用,而这些构件的远端可简化为固定端;楼层分布质量的存在可减小柱端的位移响应,柱端所处楼层的分布质量对柱子响应影响显著;通过将与受爆柱端直接相连的梁柱构件等效为柱端的横向、竖向和转动约束弹簧及集中质量,可得到柱端约束模型及其计算方法.最后,通过与实际钢框架抗爆的整体分析模型对比,验证了钢框架柱简化分析模型的正确性.

SRC框支剪力墙结构地震反应简化分析模型研究

针对钢筋混凝土高层框支剪力墙结构抗震性能差的缺点,提出采用型钢混凝土(SRC)梁柱框支剪力墙,试验结果表明了其良好的抗震性能。提出了框支剪力墙结构地震反应简化分析模型,将结构简化为由墙单元和框支单元组成的弹簧体系,墙单元采用二元件模型。推导了框支单元刚度矩阵,基于理论公式和试验结果给出了框支单元恢复力模型。根据提出的简化模型,编制了结构地震反应时程分析程序。程序计算结果与ETABS分析结果及振动台试验结果吻合较好,为进一步对SRC框支剪力墙结构进行地震反应分析提供了理论基础。

高层高强钢组合偏心支撑框架抗震性能简化分析

高强钢组合偏心支撑钢框架是一种新型的抗震结构体系,为分析其抗震性能,利用ABAQUS有限元软件建立了简化分析模型。在验证该简化模型合理有效的基础上,建立了某十层算例的整体模型,施加竖向荷载的同时施加水平倒三角形循环荷载作用,进而分析了该算例的滞回性能。研究表明:本文提出的简化分析模型不仅可以较准确的模拟该结构体系的延性和抗侧刚度,还可以有效预测结构的变形分布和非线性性能。

框支剪力墙抗震性能及弹塑性位移实用计算方法

针对钢筋混凝土框支剪力墙抗震性能差的缺点,提出采用型钢混凝土框支剪力墙.进行了4榀模型试件拟静力试验,试验结果表明,结构配置型钢后抗震性能得到显著改善.提出了框支剪力墙结构地震反应简化分析模型,将结构简化为由墙单元和框支单元组成的弹簧体系,给出了单元恢复力模型的确定方法.根据简化模型,编制了结构地震反应时程分析程序,并进行参数分析,研究了配置型钢对结构地震反应的影响,给出了型钢混凝土框支剪力墙弹塑性位移的实用计算方法.

巨型钢管混凝土框架结构柱模型等效简化理论分析

为了克服目前巨型框架结构分析过程中,节点和单元数过于庞大、构造复杂、耗时较长等不利因素,通过将巨型框架结构体系中应用较多的钢管混凝土柱、支撑简化为具有等效轴向刚度EA、等效弯曲刚度EI及等效剪切刚度GS的等效实腹柱和支撑的方法,简化建模难度,节约机时,实现变参数分析的目的。推导了等效简化的过程和方法,并就某一巨型钢管混凝土框架结构体系柱进行了验算,结果表明,等效简化效果明显。

刚架—斜压杆模型在密肋复合墙板力学分析中的应用

通过对14榀不同形式的密肋复合墙板试件进行水平低周反复加载、水平单调加载以及竖向单调加载试验,研究了墙板的受力特点与破坏模式以及墙板中肋梁、肋柱与填充砌块的共同工作性能。应用刚架—斜压杆简化计算模型对影响密肋复合墙板受力特点与破坏模式的主要因素进行了研究。不同算例的分析结果表明复合墙板的剪跨比、轴压比与框格的划分形式对其受力特点具有较显著的影响;外框架、肋柱和肋梁以及填充砌块对于复合墙板的受力性能分别起不同作用。

简化桩模型在土-结构相互作用分析中的应用

采用简化桩模型和多分段杆单元模型来模拟独立桩承框架结构.对一幢七层独立桩承钢筋混凝土框架结构进行了考虑与不考虑土-结构相互作用效应影响的结构自振特性对比分析.然后依次输入9条地震波加速度记录,对结构进行了考虑与不考虑土-结构相互作用效应影响的地震反应时程分析.由大量的数值分析结果总结了土-结构相互作用对结构地震反应的影响规律,并用算例对部分结论进行验证.

钢框架结构与墙体(板)共同作用的研究

从钢框架与墙体(板)共同作用的几种简化计算模型入手,介绍国内外对钢框架与各类墙体(板)共同作用的研究成果,并侧重总结墙体(板)对钢框架的抗侧刚度和抗侧承载力的影响;对新型钢框架墙体(板)的研发与应用进行展望。

钢板墙-双肢C型钢框架简化模型

采用试验与有限元相结合的方法分析了钢板墙-双肢C型钢框架在低周反复荷载作用下的力学性能。在此基础上提出了一种构造简单、力学性能良好的四拉杆等效模型(FSEM)。通过FSEM模型分析了柱刚度系数、钢板墙高厚比和钢板墙高宽比,并与传统有限元模型结果进行了对比。结果表明,FSEM模型精度较高,静力计算时与传统壳单元模型的误差在10%以内,可以在设计中简化计算。提出了FSEM模型等效拉杆的倾角、截面面积计算公式,并建议该类框架钢板墙高厚比取600~1000,高宽比取0.5~1.0,柱刚度系数取79.6~99.5,为实际工程中的设计计算提供参考。

大跨钢管拱桁架结构计算简化模型的分析

钢管拱桁架结构是大跨建筑中常用的一种结构形式,具有受力明确,计算模型简单,施工方便,用钢量省等优点。结合实际工程,对钢管拱桁架结构在设计过程中的简化模型进行计算分析。

预应力装配式混凝土框架结构的抗震性能研究

应用OpenSEES有限元软件中带有转动弹簧和剪切弹簧的简化二维节点梁柱单元模型,编制了预应力装配式混凝土框架结构低周往复荷载试验和拟动力荷载试验的计算程序,并对国内研究者已完成的一榀一层两跨的预应力装配式混凝土框架低周往复荷载试验和一榀两层两跨的预应力装配式框架的拟动力荷载试验进行了模拟分析,分别得到了计算的滞回曲线和时程曲线。结果表明:计算曲线与试验曲线吻合良好,可为预应力装配式框架的设计分析提供一种途径。