内嵌墙板钢框架结构抗震性能研究

以内嵌蜂巢夹芯复合墙板钢框架和纯钢框架为研究对象,采用有限元模拟内嵌蜂巢夹芯复合墙板钢框架及纯钢框架在低周往复荷载作用下的力学性能。通过对比分析,对低周往复荷载作用下内嵌蜂巢夹芯复合墙板钢框架的抗震性能以及蜂巢夹芯复合墙板与钢框架的协同工作性能进行研究。最后得出结论:蜂巢夹芯复合墙板对钢框架结构的刚度及承载力等均有明显提高作用。     

内嵌墙板钢框架抗震性能分析

以6层钢结构住宅为例,对比分析了空框架与内嵌墙板框架的自振特性,提出了考虑内嵌墙板作用的多层钢框架的自振周期计算公式。选取7条地震记录,对空框架及内嵌墙板钢框架进行了不同设防烈度下的弹塑性时程分析,对比了两者结构顶层加速度时程、层间位移角等特征响应。统计结果表明:内嵌墙板对整体钢框架结构的抗侧刚度有较大贡献,在工程设计中应考虑内嵌墙板的作用,并可有效提高结构的安全性和经济性。     

填充节能复合墙板钢框架结构的抗震性能

为了获悉节能复合墙板与H形钢框架在地震作用下的受力性能与破坏机理,进行了8榀足尺填充节能复合墙板钢框架结构的低周反复荷载试验。详细分析了破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力等。利用ABAQUS程序建立了填充节能复合墙板钢框架结构的有限元分析模型,进行了结构非线性全过程受力分析;该模型考虑了材料本构关系模型和复杂接触模型。试验结果验证了有限元分析的准确性。研究表明,填充节能复合墙板钢框架结构有良好的抗震性能和延性;墙板连接方式和墙板厚度是影响结构承载力和刚度的主要因素;建立的有限元模型可以用于填充节能复合墙板钢框架结构的数值分析;采用的螺栓连接方式较好地实现了节能复合墙板与钢框架在地震作用下的协同工作。     

整体钢框架内嵌加气混凝土填充墙板足尺模型振动台试验研究

为了研究内嵌加气混凝土（ALC）墙板对框架结构抗震性能的影响,进行了带内嵌ALC填充开洞墙板的两层钢框架结构足尺模型振动台试验。采用了预埋连接节点以减少板材连接对墙板造成的损伤,并采用自攻螺钉对窗口部位进行加固。试验研究了框架的振动特性及墙板的损伤情况,分析了内嵌加气混凝土墙板对钢框架结构的频率、阻尼比、刚度、楼层加速度以及楼层位移的影响。研究表明：带加气混凝土墙板钢框架结构的层间抗侧刚度较纯钢框架的提高了111%;结构的阻尼比为6.94%,大于结构设计中3%的标准;墙板位移比钢框架位移略小,表明该连接节点具有一定减震效果;模型结构的加速度放大系数随地震烈度的增加而逐渐增加,表明结构逐渐进入塑性状态;在8度罕遇地震作用下,墙板位移角达到1/49且未发生墙板脱落或者坍塌现象,仅墙板有较小损伤,表明墙板及连接节点具有良好的抗震性能。     

梁连接下钢框架内嵌墙板破坏形态研究

为研究梁连接方式下钢框架内嵌墙板结构在地震作用下的破坏形态,设计了基于不同连接件形式、连接件数量的四榀钢框架内嵌墙板结构试件和一榀空钢框架试件,进行了低周反复荷载试验并分析了各试件破坏形态。试验结果表明:裂缝主要出现在墙板连接件附近区域;梁连接方式下,节点连接方式不同对结构的抗侧力性能影响不同,节点刚度的相对大小影响其破坏形态;连接件形式不同而数量相同时,钢框架内嵌墙板试件的破坏形态类似。     

装配式混凝土框架-冷弯薄壁型钢复合墙板结构抗震性能试验研究

为研究装配式混凝土框架-冷弯薄壁型钢复合墙板(CTSC墙板)结构的抗震性能和破坏机理,对1榀装配式混凝土纯框架和2榀装配式混凝土框架-CTSC墙板结构进行了低周反复荷载试验。通过分析结构破坏模式、荷载-位移曲线、刚度退化特征、延性、耗能机理以及关键部位应变变化规律,探究了CTSC墙板内嵌式连接和外挂式连接对装配式混凝土框架抗震性能的影响。结果表明：CTSC墙板内嵌或外挂连接均安全可靠,可有效地保证地震作用下装配式混凝土框架与CTSC墙板的协同工作;与纯框架相比,采用内嵌和外挂连接形式时结构的水平承载力分别提高28.3%和15.0%,初始刚度分别提高38.4%和16.8%。基于等效拉压杆原理,提出了装配式混凝土框架内嵌CTSC墙板结构的抗侧刚度简化计算式,并验证了计算结果的准确性。     

外挂式和内嵌式ALC墙板钢框架结构的滞回性能试验研究

介绍了三榀钢框架及六榀带ALC墙板钢框架结构的水平静力及低周反复加载试验 ,研究了ALC墙板对钢框架结构承载力和刚度的影响 ,得到了横排外挂、竖排外挂和竖排内嵌ALC墙板钢框架结构的滞回性能。并在试验中发现 ,三种连接方式的ALC墙板和钢框架之间的连接性能很好 ,其中内嵌式ALC墙板对于墙体和框架之间的共同工作起了很大作用。在试验研究的基础上 ,给出了带ALC墙板钢框架结构的设计建议。     

内嵌ALC墙板的铰接钢框架滞回性能试验

为了研究循环荷载作用下蒸压轻质加气混凝土(ALC)墙板内嵌于钢框架的受力性能和破坏机理,进行了内嵌ALC墙板的铰接钢框架滞回性能试验研究。主要研究参数有墙板连接形式、是否开设门洞和门洞开设位置,据此设计了1榀U形卡连接的内嵌ALC墙板铰接钢框架和3榀管卡连接的内嵌ALC墙板铰接钢框架。主要考察了ALC墙板的加载试验现象和破坏模式,详细分析了构件的滞回曲线、骨架曲线、强度退化、刚度退化和耗能能力等滞回性能指标。试验结果表明,在循环荷载作用下,采用U形卡、管卡法连接的内嵌ALC墙板铰接钢框架具有很好的协同工作性能,管卡法连接的墙板滞回性能优于U形卡法连接;开设门洞会削弱墙板的耗能能力,但只要合理地布置洞口位置依然具有良好的安全保障。     

北京某高层钢框架建筑消能减震设计

北京某高层钢结构住宅采用框架结构,结构纵横向布置墙板式阻尼器。采用等效支撑模型(PKPM)和弹簧模型(ETABS)对结构在多遇地震作用下的响应进行分析,采用弹簧模型(ETABS)对结构在罕遇地震作用下的结构响应进行分析。分析结果表明:1)等效支撑模型和弹簧模型可以较好地模拟墙板式阻尼器在结构中的作用;2)采用墙板式阻尼器后,结构在多遇地震下和罕遇地震作用下的抗震性能得到提高;3)多遇地震作用下,墙板式阻尼器为结构提供抗侧刚度,使结构的层间位移角满足规范要求,满足"小震不坏"的设计目标;4)罕遇地震作用下,结构的层间位移角满足规范要求,部分框架梁产生塑性铰,而框架柱始终保持弹性,能够达到"大震不倒"的设计目标;4)墙板式阻尼器在罕遇地震作用下屈服耗能,可为结构提供附加阻尼比。     

动力备用荷载路径法的力学机理分析

备用荷载路径法是结构连续性倒塌分析中最常用的方法.根据备用荷载路径法的力学机理,建立了中间底柱破坏后固支梁的等效结构动力计算模型,分析了框架结构中常见的柱瞬时失效情况下梁的动力响应,得到了梁的位移时程曲线以及静载作用下梁的挠度曲线.对比分析表明,瞬间移除梁的中柱后梁的挠度可以达到静力作用挠度的2倍.研究表明,结构连续性倒塌分析时瞬时移除构件后梁的动力效应不可忽略,动力条件下的备用荷载路径法为框架结构连续性倒塌等效静力分析中荷载的确定提供了依据.     

外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架足尺振动台试验研究

为真实反映地震作用下墙板与分层装配支撑钢框架的动力协同工作性能,设计了三层足尺分层装配支撑钢框架通过柔性减震连接件外挂PC复合墙板结构模型,通过振动台试验考察其动力损伤演化机制和变形特征。研究结果表明：外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构可以满足我国规范对于抗震安全性的要求,并且表现出损伤控制和低残余位移特性。多遇地震作用下结构和墙板完好无损;设防地震作用下结构无损,墙板微损;罕遇地震作用下结构损伤集中于柔性支撑,梁柱框架无损,墙板及连接无显著破坏;超大地震作用下梁翼缘局部进入塑性,墙板节点和墙板边缘及预埋件处有显著破坏但主体结构完好。采用柔性减震连接件外挂的PC复合墙板不会影响分层装配支撑钢框架的变形恢复能力,其相对于主体结构具有良好的变形适应性,提高了分层装配支撑钢框架的层间变形均匀性,在支撑松弛的情况下可以显著提高结构刚度,从而降低层间位移响应和扭转响应,并削弱了柔性支撑在动力作用下突然张紧产生的冲击效应。总体上,外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构具有优良的抗震性能和震后可恢复性。     

外挂预制混凝土墙板装配式钢框架结构抗震性能研究

为了探究带有外挂预制混凝土墙板的装配式钢框架结构的抗震性能,文章利用ABAQUS有限元软件建立了数值模型,选取合适的材料本构,同时考虑了节点连接界面接触、材料非线性以及几何非线性。保持柱端轴向荷载恒定,通过施加低周往复荷载作用,研究了柱端轴压比及外挂预制混凝土墙板对结构受力性能的影响。研究表明:在一定范围内施加柱端轴向荷载能够提高结构抗侧刚度;采用外挂墙板点式连接时,钢框架结构整体刚度及水平抗侧承载力略有提高。     

钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构抗震性能试验研究

轻钢龙骨注浆复合墙板作为建筑工业化的低层承重墙板或高层围护墙板,由于其自重轻、易安装,在工程中有很好的应用前景.然而目前国内外尚缺乏在地震作用下钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构的试验数据和分析结果.开展了2榀钢框架内嵌连接轻钢龙骨注浆复合墙板结构试件和1榀轻钢龙骨注浆复合墙板试件的水平低周往复加载试验,研究参数为墙板开洞和框架设置,系统分析了结构的受力机制、破坏模式和耗能机理,得到承载力、刚度、延性系数和耗能能力等指标,揭示此类墙板与钢框架在地震作用下的滞回性能和协同受力特性.研究结果表明,钢框架与轻钢龙骨注浆复合墙板采用内嵌式连接方式具有良好的抗震性能和变形能力,在地震作用下具有很好的整体性能和协同受力性能,满足结构抗震设计要求;墙板开洞会对整体结构的初始刚度和抗侧极限承载力有一定削弱.研究成果将为轻钢龙骨注浆复合墙板在国内多、高层装配式钢结构工程中的应用和推广提供参考依据.     

强震作用下钢材等效本构模型应用研究

为研究考虑损伤退化的钢材等效本构模型在整体框架中的应用及其用于强震作用下钢框架结构弹塑性时程分析的可行性,选取已有典型钢框架静力及动力试验,对其分别采用等效本构模型和传统的两折线模型进行计算,并与试验结果进行对比分析,验证等效本构模型的可靠性和对计算精度的提高作用。在此基础上,将等效本构模型应用于10层钢框架结构抗震性能分析中,采用增量动力分析法,研究损伤累积退化对多高层钢框架结构强震作用下动力响应的影响,并与不考虑损伤退化的模型计算结果进行对比分析。分析结果表明：累积损伤退化的发生会加剧结构的动力响应,若不考虑此影响,会低估结构变形,导致结构存在一定的安全隐患。采用等效本构模型的增量动力分析能够较为合理地反映结构在强震作用下的承载性能退化现象,但不同地震波作用下的计算结果差异较大。     

削弱梁端的方钢管混凝土柱-钢梁框架结构静力弹塑性分析

提出了适用于SAP2000分析设计软件的等效梁端削弱形式.进而对多层和高层削弱梁端的方钢管混凝土框架结构分别在7度、8度多遇和罕遇地震作用下进行了Push-over分析,并对其抗震性能进行了评估.结果表明:对于多层结构,削弱梁端翼缘对结构整体刚度的影响很小,考虑楼板作用模型的刚度大于未考虑楼板作用模型的刚度,在均布荷载水平加载模式作用下模型的底部剪力大于倒三角荷载水平加载模式作用下相应模型的底部剪力;对于高层结构,楼板作用对结构在弹性阶段整体刚度的影响较小,在均布和倒三角水平荷载作用下,考虑楼板作用模型的最大底部剪力比未考虑楼板作用模型的最大底部剪力分别大7%和4.5%;削弱梁端的方钢管混凝土框架结构具有较好的抗震性能.     

FRP加固多区域局部损伤钢压杆的动力稳定性研究

为了研究纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer.FRP)加固多区域局部损伤钢压杆的动力稳定性,在充分计入任意多区域局部损伤对钢压杆整体刚度和单位分布质量的贡献以及对动力稳定性的影响的基础上,提出一种依赖于损伤单元单位分布质量和弯曲刚度两种损伤因子的动力稳定性分析方法。根据能量原理得到多区域局部损伤钢压杆经FRP加固后的等效单位长度分布质量和等效惯性矩,并基于Hamilton原理建立了多区域局部损伤钢压杆轴向周期荷载作用下的动力偏微分方程,求解得到了典型杆端约束下钢压杆主要共振频率、周期解所包围的动力不稳定区域等表征多区域局部损伤钢压杆动力稳定性能的各种参数,提出了FRP加固轴向周期荷载作用下多区域局部损伤钢压杆的设计方法。通过算例探讨了多区域局部损伤钢压杆发生参数振动时的动力稳定性,得到了局部损伤位置、损伤因子、FRP加固方式、恒载、FRP加固厚度、加固材料弹性模量等参数对钢压杆动力稳定性的影响规律。本文方法可以有效分析FRP加固多区域局部损伤钢压杆的动力稳定性,研究成果可为FRP加固局部损伤钢压杆的动力分析与工程设计提供参考。     

考虑累积损伤退化的钢材等效本构模型研究

在结构抗震分析中,钢材在循环荷载作用下的一维本构关系是利用杆系模型进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更准确地模拟结构在强震作用下的反应,提出能够考虑累积损伤、刚度和强度退化的钢材等效本构模型,包括骨架曲线、滞回准则以及退化特征,利用损伤控制因子数学模型对钢构件、节点及结构的损伤退化全程进行描述。根据提出的等效本构模型并利用有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言开发能够进行钢框架强震作用分析的损伤退化过程计算程序。采用等效本构模型对典型试验进行模拟分析,其结果与试验结果吻合良好,充分证明钢材等效本构模型用于钢构件在强震作用下弹塑性分析的准确性及可行性。     

钢筋混凝土框架填充墙结构抗震性能分析

针对砌体填充墙框架结构在地震作用下的受力特点,结合汶川地震,分析了填充墙框架结构产生震害的主要原因。建立了填充墙简化分析的等效双压杆模型。着重研究了地震荷载作用下,填充墙对框架性能的影响。结果表明,砌体填充墙对提高结构的抗侧刚度和强度有一定的作用,改变了框架结构塑性铰的分布和发展水平。同时也表明,砌体填充墙在地震作用时有一定的耗能能力。     

新型连接方式内嵌墙板钢框架拟静力试验研究

为了研究基于新型连接方式下内嵌墙板与钢框架结构的地震协同工作性能和破坏机理,对新型连接方式内嵌墙板钢框架、传统L形卡件连接内嵌墙板钢框架及纯钢框架等3种工况进行了拟静力试验,对比分析了3个试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线等抗震性能指标。结果表明：内嵌墙板能够提高钢框架的极限承载力、变形能力和刚度,传统L形卡件连接墙板钢框架的抗震承载力是纯框架抗震承载力的1.34倍,新型连接方式墙板钢框架的抗震承载力是传统节点框架抗震承载力的1.42倍。当加载位移为12 mm（层间位移角为1/133）时,采用传统连接的试件中间墙板破坏较为严重且已达到混凝土极限应变,而采用新型连接的试件中间墙板未发现明显损伤,仍处于工作状态。新型连接通过连接节点处的连接件滑动耗能,延缓墙板开裂时间,减轻墙板损伤,增加了内嵌墙板钢框架大震下的耗能储备。     

地震作用下钢框架结构抗竖向连续倒塌可靠度分析

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构进行分析,计算得到X、Y两个方向不同地震水平下各钢柱承载能力及变形能力的可靠度指标,根据抗震可靠度相关理论确定目标可靠度指标,通过比较各柱的可靠度指标和目标可靠度,对结构在地震作用下最可能失效构件进行识别。基于所识别的最可能失效构件,结合所生成的100组钢框架结构随机样本,采用拆除构件法对钢框架结构在单柱失效和多柱失效等工况下进行抗连续倒塌IDA分析,得到随机IDA分析曲线。通过结构连续倒塌极限状态方程,计算得到损伤结构发生连续倒塌的概率及连续倒塌条件可靠度指标。采用基于风险的结构连续倒塌概率表达式,分析地震作用下钢框架结构发生局部破坏后的连续倒塌全概率可靠度,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。