考虑楼板空间组合作用的组合框架体系设计方法(Ⅱ)——刚度及验证

在前文研究的基础上,研究楼板空间组合作用对组合框架结构抗侧刚度及内力分布的影响。采用梁-壳混合模型对影响组合框架梁等效刚度的关键因素进行分析,并在此基础上通过大量数值计算和参数分析,提出组合框架梁刚度放大系数简化计算公式。随后采用不同参数的规则和非规则组合框架体系模型充分验证该文建议公式的合理性。结果表明,采用建议的考虑楼板空间组合作用的组合梁框架全杆系模型能较准确地预测结构的自振周期、地震层剪力、侧移、层间位移、组合梁内力等,而忽略楼板空间组合作用会高估结构自振周期、低估结构地震剪力、高估结构侧移和层间位移、低估组合梁内力等。最后选取5个国内外已报道的钢-混凝土组合框架结构抗震性能试验结果对前文和该文提出的设计方法进行验证,结果表明本研究建议的相关设计公式可在组合框架结构体系的设计中合理地考虑楼板空间组合作用对结构抗侧性能的影响。     

高层建筑中钢-混凝土混合结构的研究及应用进展

钢-混凝土混合结构体系兼有钢结构和混凝土结构的优点,在我国高层及超高层建筑中得到了广泛的应用,加强对高层建筑中组合结构构件及混合结构体系的研究很重。对近年在高层建筑中应用的新型组合构件、新型混合结构体系的研究进行了总结,包括巨型钢-混凝土组合柱、高强混凝土钢板组合剪力墙、高效组合剪力墙、型钢混凝土框架-混凝土核心筒结构...     

考虑楼板组合作用的方钢管混凝土组合框架受力性能试验研究

为研究钢梁与混凝土楼板的组合作用对钢-混凝土组合框架体系的刚度、承载力及耗能能力的影响,并考察组合框架结构在大震作用下进入弹塑性阶段的受力性能,进行了2榀足尺方钢管混凝土组合框架的低周反复荷载试验。2榀组合框架分别为组合梁-钢管混凝土框架及纯钢梁-钢管混凝土框架。试验中结构的最大层间位移角达到1/21。试验结果表明：组合框架结构具有稳定的滞回性能及良好的延性;钢梁与混凝土楼板的组合作用能显著提高结构的刚度、强度及耗能能力,并且能有效保证钢梁上翼缘的局部稳定性及钢梁的整体稳定性;楼板组合作用将使钢梁下翼缘应变显著增大,导致楼盖梁转动能力的减小;两个试件的破坏均是由梁端失效引起,说明试验中采用的梁翼缘贯通式节点能够满足强柱弱梁、强节点弱构件的抗震设计要求。     

高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构基于性能的层间位移角限值研究

在基于性能的抗震设计中,为了控制建筑结构不同程度的损伤,保证结构具有一定的可恢复性能,需要对建筑结构在不同性能等级下的层间位移角进行限制.利用PERFORM-3D软件对四个不同高宽比的高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构进行增量动力分析,得到了不同强度地震下连梁、墙肢、框架梁及框架柱损伤的大小和分布.根据各类构件在地震作用下的损伤分布,建议了高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构的性能等级划分方法.基于结构的易损性分析结果,得到了高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构在不同性能等级下的层间位移角限值,并研究了高宽比对不同性能等级下层间位移角限值的影响,为高层混合结构基于性能的抗震设计提供参考.     

高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构基于性能的层间位移角限值研究

在基于性能的抗震设计中,为了控制建筑结构不同程度的损伤,保证结构具有一定的可恢复性能,需要对建筑结构在不同性能等级下的层间位移角进行限制.利用PERFORM-3D软件对四个不同高宽比的高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构进行增量动力分析,得到了不同强度地震下连梁、墙肢、框架梁及框架柱损伤的大小和分布.根据各类构件在地震作用下的损伤分布,建议了高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构的性能等级划分方法.基于结构的易损性分析结果,得到了高层钢管混凝土框架-型钢混凝土核心筒混合结构在不同性能等级下的层间位移角限值,并研究了高宽比对不同性能等级下层间位移角限值的影响,为高层混合结构基于性能的抗震设计提供参考.     

水平荷载作用下的组合楼盖塑性分析

为了研究水平荷载作用下组合楼盖体系进入塑性阶段后混凝土楼板出现的裂缝对楼盖空间整体性能的影响,对一钢-混凝土门式组合框架结构建立有限元模型进行了弹塑性分析。计算结果表明,由于板内钢筋的约束作用,组合楼盖在塑性阶段并不因为混凝土板出现裂缝而丧失整体性,仍然表现出良好的空间协同工作性能。     

屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架抗震试验性能研究

屈曲约束支撑可以有效地提高装配式钢管混凝土组合框架的抗侧移刚度和耗能减震作用。为研究地震作用下屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能和破坏机理,进行两层单跨屈曲约束支撑单边螺栓端板连接钢管混凝土组合框架的水平低周反复荷载试验。考察柱截面类型和端板形式对结构整体抗震性能的影响。记录和研究了此类混合结构的破坏形式和水平荷载-水平位移滞回曲线,分析和评价其骨架曲线、强度和刚度退化规律、延性和耗能等。试验研究表明,在柱截面含钢率相同条件下,抗侧移体系采用屈曲约束支撑,梁柱连接采用单边螺栓端板连接方式,屈曲约束支撑方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始抗侧刚度大于屈曲约束支撑圆钢管混凝土组合框架,但是其延性和耗能能力反之。试验和分析结果表明：屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的抗震性能,较大的可变形能力和耗能能力,可以在多高层建筑结构中应用和推广。     

基于简化模型的钢框架-混凝土核心筒混合结构竖向变形计算

目前考虑收缩徐变影响的钢框架-混凝土核心筒混合结构竖向变形的研究,大多是通过建立较为复杂的有限元模型进行分析,而通过简化分析的研究则很少。着眼于工程实际应用,提出简化模型,通过简化分析来研究考虑收缩徐变影响的钢框架-混凝土核心筒混合结构竖向变形。首先建立钢框架-混凝土核心筒混合结构的简化模型,基于简化模型推导考虑收缩徐变影响的楼层竖向位移及钢框架柱与核心筒竖向位移差简化计算公式,然后依据大连远洋大厦结构模型,用简化分析方法分析了该结构的竖向变形特征,并以MIDAS/Gen分析所得的结构竖向变形为基准,考察了简化分析的准确性。结果表明:基于简化分析的竖向位移及竖向位移差随楼层的变化规律与有限元分析结果基本相同,误差在工程可接受的范围内。     

高层钢-混凝土混合结构弹塑性地震位移的工程实用计算

本文针对目前高层建筑中常用的外钢框架-内混凝土核心筒混合结构体系的弹塑性地震位移的实用计算开展研究。在合理选取一定数量的地震记录及典型的结构形式的基础上,采用经实验检验的分析模型与计算程序,得到了钢-混凝土混合结构的弹塑性层间相对位移与主要结构参数之间的大致规律,并通过统计分析,得到了混合结构的弹塑性层间相对位移与各参数的定量关系,以此提出了进行罕遇地震下高层钢-混凝土混合结构弹塑性位移验算时的计算数表。     

地震作用下钢框架混凝土核心筒组合结构体系的抗震性能

钢框架混凝土核心筒组合结构体系是外框架采用钢结构,内筒采用混凝土剪力墙结构,形成钢框架混凝土内筒体系。采用ANSYS有限元软件对25层钢框架混凝土核心筒组合结构体系进行地震作用下的地震响应分析和稳定性分析,得到数据结果表明,该结构体系抗震性能比纯钢框架架结构的抗震性能更加优越。     

钢-混凝土组合结构桥梁研究新进展

钢-混凝土组合结构桥梁近年来在我国得到了迅速的发展。在传统桥梁结构形式的基础上,发展多种新型组合结构桥梁形式,拓宽组合结构桥梁的应用领域。介绍近年来在钢-混凝土组合结构桥梁方面的最新研究进展,内容包括波形钢腹板组合梁桥、槽型钢-混凝土组合梁桥、钢-混凝土组合刚构桥、双重组合作用连续组合梁桥和大跨斜拉桥组合桥面系。通过对传统结构形式的改进和发展,可充分发挥组合结构桥梁的综合优势,研究结果表明,钢-混凝土组合结构桥梁具有广阔的推广应用前景。     

钢-混凝土组合框架梁的稳定设计方法

在已有的钢-混凝土组合梁和钢框架理论研究基础上,分析了影响组合梁负弯矩区转动能力的主要因素,建立了组合梁连续和钢柱连续两种组合框架结构体系的节点塑性极限转角的求解方法,提出了相应的计算公式及一种简化的组合框架梁稳定设计方法,并得出了组合梁负弯矩极限调幅系数的计算方法.结果表明,该设计方法可以使组合框架塑性铰处的内力充分重分布,使梁柱连接的转动刚度合理,也能使组合梁的设计达到充分利用组合效应及节点延性的目的.     

半刚性组合节点初始转动刚度计算

在钢 -混凝土组合框架设计的弹性分析和使用阶段的计算时 ,需要确定节点的初始转动刚度。为此 ,介绍了一个半刚性钢 -混凝土组合节点初始转动刚度的计算方法 ,并与试验结果进行了比较     

钢-混凝土预制混合梁框架抗侧刚度等效计算及精度分析

随着装配式建筑发展中新型建造体系和建造技术不断创新,预制构件连接节点的半刚性特性逐渐引起国内外学者的关注。通过单层单跨的预制混合梁框架抗侧刚度给出了削减系数与半刚性折减系数的计算式,提出了在水平荷载作用下多层多跨预制混合梁框架侧移量的等效计算方法。采用有限元分析软件ABAQUS建立了模型进行分析,对比分析了预制混合梁框架有限元模型与等效均质梁框架模型计算结果。结果表明：在水平荷载作用下,利用削减系数与半刚性折减系数建立的等效均质梁框架与预制混合梁框架结果吻合较好,等效计算方法具有较高的准确性。当框架节点转动刚度偏小时,预制混合梁框架与均质混凝土梁框架水平位移相差相对较小;随着框架节点转动刚度增大,水平位移差异逐渐增大。     

Technological development and engineering applications of novel steel-concrete composite structures

In view of China’s development trend of green building and building industrialization, based on the emerging requirements of the structural engineering community, the development and proposition of novel resource-saving high-performance steel-concrete composite structural systems with adequate safety and durability has become a kernel development trend in structural engineering. This paper provides a state of the art review of China’s cutting-edge research and technologies in steel-concrete composite structures in recent years, including the building engineering, the bridge engineering and the special engineering. This paper summarizes the technical principles and applications of the long-span bi-directional composite structures, the long-span composite transfer structures, the comprehensive crack control technique based on uplift-restricted and slip-permitted (URSP) connectors, the steel plate concrete composite (SPCC) strengthen technique, and the innovative composite joints. By improving and revising traditional structure types, the comprehensive superiority of steel-concrete composite structures is well elicited. The research results also indicate that the high-performance steel-concrete composite structures have a promising popularizing prospect in the future.     

装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙共同工作性能试验研究

提出了一种装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙抗震节能结构。为研究轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作性能，进行了3榀足尺装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙试件与1榀足尺装配式轻型钢管混凝土纯框架的低周反复荷载试验。复合墙分为无洞口墙，带窗洞口墙和带门洞口墙。对比研究了结构的承载力、刚度、延性、滞回特性和耗能，分析了轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作机理，提出了结构水平承载力的实用计算方法。结果表明：在合理装配连接条件下，装配式轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作性能良好；装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙结构比纯框架结构水平承载力高，耗能能力强，刚度退化快，变形能力好；复合墙洞口面积及洞口类型对结构性能有显著影响，门窗洞口降低了结构水平承载力和初始弹性刚度，而对结构的累积耗能影响不明显；提出的实用计算方法能够较好地计算结构的承载力。     

钢-混凝土组合结构抗火性能研究与应用

钢-混凝土组合结构抗火性能研究是当前的研究热点之一,国内外学者对此展开大量试验研究和理论分析。通过介绍国内外研究者在组合板、组合梁、组合柱等构件以及结构节点和结构体系抗火性能方面研究概况,分析了我国现有防火设计规范的特点以及工程应用情况,指出现有研究的不足,对组合结构抗火研究领域在高温材料热-力耦合本构关系、计算理论、数值火灾试验和设计方法等方面需进一步研究的工作进行了展望。文中指出,建立考虑升降温、多轴应力状态、不同加卸载路径的钢材和混凝土热-力耦合本构关系,建立基于整体性能、考虑升降温全过程的结构抗火分析理论,建立整体结构数值火灾试验方法,提出“三水准”结构抗火设计与灾后结构损伤评估原则以及基于时变可靠度和结构整体性能的组合结构抗火设计方法是钢-混凝土组合结构抗火性能研究的关键科学问题。表2参119     

钢—混凝土结构多维地震作用简化分析模型

通过将高层钢—混凝土核芯筒混合结构简化为半刚架模型和剪力墙多弹簧模型的并联结构体系,得到用于高层混合结构水平地震反应分析下的简化分析模型,利用水平刚度与抗扭刚度的关系,得到扭转刚度及水平和扭转的耦合刚度,从而建立混合结构在多维地震作用下的空间简化分析模型。     

Analyses on mechanical performance of innovative composite shear wall systems

钢板-混凝土组合剪力墙由钢框架、内嵌钢板及一侧通过螺栓与之连接的混凝土板组成,其中传统组合剪力墙中混凝土板四边与钢框架直接接触,而改进组合剪力墙中二者之间有一定间距,以避免其在结构侧移较小时发生接触。采用ABAQUS有限元软件分别建立了组合剪力墙的精细有限元模型,研究了其受力性能以及板框相互作用全过程,分析了钢板高厚比对组合剪力墙整体承载力、抗侧刚度以及板框剪力分配等的影响。研究表明：组合剪力墙中混凝土板有效抑制钢板弹性屈曲,钢板主要以剪切屈服承载,对框架柱的附加弯矩较钢板剪力墙明显降低;相比钢板剪力墙,传统组合剪力墙承载力提高25%,抗侧刚度提高10%,混凝土板承载近30%;改进组合剪力墙承载力提高10%,抗侧刚度提高5%,混凝土板基本不承担剪力;随着钢板高厚比的减小,组合剪力墙的承载力与抗侧刚度提高,但两类组合剪力墙之间的差别变小;钢板承载比例不断增大,当钢板过厚时需要防止底层框架过早屈服。