下翼缘摩擦式自定心钢框架梁柱节点抗震性能的数值模拟

介绍了一种新型的铜框架梁柱节点形式,其中预应力钢绞线提供了结构在地震作用下的复位功能（自定心）,设置在梁端下翼缘的摩擦件则为结构提供了耗能能力;介绍了下翼缘摩擦式自定心钢框架粱柱节点的构造和工作原理,以节点的低用反复加载试验结果为依据,利用面向对象的开放式计算程序OpenSees建立了节点的数值模型,并侧重于模拟节点在地震作用下的张开/闭合、自定心、摩擦耗能以及螺栓受剪等特性。由计算结果与试验结果对比可知,所建立的数值模型对节点的抗震性能具有良好的模拟效果。     

腹板摩擦式钢框架节点震后可更换性能的试验研究

主要针对梁腹板带有摩擦耗能螺栓的自复位钢框架节点结构进行抗震性能和可更换性能的试验研究，探讨该类节点在往复荷载作用下的滞回性能以及节点域的变形特征。在参数选型的基础上，对5组钢框架节点试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验，其中:4组试件具有自复位能力，分析了各试件的承载力、刚度、耗能性能和滞回特性等性能。综合研究结果表明:所提出的拼接节点能够利用摩擦螺栓的滑移提高节点的耗能能力，有效减少梁和柱主体构件的损伤，同时预应力筋提供了结构的自复位能力。试验结果表明:在地震作用之后，通过更换腹板及摩擦螺栓可以使结构的承载能力和耗能性能与震前基本一致，从而实现结构功能的快速恢复。     

体外预应力自复位框架基于性能的抗震设计方法

体外预应力自复位框架通过设置铰接节点弱化结构整体抗侧刚度,减小输入到结构中地震能量,地震作用后利用钢绞线的弹性回复力进行自复位。在已有的理论分析和试验研究基础上,对体外预应力自复位框架结构的抗震设计方法进行了研究。确定了体外预应力自复位框架结构的抗震性能水准、多道防线的布置以及抗震设计流程。以一个三层三跨体外预应力自复位框架为例进行了基于性能的抗震设计,采用有限元程序进行动力时程分析,输入3条地震波模拟结构经历设计烈度地震、罕遇地震的动力响应。分析结果表明:体外预应力自复位框架结构在罕遇地震作用下,最大层间位移角满足设计要求的性能目标,验证了基于性能抗震设计方法的有效性,同时表明体外预应力自复位框架结构具有良好的自复位能力和优异的抗震性能。     

SMA-VED混合自复位支撑钢框架地震易损性与风险分析

本文提出了一种新型形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）-黏弹性阻尼器（ViscoelasticDamper,VED）自复位支撑,设计了普通预应力筋自复位支撑钢框架与SMA-VED自复位支撑钢框架。采用组合模型以及改进材料模型准确模拟了支撑的力学行为,详细讨论了考虑构件失效的模拟方法,通过试验确定了VED的失效应变范围,最后基于概率统计方法进行了易损性分析以及全周期风险分析。研究发现: SMA-VED自复位支撑可显著提升框架抗震性能;倒塌风险以及残余变形超越概率均显著低于普通预应力筋自复位支撑钢框架,下降比例最高超过50%。预应力筋断裂失效导致框架倒塌风险可提高5倍以上; SMA-VED自复位支撑失效会造成残余变形超越概率有所上升但幅度不大。总体来说,SMA-VED自复位支撑钢框架具备更好的地震鲁棒性。     

自复位中心支撑钢框架结构抗震性能分析

为了研究自复位中心支撑钢框架（SC-CBF）结构的抗震性能，对一四层SC-CBF结构进行了静力弹塑性分析、低周往复加载分析和动力弹塑性时程分析，并与中心支撑钢框架（CBF）结构进行对比，探究了不同GAP单元刚度和预应力筋截面积对SC-CBF结构自复位性能及抗震性能的影响规律。结果表明:与传统CBF结构相比，SC-CBF结构的抗侧能力强，地震作用下基底剪力小，卸载后的残余变形较小，具有良好的延性性能；在极罕遇地震作用下SC-CBF结构的位移响应大，耗散的能量多，层间位移角大而残余位移小，表现出良好的自复位性能和抗震性能；GAP单元刚度对预应力筋的受力性能影响较为明显，对结构的整体受力性能和延性性能影响较小，但结构的整体受力性能和延性性能受预应力筋截面积影响显著。     

形状记忆合金自复位钢框架节点抗震性能数值模拟及参数分析

基于ABAQUS二次开发平台,编制了超弹性形状记忆合金(SMA)一维分段线性本构模型子程序,并将其嵌入到ABAQUS材料库中,通过实例分析,验证了子程序的正确性。基于ABAQUS平台,建立了自复位钢框架节点分析模型,分析了钢框架节点在低周往复荷载作用下的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能能力及残余变形等抗震性能,并和普通钢节点进行了对比。对SMA自复位钢框架节点进行了参数分析,考虑了SMA筋预应力水平、位置、配置量及角钢厚度对自复位钢框架节点抗震性能的影响。分析结果表明:与普通钢框架节点相比,SMA自复位钢框架节点承载力大大增加,卸载后有效地消除了残余变形,具有良好的自复位效果;SMA预应力大小、竖向间距、配置量和角钢厚度等参数对新型钢框架节点的承载能力和复位性能均有明显的影响。     

带现浇楼板钢框架-剪力墙结构的拟动力试验研究

为研究楼板平面内刚度对整体结构抗震性能的影响,对一个3层2跨的钢框架-剪力墙结构进行了等效单自由度拟动力试验研究。着重分析了该钢框架-剪力墙结构的破坏机制、耗能性能及变形恢复能力,从而掌握该钢框架-剪力墙结构的抗震性能。结果表明,现浇混凝土楼板刚性可以保证结构的空间整体性和水平力的有效传递,该组合结构体系具有良好的抗震性能。最后通过对刚度比系数R的分析,得到该组合结构体系能保证剪力的有效传递,特别是在强震作用下,能够使不同抗侧力构件协同工作,剪力墙承担80%以上的地震剪力。     

两个四层钢框架结构缩尺模型侧倾倒塌的预测和验证

总结了数字化预测钢框架结构倒塌和预测精度通过两个4层标准抗弯框架的1∶8缩尺模型的地震模拟器试验得到证实的研究计划。文中论证了以下几点:(1)由于结构框架和地震地面运动的实际综合作用,可能发生侧倾倒塌;(2)P-Δ效应和构件损坏接近倒塌的结构框架的性能起主导作用;(3)只要构件的损坏在分析模型中有足够的代表性,那么就可以用相对简单的分析模型来合理地预测结构的倒塌;(4)接近倒塌的框架体系对于框架中每个重要构件所经历的受力过程非常敏感,意味着通常用于构件试验的对称循环加载过程并不能为模拟接近倒塌的损坏提供足够的信息。     

新型CS-MRF-BCSPSW体系性能的有限元分析

提出一种新型斜拉索-钢抗弯框架-梁连接钢板剪力墙(简称CS-MRF-BCSPSW)抗侧力体系。CS-MRF-BCSPSW体系综合了钢抗弯框架(MRFs)、钢板剪力墙(SPSWs)和斜拉索(CS)的各自优点,能有效地提升钢抗弯框架-梁连接钢板剪力墙(BCSPSWs)体系的抗侧力能力。CS-MRF-BCSPSW体系具有双重抗震防线和自复位能力,且BCSPSWs具有耗能能力。首先,阐述了CS-MRF-BCSPSW体系的组成及其ABAQUS有限元模型;接着,数值研究了CS-MRF-BCSPSW体系的抗侧力能力。具体地,数值研究了BCSPSWs的高厚比和宽高比、拉索截面面积、拉索倾角和拉索预应力对CSMRF-BCSPSW体系弹性刚度和抗侧力的影响和BCSPSWs的高厚比和宽高比和拉索预应力对CSMRF-BCSPSW体系滞回性能的影响。数值结果表明:CS-MRF-BCSPSW是一种新型的高性能抗震结构体系。     

外型钢砼框架—内置型钢框架钢筋砼核心筒混合结构抗震性能试验研究与分析

(超)高层建筑结构一定程度上可代表城市、地区的经济发展水平,其结构体系的选择、承重构件的类型及其连接对其使用功能至关重要。随着我国经济的快速发展,可以预测在今后相当长一段时间内,中国将是(超)高层建筑发展的主要阵地。由于高度超限,抗侧力体系多种多样,其适用范围及适用高度均有所不同,目前还很难形成系统完整的、有针对性的规范、标准等作为设计依据。更需注意的是,一些抗震设防区域或高烈度区也出现了(超)高层建筑结构,且此高度范围的建筑基本均未受到相当强度的地震洗礼。因此,为确保此类建筑结构在地震区的安全可靠,为此类结构抗震设计提供普遍意义上的设计依据,对其抗震性能的研究尤为重要。目前国内外对(超)高层建筑结构,特别是地标性建筑的抗震设计主要根据静、动力试验完成分析,辅以数值模拟完成整体结构的分析作为结构设计的主要依据。本文将采用上述手段对可适用于(超)高层建筑的混合结构体系主要进行如下研究:(1)提出一种新的(超)高层建筑体系,即:外型钢混凝土框架—内置型钢框架的钢筋混凝土核心筒混合结构体系。根据相似原理设计出1:10的模型结构,并进行了地震模拟振动台试验研究;(2)结合振动台试验结果,对该体系中出现的薄弱楼层处的内置型钢框架的组合核心筒体进行了1:2模型的拟静力试验研究;(3)初步探讨了该组合核心筒体的非线性力学性能。论文具体开展并完成了以下工作:(1)提出"外型钢混凝土框架—内置型钢框架钢筋混凝土核心筒"混合结构,探讨其用于(超)高层建筑作为结构抗侧体系的可行性。根据现行规范、规程设计了"外型钢混凝土框架—内置型钢框架钢筋混凝土核心筒混合结构",利用ETABS软件进行了该类结构体系的原型结构整体分析及截面设计。(2)根据相似原理,依据原型结构的基本设计信息,完成了1:10大比例整体模型结构的设计,获得了模型中主要构件的截面设计信息。(3)对该类混合结构模型进行了地震模拟振动台试验,系统分析了整体模型结构在不同类型、不同强度水平的地震动作用下楼层的动力响应,研究了不同工况下模型结构的破坏机理、外框架与核心内筒之间的协同工作性能及整体模型结构的薄弱层位置等,并根据相似关系讨论了对应的原型结构的动力响应及其抗震性能。(4)在振动台试验研究基础上,对内置钢框架钢筋混凝土核心筒体进行了1:2模型结构的拟静力试验。深入研究了该类组合筒体的刚度及承载力变化、耗能机制、滞回特性、变形特点及破坏机理等。进一步分析了内置型钢框架对钢筋混凝土核心筒的承载能力及延性的影响;讨论了内置型钢框架与混凝土间的相互作用及协同工作性能。(5)采用大型建筑结构有限元分析程序STRAT对该内置型钢框架核心筒进行了大震非线性分析及抗震性能研究。上述研究的目的是研究本文所提出的混合结构体系整体抗震性能及其主要抗侧部分—内置型钢框架核心筒体的抗侧能力,探讨该类混合结构在(超)高层建筑结构,特别是地震区高层建筑结构中应用的可行性。本文的研究旨在抗震试验分析的基础上,对该类混合结构体系的综合抗震性能进行全面的分析讨论,对该类结构在地震区的应用提供分析基础,为该类结构体系相应的技术标准、规程的编制与制定提供参考依据,为我国(超)高层建筑结构的发展提供技术保证。