钢筋混凝土框架柱端剪切破坏震害分析及对策

为避免钢筋混凝土框架柱在地震中因填充墙附加剪力导致剪切破坏,本文总结了近年来国内外破坏性地震中出现的典型柱端剪切破坏震害,采用ABAQUS对典型填充墙框架进行了水平推覆模拟,据此分析了框架柱端剪切破坏的受力机理,并以鲁甸地震中的一栋严重震损的实际结构为例,采用ABAQUS对典型填充墙框架进行了水平推覆模拟和受剪承载力计算.分析表明,填充墙附加剪力是造成框架柱端剪切破坏的主要原因.依据分析结果和已有试验成果给出了考虑填充墙附加剪力的柱端剪力荷载计算公式.震损结构案例分析表明,忽略填充墙附加剪力可能导致结构的抗倒塌能力严重下降,本文填充墙附加剪力公式计算结果与有限元分析结果及实际震害符合较好,可供工程设计参考.     

基于广义结构刚度的构件重要性评价方法

总结了现有构件重要性评价指标的研究概况和工程经验;根据结构体系传力路径中传递荷载比例大的构件重要性大的思路,通过理论推导定义了考虑荷载作用的广义结构刚度;以拆除构件对广义结构刚度的影响程度作为该构件重要性评价指标,并进一步将该指标转化为结构变形能损失率,使该指标的概念更为清晰;采用该评价方法对1组框架结构分别在重力荷载和水平地震荷载作用下的构件重要性进行了分析。结果表明:该方法具有合理性,且便于计算,可用于大多数类型的结构。     

装配式先张预应力混凝土框架结构研究初探Ⅱ:抗震弹塑性分析

装配式先张预应力混凝土框架是一种新型的结构形式,该结构采用先张预应力混凝土梁与预制混凝土柱先铰接后刚接的特殊施工方式,可有效降低框架梁端的负弯矩与配筋数量。基于纤维模型分别建立7度(0.1g,0.15g)和8度(0.2g)设防的现浇混凝土框架与装配式先张预应力混凝土框架的一系列弹塑性分析模型,提出了可考虑装配式先张预应力混凝土框架施工过程影响的建模方法。采用静力弹塑性推覆分析和动力弹塑性时程分析对建议的新型结构形式的抗震性能进行考察。结果表明,装配式先张预应力混凝土框架与现浇混凝土框架的整体抗震性能指标接近,在破坏模式与损伤细节上则存在不同程度的差异。装配式先张预应力混凝土框架的承载力比现浇混凝土框架高6%~12%,罕遇地震下装配式先张预应力混凝土框架最大层间转角比现浇混凝土框架高1%~13%。     

新型SRC柱-RC梁节点在对称荷载下静力性能试验研究

提出了一种新型的钢骨混凝土柱-钢筋混凝土梁的环梁节点,该节点传力途径为:框架梁剪力经环梁扩散传递给节点以下钢骨混凝土柱;框架梁端弯矩首先传递给环梁,环梁依靠整体拉压形成力偶将弯矩传递给钢骨混凝土柱。采用在柱顶施加恒定轴力的同时给框架梁端施加竖向力的加载模式,分别对正交、斜交两种形式的节点进行了单调受弯试验和单调受剪试验。试验结果表明,该类节点可以有效实现"强节点弱构件"的设计目标。同时,给出了新型环梁的配筋验算方法。     

基于构件重要性指标的RC框架结构抗震优化设计研究

通过引入基于结构广义刚度的构件重要性指标,提出了考虑构件重要程度差异的RC框架结构抗震优化设计方法。根据“构件重要性越大,承载力储备也越大”的结构系统设计策略,以构件的重要性程度由小到大逐渐发生损伤破坏的破坏模式为目标,根据现有一般构件的安全储备取值,建议了基于构件重要性指标的安全储备表达式。以广义结构刚度损失率作为结构失效判定依据,通过一RC框架结构抗震设计算例,分别对采用基于构件重要性指标方法和现行规范方法设计的结果进行对比,结果表明,建议方法的设计结果,其配筋分布更加合理,抗震性能得到显著改善,且总用钢量略有降低。     

多尺度有限元建模方法及其应用

在有限的计算条件下,为了尽可能的提高结构有限元分析的精度,本文引入了有限元多尺度计算方法。通过寻找有限元微观模型与宏观模型的界面连接方法,从而使精细的有限元模型可以自然地植入宏观模型,有效实现不同尺度模型间的变形协调。通过编制用户子程序,在有限元软件中对界面连接的合理性进行了算例验证,为多尺度有限元计算在结构分析中的应用提供了条件。最后采用多尺度建模方法,给出了钢结构弹塑性时程分析的应用实例。     

支撑巨型框架-核心筒结构体系抗震性能研究

以深圳平安金融中心为原型结构,提出支撑巨型框架-核心筒结构体系的概念,并以目前超高层常用的巨型框架-核心筒-伸臂桁架结构体系作为参照,开展了结构体系的抗震性能对比研究。研究结果表明,在两种结构体系抗侧刚度相近的工况下,支撑巨型框架-核心筒结构体系的用钢量显著降低。罕遇地震作用下,该结构体系的典型屈服路径为核心筒→巨柱→支撑→伸臂桁架。该结构体系显著增强了外框的抗侧刚度,提高了外框的剪力分担比例,使得内筒和外框的抗侧能力更加均衡,同时内筒和外框之间的竖向剪力连接需求降低,既减轻了核心筒损伤,又可降低伸臂桁架的刚度和杆件截面面积,并使伸臂桁架加强层与相邻上下层之间的层间刚度突变效应显著降低。因此,支撑巨型框架-核心筒结构体系是一种抗震性能优越的混合结构体系,适用于500m左右及以上高度的超高层结构。     

考虑楼板效应的外环板式梁柱节点抗弯承载力

楼板的存在对梁柱节点的局部受力影响显著, 在梁柱节点设计中, 若仅仅把楼板与钢梁的组合效应作为安全储备, 可能会产生结构由"强柱弱梁"转变成"强梁弱柱"的颠覆性结果, 因此忽略混凝土楼板对节点承载力及刚度的影响是造成破坏的重要原因.基于已完成的带楼板的T型梁柱节点低周往复荷载试验, 建立了非线性有限元分析模型.为了更加全面地了解钢梁-楼板组合节点的工作机制, 进一步补充完善试验研究的不足, 模型考虑了楼板与钢梁之间的栓钉连接以及材料非线性等因素, 模型的计算结果与试验结果具有高吻合度.在此基础上, 通过有限元参数分析, 详细分析了构件尺寸效应、轴压比、楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比共五个参数对考虑楼板影响的外环板式梁柱节点抗震性能的影响.结果表明尺寸效应、轴压比对梁端抗弯承载力及刚度的影响小到可以忽略, 楼板厚度、楼板强度和柱宽厚比对梁端抗弯承载力有显著影响.结合理论分析进一步提出了考虑楼板影响的外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力计算公式, 通过对比公式计算结果与试验、有限元分析结果可得, 该计算公式可较好的计算带楼板外环板式梁柱节点梁端抗弯承载力.      

建筑结构抗震“体系能力设计法”综述

建筑结构是由不同力学单元组合形成的复杂系统,从系统层次控制结构在强震下的动力响应与损伤过程对结构抗震设计具有重要意义。为使建筑结构具有“稳定、有序、渐进、可控”的地震损伤机制与破坏模式,预先设计明确的损伤机制和提高结构整体屈服后刚度是有效途径。在此背景下,“体系能力设计法”得以提出和发展。体系能力设计法通过在体系层次设置主、次结构,使结构的弹塑性动力响应受控于抗震能力较高的主结构,从而实现性态控制。该文综述了体系能力设计法中的关键科学问题在近年来的重要发展,并探讨了体系能力设计法的工程指导意义与未来发展方向。     

高变形能力螺栓抗剪连接件抗剪承载力理论分析与验证

螺栓抗剪连接件是实现装配式钢-混凝土组合构件的可拆卸功能的基本元素之一。针对螺栓抗剪连接件变形能力不足的问题,提出了一种高变形能力的插块式螺栓抗剪连接件(plug-type bolted shear connector, PTBSC)。试验和有限元分析表明,PTBSC的剪切-滑移关系曲线存在明显的屈服点和极限点,曲线呈现出近似双线性特征。同时,曲线有较大的屈服后刚度(为初始刚度的1/3~1/2),以及较大的屈服后承载力储备(极限承载力接近2倍的屈服承载力),其屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的评价方法有待研究。针对PTBSC的屈服抗剪承载力,从PTBSC的受力机理出发,推导了其理论计算公式。为检验所提出PTBSC屈服抗剪承载力的计算公式准确性,将理论计算结果与有限元分析结果进行比较验证。对比发现,PTBSC屈服抗剪承载力的理论计算公式具有较高预测精度,误差在正负20%之内,离散系数不超过13%。对该文提出的屈服抗剪承载力计算公式作参数影响分析,考察其随不同参数的变化规律。增大螺栓直径和螺栓强度等级可显著提高PTBSC的屈服抗剪承载力;增大集中变形段长细比会减小屈服抗剪承载力,增大插块材料抗压强度可提高PTBSC屈服抗剪承载力,当强度大于100 MPa,屈服抗剪承载力基本保持不变。针对PTBSC的极限抗剪承载力,通过对有限元结果进行统计分析标定其经验系数。当PTBSC的螺栓极限抗剪承载力表示为0.7倍的极限抗拉承载力,此时误差在20%之内,可较好地预测PTBSC的极限抗剪承载力且具有一定安全储备。