北京大兴国际机场航站楼C形柱体系抗震性能非线性有限元分析

C形柱是北京大兴国际机场航站楼结构的关键构件,航站楼中心区主要靠8个沿中线呈东西对称分布的C形柱支承。为考察C形柱在竖向及水平荷载下的受力和变形性能,采用ABAQUS 6. 10有限元软件对其进行竖向及水平极限承载力分析。考虑材料非线性和几何非线性,当材料达到极限应变时,杆件失效退出工作,杆件初始缺陷按杆件长度的1/350施加。结果表明:在大多数情况下,支撑筒破坏晚于C形柱,在C形柱达到极限承载力后,支撑筒作为二道防线继续承担抗侧作用;大震下所有C形柱底部剪力均在承载力的弹性阶段,满足大震不屈服的性能要求。     

北京大兴国际机场航站楼中心区屋盖钢结构设计的关键问题

为满足北京大兴国际机场航站楼少柱、大空间的建筑需求,提出一种以可独立承载的大型子结构单元为基础、支承体系与屋盖结构一体化的巨型网格结构。并就结构设计中的关键问题,进行了竖向承载能力、水平抗侧能力、防连续倒塌、抗震性能研究及竖向地震作用分析,结果表明：以若干独立承载的大型子结构单元为基础构建的体系可大幅提升结构的承载能力和抗倒塌能力;两个支撑筒或支撑框架与C形柱组成三角形支承结构,承载力可提升300%以上;子结构之间的屋盖结构对巨型网格结构的传力机制影响较大,应考虑子结构独立模型和整体模型进行承载力包络设计;当支承构件承担的地震剪力小于其承担的重力荷载比例时,应对支承构件承担的地震剪力进行调整,以提高支承构件的抗侧能力;针对构件和支承系统层面的抗连续倒塌分析可有效评估不同构件和C形柱的重要性等级;采用静力法计算大跨屋盖的竖向地震响应偏小,应采用振型分解反应谱法或动力时程分析法进行复核;采用基础与层间结合的超大平面隔震技术可有效提高巨型网格结构的抗震能力。     

丽泽SOHO结构模型振动台试验研究

丽泽SOHO总建筑面积达17.28万m2,结构高度为191.5m,由反对称复杂双塔及跨度9m～38m弧形钢连廊共同组成,形成世界最高的中庭之一.本文进行了缩尺比例为1∶25整体结构模型的振动台试验,研究了该模型结构在地震作用下的响应特点,评价了其整体抗震性能,并对结构薄弱部位提出设计改进建议.试验结果表明:层间位移、扭...     

缩尺再生砖砌体住宅房屋振动台试验研究

为了了解用再生砖砌成的砖混结构住宅房屋的动力特性和抗震性能,对一个四层、1／3缩尺的再生砖砌体砖混结构住宅房屋模型进行多种工况的振动台试验研究和分析。观察记录模型在不同地震和烈度下的破坏机理和形式,以及测得各楼层相对底层的最大位移和位移时程曲线,评估结构的变形能力和抗震性能。试验结果表明,再生砖砌体砖混结构模型具有良好的抗震性能,能够达到砖混结构的“小震不坏,中震可修,大震不倒”的要求。建议对房屋设置抗震缝,增强结构的变形能力和抗震强度。研究成果对进一步了解再生砖结构体系的动力特性和抗震性能具有重要的意义,可为该结构抗震设计提供相关依据和参考。     

法门寺合十舍利塔结构整体模型振动台试验研究

法门寺合十舍利塔为特殊的竖向倒转收进结构,主体结构为倾斜外挑内收的型钢混凝土筒体,沿高度在两处形成拐点,底层为框支转换层,顶部通过型钢混凝土桁架连接形成连体结构。为了研究其抗震性能,对其1/35整体模型进行了模拟地震振动台试验,测试了模型结构的动力特性及其在7度多遇、7度基本、7度罕遇、8度罕遇水准地震作用下的加速度、位移反应等,研究了模型结构的破坏机理和破坏模式,并根据试验结果,分析了原型结构的动力特性及地震反应。试验结果表明：模型结构第1、2、3阶振型频率分别为6.348Hz（平动）、6.836Hz（平动）和14.746Hz（整体扭转）,原型结构对应的前3阶振型周期分别为0.933s、0.866s、0.401s,扭转、平动周期比为0.43;在7度基本及7度罕遇水准地震作用下结构最大层间位移角分别为1/754和1/453,表明原型结构整体抗震性能较好,能够满足中震基本弹性、大震不倒的抗震设防要求。建议采取适当措施缓解4层楼板标高附近筒体墙身的应力集中,并进一步研究结构外挑端部及其上下楼层竖向反应及其与水平反应的耦联性。     

某超限高层住宅整体结构模型振动台试验研究

武汉世茂锦绣长江A2地块的1-3号超高层住宅楼属超限高层建筑工程。为研究在地震作用下的抗震性能,对其进行了缩尺(1/30)整体模型的振动台试验,研究了模型结构的动力特性以及在6度多遇、6度基本烈度、6度罕遇和7度罕遇地震作用下的动力反应。观察裂缝出现和发展情况,研究结构的破坏形式和破坏机理,指出该结构的薄弱部位,并提出设计改进建议和构造加强措施。     

局域大空间复杂体型高层结构整体模型振动台试验研究

本文采用模拟地震振动台试验方法对局域大空间复杂体型高层结构的动力特性、地震反应规律和开裂破坏模式等进行了系统研究,重点分析了地震作用下结构的扭转振动反应及其空间分布规律。研究结果表明:局域大空间对结构的动力学特性具有显著的影响,扭转振型可能成为结构一阶振型;在地震作用下,结构动力反应较大,且具有明显的局域及整体扭转振动,结构局域大空间部位的局部扭转反应可能大于结构顶部的总体扭转反应,易造成大空间部位主要抗侧构件发生扭转破坏。对于此类复杂体型结构,必须采取有效措施增加结构局域大空间部位的抗侧抗扭刚度,以确保结构满足抗震设防要求。     

北京大兴国际机场航站楼大跨度钢结构C5区地震响应分析

北京大兴国际机场航站楼大跨度钢结构C5区为双层网壳结构,结构形式复杂,杆件众多,其抗震性能是设计与分析中的关键问题。对C5区建立有限元模型,首先进行了自振模态分析,初步了解了其动力特性。然后,根据规范合理选择地震波,进行动力时程分析,研究了模型在8度多遇及罕遇地震作用下的动力响应和杆件内力情况。分析结果表明:C5区的自振频率分布十分密集,振型以竖向振动为主且对称出现;在8度多遇地震作用下,整体杆件地震内力系数均处于较低水平,上弦及下弦杆件的地震内力系数稍大,受地震作用影响较大;在8度罕遇地震作用下,上、下弦极少数杆件的应力进入塑性范围,其余杆件的应力均处于弹性范围内,整体塑性发展程度较弱;在8度多遇及罕遇地震作用下,结构的层间位移角、剪重比等指标均满足规范要求。总体来说,结构在8度多遇及罕遇地震作用下能实现"小震不坏、大震不倒"的抗震设防水准要求,抗震性能良好。     

适量注芯混凝土砌块结构模型振动台试验研究

通过对6层适量注芯混凝土小型空心砌块配筋砌体结构模型进行地震模拟振动台试验,分析结构体系的结构动力特性、加速度放大反应、最大层间位移角等,研究其在抗震设防烈度为7度构造措施条件下的结构抗震性能、屈服机制。试验结果表明：配筋砌体模型结构在地震作用下的整体变形仍以剪切变形为主;在输入不同地震波、不同峰值加速度时,结构横向所能承受的输入峰值加速度的平均值比纵向要高,横向变形大于纵向变形,说明结构纵向抗震能力要强于横向;圈梁、构造柱以及水平拉结筋构成的约束体系作用明显,结构在基本烈度地震作用下抗破坏能力较强,能够满足抗震规范规定的在7度区“大震不倒”的要求;结构在罕遇地震作用下也具有相当的抗震能力。     

重庆高科太阳座大厦模型结构振动台试验研究

重庆高科太阳座大厦是一幢建筑外立面扭转,结构平面、竖向不规则超限的复杂超高层建筑结构,采用了钢管（型钢）混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系。外立面扭转导致外框架中竖向构件不连续,形成受力复杂的空间斜柱,进而造成结构各层平面形状、布置不断变化,以及结构扭转不规则。通过1∶25缩尺模型振动台试验,对模型结构在6度多遇、设防和罕遇地震作用下的加速度、位移等动力响应以及结构的损伤破坏情况进行观测,评价该结构体系的整体抗震性能。研究结果表明：通过增大竖向构件截面方式提高结构层高较大的楼层刚度引起了结构局部刚度突变、应力集中,致使薄弱部位转移;结构顶部塔楼的收进导致鞭梢效应明显,急剧增大了楼层变形;CFST柱-SRC梁框架的SRC梁端和节点周围加强环梁,以及RC核心筒连梁为主要损伤部位;模型在6度罕遇地震作用下能保证“大震不倒”,该结构体系具有良好的抗震性能,能够满足预设抗震性能目标。     

双塔连体结构的模拟地震振动台模型试验研究

双塔连体结构是在两塔楼上部设置连体而形成的一种复杂的高层建筑结构形式,在我国实际工程中的应用越来越多,但目前对此类结构的抗震性能研究还不够全面和深入。针对一双塔连体高层建筑,进行了模拟地震振动台模型试验,并利用大型通用有限元分析软件ANSYS进行了结构动力特性和动力反应分析。结果表明,连体刚性连接节点及墙体采取的内设型钢的加强措施可以满足结构抗震要求;连体结构的连体部分对竖向振动效应的放大十分明显;应进一步加强连体桁架构件的整体和局部稳定性;开有较大洞口的楼层应采取改善延性的措施。     

昆明新国际机场航站楼A区结构模型振动台试验研究

通过对昆明新国际机场航站楼A区结构1/60模型进行地震模拟振动台试验,分析了结构形式复杂的大跨度基础隔震结构模型的设计方法,分别测试了隔震结构模型和非隔震结构模型的动力特性、阻尼比及其在不同地震动输入时结构的加速度、位移、扭转等动力反应,以及大跨度网架的竖向振动等,研究了结构破坏机理和破坏模式。试验结果表明：基础隔震能够有效延长结构的自振周期、增加结构的阻尼比、提高结构的耗能能力;通过基础隔震,可以将水平地震输入加速度峰值降低到原来的40%,对竖向加速度没有降低作用,但通过对水平加速度的降低有效抑制了大跨度网架的竖向振动;烈度8.2度地震作用下隔震结构的位移、加速度、扭转等反应均比7.5度地震作用下非隔震结构的反应要小,且隔震结构在8.2度多遇和罕遇地震作用下结构的层间最大位移角分别为1/636、1/201。试验表明原型结构设计基本合理,采用基础隔震能够有效提高结构的抗震性能,隔震层以上结构在8.2度抗震设防烈度时的水平地震作用小于非隔震结构在7.5度抗震设防烈度时的对应值。最后针对试验及分析结果对原型结构设计提出一些改进建议。图8表4参4     

采用被动控制的四塔连体结构振动台试验研究

某四塔连体结构在顶部通过300m长的空中连廊在高度235m处连接,形成复杂的多塔楼高位连体结构。为减小地震作用下的结构响应及结构构件内力,采用被动控制方案,空中连廊与四栋塔楼的连接节点采用摩擦摆隔震支座,并设置阻尼器进行耗能与限位。为检验四塔连体高位减（隔）震结构的抗震性能,进行了1/25缩尺模型的模拟地震振动台试验研究。结果表明：采用被动消能减震的四塔连体结构满足抗震设计要求;摩擦摆隔震支座与黏滞阻尼器产生了良好的隔震与消能减震效果,空中连廊构件在罕遇地震作用下保持弹性工作状态。     

大跨异形钢连廊连体结构振动台试验研究

为研究高烈度区大跨异形钢连廊连体结构的抗震性能,开展1/30缩尺模型的模拟地震振动台试验。通过33个工况,分析连体结构的破坏特征、动力特性、加速度、位移和应变响应。结果表明：8度多遇和设防地震作用下,连体结构未发生破坏,自振频率无明显改变,基本为弹性状态;随着地震动强度的增大,连体结构的损伤逐渐累积,自振频率逐渐下降,主楼和附楼I的加速度放大系数逐渐减小,钢连廊与附楼I连接处发生微小裂缝,钢连廊跨中的竖向加速度放大系数先减小后增大,同时钢连廊对竖向振动放大效应明显,且带有明显的扭转反应;8度罕遇地震作用下,主楼和附楼I的剪力墙、框架柱出现裂缝,钢连廊与附楼I连接处的破坏加剧,其竖向自振频率下降了3.37%。连体结构的薄弱处位于钢连廊与附楼I的连接处,该处发生局部锚固破坏。连体结构的层间位移角未超过抗震规范的限值,满足“小震不坏”和“大震不倒”的抗震设防要求。     

钢筋混凝土巨型框架结构及附单向TMD装置的减震结构振动台试验研究

为了研究钢筋混凝土巨型框架结构体系的抗震性能及其地震作用损伤机理,设计制作1/25的缩尺模型,并设计加工了一套调谐质量阻尼器（TMD）装置安装在模型结构顶部,进行振动台试验,得到结构的动力特性和位移响应,并对比分析了TMD的减震效果。结果表明：当在峰值加速度为0.140g的地震波作用后（相当于原型7度多遇地震）,模型结构处在弹性工作状态,在峰值加速度为0.400g的地震波作用后（相当于原型7度基本烈度）,模型结构出现轻微破坏,在峰值加速度为0.880g的地震波作用后（相当于原型7度罕遇地震）,模型结构出现中等破坏,该原型结构可以满足抗震设计的要求;TMD装置具有较好的减震效果。     

世构体系框架结构模型振动台试验研究

为了研究预制预应力混凝土装配整体式框架结构(世构体系)抗震性能,以某实际工程世构体系框架结构为原型,对其底部两层进行缩尺模型振动台试验研究。观察试验模型在不同振动工况下的损伤及破坏情况,对模型在各水准地震作用下的动力特性、加速度、位移、应变及扭转反应进行分析,并根据试验现象与试验结果,对世构体系框架整体进行抗震性能的综合评价。结果表明：该预制装配框架体系在多遇地震作用下未出现明显损伤,在罕遇地震作用下节点核心区未出现裂缝,模型仍能保持较好的整体性,抗震性能良好;试验模型结构布置合理,地震作用下主要运动形式为平动;罕遇地震作用下,模型自振频率最大降幅为21.89%,最大层间位移角为1/122;虽然模型存在一定程度的损伤,但其弹塑性层间位移角均小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中的限值,满足我国“小震不坏”、“大震不倒”的抗震设防目标。     

北京LG大厦单塔结构整体模型模拟地震振动台试验研究

本文通过对北京LG大厦单塔主体结构1/20整体模型模拟地震振动台试验,测试了模型结构的动力特性、阻尼比及其在8度多遇、8度基本、8度罕遇烈度地震作用下的加速度和位移反应等,研究了模型结构的破坏机理和破坏模式,并根据试验结果和相似理论,推导、分析了原型结构的地震反应。试验及分析结果表明:模型结构第1、2、3阶振型频率依次为:4.319Hz(x向平动)、4.883Hz(y向平动)和6.761Hz(整体扭转),对应阻尼比分别为0.043、0.046和0.026;原型结构对应前3阶振型周期为1.794s、1.587s和1.146s,其扭转、平动周期比为0.64,且在8度多遇和罕遇地震作用下结构最大层间位移角分别为1/1005和1/101,显示原型结构布置基本合理,整体抗震性能较好,能够抵抗所在地区设防烈度下各水准地震作用。论文最后对原型结构的抗震设计提出了一些改进建议。     

北京新机场航站楼大跨度钢结构主楼C1区静力和抗震性能试验研究

北京新机场航站楼大跨度钢结构的最大结构单元长度504m,最大跨度125m,属于超限高层建筑结构。选取北京新机场航站楼屋盖钢结构C1区结构单元制作1∶10缩尺模型进行静力和拟静力试验,研究C形柱体系与上部屋盖结构组成的整体结构的静力和抗震性能。研究结果表明：在竖向荷载作用下,结构响应的试验值与有限元模拟值吻合较好;在水平往复荷载作用下,C形柱的破坏形式为局部杆件的屈曲和断裂,在破坏发生后C形柱的承载能力没有显著下降,变形没有显著增大,整体稳定性能良好;C1区整体结构的耗能能力比较稳定,进入弹塑性工作阶段后结构刚度衰减较快;C1区整体结构的破坏模式为广义的梁端出现塑性铰,满足“强柱弱梁”的结构设计要求;C1区整体结构可以承受超过9度罕遇地震作用,结构具有较高的安全储备,抗震性能良好。