带防屈曲支撑的钢管混凝土框架抗震性能参数分析

设置防屈曲支撑的钢管混凝土框架是一种新型钢管混凝土减震结构。采用有限元软件Opensees对设置防屈曲支撑的单层单跨钢管混凝土减震框架进行数值模拟,研究了框架梁柱线刚度比、防屈曲支撑初始刚度以及钢管混凝土柱轴压比等设计参数对该减震结构抗震性能的影响。研究结果表明:1数值模拟和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性;2梁柱线刚度比在0.1~0.3之间变化时,钢管混凝土减震框架的抗震性能较好;3BRB耗能支撑的初始刚度K1在40~80kN/mm变化时,减震框架的耗能减震效应较明显;4在合理的钢管混凝土柱轴压比范围内,当轴压比较大时,在钢管混凝土框架中设置防屈曲支撑能明显地提高结构的耗能能力和改善结构的强度退化现象。     

主余震作用下自复位钢筋混凝土框架结构抗震性能振动台试验研究

为了研究自复位钢筋混凝土框架结构在各水准主余震下的抗震性能,本文完成了一幢两层单跨双向自复位框架结构(1/2缩尺比)振动台试验。整个框架结构设计包括3种类型自复位节点:柱-基础节点、顶铰梁-柱节点(结构Y向)和普通梁-柱节点(结构X向),其中,采用无粘结后张预应力筋为节点提供自复位能力,前两种节点采用外置可替换的低碳钢(MS)阻尼器作为耗能装置,普通梁-柱节点采用角钢作为耗能装置。试验选取一条典型远场IV类场地地震动(含两条水平分量),通过调整地震动PGA进行双向主震加载(从中震到超大震),每次主震后,施加两次PGA较小的地震动,以模拟余震对结构的作用。试验结果表明:(1)在超大震下,结构层间位移角可以达到2. 4%,此时主体框架结构损伤不严重,主要在混凝土梁和柱上产生大量肉眼可见的微裂缝;(2)从中震开始,柱-基础节点发生抬升,并且梁-柱节点产生开口转动;结构变形主要集中在节点开口位置,MS阻尼器可以发挥耗能作用(尤其是柱-基础节点阻尼器);(3)在各幅值主余震加载过程中,预应力筋存在预应力损失,但震后残余变形比较小,结构能够自复位。     

底部开缝预应力剪力墙结构力学性能的有限元分析

根据现浇混凝土结构与装配混凝土结构的耗能特点,建立了底部开缝后张拉预应力摇摆剪力墙结构模型,并采用数值模拟方法研究其抗震耗能性能,分析分布钢筋、预应力水平、轴压力等参数对其力学性能的影响,并与同类型整体现浇剪力墙进行了对比分析。结果表明:底部开缝后张拉预应力摇摆剪力墙结构具有一定的耗能能力,虽然相对于现浇剪力墙结构,其承载力较低,但变形能力较强,墙体损伤和残余变形较小,并且具有较好的自复位能力。     

新型可恢复功能组合柱设计及其抗震性能研究

为实现框架结构震后性能的快速恢复，提出了一种有良好自复位能力且易于修复的新型可恢复功能组合柱。考虑钢绞线滑移及无粘结钢绞线的受力特征，采用OpenSees对柱抗震性能进行验证及参数分析。对不同设防烈度普通钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架、钢绞线混凝土框架及应用可恢复柱的可恢复框架进行静力推覆及地震荷载下的残余位移及最大位移响应分析，得出各框架层间最大位移与残余位移的关系，并对比分析各框架在不同地震强度下的可恢复性能。结果表明：钢绞线配置率对可恢复柱的抗震性能有重要影响；7度设防RC框架应用可恢复柱后，底层梁柱塑性铰发展大幅减轻，延迟了框架的破坏，且其承载能力与自复位能力均高于8度设防RC框架；在地震作用下可恢复框架的失效概率最低，可恢复性最高，且地震作用越大，其相对于普通RC框架可恢复性的提升越为明显。     

新型自复位SMA耗能梁段的滞回性能

为有效控制强震后Y型偏心支撑钢框架结构的塑性残余变形,通过将Y型偏心支撑中耗能梁段的腹板更换为形状记忆金属(SMA)材料,提出了一种新型自复位SMA耗能梁段。使用ANSYS软件建立有限元模型分析得出,与传统耗能梁段相比,SMA耗能梁段具有旗帜型滞回曲线,承载力及延性无明显下降,可实现震后自复位功能。此外,还设计6组16个SMA耗能梁段试件,并进行了滞回性能分析。研究发现设计参数变化对SMA耗能梁段的自复位功能影响较小;腹板厚度及耗能梁段长度对SMA耗能梁段的承载力及初始刚度影响显著;翼缘厚度及宽度、翼缘材料及加劲肋间距对其承载力及初始刚度影响较小,但其后期承载力会出现一定程度的劣化。     

FRP加固震损RC柱建模方法及骨架模型研究

为研究震损RC柱采用FRP(Fiber Reinforced Polymer,FRP)加固修复后的抗震性能,本文基于OpenSees仿真平台,根据震后RC柱的表观损伤状态提出FRP加固震损RC柱的有限元模型建立方法。对FRP加固震损RC柱进行5120种工况的Pushover分析,采用三折线荷载-位移骨架曲线,研究损伤状态对骨架曲线特征点参数的影响规律,并通过数据回归分析提出FRP加固震损RC柱的骨架曲线计算模型。分析结果表明:损伤会降低FRP加固RC柱的承载力及刚度,且降低程度随损伤指数的增大而增加,两者近似成抛物线关系;在DS-5损伤状态下,相比于FRP加固完好RC柱,FRP加固震损RC柱的屈服承载力P y、峰值承载力P c、弹性刚度K 1、弹塑性刚度K 2及下降段刚度K 3的均值下降17.9%、14.5%、41.8%、43.1%和19.9%;损伤对FRP加固RC柱弹性刚度和弹塑性刚度的降低程度明显高于屈服承载力和峰值承载力;文中提出的FRP加固震损RC柱骨架曲线计算模型具有较高精度。     

绿色高性能水泥基复合材料加固火损RC柱抗震性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料是一种用大掺量粉煤灰替代水泥的改性工程水泥基复合材料,具有优异的延性与抗震耗能能力。为解决火灾后RC柱抗震等问题,提出采用GHPFRCC材料加固方法。对采用GHPFRCC材料加固RC柱进行拟静力试验,并采用OpenSees有限元软件进行数值模拟,通过对比模拟结果与试验结果,验证有限元分析的可靠性。结果表明:滞回曲线、骨架曲线的试验值和模拟值整体吻合,极限承载力的偏差不大;与未加固RC柱相比,经过加固后的RC柱变形能力明显增加,加固后极限承载力提高26.63%,极限位移提高12.5%,后期水平荷载退化速率降低,滞回曲线更加饱满,抗震性能更加优秀。同时使用OpenSees进行参数分析可知,为了保证RC加固柱的延性与承载力,必须控制轴压比,建议GHPFRCC置换高度大于1/3柱高。     

钢筋混凝土框架结构延性折减系数能力分析

结构延性折减系数反映了结构非弹性变形能力的大小,它是基于承载力抗震设计中确定的设计地震力的关键因素,也是基于性能抗震设计中确定的等延性非弹性反应谱的主要依据。考虑不同设防烈度、不同层数,严格按现行抗震规范设计了17个典型RC框架结构,采用OpenSees进行有限元建模与分析,并采用结构拟静力试验数据对有限元模型进行验证。通过比较弹性与非弹性体系在同一强度地震动作用下的反应,得到了按现行抗震规范所设计的结构延性折减系数能力值的取值及其变化规律。结果表明,采用结构延性折减系数能力值,可以定量评定结构在强震作用下的非弹性耗能能力。按我国现行抗震规范设计的6、7、8度的RC框架结构,结构延性折减系数能力值的最小值分别为3.7、3.5、3.2。     

卷边PEC柱-钢梁(BRS)端板连接组合框架中间层抗倒塌机理数值模拟

为研究卷边PEC柱-钢梁组合框架中间层抗倒塌机理,以采用端板预拉对穿螺栓连接的新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)-钢梁(BRS)组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行水平低周往复荷载下倒塌机理的数值模拟。基于计算数据,对比分析试件承载力、抗侧刚度、连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点传力机理和破坏机构等抗震性能。结果显示:试件具有较大的承载能力和初始抗侧刚度;卷边PEC框架柱平均分担层间水平剪力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓实现了部分自复位功效,而梁截面削弱满足了连接的转动能力和结构耗散地震能的需求;试件最终破坏模式为梁端削弱截面处出现塑性铰而使结构形成塑性机构,相应连接转角和试件中间层层间剪切角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好抗震延性和抗倒塌性能。     

外置耗能壳板的钢框架桥墩抗震性能数值研究

将结构震后功能可恢复和耗能构件可更换引入钢框架桥墩:在墩柱塑性铰区外置低屈服耗能壳板来保护墩柱主体结构,且外置耗能壳板易于震后修复或更换。采用数值模拟方法比较研究了钢框架桥墩与外置耗能壳板的钢框架桥墩的滞回曲线、耗能能力、等效黏滞阻尼比、刚度和强度等抗震性能,探讨了外置耗能壳板参数(如材料屈服应力、安装高度和厚度等)对钢框架桥墩抗震性能的影响及其规律。结果表明:外置耗能壳板的钢框架桥墩抗震性能优于钢框架桥墩,且外置耗能壳板先于墩柱屈服,可有效保护墩柱主体免遭地震损伤;外置耗能壳板安装高度和厚度明显影响钢框架桥墩的抗震性能,而外置耗能壳板屈服应力对钢框架桥墩抗震性能的影响可忽略。     

填充墙对底框结构地震反应的影响

为研究填充墙对底层框架多层砌体房屋地震反应的影响,以典型的填充墙-底层框架多层砌体房屋为基础,建立有限元计算模型并进行了弹塑性动力时程分析。根据不同模型的计算结果以及填充墙的刚度和强度,分析了填充墙对底层框架多层砌体房屋自振周期、地震作用下房屋整体变形、底层框架的损伤以及填充墙与底层框架相互作用的影响。计算结果表明:填充墙对房屋整体地震反应产生明显影响,其影响不能忽略。在上部砌体结构质量和刚度不变的情况下,结构自振周期随着填充墙刚度的增加而降低;随着填充墙与底层框架之间连接作用的增强,结构整体的变形减小,底层框架的损伤增大。当填充墙与底层框架之间采用弱连接时,采用强度较高的填充墙可以提高结构整体的变形能力,从而提高结构整体的抗震能力。     

消能减震技术用于C类框架学校建筑提高一度抗震设防加固的探讨

针对既有的C类框架学校建筑提高一度抗震设防的加固目标,从地震作用计算、结构抗震验算和抗震构造措施等方面详细分析了其中的加固难点,指出了应用传统抗震加固方法的一些不足之处,探讨了应用消能减震技术进行结构提高一度抗震设防加固的可行性;并以某C类框架学校建筑加固工程为实例,从减震控制效果分析、弹塑性变形验算、消能部件影响评价、抗震构造措施核查4个方面论证了消能减震加固方法的有效性和可操作性。结果表明,消能减震技术在C类框架学校建筑抗震加固中具有一定的应用优势,不但能有效控制结构的地震响应,而且依据减震效果可以适当降低结构的抗震构造要求。因此,只要通过合理的消能减震加固设计,再辅以额外的局部加强处理,完全可以实现C类框架学校建筑提高一度抗震设防的加固目标需求。     

异形柱组合框架结构力学性能有限元对比分析

对钢筋混凝土异形柱承载力低、轴压比限值低、节点薄弱和抗震性能不理想等特点,将异形柱分别与型钢混凝土结构和钢管混凝土结构相结合,基于OpenSees建立三层两跨平面实腹式异形柱中框架模型,进行静力推覆分析和滞回性能分析,通过改变轴压比参数,获得结构滞回曲线和骨架曲线,进一步分析其承载力、延性和耗能等相关力学特性。研究结果表明:同钢筋混凝土异形柱框架相比,型钢混凝土异形柱框架和钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均有提高;随着轴压比增大,两种异形柱框架的弹性刚度基本不变,但荷载一顶点位移曲线下降段越陡而导致延性降低;同样配筋率下,钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均高于型钢混凝土异形柱框架,并且可以提高施工速度;相关研究成果可为科研和工程设计提供研究参考。     

基于抗侧刚度比的防屈曲支撑组合框架优化研究

针对某26层设置了防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架的benchmark模型,以振型分解反应谱法作为基础算法,编制了基于遗传算法的优化程序,通过改变结构各层的抗侧刚度比,对设置防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架结构进行了防屈曲支撑截面面积的优化设计,对以变化抗侧刚度比设计的结构和以固定抗侧刚度比设计的结构进行了弹性阶段和弹塑性阶段的地震响应对比分析。结果表明:以变化抗侧刚度比设计的结构能在不减弱抗震性能的同时,减少48%的防屈曲支撑用量。在罕遇地震作用下,以变化抗侧刚度比设计的防屈曲支撑的耗能比例达54.98%,充分发挥防屈曲支撑的塑性变形能力消耗地震能量,起到保护框架梁、柱的作用。     

钢板组合PEC柱-削弱截面钢梁组合框架抗震试验研究

为深入研究PEC柱-钢梁组合框架结构体系的抗震性能,设计了1榀两层单跨钢板组合截面PEC柱-削弱截面钢梁组合框架1∶2缩尺试件,并对其进行了低周往复荷载抗震试验。根据实测数据整理,得到了试验滞回特征曲线,并结合试验过程现象记录,分析了试件滞回特性、抗侧刚度退化规律、节点连接性能、耗能与延性和试件破坏模式等力学性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和较大的抗侧刚度;采取梁端截面削弱方式可实现梁端塑性铰位置远离节点区,且端板对穿螺栓连接能有效将梁端受拉翼缘拉力转化为对应边对节点区的压力,使得节点区形成了混凝土斜压带传力模式,提高了节点区抗震性能;试件滞回曲线较为饱满,在梁翼缘与端板连接焊缝存在施工缺陷情况下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比分别达到3.50%(推)/4.50%(拉)、2.92(推)/3.21(拉)和0.306,且承载力仍未下降至其极限承载力的85%,即试件结构具有良好的变形、抗震延性与耗能能力;该试件在循环往复荷载下呈现的破坏模式为梁削弱截面部位和PEC柱脚相继形成塑性铰的塑性机构。     

三种支撑钢框架性能的比较分析

基于Pushover方法,分析了K形偏心支撑、Y形偏心支撑、Y形隅撑支撑等三种支撑钢框架耗能梁段长度和截面刚度对结构抗震性能的影响,从刚度、延性和耗能三方面比较了三种支撑钢框架的结构性能。结果表明,在合理设计的情况下,Y形隅撑支撑钢框架可同时达到最好的刚度和延性;K形偏心支撑钢框架耗能最好;Y形偏心支撑钢框架的刚度和耗能最差,延性介于前两者之间。     

方钢管混凝土框架加固后的非线性有限元分析——受低周反复荷载作用

建立了加固后损伤方钢管混凝土框架的三维非线性有限元分析模型，用以研究该框架在低周反复荷载作用下的抗震性能。该模型考虑了钢与混凝土的黏滑作用。通过与损伤方钢管混凝土框架加固后的结构在低周反复荷载作用下滞回曲线和刚度退化曲线的对比表明，计算结果较为精确，该模型可以应用于方钢管混凝土框架的结构分析中。同时由试验和有限元分析计算的结果可知，损伤方钢管混凝土框架结构加固后，具有较好的抗震性能。     

锈蚀钢筋混凝土圆柱抗震性能的试验研究

对不同锈蚀程度的钢筋混凝土圆柱进行低周反复试验,研究了不同轴压比下的钢筋锈蚀率对钢筋混凝土圆柱滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性及耗能能力的影响;给出了试件累积耗能、屈服荷栽、极限荷栽、荷栽最大值和位移延性系数与钢筋锈蚀率和轴压比的关系.研究表明,随着钢筋锈蚀率和轴压比的增大,试件的滞回曲线趋于干瘪,骨架曲线下降段变陡,试...