黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构抗震抗风性能分析

针对当前耗能减振技术用于结构抗风抗震时不具备自适应能力的问题,提出变形协调、并联出力的黏弹-金属-体化复合阻尼器及其耗能减震结构,以实现结构抗风抗震自适应多灾害防御体系。本文以黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构为研究对象,进行大震及强风作用下的性能分析,并将其与普通钢框架结构和防屈曲支撑钢框架结构的抗震、抗风性能进行对比分析。结果表明,罕遇地震下黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构呈现更小的基底剪力和顶层加速度,但层间位移角较防屈曲支撑钢框架结构有所增大;在强风作用下,黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构的顶层加速度、顶层位移及层间位移均小于钢框架及防屈曲支撑框架结构。     

防屈曲支撑钢框架模块装配式结构及其抗震性能分析∗

防屈曲支撑是一种兼具承载和耗能的抗侧力构件,相比于普通支撑,具有耗能稳定且延性好的优点,在模块化结构中,防屈曲支撑可作为模块内单元,通过带防屈曲支撑模块单元装配的方式形成防屈曲支撑钢框架模块结构。提出了防屈曲支撑钢框架模块装配结构体系、防屈曲支撑在模块化结构中的设计要求以及结构体系设计方法,并以 20 层住宅楼为例进行设计,包括典型高层住宅及其模块划分及结构在小震和大震下的抗震性能进行分析。 反应谱分析结果表明：设计的模块化结构能满足规范对结构的各项要求。对布置了普通支撑与等刚度防屈曲支撑的模块化结构进行了静力弹塑性分析,静力弹塑性分析结果表明：在 8 度罕遇地震下,普通支撑结构部分支撑发生屈曲破环,布置等刚度的防屈曲支撑框架只有第二层出现塑性铰,结构能够经受 8 度罕遇地震的考验,防屈曲框架结构的初始刚度与普通框架结构一致,但极限承载力明显大于普通支撑框架结构;防屈曲支撑较普通支撑能显著提高模块化结构的承载力,且能率先屈服发挥耗能作用,保护主体结构安全,符合双重抗侧力体系的原则,防屈曲支撑钢框架模块装配式结构体系具有优越的抗震性能,有很好的应用前景。     

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。     

隔震建筑抗极罕遇地震能力与主要破坏模式分析∗

隔震措施可以使上部结构在罕遇地震下处于弹性或轻微弹塑性状态,从而有效保护设防烈度下结构地震安全。但是,由于地震发生、强度和特性的不确定性,在设计基准期内结构也可能遭受极罕遇地震的作用,基于"大震不倒"设计的隔震结构在罕遇地震及极罕遇地震作用下隔震支座变形和结构整体抗倾覆安全以及实现抗极罕遇地震的能力和代价需要特别研究。本文通过弹塑性时程分析,比较三种不同高度的隔震结构层间位移角、叠层橡胶隔震支座位移及结构倾覆力矩,分析结构在极罕遇地震下隔震层(也即叠层橡胶支座)位移超限和整体倾覆的主要失效模式。结果表明:极罕遇地震下,基于"大震不倒"设计的隔震结构支座位移可能会超出限值,层间位移角和结构倾覆力矩通常可以满足要求。隔震支座尺寸适当增大、相应极限变形能力提高,能够控制极罕遇地震下结构隔震层变形破坏,但上部结构隔震效果有所下降;适当减小上部结构高宽比能够控制极罕遇地震下隔震结构、尤其高层隔震结构的整体倾覆破坏。因此,兼顾安全性和经济性,有效增大隔震支座极限位移、适当减小高层隔震结构高宽比,实现隔震建筑抗极罕遇地震能力,是付出代价不大、经济适用的一条有效途径。     

东方体育中心抗震设计及屈曲约束支撑的应用

介绍了抗震设计及屈曲约束支撑在东方体育中心的应用。详细介绍了屈曲约束支撑的细部构造、工作原理、截面选择和节点设计等问题,并结合本工程的抗震设计,通过对结构进行的弹塑性时程分析,考察了屈曲约束支撑在罕遇地震作用下地震反应,以及结构在罕遇地震作用下的位移、剪力反应,并与采用普通支撑的结构方案进行对比,显示出屈曲约束支撑的优越性。     

安装有防屈曲支撑建筑的地震模拟与经济性分析

结合防屈曲支撑拟静力实验的研究成果,用ABAQUS有限元软件模拟一栋建筑的地震反应。比较原设计结构与减少梁柱面积但安装有防屈曲支撑的减缩结构这2种方案下的地震响应,使两者的层间位移角相近并满足规范要求,进而做经济性对比。结果表明,防屈曲支撑可以有效地减小结构地震响应,并且先于梁柱破坏,保护主体结构安全;安装防屈曲支撑的结构在满足设计要求的同时,还可以节省建筑成本,缩短施工工期。     

基于纤维模型的空间网架支承体系的优化设计与分析

近年来,民用航空制造业的快速发展给大柱距空间网架结构带来新的契机。本文针对某大柱距厂房设计了无柱间支撑、柱间钢支撑和柱间消能支撑3种抗侧力结构体系。在此基础上,分别建立了3种结构体系的三维整体有限元模型,通过优化设计确立了钢支撑和消能支撑的具体设计参数,并进行了多遇地震作用下的弹性时程对比分析。最后,建立了结构弹塑性分析的纤维模型,对3种结构体系进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,对比研究了3种结构体系在大震作用下的倒塌机制。结果表明:采用纤维模型能够较为精确地进行结构的弹塑性时程分析;相较于不加柱间支撑结构体系,柱间钢支撑和柱间消能支撑结构体系在多遇地震作用下的结构层间位移分别衰减约32%和64%,在罕遇地震作用下的结构层间位移分别衰减约12%和46%,且均具有更好的倒塌机制。本文可供大柱距空间结构的设计与分析参考和借鉴。     

静力分析方法在消能减震结构分析中的应用

由于受制于计算机软件中的消能减震单元,目前尚无较适用的静力分析方法应用于消能减震结构在多遇地震和罕遇地震下的结构分析。有关含消能减震部件的结构分析,主要以动力时程分析和动力弹塑性时程分析方法为主,因此具有较大的难度和需要很长的分析时间。为了推进结构消能减震于工程项目上的应用,缩短分析上的繁杂程序,依据《建筑抗震设计规范》,配合美国FEMA 356规范,提出一套消能减震结构在多遇地震下的等值线性分析方法和在罕遇地震下的静力非线性推覆分析方法(pushover analysis)。此方法适用于位移型阻尼器和防屈曲支撑,不但可使消能减震结构的结构分析简化,并可避免计算机软件的限制,且在不含阻尼器元素的计算机软件上,依然可做消能减震结构在多遇地震和罕遇地震下的结构分析。并介绍了此分析方法在消能减震结构的结构分析中的应用,以证明其可行性。     

桁架转换钢筋混凝土井塔结构抗震性能研究∗

为研究罕遇地震作用下桁架托柱转换井塔结构的抗震性能 ,通过 PERFORM?3D、PKPM/SATWE 与 SAP2000 软件,分别对某桁架托柱转换井塔结构进行了静力弹塑性分析和动力弹塑性分析。研究抽柱前后井塔结构整体和关键构件的地震响应及破坏机制,得到了在罕遇地震作用下的层间位移角、基底剪力、顶点位移、结构塑性状态过程及转换桁架、框架柱、框架梁、连梁、剪力墙的内力变化和破坏状况。结果表明：在罕遇地震作用下,抽柱后结构的动力特性变化不大,整体结构具有良好的抗震性能,最大层间位移角为 4.4‰,符合规范要求;抽柱后基底剪力较抽柱前有所减小,但结构刚度满足要求;抽柱后的顶点位移略大于抽柱前的顶点位移,证明抽柱后结构的整体刚度略有降低;抽柱后屈服机制与原结构基本相同;转换桁架弯曲、剪切、轴向变形均未进入基本运行状态,具有良好的抗震性能;框架梁和连梁截面的抗剪承载力利用率变化不大,框架柱截面最大抗剪承载力利用率均值有所增大但依然满足要求,不会产生剪切脆性破坏,而剪力墙整体的抗剪承载力利用率均值偏低,建议适当减小剪力墙厚度,提高截面抗剪承载力利用率;抽柱后剪力墙扶壁柱的纤维应变发生了变化,最大拉应变小于钢筋的极限拉应变,钢筋未发生严重屈服,最大压应变小于混凝土的极限压应变。     

某耗能减震框肢剪力墙转换结构分析

采用复合型铅粘弹性阻尼器对带转换层框肢剪力墙结构的某酒店进行了耗能减震设计,对耗能减震结构和钢支撑结构进行了对比分析,包括反应谱和局部非线性多遇地震作用和罕遇地震作用下的时程分析。结果表明,底部框架结构布置复合型铅粘弹性阻尼器后,在多遇和罕遇地震情况下层间位移能满足《建筑抗震设计规范》要求,并且采用耗能减震结构能优化整体结构,不会对转换层上部结构产生不利的影响,能更好地改善结构的抗震性能。     

宿迁市教育大厦消能减震设计研究

对地处地震高烈度区的宿迁市教育大厦进行了消能减震设计。采用消能减震支撑框架结构体系代替传统的框架—抗震墙结构体系,进行了结构非线性时程分析,对消能装置的数量及布置进行了优化。分析结果表明,消能减震支撑框架结构在多遇地震作用下的层间位移能满足《建筑抗震设计规范》要求,在罕遇地震作用下具有更高的安全储备,表现出良好的抗震性能,可为高烈度区类似结构的设计提供借鉴。     

结合脉动测试的金刚宝座塔地震反应分析及震害预测

为了研究内蒙古呼和浩特市慈灯寺金刚宝座塔的抗震性能,测试了金刚宝座上五座小塔的动力特性,并建立数值模型计算结构的动力特性。通过动力特性比较,确定了结构整体等效弹性模量,输入调幅后的三向EL-Centro波计算古塔的地震反应,输出古塔各层应力响应、弹性位移响应、最大层间位移角以及塔底加速度时程。结果表明:中塔的水平剪应力在塔体中部最大,中塔竖向正应力、边塔水平剪应力和竖向正应力在塔体底部最大;层间位移值在塔体顶部最大,中塔和边塔的结构薄弱层分别为4层与顶层以及底层与顶层。慈灯寺塔在8度多遇地震下塔体基本完好,在8度罕遇地震下塔体上部将产生严重破坏。设置金刚宝座降低了各小塔的振动频率,加大了塔体底部的加速度幅值,不利于古塔的抗震性能。     

基于OpenSees的不规则三维RC框架结构弹塑性分析

以一局部平面不规则的RC框架结构为研究对象,基于OpenSees有限元分析软件,采用均匀加载、倒三角加载、抛物线加载和按第一振型分布加载4种侧向加载模式,对结构沿横向进行静力弹塑性推覆分析,依次求解结构在这4种侧向加载模式下从多遇、设防到罕遇地震下的性能点顶点位移和基底剪力。然后研究了两榀框架二维Pushover分析与整体结构的三维Pushover分析结果的异同,并就各性能点处的楼层位移和层间位移角进行对比和分析。结果表明:均匀分布模式结果偏差较大,不适用,倒三角分布加载模式在三维模型Pushover分析中具有较好的适用性。二维模型分析的性能点顶点位移偏小,与三维模型分析结果的差值随着地震强度提高而增大,三维模型能更好体现结构薄弱层所处位置,简化的平面分析结果偏于危险。     

长周期地震动作用下基础隔震结构抗倾覆能力研究

对极限高宽比的基础隔震结构进行地震响应分析,探究常规地震动与长周期地震动的差异,并从隔震层位移、隔震层拉应力以及结构的抗倾覆力矩比3种导致结构倾覆的参数入手,分析基础隔震结构在长周期地震动作用下的倾覆情况。首先,选取近断层脉冲型长周期地震动和远场类简谐长周期地震动各9条。其次,建立3种不同烈度区下极限高宽比限值时的框架隔震结构模型,分析不同设防烈度下罕遇地震对基础隔震结构隔震层支座水平变位与轴向受力的影响,以及罕遇地震时结构的抗倾覆力矩比。最后,修正高宽比限值简化公式,计算出长周期地震动作用下的理论高宽比限值,根据限值修正结构高宽比后再进行地震响应分析。研究结果表明：在长周期罕遇地震动作用下,基础隔震结构隔震支座位移量普遍超过允许限值,大量支座出现拉应力,其中部分支座拉应力超过允许限值,隔震层受到严重破坏;少数情况下结构抗倾覆比小于1.2,结构有倾覆可能;结合简化公式给出长周期地震动作用下高宽比建议值。     

基于Pushover方法的打包带加固砌体结构抗震性能评估

我国砌体结构历史震害严重,为对打包带加固砌体结构的抗震性能进行分析,基于Pushover方法及Abaqus有限元软件,探索简单有效的抗震性能评估方法。首先,以两栋具有实际震害的砌体结构作为研究对象,运用Abaqus软件建立三维有限元模型,并进行Pushover分析,通过与实际震害及动力时程分析结果进行对比分析,验证了Pushover方法用于砌体结构抗震性能评估的可行性。然后,以其中一栋单层砌体结构为对象,进一步研究打包带加固对结构抗震性能的影响。结果表明:多遇地震和设防地震作用下,打包带加固后结构的层间位移角有所减小,打包带发挥了一定作用,但增强效果不够明显;然而,在罕遇地震作用下,打包带发挥了明显作用,结构的抗震性能有明显增强。作为一种简单、廉价、有效的抗震加固方法,打包带加固可以用于村镇砌体结构的抗震加固,特别是可以有效提高砌体结构的抗倒塌能力。     

基于IDA的西安站改东配楼结构地震易损性分析∗

为评估复杂连体结构在地震作用下的抗震性能,通过增量动力分析法对结构整体的抗震性能进行易损性分析。分别将最大层间位移角,扭转角和损伤参数作为 DM 值,获取结构易损性曲线,根据超越概率密度函数得到了各部件和整体结构的易损性矩阵。结果表明：在不同工况的 PGA 输入下,连体结构各部分均能满足抗震规范所规定的 8 度罕遇地震的要求,大跨桁架始终满足抗震性能要求;随着整体结构破坏程度的不断加大,角钢预埋件的破坏随着大跨桁架在强震作用下扭转的增大而逐渐增大,各水准的超越概率均大于其它部分的超越概率,因而大跨桁架支座端的角钢预埋件 1 和 2 是决定连体结构整体抗震性能的关键。     

四川地区抗弯钢框架结构基于性态的地震易损性分析

为研究四川地区抗弯钢框架结构在设防烈度提高情况下的地震易损性能,按上一代抗震规范设计了5层、10层、15层在四川地区建造的3个抗弯钢框架结构,考虑了钢材强度、弹性模量、层高及跨度等主要参数不确定性因素的影响,利用拉丁超立方抽样方法建立了3组40个抗弯钢框架结构样本。通过选取汶川地震中四川境内实测的40条地震记录反映地震输入的不确定性,并分别同3组40个抗弯钢框架结构样本进行随机组合。采用非线性时程分析方法获得3组40对抗弯钢框架结构-地震动样本集的最大层间位移角响应,结合已定义的钢框架结构的性态水平,建立了以结构第1周期谱加速度SA表征的抗弯钢框架结构在不同性态水平下的地震易损性曲线,评估了原地震水准及地震水准提高情况下钢框架结构的抗震性能。此外,还建立了对应于现行抗震规范规定的多遇及罕遇地震水准结构层间位移角限值水平下抗弯钢框架结构的地震易损性曲线,并进行了抗震性能评估,为今后震害预测提供参考。     

圆柱面巨型网格结构的粘滞阻尼器减震研究

以圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构为研究对象,在多遇地震下,选取结构的节点位移、加速度峰值为控制指标,运用ANSYS软件采用时程分析法从粘滞阻尼器的布置方案、阻尼系数等方面研究减震效果。比较分析后确定较优的布置方案及阻尼系数,进一步分析罕遇地震时的减震效果。结果表明,多遇地震时,采用大网格均匀布置的方式较部分大网格集中布置有更好的减震效果。随着阻尼系数的增大,位移减震率呈增长速率逐渐减小的递增趋势。当阻尼系数相对较小时,加速度减震率增长速率很快,但随阻尼系数增大会有降低的趋势。罕遇地震时,减震控制下的结构响应明显减小,屈服杆件大幅减少,粘滞阻尼器表现出较好的耗能特性。该研究结果对粘滞阻尼器应用于巨型网格结构中的减震设计有指导意义。     

地铁车站与上盖高层建筑一体化抗震性能研究∗

随着城市地铁发展,既有运营地铁车站上盖开发工程逐渐增多,新建上盖工程与既有运营地铁车站的相互作用、协同受力及抗震性能等问题受到越来越多的关注。依托我国南方某市地铁运营车站工程,提出了地铁车站与上盖高层建筑一体化抗震思路,分别采用 SATWE 和 MIDAS 有限元分析程序建立一体化结构与地基地基土相互作用模型,开展了多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震作用下弹塑性分析。结果表明地震波地震影响系数在结构主周期点上与设计反应谱在统计意义上相符。采用时程分析法针对多遇地震工况进行计算,结果满足规范的结构抗震验算要求,每组地震波计算的地震剪力不小于反应谱法的 65%,时程计算的楼层平均地震剪力均小于反应谱法,楼层层间位移角的变化规律和反应谱法基本一致。通过开展罕遇地震动力弹塑性时程分析,发现最大基底剪力与多遇地震基底剪力比为 3.29~5.09,结构框架梁柱塑性铰开展趋势合理,最终状态下框架柱基本不屈服,约 31.6% 的混凝土框梁以及约 19% 的钢梁达到屈服强度。相关方案达到预期的抗震性能目标。     

板件弯剪屈服耗能支撑滞回性能研究∗

设防地震和罕遇地震作用下,中心支撑结构的支撑斜杆容易受压失稳,为了避免支撑斜杆失稳,提出了板件弯剪屈服耗能支撑。采用有限元软件 ABAQUS分析了板件弯剪屈服耗能支撑的滞回性能,并与板件弯曲屈服耗能支撑的滞回性能进行了比较,考察了不同设计参数下板件弯剪屈服耗能支撑的耗能能力。分析结果表明：板件弯剪屈服耗能支撑可利用剪切板件率先屈服耗能,其滞回曲线饱满,耗能能力优越,初始刚度和屈服承载力较板件弯曲屈服耗能支撑有较大提高。剪切板件的高宽比、高厚比是影响支撑初始刚度、屈服承载力及耗能能力的重要因素。推导了板件弯剪屈服耗能支撑初始刚度及屈服承载力的计算公式,公式计算结果与有限元分析结果吻合较好,可为工程应用提供参考。