考虑墙-框连接方式影响的填充墙框架结构抗震性能分析

在结构设计中,填充墙通常被当作非结构构件,不参与结构抗震计算。在实际地震作用下,填充墙和框架成为整体,共同抵抗地震作用,合适的墙-框连接方式可以减轻二者的相互作用,从而提高结构整体抗震性能。首先,运用ABAQUS软件对前人已开展的考虑墙-框不同连接方式的框架结构拟静力试验进行数值模拟,验证了所建立的有限元模型的可靠性。然后,基于某典型框架结构,建立三种墙-框连接方式的框架结构有限元模型并进行分析。模态分析表明,墙-框连接方式对框架结构的振型及周期影响较小,结构动力特性趋于一致。通过多遇地震和罕遇地震下的弹塑性时程分析,对比分析各结构的加速度反应、位移反应、滞回耗能及构件震害特征等可知,合理的墙-框连接方式可以提高结构抗震性能。针对本文框架结构工程实例,采用墙-框脱开密封材料封缝,构造柱加水平系梁的连接方式时其抗震性较好。     

钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能试验研究

钢筋混凝土异形柱框架的抗震性能，特别是它在高烈度地震下的抗震性能，一直是结构抗震研究的重点问题。为了配合正在编制的《钢筋混凝土异形柱技术规程》，进一步探讨这种结构体系的适用性，针对昆明市某实际工程，按8度区Ⅲ类场地的情形，进行了1榀3层2跨钢筋混凝土异形柱框架1／3比例模型的拟静力试验，研究这种结构在低周反复荷载作用下延性、变形特性和滞回特性。试验研究表明，这种钢筋混凝土异形柱框架抗震性能良好。     

楼板对钢筋混凝土框架结构受力性能影响

汶川8级地震震害调查发现,这次地震中现浇钢筋混凝土框架结构多发生"强梁弱柱"型破坏,这与规范中"强柱弱梁"抗震设计原则相悖。为探究其原因,采用ABAQUS软件对钢筋混凝土带楼板框架和空框架结构进行了侧向加载情况的性能分析。通过对比纵向梁端钢筋应力变化和柱端钢筋应力变化,以及分析不同侧向位移对应的楼板钢筋的应力变化情况,指出楼板对梁端抗负弯矩能力的增强有很大贡献。研究了节点类型、楼板钢筋材性、侧向位移、梁高、梁跨和板厚等因素对纵向梁端处楼板有效宽度的影响规律,提出了负弯矩作用下梁端处楼板有效宽度的取值方法。     

施工误差对RC框架结构层间位移角限值可靠度的影响研究

施工质量的变异性是造成钢筋混凝土框架结构体系可靠度不确定的重要原因之一。结合增量变异性分析方法,考虑施工质量的随机性,利用ANSYS有限元软件,考虑各楼层的失效相关性,对钢筋混凝土框架结构的体系可靠度进行计算,分析层间位移角对施工质量的灵敏性,定量地说明施工质量的变异性对框架结构的体系可靠度的影响,并基于可靠度理论对施工误差限值进行了研究,得到了钢筋混凝土框架结构施工误差限值建议值。研究结果表明:材料强度和结构几何尺寸的随机性对框架结构楼层层间位移角均具有较大影响,尤其是混凝土抗压强度。体系可靠度随混凝土抗压强度的均值增大逐渐增大,随标准差的增大而减小。截面尺寸、箍筋间距的均值变异性对整体可靠度的影响也较明显,其次就是钢筋保护层标准差的变异。施工误差限值的建议值为:梁柱截面高度偏差限值为(-6,12)mm,箍筋间距偏差限值为(-26,26)mm,保护层厚度偏差限值为(-5.5,5.5)mm。     

近场地震下已建钢筋混凝土框架结构抗震性能分析

选取前方向效应近场地震波、滑冲效应近场地震波和远场地震波,对按《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ11-78)设计的4层钢筋混凝土框架结构进行了弹塑性时程分析。结果表明:前方向效应近场地震动和滑冲效应近场地震动对结构反应有很强的放大作用,当结构为弹性时对基底剪力影响较大,进入塑性后,对位移的影响更显著。综合弹塑性时程分析和Pushover分析两种方法对结构的抗震性能进行了评估,发现结构在小震下的整体变形超出了我国现有规范的限值,而在大震时发生了倒塌,从而从计算的角度解释了汶川地震中那部分20世纪80年代建造的结构倒塌的原因。     

截面角部集中配筋RC柱抗震性能试验研究

地震动的随机性使地震时地面的水平运动可以来自任一方向,因此房屋的钢筋混凝土柱有可能在随机地震动下斜向受力而发生破坏。提出了将柱纵向钢筋向截面角部集中的方法以改善RC柱在斜向地震作用下的抗震性能,并通过低周往复试验进行了验证。结果表明:截面角部集中配筋柱在斜向地震作用下的抗震性能得到大幅度的提高。     

梁翼缘削弱型弱轴连接边框节点抗震性能影响因素分析

提出了一种新型的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接,基于此节点形式设计梁翼缘削弱型边框架节点足尺试件进行单调荷载试验研究。采用通用有限元软件ABAQUS对此类节点在单调荷载作用下的受力性能进行模拟对比验证后,对此类节点进行低周反复荷载作用下一系列有限元变参数模拟分析,研究各削弱参数对该类节点滞回性能的影响。研究结果表明:梁翼缘削弱型新型弱轴连接节点在低周反复荷载作用下,塑性转动能力达到0.03 rad,塑性铰出现在削弱处,柱子节点域基本处于弹性状态,能较好地满足"强柱弱梁"和"强节点域"的抗震设计理念;不同削弱参数对节点的承载力、刚度、转动能力和延性有一定影响。对新型弱轴连接的削弱参数建议取值:削弱部位距蒙皮板的距离a取值为0.5~0.75倍的梁翼缘宽度,削弱区段长度b取值为0.65~0.85倍的梁截面高度,削弱深度c取值为0.2~0.25倍的梁翼缘宽度。     

预应力RC框架‑摇摆墙结构抗震减振性能研究∗

框架‐摇摆墙作为一类高效的结构抗侧力体系得到了广泛的工程应用。摇摆墙能够调控框架的层间侧向刚度,充分发挥抗侧力构件的性能,但由于摇摆墙自身缺乏回复力,发生侧向转动以后无法返回平衡位置,对框架有不利的影响。为了解决这一问题,提出预应力框架‐摇摆墙抗侧力体系。在框架梁中引入预应力使框架具有自复位能力,从而与摇摆墙协同工作并缓解摇摆墙的倾覆作用。发展了预应力框架‐摇摆墙结构节点核心区剪切块的定参方法,提出了结构的高效数值分析模型,设计了一栋 8 层常规框架‐摇摆墙结构和一栋预应力框架‐摇摆墙结构,建立结构的有限元模型并进行静力弹塑性分析和弹塑性动力时程分析。分析结果表明：相比于常规框架‐摇摆墙结构,预应力框架‐摇摆墙结构的峰值承载力更高,结构进入非线性阶段承载力没有明显下降,具有明显的自复位性能和延性破坏模式。在罕遇地震作用下,预应力框架‐摇摆墙结构的层间位移角显著小于前者,基底剪力略大于前者, 两者的层间加速度响应接近,节点核心区始终处于弹性阶段。预应力框架‐摇摆墙结构的抗震性能优于常规框架‐摇摆墙,可作为一种有效的抗侧力体系在抗震地区加以推广。     

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。     

双层桥支座布置对抗震性能的影响

双层桥上、下层桥面的支座如何布置及使用何种支座对其抗震性能有很大的影响。本文提出3种方案,并结合工程实例,采用地震非线性时程分析方法,对3种方案进行了对比分析。分析结果表明,上下层固定支座分开布置在两个桥墩上能够有效地减小固定墩所受的地震力;不设固定支座,全部采用活动盆式支座与弹塑性减震耗能装置并联,桥墩的内力大幅度降低,所有桥墩受力均匀,减隔震效果明显。     

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。     

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。     

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。     

RC框架结构地震倒塌风险近似评价方法的精度对比

增量动力分析方法(IDA)是目前评价RC框架结构抗地震倒塌能力最精确的方法,但是计算量大、耗时长,在工程实际中难于应用。现阶段已经提出了多种简化评价方法,可显著提高工作效率,便于工程人员应用,但是对其精度缺乏合理评价。本文介绍了三种常用的简化评估方法,基于静力推覆分析和塑性需求曲线方法;基于静力推覆分析并利用抗倒塌储备系数(CMR)与位移安全储备系数关系方法;基于抗倒塌能力谱法,用这三种方法计算了6个RC框架结构在罕遇地震下的CMR和倒塌率,并与其IDA计算结果进行对比,分析了三种简化评估方法的精度。结果表明三种简化计算方法中基于静力推覆分析和塑性需求曲线方法精度最高,基于静力推覆分析并利用抗倒塌储备系数(CMR)与位移安全储备系数关系方法和基于抗倒塌能力谱法计算更简单快捷。     

预制混凝土柱与独立基础浆锚连接抗震性能研究∗

为研究预埋波纹套管内预制混凝土柱与独立基础浆锚连接试件的抗震性能,进行了 6 个预制装配式柱和 1 个现浇柱的拟静力低周循环往复荷载试验。试验重点研究了柱纵筋锚固长度、轴压比、柱底纵筋局部脱黏(柱底锚固纵筋 5 倍直径范围内)对预制柱抗震性能的影响。结果表明：柱纵筋锚固长度为 10d 时(d 为钢筋直径),基础发生了开裂破坏,随着锚固长度的增加,破坏形态由基础开裂破坏变为柱脚弯曲破坏;为使预制柱与现浇柱的抗震性能相当,柱纵筋最小浆锚长度不宜小于 20d;轴压比一定时,对柱纵筋进行局部脱黏处理,可改善试件的延性及耗能能力。柱纵筋锚固长度一定时,随着轴压比的增加,试件的水平极限承载力及刚度均增大。     

地下连续墙连接方式对地铁车站结构地震反应的影响研究

目前地铁车站设计中地连墙与车站主体结构之间常采用复合墙与叠合墙两种连接方式,本文基于有限元方法,针对不同连接方式导致结构地震反应差异的问题,采用ABAQUS建立了土-地下连续墙-地铁车站静动力耦合有限元分析模型,分析了地连墙与主体结构连接方式对地铁车站层间位移角、侧移位移反应、动态损伤演化规律等结构地震反应的影响。研究表明:叠合墙地铁车站相对复合墙车站地震损伤整体上显著降低,且具有更好的抗侧移刚度,两种连接方式改变结构的薄弱位置,但两种连接方式中板的中间跨两端都是薄弱位置,应给予足够的重视。     

横隔数目对猫头型输电塔抗震性能的影响∗

输电塔是输电线路中的重要支撑结构。为了探究横隔数目对输电塔结构非线性地震响应的影响,以某一实际单回路直线塔中的猫头型输电塔为研究对象。基于 OpenSees 平台建立 4 个横隔数目不同的输电塔三维有限元模型,考虑材料和几何非线性,分析猫头型输电塔的动力特性。选取 20 条远场地震动记录,利用非线性有限元动力分析技术,研究不同横隔数目对输电塔结构远场地震作用下的响应问题。结果表明：随着横隔数目的增加,输电塔的自振周期减小,在一定程度上增加了其抗侧刚度。在大震、巨震作用下,横隔数目的增加,输电塔结构的顶点位移减小,基底剪力增大,层间位移的影响非常小且结构的变形始终在我国现行规范范围内,未超过其限值。     

支撑布置对火灾下钢框架结构抗连续性倒塌性能影响研究

研究了支撑布置对火灾下钢框架结构抗连续性倒塌性能的影响。考虑水平和竖向两种支撑布置形式,前者沿水平向布置在结构顶部,后者布置在结构各楼层,分别考虑其布置在结构边缘或者内部的情况。应用OpenSees软件对某7跨8层平面钢框架结构模型进行了数值分析。结果表明,火灾下结构倒塌始于受火柱的屈曲,该局部破坏向周边传播,导致整体结构下沉式倒塌或侧向倾覆式倒塌。竖向支撑可有效抑制结构的侧向倒塌,但容易导致底层柱的依次屈曲,不建议单独使用;通过将竖向支撑布置在结构内部,可有效阻止破坏向周边结构传播;水平支撑通过平均分配各柱轴压力,有效抑制周边柱的压曲,但容易造成结构局部或是整体侧向倒塌;同时应用两种支撑可有效提高结构抗倒塌性能。     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板连接节点抗震性能分析

在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲板式节点进行了低周反复荷载试验,以及在低周反复荷载下的抗震性能分析。结果表明:有限元分析得到的滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合较好;试件破坏为梁端破坏,塑性铰出现在梁端,在梁变截面附近出现了局部屈曲,也与试验结果一致。     

洞口对装配式轻钢框架-内保温复合墙抗震性能的影响

本文提出了一种装配式轻钢框架-内保温复合墙结构,为研究不同洞口类型对结构抗震性能的影响,分别设计了带门洞,带窗洞及不带洞口的3个足尺装配式轻钢框架-内保温复合墙试件。通过拟静力试验,观测了装配式轻钢框架-内保温复合墙结构在低周反复荷载作用下的裂缝开展情况和损伤演化过程,分析了结构的滞回特性、骨架曲线、承载力、延性、强度及刚度退化、耗能和应变。结果表明:开洞类型显著影响了装配式轻钢框架-内保温复合墙结构的承载能力及变形能力,洞口的设置降低了试件的峰值荷载及位移,门洞的设置对试件峰值荷载及位移的影响更为显著;将1%位移角作为工程抗震设计的弹塑性位移角对装配式轻钢框架-内保温复合墙结构来说同样适用。