地震下某三心圆双向钢桁架结构体系动力弹塑性失效分析

运用SAP2000结构分析软件与塑性铰理论,对某兼具地震避难所功能的三心圆双向钢管拱桁架结构的大跨公共建筑进行了地震波作用下的动力弹塑性性能分析,考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了结构的变形形态、失效类型、塑性发展程度和延性性能,并基于其失效形态对强震下的抗震性能进行了评定。结果表明:该结构在强震作用下的失效模式是,三心圆拱桁架在变曲率处和支座处的关键弦杆、腹杆陆续进入不同阶段的塑性铰并形成局部塑性铰集中区域,导致结构沦为机构而失效;该结构在地震波下的失效界限地震加速度峰值为595gal,最大竖向变形为跨度的1/207,结构各方向延性系数均大于4,具有较好的塑性变形能力,可满足8度抗震设防区在罕遇地震作用下的安全性能要求。     

基于AP法的单层球面网壳结构地震倒塌破坏分析

在地震作用中,结构的薄弱部位构件可能会先发生初始失效,并导致结构在之后的地震中发生倒塌破坏。为研究在杆件初始失效下单层网壳结构的抗连续倒塌性能,通过增量动力分析方法（IDA 法）确定网壳结构薄弱区域分布规律及结构的动力响应,引入最大响应参数（应力、塑性应变、等效塑性应变等）杆件作为初始破坏杆件,采用备用荷载路径法（AP 法）分析剩余结构在之后的地震作用中产生的动力响应。结果表明：单层网壳结构地震薄弱区处于底部区域,且受地震影响较大。在地震作用下,处于薄弱区域的杆件初始失效会使结构节点最大竖向位移、 塑性杆件比例、总应变能等结构响应参数急剧增大,并且加速了结构的凹陷。由于杆件的初始失效,其两端节点发生较大塑性,周围杆件塑性发展明显,应重点关注处于地震薄弱区的杆件,该区域杆件若发生初始失效将对结构产生影响较大。     

地震动差动作用下大跨度空间网壳结构的反应分析

选取100 m跨度的双层柱面网壳结构为研究对象,采用时程分析法,分别进行了结构在单向和三向地震行波输入作用下的反应分析,并针对多种视波速情况进行了研究,考查了地震动不同输入情况下结构杆件内力的分布特点,对其进行了对比分析,为大跨网壳结构的抗震设计提供了理论依据。研究表明,考虑行波效应会使结构部分构件内力有一定程度的提高,多维地震作用比单维地震作用下结构的杆件内力大。由此得出结论:对于大跨度空间网壳结构,应该进行多维非一致输入下的地震反应分析;为保证抗震安全,应对可能出现的地面视波速进行全面分析。     

基于几何参数的优化对双层柱面网壳结构动力性能的影响

以双层柱面网壳为研究对象,采用参数化设计语言APDL对AN SY S进行二次开发,实现了任意跨度双层柱面网壳的自动建模、加载、施加约束及求解。借此平台对柱面网壳结构进行模态和地震反应分析。首先,分析了结构自振特性随几何参数变化的特点,研究了结构的基频随矢跨比和网壳厚度的变化规律,结果表明,当矢跨比在1/3.6~1/5该范围内,结构的整体刚度较大;网壳厚度在1.8~2.1 m时,网壳整体刚度较大;对于矢跨比一定的网壳,随着厚度的增加,杆件的动内力大多增加,横向弦杆的二维与单维动内力比值有所增加,而纵向弦杆的二维与单维动内力则变化不大。然后,对网壳进行不同几何参数下的地震反应分析,给出了最大节点位移和最大杆件轴应力随几何参数变化的时程响应曲线,揭示了这类网壳的地震反应特点。     

近场地震下评估单层网壳响应的地震动强度参数分析

为了选取近场地震动作用下适于评估单层网壳结构响应的地震动强度参数,以3个矢跨比不同的单层球面网壳和5个矢跨比、长宽比不同的单层柱面网壳为模型,从相关性、有效性及充分性3个方面对多个地震动强度参数进行分析评价。结果表明,对于单层球面网壳结构,水平向的相关系数大于竖向的相关系数.加速度反应谱值S_a(T_1)和S_a(T_2)为近场地震动作用下适于评估单层球面网壳结构响应的地震动强度参数;对于单层柱面网壳结构,跨度方向的相关系数大于长度方向和竖向的相关系数,近场地震动作用下适于评估单层柱面网壳结构响应的地震动强度参数为S_a(T)、速度反应谱值S_v(T)和位移反应谱值S_d(T),当单层柱面网壳的长宽比和矢跨比较大时,T应取第一阶振型的自振周期T_1,当单层柱面网壳的长宽比和矢跨比较小时,T应取第二、三阶振型的自振周期T_2和T_3。     

钢管再生混凝土框架抗震强度与刚度试验研究

为研究低周反复荷载作用下钢管再生混凝土框架的强度与刚度,进行了一榀圆钢管和一榀方钢管的再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件的拟静力试验,实测试件的破坏机制、滞回曲线、强度衰减和刚度退化等,探讨单层单跨钢管再生混凝土框架的层间受剪承载力和刚度设计方法。研究结果表明:试件满足了"强柱弱梁、强剪弱弯"的抗震设计要求,滞回曲线基本对称,同级循环位移下试件的强度衰减和刚度退化大致经历一个由多到少再到多的过程。建议采用柱端弹性弯矩法或柱顶塑性铰法或柱底塑性铰法,进行单层单跨钢管再生混凝土框架的层间受剪承载力的设计计算,本文采用的方法可以用于钢管再生混凝土框架初始弹性层间刚度的估算。     

老山自行车馆多点输入下地震响应及强度破坏分析

采用时程分析法分别对奥运会老山自行车馆进行了多点和一致输入下的弹塑性地震响应和强度破坏分析。首先对两种输入方式下的结构响应进行了系统的对比,然后通过对极限加速度峰值、最大节点位移时程、塑性杆件数量和分布及网壳破坏形态等重要参数的统计、分析和归纳,剖析了奥运会老山自行车馆在多点输入和一致输入下的地震响应规律和强度破坏机理。研究表明,在强震作用下,多点输入下支承附近区域的杆件应力大于一致输入,这提示我们应注意该区域杆件的设计;无论是多点输入还是一致输入,结构强度破坏的位移模式都是溢出型;多点输入下结构的塑性开展更为充分,内力更为均匀。     

下击暴流作用下单层球面网壳倒塌破坏研究

针对大跨空间结构在下击暴流作用下破坏规律尚不明确的问题,本研究分析了下击暴流作用下 K8 型单层球面网壳结构的破坏模式与失效规律。基于确定性?随机性混合模型模拟了下击暴流风场,其中平均风的模拟采用 Wood 竖向风剖面模型和 Holmes 经验模型,脉动风的模拟则采用自回归模型。基于向量式有限元分析方法,考虑结构的几何非线性、材料非线性及构件断裂准则,对下击暴流作用下不同矢跨比的网壳结构进行弹塑性时程分析及连续倒塌过程模拟。通过研究矢跨比分别为 1/3、1/5 与 1/7 时,结构节点位移幅值的变化及下击暴流平均风荷载与总风荷载对结构破坏模式的影响,探究单层球面网壳结构在下击暴流作用下的失效规律。研究结果表明：下击暴流作用下单层球面网壳结构的失效主要是由结构杆件屈曲所致,且平均风的影响占主导地位,决定着结构的破坏模式,而脉动风则使得结构响应加剧,破坏时间提前。此外,随着结构矢跨比的增大,结构的体型系数与受风面积随之变化,进而影响结构的破坏模式,使其由局部杆件渐进式屈曲失效的模式向结构整体瞬时失效的模式转变。研究成果可为大跨空间结构的抗下击暴流设计提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

单层球面网壳屋盖的地震响应有限元分析

以单层球面网壳屋盖为研究对象,对50m和30m跨度单层球面网壳进行了地震响应有限元分析,考虑了不同支座对结构地震响应的影响,得到了一些重要结论,为单层球面网壳的设计、研究和应用提供了一定的参考和借鉴.     

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。     

基于壳-弹簧模型的组合式预制管廊纵向抗震分析

利用ABAQUS有限元软件,建立了组合式预制管廊三维壳-弹簧有限元模型,研究地震作用下组合式预制管廊之间的相互作用,以及组合式预制管廊的整体抗震性能。采用壳单元模拟管廊结构,非线性弹簧单元模拟管廊承插式接头、钢绞线、舱室之间填充的泡沫板材料,非线性地基弹簧模拟土-结构相互作用。利用反应位移法计算了组合式预制三舱(双舱+单舱)管廊在安评波作用下的变形及内力响应。研究表明,安评波不同入射角度下,双舱管廊和单舱管廊之间存在相互作用,但管廊之间峰值相对位移小于其初始间距;随着安评波入射角度的增加,双舱管廊和单舱管廊的接头张开量及内力均呈现先增大后减小的趋势,接头张开量和截面内力峰值均满足抗震验算要求。     

大跨空间网壳结构的抗震性能及分析

首先采用反应谱法和时程分析两种方法对大跨度空间网壳结构进行了全面分析,了解该形式结构的工程抗震受力性能。然后对两种方法的分析结果进行了对比,考查了结构杆件内力的变化,进而得出了内力差异随结构跨度、矢跨比和周期等的变化关系,找出了采用球反应谱法分析得出的结构响应偏于危险的杆件,从而为网壳结构的抗震设计提出了改进建议。     

基于可靠度和性能的结构整体地震易损性分析

地震风险分析包括地震危险性分析、地震易损性分析和地震灾害损失评估3个方面，其中，地震易损性分析可以预测结构在不同等级地震作用下发生各级破坏的概率，因此对结构的抗震设计、加固和维修决策具有重要的应用价值。传统的结构地震易损性分析主要采用经验方法或蒙特卡洛模拟法绘制地震易损性曲线。首先介绍地震风险分析的基本原理，然后提出结构整体地震易损性的概念，针对传统方法存在的问题，将结构的可靠度方法与基于性能的抗震设计理论结合起来，提出了基于可靠度和性能的结构整体地震易损性分析方法，并采用有限元可靠度方法进行了结构地震易损性的计算。以结构的最大层间相对变形作为整体性能指标，对某5层2跨钢框架结构进行了地震易损性分析，绘制了其在不同地震作用下对应不同性能水准要求的地震易损性曲线。     

钢管混凝土柱-软钢消能元件组合高墩桥梁试设计∗

为显著提高强震区高墩桥梁结构的抗震性能,基于可恢复功能抗震设计原理,提出钢管混凝土柱?软钢消能元件组合箱形截面高墩桥梁的设计概念。以山区某常规RC箱形截面高墩连续刚构桥为工程背景,进行新型组合截面高墩桥梁试设计;分析了新型组合截面高墩桥梁在作用基本组合下的静力性能和地震组合下的抗震性能,并对比分析了其与常规RC箱形截面高墩桥梁在E2地震作用下的抗震性能。结果表明：①作用基本组合下,新型组合截面高墩桥梁能够很好地满足结构承载力和稳定性要求;②在E2地震作用下,常规RC箱形截面高墩桥梁出现中等程度的破坏,而新型组合截面高墩桥梁仅有可更换的软钢消能元件发生塑性变形,表明其具有地震可恢复性;③在E2地震作用下,新型组合截面高墩桥梁的地震位移反应明显小于常规RC箱形截面高墩桥梁的地震位移反应。     

基于SMA隔震支座的双层球面网壳结构地震响应分析

采用橡胶支座的隔震方式是目前较成熟的隔震技术,但橡胶支座存在着水平变形大、阻尼较小、耗能不足等问题。SMA-橡胶复合隔振支座充分利用了形状记忆合金(SMA)丝的超弹性特点,在支座工作时起到恢复力主要补充作用,使得支座在抗侧移能力和耗能方面都得到了加强。通过建立双层球面网壳模型,对其在普通橡胶支座和SMA复合橡胶支座两种不同工况下的隔震效果进行对比分析,说明在采用后者的双层球面网壳结构其杆件的内力值和节点位移值都明显降低,受拉的上弦杆和受压的下弦杆无论是受力峰值及其杆件数量都有所减少,提高了网壳结构的变形协调能力,限制了网壳结构薄弱杆件的破坏,SMA复合橡胶支座起到了较好的减震耗能作用,对双层球面网壳的隔振作用优于橡胶支座。     

大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能影响因素分析*

为分析大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能的影响因素,通过 Keiwitt?6(K6)型球面网壳缩尺模型的连续倒塌试验,验证有限元模型的正确性。在此基础上,分析了传力路径和初始缺陷对大跨度单层球面网壳抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明,两个传力路径依次失效后,网壳主要通过压杆机制抵抗连续倒塌,其破坏模式为局部倒塌。有限元分析结果与试验结果吻合较好。传力路径与初始缺陷对网壳抗连续倒塌性能影响显著：传力路径依次失效时,结构的抗连续倒塌性能可以得到充分发挥,传力路径同时失效时,结构的动力响应明显增大;随着初始几何缺陷大小的增加,网壳的抗连续倒塌性能降低;当初始缺陷大小相同时,结构并非均是在第 1 阶屈曲模态下率先发生连续倒塌。建议考虑传力路径的影响,取前 10 阶屈曲模态进行网壳的连续倒塌分析。