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    • 簡介:預應力裝配式混凝土框架結構是為了優(yōu)化裝配式框架結構的受力性能,通過預應力筋的預壓作用,形成的一種新型裝配式結構。該結構的節(jié)點連接可靠,結構整體性好。本文通過ANSYS數(shù)值模擬的方法,分析了預應力裝配式混凝土框架結構的受力特點及破壞形態(tài),研究了結構的受力性能。主要進行的工作如下(1)對三層兩跨的預應力裝配式混凝土框架結構進行了數(shù)值模擬,通過對框架進行水平推覆分析,得到了結構破壞時的框架應力云圖和鋼筋應力云圖;(2)根據(jù)靜力分析提取的數(shù)據(jù),繪制出結構每層的荷載位移曲線,分析并得出結構的層間延性比;(3)將三層兩跨的預應力裝配式混凝土框架結構與現(xiàn)澆的混凝土框架結構進行應力云圖與位移云圖的對比,分析二者的破壞形態(tài)及最大位移;(4)對預應力裝配式框架結構進行模態(tài)分析,施加不同的初始預應力,得出結構自振周期的頻率變化規(guī)律;(5)對結構進行動力時程分析,得到了位移時程曲線、最大層間位移及最大層間位移角。本文通過預應力裝配式框架結構受力性能的研究,得出其受力性能良好的結論,對該結構體系在國內的應用與發(fā)展有一定的借鑒意義。
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      上傳時間:2024-03-06
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    • 簡介:輕型鋼材作為一種綠色環(huán)保、工廠化程度高的建筑材料,近年來在鋼結構體系中不斷得到發(fā)展壯大。由于輕鋼構件具有自身重量輕、變形能力強等特點,在地震作用下,輕鋼結構可能會產生較大的側移進而造成結構整體破壞,威脅人民的生命財產安全。帶有中心支撐的輕鋼框架結構作為輕鋼結構住宅體系之一,支撐部分和框架部分形成雙重抗側力結構,能提供較好的抗側能力,同時構造形式簡單,其抵抗水平地震作用和風荷載的能力較高且經濟,所以在多層及中層輕鋼結構住宅體系中占有重要的位置。本文在前人研究的基礎上,利用有限元軟件ANSYS150,針對6層輕鋼框架結構建立了四種不同形式的中心支撐框架模型,采用模態(tài)分析和時程響應分析法,對帶支撐框架和不帶支撐框架進行了抗側性能和動力特性分析,并著重研究了它們在兩條強震記錄波和一條人工模擬地震波的多遇作用和罕遇作用下的頂層位移、層間位移(角)、各層柱最大軸力和彎矩、各層支撐最大軸力和底部最大剪力變化情況,進而綜合對比分析了不同形式的中心支撐對輕鋼框架抗震性能的影響。通過研究得出以下結論1添加中心支撐后的輕鋼框架相比不加支撐的框架抗側剛度有明顯提高,其中對提高抗側剛度貢獻最大的支撐形式是人字形中心支撐,且其用鋼量較少。2添加中心支撐后的框架能有效減少結構在地震作用下的頂層位移、層間位移及層間位移角,其中交叉支撐、人字形支撐以及V形中心支撐的框架表現(xiàn)較好。3添加中心支撐后的框架各層柱最大軸力均有不同程度的增加,柱最大彎矩則普遍表現(xiàn)為在低層數(shù)明顯減少而在高層數(shù)增加,其中帶人字形支撐框架各層柱軸力值居中偏下,而彎矩值普遍最小。4地震作用下交叉支撐的各層支撐軸力普遍最小添加中心支撐后框架底部總剪力均有一定程度的增加,其中V形支撐框架的底部總剪力增加幅度普遍較小。5在四種形式中心支撐輕鋼框架中,添加了人字形中心支撐的輕鋼框架在位移和內力等方面的變現(xiàn)均良好,即抗震性能較優(yōu)秀。
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      上傳時間:2024-03-06
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      ( 4 星級)
    • 簡介:隨著建筑高度的增加,框架核心筒結構,在整個結構的抗側向變形以及受力已不能滿足相關的設計使用要求。為此,在現(xiàn)在的設計當中,可以通過在結構樓層處設置剛度較大的水平伸臂加強層,來提高結構的整體剛度,從而有效限制結構的側向位移。但是這種結構受力形式復雜,特別是水平加強層位置,尤為顯著,框架核心筒應用廣泛,但理論仍不完善,為此本文特對此類結構形式進行實踐研究分析。1本文首先介紹了框架核心筒結構的一些基本概念,目前國內及國外對該結構的研究歷史、發(fā)展現(xiàn)狀,高層建筑結構及帶伸臂加強層的高層建筑設計計算方法。2結合深圳市某開發(fā)區(qū),建筑場地類別Ⅱ類,抗震設防烈度為7度,地上31層,總建筑高度13395M,主體結構為框架核心筒結構工程實例。針對該工程實例,設置單個伸臂加強層時,沿建筑物高度分別選取了10個伸臂加強層高度,其中設置高度為零表示無加強層。設置兩個伸臂加強層時,建筑物頂層固定一個伸臂加強層,另一個加強層沿建筑物高度分別選取了8個伸臂加強層高度。加強層的布置方式為斜腹桿鋼桁架,采用高層結構設計分析軟件ETABS,首先對上述方案分別進行基本動力分析、反應譜分析、彈性時程分析,分析加強層對不同方案的側移、內力影響,對其計算結果主要進行以下的對比分析結構的自振特性、水平位移、層間位移角、樓層剪力、樓層彎矩,核心筒剪力墻的基底彎矩地震響應情況。得到如下結論1在框架核心筒結構實際工程設計當中,設置水平鋼桁架伸臂加強層較合理的位置是布置單個加強層時,宜設置在建筑高度06H處如設置兩個伸臂加強層時,可分別設置在建筑高度的12H和頂層處2從本文研究情況來看,地震力作用下,框架核心筒結構設置伸臂加強層后,提高了結構的樓層剛度,同時提高了核心筒與外圍框架柱聯(lián)系,減小了核心筒承擔的基底傾覆彎矩。3加強層發(fā)置位置的樓層剪力會產生突變,易形成薄弱層,加強層設置位置越高,層間剪力突變越小。
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      上傳時間:2024-03-05
      頁數(shù): 66
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      ( 4 星級)
    • 簡介:低屈服點中心支撐鋼框架結構具有較高的抗側剛度、強度和延性,同時滯回曲線飽滿并有很大的塑性耗能能力,能夠較為有效地降低地震災害,起到防震減災的作用。低屈服點中心支撐鋼框架結構能夠使結構在小震下處于彈性狀態(tài),在中、大震下低屈服點支撐能夠很好耗能,從而有效地保護梁、柱主要構件不輕易破壞,具備預期的功能,擁有廣闊的工程應用價值。本文通過查閱國內外大量的相關文獻,對低屈服點中心支撐鋼框架結構進行了系統(tǒng)研究,主要的研究工作和成果如下(1)通過材料拉伸試驗得出低屈服點鋼(LYP100)的材料本構關系和相關的力學性能,然后通過理論計算來設計出不同徑厚比和長細比的圓鋼管支撐模型,利用ANSYS施加軸向循環(huán)往復荷載,研究了低屈服點圓鋼管支撐的滯回曲線、最大抗壓承載力特性,同時較系統(tǒng)地分析并歸納了不同長細比和徑厚比圓鋼管支撐的耗能性能和屈曲情況,為低屈服點鋼支撐的設計提供了必要的理論依據(jù)。另外再模擬一榀兩層的中心支撐鋼框架結構,通過保證梁柱截面尺寸不變,改變不同中心支撐的截面參數(shù),來比較不同參數(shù)下支撐對結構承載能力以及延性的影響,得出比較適合設計采用的低屈服點圓鋼管支撐長細比和徑厚比的范圍。研究發(fā)現(xiàn)支撐的長細比過大和過小均不好,支撐長細比過大雖然支撐的延性和滯回性能較好,但在支撐長度一定的情況下,支撐的承載力比較低;而支撐長細比過小,支撐的剛度太大,對梁、柱的影響較大。因此,經過研究分析,建議支撐的長細比取為80120。同時,圓鋼管支撐的徑厚比不能太大,否則支撐會發(fā)生局部屈曲,但隨著長細比的增大可以放寬對徑厚比的限制。在長細比為50時,徑厚比最好不要超過15;在長細比為80時,徑厚比不要超過20;在長細比為100,徑厚比不要超過25;一般情況下,沒有特殊需求,對于低屈服點(LYP100)圓鋼管支撐的徑厚比值建議不要超過30,否則很容易發(fā)生局部屈曲。(2)采用基于性能的塑性設計對低屈服點中心支撐鋼框架結構進行了抗震設計。利用預選的目標側移和屈服機制作為性能極限狀態(tài),根據(jù)能量相等原則,即當結構單調達到目標側移所需作的功等于等效彈塑性單自由度體系EPSDOF達到相同狀態(tài)所需要的能量,來計算給定的地震水準下的設計基底剪力。通過合理的層間剪力分布公式,計算出每一層的層間剪力。為了保守起見,假設樓層的層間剪力全部由低屈服點中心支撐承擔,并根據(jù)查閱的相關文獻,受壓支撐屈曲后的承載力取屈曲承載力的03倍。支撐處的橫梁由于受到人字形支撐集中力的作用,需要通過計算來進行截面加強,框架柱暫時先用規(guī)范的方法進行設計,然后通過SAP2000進行驗算。(3)根據(jù)得出的低屈服點鋼支撐最優(yōu)長細比和徑厚比范圍,來設計低屈服點中心支撐的截面尺寸,設計時采用人字形低屈服點圓鋼管中心支撐結構,運用SAP2000有限元軟件,設計出10層三跨的鋼框架低屈服點中心支撐結構體系模型,再通過PUSHOVER分析法和動力時程分析方法對該設計的低屈服點中心支撐鋼框架抗震性能進行評估,并把采用低屈服點中心支撐(LYP100)的結構與普通中心支撐(Q345)結構在不同等級地震荷載作用下結構構件的受力特點(如中心支撐的屈服、屈曲;框架梁和柱的屈服)、層間剪力、整體結構的基底剪力、頂點位移和出現(xiàn)塑性鉸的先后順序進行對比,以此評判各自結構的抗震性能優(yōu)劣。在PUSHOVER分析下,低屈服點中心支撐結構的橫梁出現(xiàn)的塑性鉸要稍晚于普通中心支撐結構,這說明了低屈服點中心支撐參與了更多的耗能,導致橫梁參與的耗能較少,也就說明了低屈服點結構在大震作用下梁柱結構更加不容易破壞。在多遇地震作用下,兩種結構仍然處于彈性狀態(tài),中心支撐都沒有進入屈服階段,結構都沒有耗能,相差基本不大。但在罕遇地震作用下,低屈服點中心支撐結構的頂點位移的峰值和結構的基底剪力基本上都要小于普通中心支撐結構,再次說明低屈服點中心支撐的良好抗震性能。(4)為了能夠更加直觀地比較普通中心支撐結構(BBF)和低屈服點中心支撐結構(LBBF)的耗能性能,通過ANSYS對所設計的兩個十層三跨中心支撐鋼框架結構進行了滯回耗能模擬,約束住梁處的平面外位移,在結構的頂點施加循環(huán)往復荷載。通過對比分析結果可知,低屈服點中心支撐結構的滯回曲線的每一環(huán)面積基本上都要大于普通中心支撐結構,說明低屈服點中心支撐結構具有更好的耗能性能,且低屈服點中心支撐的能量耗散系數(shù)也要比普通中心支撐結構的大,說明了低屈服點中心支撐結構的滯回曲線更加飽滿。
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      上傳時間:2024-03-05
      頁數(shù): 135
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    • 簡介:預應力混凝土框架結構被廣泛地應用于要求大空間、大跨度的建筑結構中,對其抗震性能評價仍存在不少爭議,在罕遇地震時難以實現(xiàn)“強柱弱梁”的屈服機制。因此,本文對我國現(xiàn)行預應力混凝土結構抗震設計規(guī)程JGJ1402004和建筑抗震設計規(guī)范GB500112010中“強柱弱梁”設計方法進行研究,給出各抗震等級預應力框架柱端彎矩調整方法及調整系數(shù)的建議取值,評估該系數(shù)對預應力框架抗震性能的影響,以期為04預應力規(guī)程的修訂提供參考依據(jù)。首先,闡述預應力混凝土框架抗震性能和“強柱弱梁”機制研究現(xiàn)狀,對影響預應力混凝土框架結構“強柱弱梁”屈服機制的因素進行分析,發(fā)現(xiàn)梁端實際抗震受彎承載力超強是預應力框架難以實現(xiàn)“強柱弱梁”的主要原因?;诖?,提出以梁端實際抗震受彎承載力調整柱端彎矩的設計方法。其次,參照現(xiàn)行規(guī)范設計7度01G區(qū)三層、六層PC框架和8度02G區(qū)三層、六層PC框架,在OPENSEES平臺上建立各框架非線性模型,并驗證模型的準確性。建模時保證除底層柱底外,其它柱截面縱筋不屈服,通過模型在罕遇地震下各柱截面內力確定所需縱筋面積,進而確定所需的設計彎矩,求出各層節(jié)點處柱截面設計彎矩與梁端實際抗震受彎承載力比值。為考慮地震動的不確定性,各框架分別選取35條地震動記錄進行分析,對每條地震波結果進行統(tǒng)計分析,給出各抗震等級預應力框架柱端彎矩調整系數(shù)的建議取值。對抗震等級為三級PC框架,建議邊節(jié)點和中節(jié)點處分別取105、10;對抗震等級為二級PC框架,建議邊節(jié)點和中節(jié)點處分別取125、115;對抗震等級為一級PC框架,建議邊節(jié)點和中節(jié)點分別處取13、12。最后,對抗震等級分別為三級和二級的PC框架分別按建議取值和規(guī)范規(guī)定系數(shù)設計框架,通過靜力彈塑性分析、增量動力分析和易損性分析評估各框架抗震性能。結果表明,本文建議取值系數(shù)有助于提高PC框架抗震性能,實現(xiàn)“強柱弱梁”屈服機制。
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      上傳時間:2024-03-05
      頁數(shù): 87
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    • 簡介:鋼筋混凝土框架結構因其空間布置靈活,自重輕,整體性好,便于工業(yè)化施工等優(yōu)點,在我國廣泛應用于學校、醫(yī)院、住宅、辦公樓等人員密集建筑。目前我國結構設計中,規(guī)范要求將框架結構填充墻視為非結構構件,建議采用輕質材料,在結構整體受力分析時,不考慮填充墻對其周邊框架的影響,僅在計算框架結構自振周期時乘以0607的折減系數(shù)4。近些年我國西南地區(qū)幾次較大地震中,框架結構因沒有合理考慮填充墻而造成結構破壞的案例非常多,由此也造成了較大的人員傷亡和經濟損失。因此,框架結構填充墻對結構主體作用的考慮,在規(guī)范現(xiàn)有要求的基礎上有待進一步完善。另外,研究表明斷層附近是地震作用下破壞最為嚴重區(qū)域,受斷層破裂方向性效應影響,在破裂傳播前方地震動速度和位移時程呈現(xiàn)出高強度脈沖,其為引起近斷層結構破壞的一個主要原因28。目前大部分學者關于速度脈沖地震動的研究主要集中于分析脈沖周期和峰值與震源參數(shù)間的關系以及其對不同類型結構的破壞機理1213,然而近斷層區(qū)域結構抗震分析時速度脈沖地震動強度指標的選取有待進一步研究。目前我國抗震分析和結構設計中采用的地震動強度指標主要為地面峰值加速度PGA10,但近年來幾次大震中結構震害表明近斷層區(qū)域速度脈沖地震動作用下PGA作為地震動強度指標不太完善。本文主要以蘆山中學框架結構教學樓為分析對象,結合該教學樓在2013年4月20日蘆山地震中實際震害特點,運用大型非線性有限元軟件ABAQUS對其進行數(shù)值模擬,主要探討采用不同密度和剛度填充墻材料的框架結構教學樓在不同強度地震動作用下,填充墻和框架結構主體的震害表現(xiàn)。分析表明,七度抗震設防框架結構教學樓,低烈度地震作用下,填充墻材料為多孔磚的框架結構各樓層位移相比填充墻材料為燒結普通磚的框架結構各樓層位移較大;高烈度地震作用下,填充墻材料為燒結普通磚的框架結構各樓層位移相比填充墻材料為多孔磚的框架結構各樓層位移較大。分析目的主要是指出目前我國結構設計中框架結構填充墻材料的選擇不太完善,當框架結構可能遭受地震作用較小時(02G及以下),建議采用密度和剛度較大的填充墻材料;當框架結構可能遭受地震作用較大時(02G以上),建議采用密度和剛度較小的填充墻材料。本文以蘆山中學框架結構教學樓為分析對象,對其進行多組速度脈沖地震動作用下彈性、塑性階段時程分析,主要探討多組不同強度速度脈沖地震動作用下框架結構最大地震響應與地震動強度指標間的線性相關性。分析表明,速度脈沖作用下,當框架結構受力處于彈性階段時,地震動強度指標PGV和PGA與結構最大地震響應相關性較好;當框架結構受力處于塑性階段時,地震動強度指標PGV和PGD與結構最大地震響應相關性較好。綜合考慮時,近斷層區(qū)域速度脈沖地震動強度指標PGV與框架結構最大地震響應線性相關性較好。分析目的主要是從有限元分析的角度表明目前我國近斷層區(qū)域抗震分析和結構設計中選用PGA作為地震動強度指標不是很完善,建議選取地面峰值速度PGV作為地震動強度指標。
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      上傳時間:2024-03-06
      頁數(shù): 89
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    • 簡介:火災與地震是近年來經常發(fā)生的自然災害,兩者對建筑物都會造成一定程度上的破壞。目前,針對建筑單獨受火的研究成果頗多,但是對火災后建筑結構整體抗震性能的研究十分有限。建筑物在局部受火后,一般不會影響結構整體使用,但在經歷高溫后承載力會有一定的損失。在結構遭受火災之后的使用年限里,很有可能遭受地震災害。為了確保人身及財產的安全,除了正常結構抗震設計之外,對于遭受過局部火災存在承載力缺失的結構,進行抗震性能分析十分必要??蚣芙Y構作為主要的結構形式廣泛地應用在建筑領域,本文通過大型有限元分析軟件ABAQUS建立框架結構模型,包括溫度場模型與火災后抗震分析模型。通過文獻總結出適合本課題模型的常溫下與高溫下的鋼筋、混凝土的本構關系。以此來對本課題進行數(shù)值模擬。本文主要研究內容有(1)用PKPM設計七層的框架模型,然后應用ABAQUS有限元分析軟件建立起框架結構實體有限元模型。總結近年來結構高溫反應成果,選取合適的高溫材料屬性和本構關系,來模擬結構火災后的反應。(2)應用ABAQUS有限元模擬軟件,計算結構火災后溫度場,得到截面溫度分布情況,然后對火災結構在靜力作用下進行分析,對比未受火結構,分析結構承載力損失情況。(3)選取合適的地震波曲線,按照建筑抗震設計規(guī)范GB500112010要求的不同等級地震進行調幅,然后對火災后模型進行多遇地震下時程分析。通過不同受火部位對比分析,得到火災結構在地震下的應力、位移時程曲線,以及層間位移角等。(4)將火災后的模型在調幅后的地震波下進行罕遇地震塑性時程分析,對火災后模型在罕遇地震下塑性發(fā)展、塑性鉸出現(xiàn)情況進行分析,得到結構倒塌情況,同時針對不同火災部位進行對比分析。
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      上傳時間:2024-03-05
      頁數(shù): 69
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    • 簡介:寬柱雙梁框架結構作為一種新型的結構加固體系,可廣泛應用于砌體結構或混凝土結構的建筑物改造中,尤其多用于小空間變大空間的空間擴展改造項目中。21世紀以來,我國發(fā)生了多次重大地震,造成大量人員傷亡、經濟損失嚴重。地震具有很多不確定性。結構在使用期限內可能會遭遇多種強度地震,而有些特大地震將會給人類帶來不可預計的經濟損失,因而深入研究結構的抗震性能及性能化抗震設計方法迫在眉睫。本文以課題組研究的寬柱雙梁框架結構試驗模型為研究對象,用OPENSEES軟件對結構模型進行三維有限元數(shù)值模擬分析。以獲得該結構模型在ELCENTRO波地震作用下的位移反應、加速度反應和剪力變化,并將有限元模擬數(shù)值與課題組試驗值進行對比分析。通過對課題組結構試驗進行破壞形態(tài)和層間位移角分析,在繼續(xù)沿用規(guī)范中三水準設防目標的基礎上,提出了寬柱雙梁框架結構的性能水平、性能目標以及其量化指標(層間位移角限值),其中結構性能水平是根據(jù)其破壞形態(tài)來定義的。在抗震規(guī)范中,各類結構的彈塑性層間位移角限值是通過求取試驗結果與有限元數(shù)值模擬結果的平均值確定的。而在本文中,將采用規(guī)范中所提到的方法來確定寬柱雙梁框架結構在不同性能水平下的層間位移角限值。選取任一性能水平對寬柱雙梁實體結構進行直接位移的抗震設計,通過多自由度體系轉化為替代結構的等效單自由度體系,結合位移反應譜,獲取結構的基底剪力。將基底剪力按照倒三角分配,然后進行內力組合,結合課題組研究的雙梁夾墻組合結構的抗彎、抗剪承載力公式,對構件進行截面配筋。將基于某一性能設計的結構進行推覆分析,比較推覆曲線與能力曲線兩者的關系,通過曲線間的關系判斷結構是否滿足性能要求,或者是否出現(xiàn)層間薄弱層。如果出現(xiàn)上述情況則應該進行修正或重新進行設計。研究結果表明,直接基于位移的抗震設計方法在寬柱雙梁實際工程應用上體現(xiàn)了良好的抗震性能,符合基于性能的抗震設計的核心思想。
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      上傳時間:2024-03-06
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      上傳時間:2024-03-05
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    • 簡介:框架結構是我國現(xiàn)今使用的主要結構體系之一,其所采用的填充墻又多數(shù)為砌體填充墻。由于砌體本身的材料特性,使其在地震作用下延性不足,出現(xiàn)破壞甚至倒塌現(xiàn)象。填充墻構造柱可以很好的提升其抗震性能,但由于施工條件的限制,很難保證現(xiàn)澆構造柱的施工質量。為此,本文提出一種新型組合式構造柱技術。為驗證此種技術的可行性,本文采用試驗和數(shù)值模擬的方法對其抗震性能進行系統(tǒng)的研究分析。論文圍繞著新型組合式構造柱技術展開的研究工作及取得的主要結論有①新型組合式構造柱技術的提出論文首先對規(guī)范中砌體填充墻構造柱的相關要求進行了梳理和總結,對當前構造柱的施工現(xiàn)狀以及施工中出現(xiàn)的問題進行了歸納總結,提出新型組合式構造柱技術。此種構造柱施工簡單、節(jié)能環(huán)保,符合綠色建筑的要求。②抗震性能試驗完成了組合式構造柱約束墻體和現(xiàn)澆式構造柱約束墻體的低周反復加載試驗。通過對比分析,從裂縫開展形態(tài)、滯回曲線、耗能能力、位移延性、剛度退化等方面綜合探討組合式構造柱約束墻體的抗震性能。試驗結果表明新型組合式構造柱約束墻體抗震性能良好,與傳統(tǒng)現(xiàn)澆式構造柱約束墻體相比具有更好的耗能性能和變形能力。③有限元數(shù)值模擬基于ABAQUS有限元分析軟件,通過選取合適的單元、材料本構關系以及合理的接觸定義建立了構造柱約束砌體填充墻有限元模型。模擬結果驗證了混凝土損傷塑性模型對砌體材料模擬的適用性。④組合式構造柱的參數(shù)分析基于ABAQUS有限元模型完成了對新型組合式構造柱約束墻體的平面內、平面外抗震性能的影響參數(shù)分析。模擬結果表明在不同豎向壓力下,組合式構造柱的極限承載力不同,隨著豎向壓力的增加,填充墻承載力逐漸增加,但延性下降;在墻體中部設置組合式構造柱,墻體的承載力略有增加,但其延性稍有下降。高寬比、墻梁連接方式影響填充墻平面外的抗震性能,較大的高寬比和墻體頂端與梁較好的連接會提高填充墻平面外的抗震性能。
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      上傳時間:2024-03-06
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    • 簡介:RC框架結構在我國應用廣泛??蚣芙Y構可通過對各榀框架的合理布置獲取較大的建筑使用空間以及靈活的空間安排,故被廣泛的應用于教學樓、醫(yī)院、商場等建筑。其中,教學樓是教書育人的場所,其人員密集,且教學樓內絕大部分為自救自助能力較差的青少年學生再者教學樓也常作為抗震救災的應急避災場所,一旦在地震中發(fā)生嚴重損壞,勢必會造成大量的人員傷亡也會在一定程度上影響抗震救災工作的有效進行,可能會造成更大的損失。矛盾的是,框架結構容易發(fā)生應力集中、側向剛度小、承載力相對較低等缺點,又使框架結構成了在地震災害中受損較為嚴重的建筑類型之一。由于人類對建筑物美觀和藝術欣賞的需要,以及建筑場地條件的限制、建筑使用功能的要求等現(xiàn)實條件的限制,在實際使用中會出現(xiàn)一些平面布置不規(guī)則的建筑。而此類建筑不規(guī)則的特性,會使其剛度中心和質心偏離較大、受力情況更加復雜,在地震作用下,會出現(xiàn)更大的扭轉效應和更多的應力集中效應,更容易造成局部或者整體倒塌等嚴重破壞。本文提出了使用有限元非線性時程分析來進行研究的方法來分析平面布置不規(guī)則框架結構教學樓的抗震性能和扭轉效應以及找出此類結構的抗震薄弱環(huán)節(jié),即本文從實際出發(fā),以蘆山中學教學樓為原型,設置六棟不同的L型平面布置的框架結構教學樓,并通過最不利地震的方法和實際驗算比較選取使結構扭轉效應最大的地震動記錄,最終選取于1949年,在OLYMPIAHWYTESTLAB觀測站點記錄的WESTERNWASHINGTON地震動作為輸入地震動,且輸入方式為356分量沿模型X軸方向輸入,86分量沿模型Z軸方向輸入。將該地震動調幅至多遇地震、設計地震、罕遇地震、超罕遇地震所對應的PGA輸入6個工況模型進行時程分折,并以結構的層扭轉角的大小表示結構的扭轉效應的強弱,以結構的層間位移角表示結構整體變形的大小,以各框架柱混凝土的壓損傷值表達各框架柱的破壞情況。通過使用本文中的研究方法進行計算和分析,得出以下結論1本文選取地震動時,通過將一條地震動水平兩個分量交換輸入結構的水平兩個垂直方向,得到的結構的層扭轉角各不相同,證明對同一條地震動記錄,其水平分量的輸入方式不同,對結構的影響也不同,故在抗震研究以及結構設計中使用時程分析法進行補充驗算、抗震復核時,選取地震動過程中應當考慮地震動輸入的方向性。2證實了對于L型平面布置不規(guī)則的RC框架結構,其偏心程度越大,則結構的扭轉效應越強,且整體的破壞也越嚴重。并且,本文得到了L型RC框架結構的整體變形與扭轉效應的關系符合三次函數(shù)。3在地震作用下,L型框架結構教學樓的薄弱部位是長邊方向的邊榀框架的柱和外側拐角處及附近的柱通過對比分析,得出了調整L型框架結構薄弱部位分布和降低此類結構扭轉效應的方法,即可以通過適當?shù)母淖兡承┲慕孛娉叽绲姆椒▉碚{整受損框架柱的分布。若是增大短邊方向邊榀框架柱的截面尺寸,則在超罕遇地震下結構的扭轉效應會增大30%以上,最危險柱的損傷會增大10%左右。若是增大長邊方向的邊榀框架柱的截面尺寸,則在超罕遇地震下結構的扭轉效應能降低18%左右,最危險柱的損傷會降低20%左右且增大長邊方向的邊榀框架柱的截面尺寸可以使受損的框架柱分布更為均勻,即可證明此方法可以使整個結構的損傷分布更加均勻,也就是說能使整個結構的承載部位分布更加均勻,可以避免薄弱部位的出現(xiàn),從而降低結構局部倒塌的風險。
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      上傳時間:2024-03-05
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    • 簡介:工程結構在材料力學性能、構件幾何特性、荷載變異等方面存在著大量的不確定性,地震作用在發(fā)生時間、空間和強度上也具有強烈的隨機性,基于可靠度理論的概率抗震性能評估成為了近年來的研究熱點。本文綜合考慮穩(wěn)定性、計算精度和計算效率等因素,對隨機響應面方法進行優(yōu)選分析,利用結構整體極限狀態(tài)方程,發(fā)展了基于隨機響應面法的結構整體抗震可靠度分析方法,最后對框架核心筒結構的整體抗震可靠性進行了系統(tǒng)的研究。具體研究成果如下隨機響應面法可靠度分析。研究線性無關配點選取方法計算穩(wěn)定性的問題,并對比分析常見的擬合函數(shù)可靠度分析方法對計算精度的影響,綜合考慮計算精度和計算效率,確定隨機響應面可靠度分析的最優(yōu)階次,并與解析方法和響應面方法進行對比分析。研究結果表明隨著HERMITE多項式展開階次的增高線性無關選取配點的穩(wěn)定性也隨之增高,采用蒙特卡洛方法進行擬合函數(shù)可靠度分析的精度更高,與常用的解析方法相比具有更高的計算精度,與BOXBEHNKEN設計和中心復合設計響應面方法相比具有更高的計算效率。基于整體極限狀態(tài)方程的抗震可靠度分析。分別建立承載能力、變形能力和穩(wěn)定能力三種極限狀態(tài)方程,基于隨機響應面法,實現(xiàn)通過MATLAB和OPENSEES相互調用進行三種極限狀態(tài)抗震可靠度求解的分析過程,為結構提供多角度整體抗震可靠性的評估指標。此外,基于結構抗震可靠度指標的求解,推導結構地震易損性函數(shù),給出地震易損性分析方法。框架核心筒結構的整體抗震可靠度分析。采用優(yōu)選的隨機響應面方法,分別基于承載能力、變形能力和穩(wěn)定能力極限狀態(tài)方程對框架核心筒結構進行抗震可靠度分析和地震易損性分析,得到結構在三種極限狀態(tài)下的抗震可靠度指標以及地震易損性曲線。建立含加強層的框架核心筒結構,通過常規(guī)結構與含加強層結構可靠度指標的對比,對基于不同極限狀態(tài)的抗震可靠度指標進行評價?;谧冃文芰Φ目拐鹂煽慷戎笜伺c基于穩(wěn)定能力的抗震可靠度指標可以較為準確地評估結構的抗震可靠性,且具有較好的一致性。而基于承載能力的抗震可靠度指標對結構抗震可靠性的評估較為保守,且對結構可靠性的提升靈敏性不足,只宜作為參考性的指標。
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    • 簡介:隨著我國城市化進程的加快以及建筑行業(yè)規(guī)范標準的提高,越來越多的老舊房屋面臨拆除或改造,故而產生大量的建筑垃圾。若將廢棄混凝土破碎、篩分并合理級配,制備性能較好的再生骨料和再生混凝土并應用于土木工程領域,可以極大延長混凝土材料的使用壽命,減少環(huán)境污染和資源浪費。然而由于再生混凝土技術研發(fā)較晚,許多問題,特別是再生混凝土框架結構的抗震性能和地震易損性分析方法等尚需納入研究,為以后的工程應用奠定基礎。本文首先通過5組60個普通混凝土及再生混凝土試件的力學性能試驗,研究了不同再生骨料取代率下再生混凝土抗壓強度、劈裂抗拉強度、彈性模量及應力應變的變化規(guī)律,對再生混凝土構件的基本力學性能進行了總結,擬合了不同再生骨料取代率下再生混凝土材料的應力應變曲線。隨后制作了一個縮尺比為14的2跨3層再生混凝土框架模型結構,并進行了21種工況下的模型地震振動臺試驗,研究了這類結構的抗震性能。隨后用ANSYS有限元分析軟件對結構進行非線性動力時程分析,并將分析結果與振動臺試驗數(shù)據(jù)進行對比,二者基本吻合,說明了ANSYS有限元分析的合理性。然后根據(jù)地震動記錄頻譜特性、峰值加速度、持續(xù)時間等因素,選取10條實際地震動記錄,并用HUNTFILL法對選中地震記錄進行調幅,再通過增量動力分析(IDA)方法,得到了不同地震動記錄下的10條IDA曲線。最后對IDA曲線簇進行分析,得到結構需求參數(shù)與地震動強度指標的關系曲線以及再生混凝土框架結構損傷指標,定義結構極限狀態(tài)分別為立即使用、生命安全以及防止倒塌等極限狀態(tài)。求出結構不同極限狀態(tài)的失效概率后,以結構5%阻尼比加速度反應譜值為橫坐標,結構失效概率為縱坐標繪制再生混凝土框架結構地震易損性曲線。用地震易損性曲線對結構進行地震易損性分析比較全面的描述了再生混凝土框架結構不同極限狀態(tài)下規(guī)定損傷指標的安全性能,直觀的反應了再生混凝土框架結構的抗震性能,為再生混凝土框架結構應用于抗震領域提供了依據(jù)。
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    • 簡介:預應力混凝土框架梁中,預應力筋和非預應力筋的配筋比例受預應力度的大小控制。預應力度的不同,反映了構件中施加的預應力水平高低。預應力度取值是否合理,將直接影響預應力結構抗震性能的優(yōu)劣。本文采用理論分析和數(shù)值模擬相結合的方法,在評估既有預應力混凝土框架結構抗震性能的基礎上,以預應力度為主要研究因素,探討預應力度取值對結構抗震性能的影響。主要研究內容和成果如下(1)在OPENSEES軟件中,建立了按規(guī)范設計的一榀預應力混凝土原型框架的計算模型,通過與PKPM對比周期和振型的計算結果,驗證了建模過程的正確性;建立了一榀單層單跨有粘結預應力混凝土框架結構,在低周往復加載試驗下的非線性數(shù)值分析模型,通過對比計算結果與試驗結果,驗證了模型在選用材料本構、單元類型及預應力效應模擬等方面的實用性。(2)總結了預應力混凝土框架結構“強柱弱梁”難以實現(xiàn)的有關因素,探討了預應力度和裂縫控制等級對結構抗震性能的影響;理論研究了規(guī)范中預應力混凝土框架梁非預應力鋼筋用量確定方法的適用性;對預應力度不同的四榀預應力混凝土框架結構進行靜力彈塑性分析。分析計算表明,根據(jù)規(guī)范設計的預應力混凝土框架結構,梁中非預應力鋼筋用量過多,在大震下結構難以實現(xiàn)“強柱弱梁”的破壞模式,而適當提高梁端截面的預應力度值,一定程度上能夠改善結構的抗震能力。(3)以最大層間位移角為結構需求參數(shù),完成了三榀不同預應力度預應力混凝土框架結構基于增量動力分析的地震易損性分析,并探討了預應力度大小對結構破壞模式的影響。結果表明,提高預應力度取值,有利于分散結構在地震作用下的耗能和損傷部位,降低結構的失效概率,增強其抗震能力。建議設計抗震等級為二級的預應力混凝土框架結構時,提高預應力梁端截面的預應力度限值至080。
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    • 簡介:鋼筋混凝土框架結構是應用最廣泛的結構形式之一,很多學校、商場、火車站等公用設施都采用這一結構形式,因此,框架結構的震害受到普遍關注。地震引起的結構倒塌是巨大人員傷亡和經濟損失的最主要原因,其中以高烈度區(qū)的倒塌破壞現(xiàn)象最為嚴重。因此,從高烈度區(qū)框架結構的數(shù)值模擬中總結和分析結構的破壞方式和機理具有重要意義,也為高烈度區(qū)框架結構的抗震設計和減災工作奠定基礎。為此,本文開展相關研究,工作內容如下。首先從實際震害調查和震害圖片中展現(xiàn)了數(shù)次大地震中框架結構的破壞狀態(tài)和震害情況,并總結了框架結構倒塌的研究現(xiàn)狀。從集集地震、阪神地震和汶川地震等幾次大地震的實際震害中可以看出,高烈度區(qū)框架結構的破壞多數(shù)首先發(fā)生在底層框架柱的頂端,而后引起結構底層整體倒塌。目前國內外對框架結構倒塌的研究主要分為兩類一類是結構的整體性能和結構構件層次的研究另一類是地震動特性,尤其是近場脈沖地震動特性的研究。數(shù)值模擬是研究結構地震反應的重要方法,考慮到LSDYNA軟件對于模擬框架結構倒塌過程中出現(xiàn)的大應變、大位移以及接觸碰撞等問題效果很好,因此本文采用該軟件建立了鋼筋混凝土框架結構的倒塌分析模型,選取汶川地震中有實際震害的兩棟鋼筋混凝土框架結構,采用所建立的分析模型對其進行地震反應分析,得到了框架結構在高烈度區(qū)的破壞狀態(tài)和倒塌過程,與實際震害對比符合較好,驗證了該模型的有效性和可靠性。為研究不同類型地震動記錄對結構反應的影響,分別輸入不同強度的地震動記錄,對比發(fā)現(xiàn)地震動輸入強度對結構的反應有影響分別輸入兩條近場地震動和兩條遠場地震動進行時程分析,對比分析發(fā)現(xiàn)遠近場地震動記錄下結構反應差別較大,近場地震動下破壞更為嚴重分別輸入兩條近場非脈沖地震動和兩條近場脈沖地震動進行時程分析,對比分析發(fā)現(xiàn)脈沖地震動記錄下結構反應明顯增大。為研究地震荷載作用下彈塑性單自由度體系的滯回耗能需求,分別輸入多條不同的近遠場地震動記錄,進行單自由度體系的滯回耗能時程分析,對比分析發(fā)現(xiàn)遠近場地震動記錄下單自由度體系的滯回耗能需求存在明顯差異,近場地震動對體系滯回耗能需求要求更高。提出了單自由度體系的滯回耗能速度譜的概念,并分別從地震動特性和結構自身特性兩方面分析不同參數(shù)對滯回耗能速度譜的影響。研究表明,近遠場、地震動的強度、場地條件對體系的滯回耗能需求有明顯影響,單自由度體系的阻尼比對滯回耗能速度譜有明顯影響。為進一步研究不同類型地震動對鋼筋混凝土框架結構耗能的影響,對比分析發(fā)現(xiàn)近場地震動和遠場地震動作用下結構的耗能情況明顯不同,近場地震動對框架結構的滯回耗能需求要求更高,對比分析發(fā)現(xiàn)脈沖地震動和非脈沖地震動作用下結構的耗能情況存在差異,脈沖地震動作用對框架結構的滯回耗能需求要求更高。建立基于能量和最大位移雙重標準的倒塌損傷模型,通過能量和位移的共同作用反映框架結構的破壞水平,并且在一定程度上解釋了結構倒塌的原因。研究結果為更好地在結構設計中考慮地震動特性及實現(xiàn)基于能量的結構抗震設計思想提供了依據(jù)。
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