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摘要
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2024, 39(12): 1-11.
doi: 10.13206/j.gjgS24110501
摘要:
抗震性能化设计将传统经典规范设计法中宏观定性的设防目标转化为可量化分析的多层级性能目标,基于数值仿真类分析对结构性能表现准确评估,进而采取有针对性的措施以满足结构个性化抗震需求。其适用于各类超规超限结构,以及高性能等经典规范法难以充分发挥结构性能优势的抗震设计。首先介绍了笔者团队多年来在对抗震性能化设计、构件性能评价准则和工程应用研究的基础上提出的一种分层分级抗震性能化设计方法,详细说明了流程中涉及的设防目标确定、概念设计、性能目标设定、结构分析与性能评价等主要环节。该方法通过分层分级对结构和构件性能目标详细设定,明确地震作用分析中弹塑性分析的重要性,并以性能评估结果作为判断结构可行性的主要依据,以实现结构与构件的性能目标。随后,以一个已建成的高烈度区多层钢框架-中心支撑结构项目为例,探讨了分层分级抗震性能化设计方法的工程应用及其与传统规范设计法的区别。设计过程中基于"弱支撑"设计理念完成了概念设计、性能目标设定与初步设计,并结合计算机算法,以主要构件钢材用量最低为目标,以结构层间位移角、构件应力比与损坏等级等指标不超出预设性能目标的范围为约束条件,完成了结构分析、性能评价与设计调整的自动迭代优化。设计结果表明,采用分层分级抗震性能化方法设计的结构方案与基于传统规范法设计的原方案相比,支撑截面显著减小,支撑跨框架柱截面增加,主构件钢材用量减少约23%;罕遇地震作用下,结构整体最大层间位移角减小,最大地震总输入能量降低,塑性耗能提高;竖向构件损坏程度有效降低,而支撑损坏分布更为均匀,耗能体系更合理高效,在用钢量降低的同时,实现更好的抗震性能。
抗震性能化设计将传统经典规范设计法中宏观定性的设防目标转化为可量化分析的多层级性能目标,基于数值仿真类分析对结构性能表现准确评估,进而采取有针对性的措施以满足结构个性化抗震需求。其适用于各类超规超限结构,以及高性能等经典规范法难以充分发挥结构性能优势的抗震设计。首先介绍了笔者团队多年来在对抗震性能化设计、构件性能评价准则和工程应用研究的基础上提出的一种分层分级抗震性能化设计方法,详细说明了流程中涉及的设防目标确定、概念设计、性能目标设定、结构分析与性能评价等主要环节。该方法通过分层分级对结构和构件性能目标详细设定,明确地震作用分析中弹塑性分析的重要性,并以性能评估结果作为判断结构可行性的主要依据,以实现结构与构件的性能目标。随后,以一个已建成的高烈度区多层钢框架-中心支撑结构项目为例,探讨了分层分级抗震性能化设计方法的工程应用及其与传统规范设计法的区别。设计过程中基于"弱支撑"设计理念完成了概念设计、性能目标设定与初步设计,并结合计算机算法,以主要构件钢材用量最低为目标,以结构层间位移角、构件应力比与损坏等级等指标不超出预设性能目标的范围为约束条件,完成了结构分析、性能评价与设计调整的自动迭代优化。设计结果表明,采用分层分级抗震性能化方法设计的结构方案与基于传统规范法设计的原方案相比,支撑截面显著减小,支撑跨框架柱截面增加,主构件钢材用量减少约23%;罕遇地震作用下,结构整体最大层间位移角减小,最大地震总输入能量降低,塑性耗能提高;竖向构件损坏程度有效降低,而支撑损坏分布更为均匀,耗能体系更合理高效,在用钢量降低的同时,实现更好的抗震性能。
2024, 39(12): 12-19.
doi: 10.13206/j.gjgS24102901
摘要:
论述了性能化设计方法在某偏心腹杆钢桁架结构体系中的应用,基于非均匀梁的力学特性研究了偏心腹杆钢桁架中间段与两端连接梁刚度的比值对桁架内力分布的影响。通过合理的结构初步设计,控制钢桁架中间段与连接梁抗弯刚度比,使连接梁承载力需求易于满足,同时降低了主体结构相关连接范围内的承载力设计需求。对结构的抗震性能、节点应力、舒适度性能与防连续倒塌性能分别进行分析与评估,结果表明:通过合理的性能化设计,结构各项指标均满足预期性能目标要求,可供类似工程的设计参考。
论述了性能化设计方法在某偏心腹杆钢桁架结构体系中的应用,基于非均匀梁的力学特性研究了偏心腹杆钢桁架中间段与两端连接梁刚度的比值对桁架内力分布的影响。通过合理的结构初步设计,控制钢桁架中间段与连接梁抗弯刚度比,使连接梁承载力需求易于满足,同时降低了主体结构相关连接范围内的承载力设计需求。对结构的抗震性能、节点应力、舒适度性能与防连续倒塌性能分别进行分析与评估,结果表明:通过合理的性能化设计,结构各项指标均满足预期性能目标要求,可供类似工程的设计参考。
2024, 39(12): 20-28.
doi: 10.13206/j.gjgS24112803
摘要:
为精确评估方形截面钢构件的变形能力,提出基于塑性区应变的抗震性能评价指标,对6个方形截面钢构件开展了低周往复试验,研究试件的破坏模式和滞回性能,提取试件极限变形和塑性区长度以获得试件应变延性系数。试验结果表明:所有试件破坏形式为翼缘和腹板依次出现局部屈曲变形,两者的变形过程相互协调;滞回曲线均呈梭形且较为饱满,耗能能力较好;方形截面钢构件极限应变和应变延性系数随着板件宽厚比和轴压比的增大逐渐减小。基于试验结果验证了有限元模型的有效性,通过开展参数化分析研究了翼缘宽厚比、腹板高宽比和轴压比对应变延性系数的影响。研究表明:方形截面钢构件应变延性系数随着翼缘宽厚比、腹板高厚比和轴压比的增大呈现下降趋势。通过回归分析提出应变延性系数的建议计算式,验证了计算式的有效性。
为精确评估方形截面钢构件的变形能力,提出基于塑性区应变的抗震性能评价指标,对6个方形截面钢构件开展了低周往复试验,研究试件的破坏模式和滞回性能,提取试件极限变形和塑性区长度以获得试件应变延性系数。试验结果表明:所有试件破坏形式为翼缘和腹板依次出现局部屈曲变形,两者的变形过程相互协调;滞回曲线均呈梭形且较为饱满,耗能能力较好;方形截面钢构件极限应变和应变延性系数随着板件宽厚比和轴压比的增大逐渐减小。基于试验结果验证了有限元模型的有效性,通过开展参数化分析研究了翼缘宽厚比、腹板高宽比和轴压比对应变延性系数的影响。研究表明:方形截面钢构件应变延性系数随着翼缘宽厚比、腹板高厚比和轴压比的增大呈现下降趋势。通过回归分析提出应变延性系数的建议计算式,验证了计算式的有效性。
2024, 39(12): 29-37.
doi: 10.13206/j.gjgS24031902
摘要:
为了研究可恢复功能结构抗震性能和耗能构件简化建模方法,基于传统刚接钢框架提出了一种新型装配式自复位钢支撑结构体系,该体系在传统刚接框架中附加了可更换构件(双屈服点装配式防屈曲支撑、带狗骨削弱盖板的自复位预应力钢框架梁柱节点)。通过有限元软件OpenSEES建立了可更换构件简化计算模型,与既有数据对比验证了简化模型的正确性。基于所提出的抗震性能化设计目标设计了新型装配式体系并通过弹塑性时程分析(NLTHA)研究了新型体系的抗震性能。研究表明:所提出的简化计算模型具有较高的精度,可以应用于体系的弹塑性时程分析中;基于所提出的抗震性能化指标设计的新型装配式体系较传统体系抗震性能优越,新型装配式体系的最大顶层位移和最大层间位移角均小于传统刚接钢框架结构体系与传统刚接钢支撑结构体系,其x、y向的最大顶层位移和最大层间位移角较传统刚接钢框架结构体系分别平均减少28.35%、10.13%和26.86%、10.42%;双屈服点装配式防屈曲支撑能够控制结构层间变形,带狗骨削弱盖板的自复位预应力钢框架梁柱节点的加入能够进一步提高其耗能能力。
为了研究可恢复功能结构抗震性能和耗能构件简化建模方法,基于传统刚接钢框架提出了一种新型装配式自复位钢支撑结构体系,该体系在传统刚接框架中附加了可更换构件(双屈服点装配式防屈曲支撑、带狗骨削弱盖板的自复位预应力钢框架梁柱节点)。通过有限元软件OpenSEES建立了可更换构件简化计算模型,与既有数据对比验证了简化模型的正确性。基于所提出的抗震性能化设计目标设计了新型装配式体系并通过弹塑性时程分析(NLTHA)研究了新型体系的抗震性能。研究表明:所提出的简化计算模型具有较高的精度,可以应用于体系的弹塑性时程分析中;基于所提出的抗震性能化指标设计的新型装配式体系较传统体系抗震性能优越,新型装配式体系的最大顶层位移和最大层间位移角均小于传统刚接钢框架结构体系与传统刚接钢支撑结构体系,其x、y向的最大顶层位移和最大层间位移角较传统刚接钢框架结构体系分别平均减少28.35%、10.13%和26.86%、10.42%;双屈服点装配式防屈曲支撑能够控制结构层间变形,带狗骨削弱盖板的自复位预应力钢框架梁柱节点的加入能够进一步提高其耗能能力。
2024, 39(12): 38-48.
doi: 10.13206/j.gjgS24011101
摘要:
传统钢结构方钢管柱全熔透焊接连接节点存在施工效率低、人工成本高、污染环境等问题。为解决上述问题,课题组提出内置八边形芯筒方钢管柱全螺栓连接节点,该节点通过设置芯筒及高强度螺栓将上下柱连接,实现现场完全装配式组装。目前已完成该节点相关拟静力、拟动力及振动台等一系列试验研究,结果表明该节点形式具有与焊接节点较为一致的力学性能,同时还能够实现施工现场的高效装配。此外,在与八边形芯筒弹性承载力等强的基础上,提出十字形芯筒,进一步提高施工便利性和经济性、减少用钢量和焊接工作。通过有限元软件ABAQUS建立内置八边形芯筒、内置十字形芯筒的方钢管柱全螺栓连接节点有限元分析模型,分析两种连接节点构件受力全过程,分别对比整体试件和局部构件在受力特征点处的塑性发展情况以及最终破坏形态。在此基础上,进一步对比分析两种连接节点的抗震性能,包括滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能及残余变形等。
有限元分析结果表明:在往复加载下两种节点破坏形式较为相似,均为柱底塑性铰截面破坏。两节点形式滞回曲线饱满且无明显捏缩现象,等效黏滞阻尼系数在0.25~0.28,二者抗震性能良好,弹性层间位移角范围在1/36~1/22,弹塑性层间位移角均为1/15,均满足GB/T 50011—2010《建筑抗震设计标准》要求;与内置八边形芯筒节点形式相比,内置十字形芯筒节点形式的屈服承载力降低了7.5%~16.3%,峰值承载力均降低了7.8%,而延性性能提高了约66.7%;在正向加载至位移角1/100、1/50和1/15时内置十字形芯筒节点刚度分别高出0.94%、2.05%和8.43%;负向加载至位移角1/100、1/50和1/15时,内置十字形芯筒节点刚度分别高出0.91%、1.85%和8.51%;加载完毕后,内置十字形芯筒柱节点的残余变形较内置八边形芯筒柱节点减小了4.9%。以上研究结果说明:内置八边形芯筒的连接节点具有更高的承载力和耗能能力,其滞回曲线更加饱满;而内置十字形芯筒的连接节点刚度退化平缓、震后残余变形小,且延性性能更好,两种节点形式均具有良好的应用前景。
传统钢结构方钢管柱全熔透焊接连接节点存在施工效率低、人工成本高、污染环境等问题。为解决上述问题,课题组提出内置八边形芯筒方钢管柱全螺栓连接节点,该节点通过设置芯筒及高强度螺栓将上下柱连接,实现现场完全装配式组装。目前已完成该节点相关拟静力、拟动力及振动台等一系列试验研究,结果表明该节点形式具有与焊接节点较为一致的力学性能,同时还能够实现施工现场的高效装配。此外,在与八边形芯筒弹性承载力等强的基础上,提出十字形芯筒,进一步提高施工便利性和经济性、减少用钢量和焊接工作。通过有限元软件ABAQUS建立内置八边形芯筒、内置十字形芯筒的方钢管柱全螺栓连接节点有限元分析模型,分析两种连接节点构件受力全过程,分别对比整体试件和局部构件在受力特征点处的塑性发展情况以及最终破坏形态。在此基础上,进一步对比分析两种连接节点的抗震性能,包括滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能及残余变形等。
有限元分析结果表明:在往复加载下两种节点破坏形式较为相似,均为柱底塑性铰截面破坏。两节点形式滞回曲线饱满且无明显捏缩现象,等效黏滞阻尼系数在0.25~0.28,二者抗震性能良好,弹性层间位移角范围在1/36~1/22,弹塑性层间位移角均为1/15,均满足GB/T 50011—2010《建筑抗震设计标准》要求;与内置八边形芯筒节点形式相比,内置十字形芯筒节点形式的屈服承载力降低了7.5%~16.3%,峰值承载力均降低了7.8%,而延性性能提高了约66.7%;在正向加载至位移角1/100、1/50和1/15时内置十字形芯筒节点刚度分别高出0.94%、2.05%和8.43%;负向加载至位移角1/100、1/50和1/15时,内置十字形芯筒节点刚度分别高出0.91%、1.85%和8.51%;加载完毕后,内置十字形芯筒柱节点的残余变形较内置八边形芯筒柱节点减小了4.9%。以上研究结果说明:内置八边形芯筒的连接节点具有更高的承载力和耗能能力,其滞回曲线更加饱满;而内置十字形芯筒的连接节点刚度退化平缓、震后残余变形小,且延性性能更好,两种节点形式均具有良好的应用前景。
2024, 39(12): 49-60.
doi: 10.13206/j.gjgS23112803
摘要:
为研究模块化钢框架模块间内套筒连接节点的抗震性能和受力机理,基于内套筒连接节点抗震性能试验研究,建立了与试验节点试件相同尺寸和荷载工况的有限元分析模型,并验证了有限元模型的有效性。通过改变节点构造参数,研究了内套筒长度、内套筒高度以及柱内隔板对节点抗震性能影响;推导了考虑轴向压力作用下内套筒与柱壁之间的接触力计算公式,并与有限元计算结果对比验证,验证了接触力理论计算公式的有效性。研究结果表明:建立的有限元模型能够有效模拟内套筒连接节点的工作状态和极限承载力;内套筒连接节点具有较好的抗震性能,且通过合理构造可改善节点受力状态,促使梁端塑性铰外移实现节点的延性破坏;增加内套筒厚度和内套筒长度对节点承载能力影响不明显;设置内隔板可显著提升节点承载能力及耗能能力;钢管柱弯曲变形与内套筒产生的接触力使柱截面在原有荷载状态下的应力有所增大并产生局部应力集中现象,设计中应考虑其不利影响。
为研究模块化钢框架模块间内套筒连接节点的抗震性能和受力机理,基于内套筒连接节点抗震性能试验研究,建立了与试验节点试件相同尺寸和荷载工况的有限元分析模型,并验证了有限元模型的有效性。通过改变节点构造参数,研究了内套筒长度、内套筒高度以及柱内隔板对节点抗震性能影响;推导了考虑轴向压力作用下内套筒与柱壁之间的接触力计算公式,并与有限元计算结果对比验证,验证了接触力理论计算公式的有效性。研究结果表明:建立的有限元模型能够有效模拟内套筒连接节点的工作状态和极限承载力;内套筒连接节点具有较好的抗震性能,且通过合理构造可改善节点受力状态,促使梁端塑性铰外移实现节点的延性破坏;增加内套筒厚度和内套筒长度对节点承载能力影响不明显;设置内隔板可显著提升节点承载能力及耗能能力;钢管柱弯曲变形与内套筒产生的接触力使柱截面在原有荷载状态下的应力有所增大并产生局部应力集中现象,设计中应考虑其不利影响。
2024, 39(12): 61-73.
doi: 10.13206/j.gjgS23110303
摘要:
为了对大跨空间结构进行强震倒塌分析,以西安某大学的体育馆为研究对象,利用SAP 2000软件建模并对其抗震性能进行深入分析。首先对结构进行了自振特性分析,了解结构的低阶振型及自振周期。随后,通过振型分解反应谱分析,考察了该结构的抗震性能。在此基础上,重点对结构进行了弹塑性时程分析,并深入探讨了在不同峰值地震波作用下结构的塑性发展过程,根据结构的最大变形,结合塑性铰的数量及状态来判定结构是否满足指定地震荷载下的结构期望的能力目标,总结了结构的响应规律,给出了结构是否倒塌的判定方法。研究表明:该结构在8度多遇及罕遇地震作用下,均具有良好的抗震性能;在三向输入的RSN55_SFERN地震波作用下,结构在地震波峰值为1 000 cm/s2时仍未倒塌;在单向罕遇地震人工拟合地震波作用下,当Y向输入地震波峰值为1 400 cm/s2时,在7.3 s超过半数格构柱完全失效,结构的整体最大位移为2.2 m,判定结构倒塌;在三向罕遇地震人工拟合地震波作用下,当地震波的峰值为600 cm/s2时,在20.8 s主馆格构柱几乎全部失效,近半数副馆柱失效,主馆整体变形超过2.72 m,综合出铰情况和变形情况,判定此时结构倒塌;结构塑性铰分布发生在格构柱及中央主桁架弦杆上,故在探究大跨结构抗震、抗倒塌性能时必须考察多向地震波作用。
为了对大跨空间结构进行强震倒塌分析,以西安某大学的体育馆为研究对象,利用SAP 2000软件建模并对其抗震性能进行深入分析。首先对结构进行了自振特性分析,了解结构的低阶振型及自振周期。随后,通过振型分解反应谱分析,考察了该结构的抗震性能。在此基础上,重点对结构进行了弹塑性时程分析,并深入探讨了在不同峰值地震波作用下结构的塑性发展过程,根据结构的最大变形,结合塑性铰的数量及状态来判定结构是否满足指定地震荷载下的结构期望的能力目标,总结了结构的响应规律,给出了结构是否倒塌的判定方法。研究表明:该结构在8度多遇及罕遇地震作用下,均具有良好的抗震性能;在三向输入的RSN55_SFERN地震波作用下,结构在地震波峰值为1 000 cm/s2时仍未倒塌;在单向罕遇地震人工拟合地震波作用下,当Y向输入地震波峰值为1 400 cm/s2时,在7.3 s超过半数格构柱完全失效,结构的整体最大位移为2.2 m,判定结构倒塌;在三向罕遇地震人工拟合地震波作用下,当地震波的峰值为600 cm/s2时,在20.8 s主馆格构柱几乎全部失效,近半数副馆柱失效,主馆整体变形超过2.72 m,综合出铰情况和变形情况,判定此时结构倒塌;结构塑性铰分布发生在格构柱及中央主桁架弦杆上,故在探究大跨结构抗震、抗倒塌性能时必须考察多向地震波作用。
2024, 39(12): 74-85.
doi: 10.13206/j.gjgS24011802
摘要:
装配式钢与混凝土组合结构是一种具有广阔应用前景的装配式结构类型,而预制混凝土柱-钢梁连接节点中有一类为半刚性连接节点,半刚性连接节点的转动刚度和抗震性能与连接节点的构造有密切关系。为研究预制混凝土柱-钢梁干式连接节点的抗震性能和转动刚度,设计了1个预制混凝土柱-钢梁半刚性连接节点足尺构件开展拟静力加载试验,分析了该梁柱连接节点中钢节点模块、节点核心区箍筋、预制柱纵筋等的屈服特点,以及连接节点的承载力、滞回性能和破坏机理等抗震性能指标和转动刚度。采用ABAQUS有限元软件对连接节点中的关键组件进行了模拟分析,采用混凝土损伤塑性模型来模拟混凝土破坏过程,混凝土的单轴压缩和拉伸本构模型采用GB/T 50010—2010《混凝土结构设计标准》中提供的模型,钢筋本构采用清华大学开发的ABAQUS用户自定义材料子程序集PQ-Fiber中钢筋的单轴弹塑性滞回本构模型(USteel02)。关键组件包括钢节点模块侧板厚度、拉杆直径、牛腿加劲肋厚度、牛腿竖端板厚度、牛腿水平连接板厚度、连接高强螺栓直径。
研究表明:连接节点破坏形态为梁铰机制破坏,楼板混凝土压溃,钢节点模块侧板及内部拉杆屈服;钢节点模块的存在保证了梁柱节点域的刚度和承载力,能够满足抗震设计中"强节点"的要求;连接节点发生明显损伤时的层间位移角大于2%,且承载力仍未下降,在层间位移角大于2.75%时,钢节点模块中侧板受拉外鼓,对应处拉杆屈服,钢牛腿未发现明显损坏,焊缝未断裂;节点试件的滞回曲线呈纺锤形,骨架曲线经历较长的强化区段,且承载力下降缓慢,梁端弯矩-转角曲线表明节点具有半刚性节点特征,且正反向转动刚度不一致,反向转动刚度比正向转动刚度大6倍;对连接节点转动刚度影响较大的组件有钢节点模块侧板厚度、拉杆直径和牛腿竖端板厚度,侧板厚度和拉杆直径对正向转动刚度影响明显,牛腿竖端板和加劲肋能有效提高连接反向转动刚度,但其厚度对正向转动刚度影响不大。
装配式钢与混凝土组合结构是一种具有广阔应用前景的装配式结构类型,而预制混凝土柱-钢梁连接节点中有一类为半刚性连接节点,半刚性连接节点的转动刚度和抗震性能与连接节点的构造有密切关系。为研究预制混凝土柱-钢梁干式连接节点的抗震性能和转动刚度,设计了1个预制混凝土柱-钢梁半刚性连接节点足尺构件开展拟静力加载试验,分析了该梁柱连接节点中钢节点模块、节点核心区箍筋、预制柱纵筋等的屈服特点,以及连接节点的承载力、滞回性能和破坏机理等抗震性能指标和转动刚度。采用ABAQUS有限元软件对连接节点中的关键组件进行了模拟分析,采用混凝土损伤塑性模型来模拟混凝土破坏过程,混凝土的单轴压缩和拉伸本构模型采用GB/T 50010—2010《混凝土结构设计标准》中提供的模型,钢筋本构采用清华大学开发的ABAQUS用户自定义材料子程序集PQ-Fiber中钢筋的单轴弹塑性滞回本构模型(USteel02)。关键组件包括钢节点模块侧板厚度、拉杆直径、牛腿加劲肋厚度、牛腿竖端板厚度、牛腿水平连接板厚度、连接高强螺栓直径。
研究表明:连接节点破坏形态为梁铰机制破坏,楼板混凝土压溃,钢节点模块侧板及内部拉杆屈服;钢节点模块的存在保证了梁柱节点域的刚度和承载力,能够满足抗震设计中"强节点"的要求;连接节点发生明显损伤时的层间位移角大于2%,且承载力仍未下降,在层间位移角大于2.75%时,钢节点模块中侧板受拉外鼓,对应处拉杆屈服,钢牛腿未发现明显损坏,焊缝未断裂;节点试件的滞回曲线呈纺锤形,骨架曲线经历较长的强化区段,且承载力下降缓慢,梁端弯矩-转角曲线表明节点具有半刚性节点特征,且正反向转动刚度不一致,反向转动刚度比正向转动刚度大6倍;对连接节点转动刚度影响较大的组件有钢节点模块侧板厚度、拉杆直径和牛腿竖端板厚度,侧板厚度和拉杆直径对正向转动刚度影响明显,牛腿竖端板和加劲肋能有效提高连接反向转动刚度,但其厚度对正向转动刚度影响不大。
2024, 39(12): 86-94.
doi: 10.13206/j.gjgS24102802
摘要:
随着城市化进程的加速,大跨度人行天桥因其独特的结构形式和重要的建筑功能,逐渐成为现代城市基础设施的重要组成部分。然而,这类桥梁在风荷载作用下容易产生显著的风致振动,从而影响其结构的安全性和使用者的舒适度。为此开展了关于某大跨度人行天桥的风振控制研究,提出了基于舒适度性能的抗风设计方法。以苏州文博中心的飘带形人行天桥为案例,通过风洞试验和非线性时程分析,获取了大跨度人行天桥在不同风速和风向条件下的风荷载特征数据,并对其动力响应进行了系统分析,建立了一种以舒适度为基础的抗风性能设计框架,旨在通过优化结构设计与减振控制措施,提升人行桥的使用舒适性。研究中采用了多调谐质量阻尼器(MTMD)技术,针对结构的前3阶段主要振动模态实施有效控制。结果表明:在布置MTMD减振系统后,结构的加速度响应显著降低,减振效率超过了50%;在高风速条件下,竖向和横向的加速度峰值均满足相关规范要求。
随着城市化进程的加速,大跨度人行天桥因其独特的结构形式和重要的建筑功能,逐渐成为现代城市基础设施的重要组成部分。然而,这类桥梁在风荷载作用下容易产生显著的风致振动,从而影响其结构的安全性和使用者的舒适度。为此开展了关于某大跨度人行天桥的风振控制研究,提出了基于舒适度性能的抗风设计方法。以苏州文博中心的飘带形人行天桥为案例,通过风洞试验和非线性时程分析,获取了大跨度人行天桥在不同风速和风向条件下的风荷载特征数据,并对其动力响应进行了系统分析,建立了一种以舒适度为基础的抗风性能设计框架,旨在通过优化结构设计与减振控制措施,提升人行桥的使用舒适性。研究中采用了多调谐质量阻尼器(MTMD)技术,针对结构的前3阶段主要振动模态实施有效控制。结果表明:在布置MTMD减振系统后,结构的加速度响应显著降低,减振效率超过了50%;在高风速条件下,竖向和横向的加速度峰值均满足相关规范要求。
2024, 39(12): 95-102.
doi: 10.13206/j.gjgS24103101
摘要:
外伸端板节点在钢结构设计中主要用于传递重力和地震作用。然而,在极限状态下,连接节点还对结构的整体性能及防止连续倒塌具有重要影响。在各种灾害中,火灾仍是发生频率最高、影响范围最广的灾害之一。目前抗火性能研究主要集中于火灾的升温阶段,但材料、构件和结构在降温阶段可能表现出与升温阶段不同的特性。钢节点在火灾全过程中会受到梁跨中大挠度导致的"悬链线效应"所产生的拉力以及钢材的冷缩所产生的拉力影响,在拉弯组合的作用下发生破坏,进而导致钢框架整体结构倒塌。目前,国内外对钢框架外伸端板连接节点在火灾全过程中的力学性能研究较少,因此亟需对其展开深入研究,为性能化防火设计提供技术支持,以保证火灾发生后的一定时间内主要结构构件不发生破坏,建筑内的人员有足够的时间逃生,并使消防人员有合理的救援时间。
采用ABAQUS有限元软件对拉弯组合荷载作用下的外伸端板节点进行非线性热力耦合分析。首先,建立外伸端板节点在火灾升温段的三维热分析及结构响应非线性分析模型,利用现有文献中的恒载受弯升温试验结果对该建模方法的准确性进行验证。在此基础上,通过瞬态热分析得出火灾升降温全过程中节点的温度场分布,利用热-结构耦合分析得到节点在拉弯组合荷载作用时的力学性能,并针对火灾升降温历程及拉力荷载大小等因素对节点力学行为的影响进行参数化分析。结果表明,火灾全过程中由于温度滞后的影响,节点的挠度在降温阶段将继续增大,并导致其在降温初期破坏。同时,受悬链线效应和钢梁冷缩变形产生拉力的影响,螺栓受拉对节点的耐火时间和残余变形不利。此外,对节点进行不同拉力的参数分析显示:保持节点弯矩恒定不变时,拉力对节点受力会产生显著影响。当拉力增大时,节点在降温阶段的变形量和残余应变也逐渐增大并最终导致节点破坏。因此,在火灾分析中应充分考虑火灾全过程以及拉力对节点受力的影响,并对节点可能受到的附加拉力进行合理的判断和计算分析。
外伸端板节点在钢结构设计中主要用于传递重力和地震作用。然而,在极限状态下,连接节点还对结构的整体性能及防止连续倒塌具有重要影响。在各种灾害中,火灾仍是发生频率最高、影响范围最广的灾害之一。目前抗火性能研究主要集中于火灾的升温阶段,但材料、构件和结构在降温阶段可能表现出与升温阶段不同的特性。钢节点在火灾全过程中会受到梁跨中大挠度导致的"悬链线效应"所产生的拉力以及钢材的冷缩所产生的拉力影响,在拉弯组合的作用下发生破坏,进而导致钢框架整体结构倒塌。目前,国内外对钢框架外伸端板连接节点在火灾全过程中的力学性能研究较少,因此亟需对其展开深入研究,为性能化防火设计提供技术支持,以保证火灾发生后的一定时间内主要结构构件不发生破坏,建筑内的人员有足够的时间逃生,并使消防人员有合理的救援时间。
采用ABAQUS有限元软件对拉弯组合荷载作用下的外伸端板节点进行非线性热力耦合分析。首先,建立外伸端板节点在火灾升温段的三维热分析及结构响应非线性分析模型,利用现有文献中的恒载受弯升温试验结果对该建模方法的准确性进行验证。在此基础上,通过瞬态热分析得出火灾升降温全过程中节点的温度场分布,利用热-结构耦合分析得到节点在拉弯组合荷载作用时的力学性能,并针对火灾升降温历程及拉力荷载大小等因素对节点力学行为的影响进行参数化分析。结果表明,火灾全过程中由于温度滞后的影响,节点的挠度在降温阶段将继续增大,并导致其在降温初期破坏。同时,受悬链线效应和钢梁冷缩变形产生拉力的影响,螺栓受拉对节点的耐火时间和残余变形不利。此外,对节点进行不同拉力的参数分析显示:保持节点弯矩恒定不变时,拉力对节点受力会产生显著影响。当拉力增大时,节点在降温阶段的变形量和残余应变也逐渐增大并最终导致节点破坏。因此,在火灾分析中应充分考虑火灾全过程以及拉力对节点受力的影响,并对节点可能受到的附加拉力进行合理的判断和计算分析。
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主任委员：周绪红
中国工程院院士，日本工程院外籍院士，重庆大学教授
结构工程专家,重庆大学教授,国家钢结构工程技术研究中心主任,英国皇家结构工程师学会Fellow,英国皇家特许结构工程师。兼任中国钢结构协会荣誉会长,国家钢结构工程技术研究中心技术委员会主任等学术职务。长期从事钢结构、钢-混凝土组合结构等方向的教学与科研工作。
副主任委员：聂建国
中国工程院院士，清华大学教授
结构工程专家,清华大学教授,清华大学未来城镇与基础设施研院院长,清华大学术委员会主任,清华大学科学技术协会副主席。兼任中国土木工程学会副理事长,住建部超限高层建筑工程技术专业委员会主任委员等学术职务。长期从事钢-混凝土组合结构、结构新体系和新技术等方向的教学与科研工作。
副主任委员：岳清瑞
中国工程院院士，北京科技大学终身教授
结构工程专家,北京科技大学城镇化与城市安全研究院院长、国家城市安全发展科技研究院院长、深圳市城市公共安全技术研究院名誉院长与首席科学家等，兼任中国钢结构协会会长、住建部建筑工程抗震设防专家委员会主任、应急管理部专家委员会委员等，长期担任国家科技部社会发展、新材料、科技平台等领域专家。
喜报 | 热烈祝贺我刊编委罗尧治教授荣获2024年度何梁何利基金奖
