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钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展 被引量：8
1
作者 丁发兴 许云龙 +3 位作者 王莉萍 吕飞 段林利 余志武 《钢结构（中英文）》 2023年第12期1-26,共26页
钢-混凝土组合结构因具有抗弯刚度大、承载力高、延性好和施工便捷等优点,适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域应用广泛。在提高工程结构抗震设防标准的背景下,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进... 钢-混凝土组合结构因具有抗弯刚度大、承载力高、延性好和施工便捷等优点,适应国家新型城镇化建设重大需要,在城市人口密集区域和抗震设防高烈度区域应用广泛。在提高工程结构抗震设防标准的背景下,研究钢-混凝土组合结构的抗震性能,进一步提升其抗震韧性,建立具有更高韧性的钢-混凝土组合结构抗震设计方法对促进建筑结构实现“双碳”战略目标具有重要意义。为此,归纳总结了钢-混凝土组合结构抗震性能的研究进展,包括钢-混凝土组合梁、钢管混凝土柱及钢管混凝土柱-组合梁节点的滞回性能试验研究,以及钢-混凝土组合结构体系的拟静力、拟动力及振动台试验研究,讨论并比较了各种抗震分析模型及其方法,提出了当前研究存在的一些问题和尚需深入研究的方向。基于现有研究成果总结得到:1)组合梁主要依靠钢梁耗能,可采取增大钢梁截面尺寸的措施提高耗能能力。钢管混凝土柱主要依靠钢管和混凝土耗能,可采取拉筋增强约束措施直接约束混凝土,使其由脆性向塑性转变从而提高框架柱的耗能能力。与其他类型组合节点相比,刚性连接组合节点具有更好的耗能能力。2)罕遇地震下框架结构以梁耗能为主,而在超罕遇地震下仍以梁作为主要耗能部件将使工程成本大幅增加。由于超罕遇地震发生概率极低,若采取适当的增强约束措施使柱也具备耗能能力并参与耗能,则可在适当增加工程建设成本的同时使结构具有抵抗超罕遇地震的能力,此时组合结构抗震设计理念可由罕遇地震时的“强柱弱梁,梁耗能为主”向超罕遇地震时的“梁柱共同耗能”推进。3)基于平截面假定的杆系纤维模型计算软件通常适用于弹性和弹塑性小变形阶段分析,而当组合结构处于塑性大变形阶段时,结构杆件便不再符合平截面假设。对强震下组合结构体系的动力响 展开更多
关键词 钢-混凝土组合梁 钢管混凝土柱 钢-混凝土组合结构 抗震性能 试验研究
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增强约束钢管混凝土框架-核心筒结构抗震性能 被引量：3
2
作者 徐超 李家富 +4 位作者 丁发兴 尚志海 闫思凤 辛立娟 许云龙 《钢结构（中英文）》 2023年第12期39-47,共9页
为了充分发挥钢管混凝土框架-核心筒结构的承载和抗震潜力,提升强震下重要工程结构的安全性,对钢管混凝土框架-核心筒结构体系分别采取柱端拉筋和“强连梁、强墙肢”等增强约束措施,探讨其对位移响应、塑性耗能、震后刚度损伤、二道防... 为了充分发挥钢管混凝土框架-核心筒结构的承载和抗震潜力,提升强震下重要工程结构的安全性,对钢管混凝土框架-核心筒结构体系分别采取柱端拉筋和“强连梁、强墙肢”等增强约束措施,探讨其对位移响应、塑性耗能、震后刚度损伤、二道防线和破坏模式的影响。分析结果显示:1)核心筒作为结构第一道防线,当结构塑性发展程度较小时,采取“强连梁、强墙肢”增强约束措施对结构变形的影响效果更佳;但随着结构进入塑性大变形阶段,采取柱端拉筋增强约束措施对底部加强区的层间变形的改善效果也很显著。2)柱端拉筋增强约束措施对外框架二道防线的抗震性能影响显著,内拉筋构造技术提升了钢管混凝土柱的承载能力,保证了超强地震中框架柱不发生严重破坏,使得外框架将承担更大的地震倾覆力矩和剪力,从而协调内筒一起抵抗地震作用,并减缓内筒的损伤和塑性变形发展,有效发挥二道防线的抗震性能,实现整体结构不倒塌。3)柱端拉筋增强约束措施改善了“强筒弱框”的破坏模式,内拉筋提升了钢管混凝土柱的耗能能力,有效限制了内筒塑性大变形发展,进一步扩大了核心筒墙肢耗能范围,使得墙肢和框架柱的塑性耗能分布更为合理,塑性发展更加均匀,形成了合理的双重防线破坏模式,因而最终减缓了结构整体刚度退化,提升了结构延性和抗震韧性。 展开更多
关键词 钢管混凝土框架-核心筒结构 增强约束 超强地震 抗震性能
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高轴压比方钢管混凝土柱–组合梁加强环节点抗震性能有限元分析 被引量：1
3
作者 丁发兴 佘露雨 +1 位作者 段林利 雷建雄 《钢结构（中英文）》 2024年第1期29-40,共12页
钢管混凝土柱–组合梁加强环节点因性能优异被超高层建筑广泛采用,针对高轴压比方钢管混凝土柱–组合梁加强环节点的抗震性能,开展了有限元研究。在混凝土三轴塑性损伤和钢材混合强化模型基础上,进一步引入钢材的韧性损伤模型,建立了基... 钢管混凝土柱–组合梁加强环节点因性能优异被超高层建筑广泛采用,针对高轴压比方钢管混凝土柱–组合梁加强环节点的抗震性能,开展了有限元研究。在混凝土三轴塑性损伤和钢材混合强化模型基础上,进一步引入钢材的韧性损伤模型,建立了基于试验构件的实体精细有限元模型,通过和试验结果对比,证明了有限元模型能够准确模拟节点的抗震性能和破坏模式,并能较准确模拟加载后期承载力下降段,极限承载力误差均在8%以内;开展了有限元参数分析,考虑了增加钢梁高度“强梁”构造和采用柱端拉筋“强柱”构造,分析了不同参数对节点滞回曲线、骨架曲线、破坏模式和塑性耗能分配与失效机制的影响。分析结果表明:高轴压比下,增加钢梁高度和采用柱端拉筋大幅度提升了节点抗弯承载力和耗能能力,使得组合节点在高轴压比时仍维持梁端失效破坏模式;加强环节点在梁–柱抗弯承载力比介于1.39~2.11时,发生梁耗能向柱耗能的转变;GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中规定梁柱抗弯承载力比取值小于1时为“强柱弱梁”,对于加强环节点该规定较为保守,建议加强环节点的梁柱抗弯承载力比可放大至小于1.3时为“强柱弱梁”。 展开更多
关键词 钢管混凝土柱 高轴压比 加强环组合节点 抗震性能 有限元分析
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高轴压比拉筋圆钢管混凝土柱界面滑移行为与抗震性能研究 被引量：1
4
作者 廖常斌 丁发兴 +4 位作者 刘怡岑 王恩 王莉萍 张亮亮 邓亦南 《钢结构（中英文）》 2024年第1期41-52,共12页
高轴压比下普通钢管混凝土柱的抗震性能略差,与其他钢管内约束混凝土构造措施相比,横向拉筋构造可高效提升高轴压比下钢管混凝土柱的约束效率和抗震性能。在高轴压比圆形、方形拉筋钢管混凝土抗震性能试验成果的基础上,采用ABAQUS软件... 高轴压比下普通钢管混凝土柱的抗震性能略差,与其他钢管内约束混凝土构造措施相比,横向拉筋构造可高效提升高轴压比下钢管混凝土柱的约束效率和抗震性能。在高轴压比圆形、方形拉筋钢管混凝土抗震性能试验成果的基础上,采用ABAQUS软件建立三维实体有限元精细化计算模型并进行试验验证,随后开展单调加载和滞回加载下拉筋钢管混凝土柱受力性能的参数分析,探讨拉筋对钢管与混凝土界面滑移、应力水平和抗震性能的影响规律。分析结果表明:1)压弯荷载下钢管和混凝土之间存在界面滑移行为,使得加载过程中钢管和混凝土中性轴高度变化不一致,当滞回加载时混凝土受拉面积大幅度减小,混凝土和钢管中性轴的差异愈发增大,相对滑移更大,最终混凝土全截面受压而钢管抗弯;2)当钢管用钢量保持不变而端部布置拉筋算例后,钢管和混凝土中性轴的差异减小,钢管和混凝土之间界面滑移减小使得抗弯刚度提升10%,拉筋由于直接约束混凝土,使得钢管纵向拉应力和混凝土纵向压应力水平都得以提升且应力水平更均匀,以及钢管受拉区面积增大而混凝土受压区面积减小,导致钢管截面受压区高度降低从而极限承载力提升20%~50%;3)滞回加载下拉筋有效提升钢管混凝土柱的抗震性能,当钢管混凝土柱整体用钢量保持不变时,高轴压比钢管混凝土柱的刚度可维持不变,承载力提升10%~20%,耗能能力提升2倍,钢管和拉筋约束混凝土而耗能提升约1倍,使得钢管受压区高度降低导致构件转动能力大幅度提升,钢管塑性耗能能力得以充分发挥,因此钢管耗能提升约3倍。 展开更多
关键词 钢管混凝土柱 拉筋 界面滑移 抗震性能 塑性耗能
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相同造价下几类方形截面桥墩抗震性能对比研究 被引量：1
5
作者 李彪 吕飞 +3 位作者 孙浩 丁发兴 蔡勇强 张朝成 《钢结构（中英文）》 2024年第1期53-67,共15页
强震下传统钢筋混凝土桥墩抗震性能不足,而钢管混凝土具有更好的抗震性能。钢管混凝土墩在公路、高速公路、城市快速路和高速铁路等领域具有广阔的应用前景,近年来在桥梁结构中逐步推广应用。为提高桥墩的抗震韧性,结合当前各类桥墩抗... 强震下传统钢筋混凝土桥墩抗震性能不足,而钢管混凝土具有更好的抗震性能。钢管混凝土墩在公路、高速公路、城市快速路和高速铁路等领域具有广阔的应用前景,近年来在桥梁结构中逐步推广应用。为提高桥墩的抗震韧性,结合当前各类桥墩抗震研究现状,对方形截面钢筋混凝土墩、部分填充钢管混凝土墩、钢管混凝土墩以及端部拉筋钢管混凝土墩的极限抗震能力进行对比研究,并对钢筋混凝土、部分填充钢管混凝土、钢管混凝土与端部拉筋钢管混凝土墩的足尺有限元模型进行地震弹塑性和塑性大变形时程分析,探讨不同类型桥墩的抗震极限性能及其适用范围。分析中采用有限元软件ABAQUS建立实体–壳精细化有限元模型,模型中混凝土应力–应变关系采用参数确定性的混凝土三轴塑性–损伤模型,并引入裂缝插入技术;钢材应力–应变关系采用混合强化与韧性损伤模型,用已有单向拟静力、单向拟动力、双向拟动力和振动台加载下的钢筋混凝土、部分填充钢管混凝土、钢管混凝土与端部拉筋钢管混凝土桥墩抗震性能试验成果对有限元模型进行验证,最后采用位移响应、累积耗能和刚度损伤三个评价指标对相同造价下各类桥墩在不同地震动强度下的抗震韧性进行评价。分析结果表明:1)上述墩柱实体–壳精细化有限元模型弹塑性和塑性大变形抗震计算方法合理反映了循环荷载下钢管混凝土桥墩的滞回曲线“捏拢”效应、塑性大变形阶段承载力退化现象以及动荷载作用下的位移响应;2)当桥梁设防烈度要求为6~7度时,建议选用钢筋混凝土桥墩;当桥梁设防烈度要求为8度时,建议选用钢管混凝土桥墩;当桥梁设防烈度要求为9度及以上时,建议选用端部拉筋钢管混凝土桥墩。 展开更多
关键词 钢筋混凝土 钢管混凝土 桥墩 拉筋 抗震性能 震后刚度损伤
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多维地震下钢管混凝土柱-组合梁框架结构体系抗震性能分析 被引量：2
6
作者 许云龙 丁发兴 +5 位作者 吕飞 潘志成 罗靓 尹国安 陈明 余志武 《钢结构（中英文）》 2023年第12期27-38,共12页
基于柱端拉筋对钢管混凝土柱、钢管混凝土柱-组合梁节点和钢管混凝土柱-组合梁平面框架结构抗震性能影响的试验研究成果,建立了钢管混凝土柱-组合梁空间框架结构动力时程分析的三维实体-壳单元模型,探讨了柱端拉筋和主梁加高等增强约束... 基于柱端拉筋对钢管混凝土柱、钢管混凝土柱-组合梁节点和钢管混凝土柱-组合梁平面框架结构抗震性能影响的试验研究成果,建立了钢管混凝土柱-组合梁空间框架结构动力时程分析的三维实体-壳单元模型,探讨了柱端拉筋和主梁加高等增强约束措施、削减钢梁跨中腹板高度的变截面组合梁以及多维地震波对结构抗震性能的影响规律,分析了不同地震波强度作用下该类组合框架结构的位移响应、轴压比时程曲线、应力-应变等曲线,以及结构塑性耗能分配机制、塑性铰形成与发展规律和结构刚度损伤演化规律等抗震性能指标。有限元计算结果表明:1)柱端拉筋和主梁加高等增强约束措施均能有效提升组合框架结构抗震性能而减小结构刚度损伤,且地震波强度越大作用效果越明显;相同地震波作用时,柱端拉筋增强约束措施比主梁加高增强约束措施更有效,而两种增强约束措施共同作用则能进一步提升组合结构的极限抗震能力。2)柱端拉筋增强约束措施能够降低钢管壁与混凝土间界面滑移,增强混凝土的耗能能力,降低钢管混凝土柱塑性耗能占比,提升钢梁塑性耗能占比,提升结构总塑性耗能;此外,柱端拉筋增强约束措施还可减少组合框架柱端塑性铰并增加梁端塑性铰的数量,延缓柱端“压铰”的出现,延长“压铰”向“拉铰”转变的过程。3)降低钢梁跨中腹板高度的变截面组合梁对框架结构抗震性能没有影响,采用该变截面组合梁的框架模型不仅能够满足结构基本功能要求,还可节省结构耗材、降低造价,进一步扩大建筑实用空间。4)与单向地震波作用相比,多维地震波作用下组合框架结构的极限抗震能力大幅下降,结构失效模式由剪切破坏转变为剪扭破坏。另外,三维地震波中竖向加速度对框架结构柱端轴压比有放大作用,而对楼层最大位移、层间位移角、� 展开更多
关键词 钢-混凝土组合结构 多维地震 增强约束 塑性耗能 刚度损伤
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水平地震下钢-混凝土组合框架结构极限抗震与强柱构造 被引量：4
7
作者 丁发兴 潘志成 +2 位作者 罗靓 向平 余志武 《钢结构（中英文）》 2021年第2期26-37,共12页
“强柱弱梁”是当前国际上主流的工程结构抗震设计理念,已有地震灾害调查表明,由于地震作用机制的复杂性以及对工程结构极限抗震认识的不足,强震作用后框架结构除出现梁铰的“强柱弱梁”破坏之外,还出现整体倒塌、柱铰以及局部楼层倒塌... “强柱弱梁”是当前国际上主流的工程结构抗震设计理念,已有地震灾害调查表明,由于地震作用机制的复杂性以及对工程结构极限抗震认识的不足,强震作用后框架结构除出现梁铰的“强柱弱梁”破坏之外,还出现整体倒塌、柱铰以及局部楼层倒塌的“强梁弱柱”破坏。为合理认识各类破坏形式,首先对传统的塑性铰概念细分为“压铰”和“拉铰”,指出“拉铰”容易引发结构整体失稳;随后以钢-混凝土组合框架结构为对象,建立并采用实体单元与壳单元为主的组合框架结构有限元精细化抗震计算模型,开展组合结构极限抗震分析,初步探讨各水平地震波工况对组合框架结构位移、应力、轴压比等时程响应以及框架梁柱塑性耗能分配机制、塑性铰形成模式与失效机制的影响规律。分析结果显示:1)柱端拉筋减小了钢管与混凝土之间滑移,从而增大了柱和框架的刚度,降低了钢管和混凝土的应变水平,增大了钢梁的应力水平;620 cm/s^(2)及以上强度的地震波作用时,柱端拉筋构造可显著减小组合框架结构的最大层间位移角,在接近极限强度的水平地震波作用时,柱端拉筋屈服,框架梁端混凝土板纵筋一般不易屈服;2)“强梁弱柱”组合框架表现为“约束梁”与“耗能柱”,此时框架梁对框架柱约束较强,框架以框架柱耗能为主而梁端仅形成“压铰”,此时框架的耗能能力取决于框架柱;“强柱弱梁”组合框架表现为“耗能梁”与“承载柱”,此时框架梁对框架柱约束较弱,框架以框架梁耗能为主使得梁端先形成“压铰”,当梁端耗能至极限时形成“拉铰”引发框架柱长细比增大,导致框架加速失效,不利于发挥框架柱耗能潜力;3)柱端拉筋技术的“强柱”构造将提高组合结构的刚度、塑性耗能与抗倒塌能力,强柱构造对以柱耗能为主的6层框架抗震能力提升尤其显著。 展开更多
关键词 钢-混凝土组合结构 框架结构 极限抗震 强柱弱梁 强梁弱柱 耗能柱
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