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CCTV新台址主楼src柱抗震计算模型的建立

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建筑结构学报 2008年第3期29卷 54-62页

作者：郭彦林霍轶力盛和太清华大学土木工程系北京100084

本文针对中央电视台(CCTV)新台址主楼外筒中采用的src柱,提出了基于SAP2000程序、用于抗震承载力分析的模型。结合已有研究成果,分析了CCTV主楼中高含钢率的src柱的承载特性。应用有限单元法和截面纤维单元分析方法,确定了src柱的初始... 详细信息

本文针对中央电视台(CCTV)新台址主楼外筒中采用的src柱,提出了基于SAP2000程序、用于抗震承载力分析的模型。结合已有研究成果,分析了CCTV主楼中高含钢率的src柱的承载特性。应用有限单元法和截面纤维单元分析方法,确定了src柱的初始屈服面和屈服后的基本承载性能,建立了基于塑性铰单元的弹塑性计算模型。在此基础上,根据已有试验结果,应用P ivot滞回模型模拟了src柱的滞回性能,建立了基于连接单元的计算模型。通过单调加载和往复加载的算例分析,校核了两种模型的准确性;结合塑性铰、连接单元计算模型的原理,分析了两种模型的适用性。本文提出的计算模型,能够在结构计算中高效、准确地模拟src柱的抗震承载特性。

关键词： CCTV主楼 src柱计算模型塑性铰连接单元 Pivot滞回规则

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CCTV新台址主楼src柱承载力试验研究

建筑结构学报 2008年第3期29卷 40-46页

作者：郭彦林盛和太林冰高巍清华大学土木工程系北京100084

中央电视台(CCTV)新台址主楼钢结构外筒采用了高含钢率且带有多空腔的src柱,是主楼外筒抗侧力体系中的主要构件。高含钢率高强度的src柱具有断面小、承载力高以及延性好等特点,已经在复杂大型高层建筑结构中开始应用。本文对CCTV主楼外... 详细信息

中央电视台(CCTV)新台址主楼钢结构外筒采用了高含钢率且带有多空腔的src柱,是主楼外筒抗侧力体系中的主要构件。高含钢率高强度的src柱具有断面小、承载力高以及延性好等特点,已经在复杂大型高层建筑结构中开始应用。本文对CCTV主楼外筒中截面最大的src柱进行了4根模型试件的承载力性能与延性试验,研究了高含钢率且含有多空腔的src柱在不同轴力和弯矩组合作用下的受力性能,揭示了它们的破坏机理和变形过程。试验结果显示,高含钢率src柱的承载力与延性性能远优于普通src柱。同时,本文还利用有限元分析程序对试验模型进行了数值计算并与试验结果进行了对比。最后通过分析,提出了'对于src柱的设计方法及轴压比的限值必须与src柱的含钢率相联系,使设计真正做到安全可靠、经济合理'的设计建议。

关键词： src柱高含钢率轴压比模型试验承载力破坏机理

CCTV新台址主楼高含钢率src柱承载性能研究

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建筑结构学报 2008年第3期29卷 47-53页

作者：盛和太郭彦林清华大学土木工程系北京100084

本文主要研究对象为中央电视台(CCTV)新台址工程主楼外筒中采用的高含钢率src柱。采用有限元方法中的六面体单元法和简化截面纤维单元法,分析了高含钢率src柱的计算模型和主要参数(含钢率、长细比、轴压比)对其承载力性能的影响,并对两... 详细信息

本文主要研究对象为中央电视台(CCTV)新台址工程主楼外筒中采用的高含钢率src柱。采用有限元方法中的六面体单元法和简化截面纤维单元法,分析了高含钢率src柱的计算模型和主要参数(含钢率、长细比、轴压比)对其承载力性能的影响,并对两种分析方法的计算结果进行了对比。计算结果表明,高含钢率src柱在常用长细比范围内,其承载力性能与短柱相似;同时在较高轴压比作用下,高含钢率src柱仍具有较好的延性;六面体有限单元法、简化截面纤维单元法均可用于高含钢率src柱的计算分析,基于平截面假定之上的简化截面纤维单元分析方法可以比较精确地分析高含钢率src柱的静力承载力;最后,通过比较不同计算方法所获得的计算结果,本文建议将《钢骨混凝土结构设计规程》(YB9082—97)所推荐的含钢率不大于15%作为高含钢率和普通含钢率src柱含钢率的分界点。这些结论对高含钢率src柱受力性能的进一步研究和实际工程推广应用提供了理论基础。

关键词： src柱高含钢率承载力有限元分析长细比轴压比

src柱抗震性能和抗震性态水平指标试验研究

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西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2009年第5期41卷 593-598页

作者：郭子雄张志伟刘阳华侨大学土木工程学院福建泉州362021

进行6个1/2比例的型钢混凝土框架柱(src)的低周反复加载试验,主要研究轴压力系数和体积配箍率对型钢混凝土柱滞回特性的影响和src柱在不同抗震性态水平的变形指标.通过试验结果分析了src柱试件的破坏形态、变形能力、滞回特性等抗震性... 详细信息

进行6个1/2比例的型钢混凝土框架柱(src)的低周反复加载试验,主要研究轴压力系数和体积配箍率对型钢混凝土柱滞回特性的影响和src柱在不同抗震性态水平的变形指标.通过试验结果分析了src柱试件的破坏形态、变形能力、滞回特性等抗震性能指标.基于不同性能水平下的变形和相关参数试验结果,提出了以裂缝宽度和纵向钢筋应力水平、残余变形、极限转角分别作为正常使用、可修和避免倒塌等性能水平的评定参数,并建议了相应性能水平的限值.该研究成果可供型钢混凝土结构基于性能的抗震设计研究和工程实践参考.

关键词： src柱滞回特性抗震性能水平试验研究

src柱—钢梁及src柱—组合梁节点抗震性能试验研究

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SRC柱—钢梁及SRC柱—组合梁节点抗震性能试验研究

作者：崔中敏郑州大学

学位级别：硕士

20世纪90年代分别发生在美国加州北岭和日本神户两次较大规模的地震中,许多钢结构建筑物产生严重破坏,其中梁柱节点引起的破坏是其中一个重要原因。由此可见,梁柱节点的设计和安全至关重要,有必要深入研究钢-混凝土组合节点的抗震性能... 详细信息

20世纪90年代分别发生在美国加州北岭和日本神户两次较大规模的地震中,许多钢结构建筑物产生严重破坏,其中梁柱节点引起的破坏是其中一个重要原因。由此可见,梁柱节点的设计和安全至关重要,有必要深入研究钢-混凝土组合节点的抗震性能及设计理论。本文主要研究src柱-钢梁及src柱-组合梁框架节点的力学及抗震性能,论文的工作如下:(1)开展了3个1/2比例缩尺的钢-混凝土组合框架中柱节点(其中包括1个src柱-钢梁组合节点和2个src柱-组合梁组合节点)的低周反复加载试验,主要研究该类节点的抗震性能,参数变量为有无楼板和楼板宽度大小,采取梁两端反对称加载方式,分析总结本课题节点的破坏形态、刚度及强度退化规律、滞回特性、承载力、位移延性和某些关键部位应变变化等力学性能。结果表明:虽然3个节点试件的核心区最后都发生了严重的剪切破坏,节点的承载力仍然保持较高,具有良好的延性和耗能特性,说明其抗震性能良好。与试件src1相比,src2和src3的承载力提高了很大程度,其位移延性也较好,耗能能力更强等。(2)采用试验中节点构件实际尺寸作为模型,采用数值模拟软件ABAQUS对组合节点进行实体建模和网格划分,根据试验现场客观条件,合理地选择模拟边界条件和定义荷载施加方式,对节点进行单一推覆和循环加载的有限元分析。主要分析了src框架中柱节点现浇楼板的组合效应对其受力性能的影响,分析比较试验结果和数值模拟计算数据,发现两者差值在一定范围内,整体吻合较好。而且通过数值模拟能够得到很多试验中不易测量的一些关键部位受力情况,例如核心区src柱钢骨翼缘及腹板应力分布变化、核心区加劲肋应力分布变化及钢筋混凝土楼板的应力分布和受拉受压损伤发展等。对组合节点进行变参数分析,以试件src2为例,探讨了现浇楼板厚度及其纵筋配筋率和混凝土强度对节点力学性能的影响。将变参数分析的结果进行对比,给出一些关于抗震方面的建议。

关键词： src柱组合节点低周反复加载抗震性能有限元分析

双轴荷载作用下src柱抗震性能及正截面受压承载力研究

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双轴荷载作用下SRC柱抗震性能及正截面受压承载力研究

作者：陈彪西安建筑科技大学

学位级别：硕士

型钢混凝土（src）组合结构是目前高层建筑中一种常用的结构体系，具有承载力高、刚度大及抗震性能好等优点，与传统的钢结构和混凝土结构相比，src组合结构表现出了更好的性能优势和发展前景。现阶段国内外主要针对单向水平地震作用进... 详细信息

型钢混凝土（src）组合结构是目前高层建筑中一种常用的结构体系，具有承载力高、刚度大及抗震性能好等优点，与传统的钢结构和混凝土结构相比，src组合结构表现出了更好的性能优势和发展前景。现阶段国内外主要针对单向水平地震作用进行了研究，对考虑双向水平地震作用耦合影响结构的地震反应和抗震性能，虽然开展了一定研究，但从研究内容的深度和广度上仍处于初级阶段，亟待开展更深入的研究。首先运用有限元软件ABAQUS对已有试验的8根src柱进行仿真模拟，目的在于验证有限元软件ABAQUS对单轴低周反复荷载作用下src的模拟能力，以及验证建模的有效性，在此基础上进行双轴低周反复荷载作用下src柱的有限元模拟，并研究8种常见的双轴加载路径、轴压比、位移幅值循环次数及位移幅值增量等因素对src柱的屈服荷载、峰值荷载、位移延性和滞回耗能等抗震性能影响，研究混凝土、型钢及钢筋的屈服和破坏过程、破坏形态，并分析双轴加载路径、轴压比、位移幅值循环次数及位移幅值增量对其破坏形态的影响。通过深入比较国内现有规程双向偏心受压src柱的计算方法，得出N-M的关系曲线，研究现有规程中双向偏心受压柱的计算差异。总结前人的研究成果，经过统计分析，提出了一种双向偏心受压柱正截面承载力简化后的实用计算公式。经计算，采用本文所给公式的计算结果与试验结果比值为1.00、均方差为0.02、变异系数为0.14，表明与试验结果吻合较好，并验证了公式的适用范围，发现修正后的公式可以用来计算配I型钢矩形截面双向偏心受压src柱的正截面承载力。

关键词： src柱双轴加载抗震性能非线性有限元分析双向偏心受压承载力

基于升降温全过程分析的src柱耐火性能指标研究

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基于升降温全过程分析的SRC柱耐火性能指标研究

作者：姜艳华苏州科技大学

学位级别：硕士

型钢混凝土柱(以下简称src柱)具有承载力高,刚度大,抗震、抗火、耐腐蚀性能好和技术经济效益好等优点,在多层、高层、超高层建筑以及工业厂房中得到广泛的应用。对src柱在高温下的性能研究多集中在标准升温条件下的耐火极限和火灾后剩... 详细信息

型钢混凝土柱(以下简称src柱)具有承载力高,刚度大,抗震、抗火、耐腐蚀性能好和技术经济效益好等优点,在多层、高层、超高层建筑以及工业厂房中得到广泛的应用。对src柱在高温下的性能研究多集中在标准升温条件下的耐火极限和火灾后剩余承载力的研究。但在实际火灾作用下,src柱会经历升温和降温两个阶段,由于混凝土的热惰性,截面升温存在滞后性,在降温阶段,外部混凝土开始降温,但内部型钢和部分混凝土仍处于升温状态,柱承载力继续下降,故存在降温段发生延迟破坏的可能性。为了解src柱在降温段破坏的可能性,更准确地评估src柱在实际火灾下的耐火能力,本文基于src柱的抗火全过程分析,对其抗火性能指标DHP进行研究。主要工作如下:(1)利用有限元软件ABAQUS建立了src柱三维温度场计算模型和全过程力学计算模型,并利用已有试验数据对其有效性与合理性进行了验证。(2)定义场变量,编制可以自动识别和转换材料本构关系的子程序USDFLD,实现了对src柱升、降温全过程的耐火性能计算。(3)验证了src柱在降温段发生破坏的可能。通过探究src柱在全过程火灾作用下承载力的变化,对比耐火极限,定义了衡量src柱在全过程火灾作用下的耐火性能指标DHP,即可使src柱在降温段发生破坏的最小升温时间(Duration of the Heating Phase)。(4)对影响src柱耐火极限及全过程火灾作用下的耐火性能指标(DHP)的主要参数进行计算分析,包括火灾荷载比、src柱截面尺寸、长细比、偏心率、型钢截面尺寸、混凝土强度。对比分析可知,荷载比、柱截面尺寸、长细比对src柱在升降温全程火灾作用下的耐火性能影响较大。(5)在以上模型计算的基础上,通过回归分析建立了src柱耐火极限R和全过程火灾下耐火性能指标DHP的简化计算公式,并建立了DHP关于R的函数关系式。

关键词： src柱耐火性能指标火灾作用全程耐火极限

大剪跨比src柱抗震性能及其变形性能指标限值试验研究

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大剪跨比SRC柱抗震性能及其变形性能指标限值试验研究

作者：林浩宇华南理工大学

学位级别：硕士

型钢混凝土(src)组合构件因其型钢和混凝土二者的协同作用,具有承载力高、变形能力强等优势,作为高层、超高层建筑结构中重要的受力构件,其变形性能与结构整体的抗震性能密切相关。课题组采用基于构件变形的性能化设计方法,通过大量研... 详细信息

型钢混凝土(src)组合构件因其型钢和混凝土二者的协同作用,具有承载力高、变形能力强等优势,作为高层、超高层建筑结构中重要的受力构件,其变形性能与结构整体的抗震性能密切相关。课题组采用基于构件变形的性能化设计方法,通过大量研究提出了一套src构件的变形指标限值体系,量化了src构件的变形性能。但实践中发现在相同参数下src构件的变形指标限值有时会比RC构件更小,由此说明src构件的变形指标限值并不十分准确,因此限制了“性能化设计”的推广及应用。基于此,本文进行了9个以弯曲变形为主的大剪跨比src柱试件的试验研究,分析其抗震性能,并根据试验结果进行了有限元模型的建立和验证,通过参数化分析研究了不同设计参数对src柱变形指标限值的影响,为src构件变形指标限值体系的修正提供合理建议。本文的主要研究内容和成果如下:(1)完成大剪跨比src柱试件的低周往复试验研究和结果分析。设计9个不同轴压比和配钢率的“工”字形型钢截面src柱试件和1个RC柱对比试件,并完成低周往复试验,根据试验现象建立试件的损伤—变形关系。(2)基于试验结果研究轴压比和配钢率对src柱试件抗震性能的影响,揭示不同设计参数对src柱抗震性能的影响规律。随着轴压比增加,src柱试件的峰值承载力均有小幅度降低,src柱试件的峰值承载力随配钢率的增加而提高,与相同轴压比的RC柱试件相比,src柱试件的正向峰值承载力提高57.1%,负向峰值承载力提高42.5%;轴压比对src柱试件延性系数的影响规律并不明显,随着配钢率增加,src柱试件延性系数减小,与相同轴压比的RC柱试件相比,src柱试件的延性系数减小32.5%。(3)根据试验骨架曲线得到试件在6个性能状态下的变形指标限值,对《性能规程》中弯曲破坏src柱变形指标限值体系进行评估,并给出合理修正建议。结果表明,《性能规程》提出的弯曲破坏src柱变形指标限值θ与试验值较为接近,而变形指标限值θ和θ偏于保守,建议对《性能规程》变形指标限值θ和θ各放大1.25倍。(4)通过基于试验验证的有限元模型开展参数化分析并确定参数相关性排序。结果表明,对于变形指标限值θ,参数相关性排序为轴压力系数>配钢率>剪压比>剪跨比>弯剪比>体积配箍率;对于变形指标限值θ,参数相关性排序为轴压力系数>剪压比>弯剪比>配钢率>体积配箍率>剪跨比。

关键词： src柱基于性能的抗震设计试验研究变形指标限值有限元分析

不同参数变量对装配式src柱—钢梁组合边节点力学性能的影响研究

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不同参数变量对装配式SRC柱—钢梁组合边节点力学性能的影响研究

作者：赵凯常青岛理工大学

学位级别：硕士

目前,我国建筑行业存在着劳动力不足、劳动力质量低、施工质量参差不齐等问题,我国也相继出台多项政策来完善建筑行业规范施工、文明施工,其中装配式结构的发展为未来建筑行业的发展提供了生机。本课题结合时代背景及课题组相关项目,针... 详细信息

目前,我国建筑行业存在着劳动力不足、劳动力质量低、施工质量参差不齐等问题,我国也相继出台多项政策来完善建筑行业规范施工、文明施工,其中装配式结构的发展为未来建筑行业的发展提供了生机。本课题结合时代背景及课题组相关项目,针对新型装配式src柱-钢梁框架结构边节点进行研究,并对其力学性能进行研究,为该新型节点的应用与发展提供理论依据。本文的主要内容如下:(1)对3个不同连接方式的装配式src柱-钢梁边节点试件进行拟静力试验,得到了试件的破坏形态和滞回曲线,并对各试件的骨架曲线、耗能能力、位移延性、刚度退化、强度退化进行了分析。由试验结果可得,螺栓连接试件表现出优异的延性,但其承载力较低;栓焊混合连接试件试验结果比较理想,表现出较好的耗能性能和延性,试件的刚度退化和强度退化曲线比较平滑,有完整的弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;焊接连接试件的力学性能非常优异,但破坏时节点核心区会产生鼓曲变形。(2)通过对混凝土的本构关系和损伤因子、钢材的本构关系等材料进行了详细探究,对模型部件的建立与装配、材料的本构关系、各部件的单元类型与网格划分、部件间的接触方式与相互作用、模型试件的边界条件和施加荷载进行了说明,利用ABAQUS有限元软件制作与试验试件(PCBJ2)参数一致的数值模型(S-PCBJ2)。通过对比试件破坏形态、滞回曲线和骨架曲线,得到S-PCBJ2模拟试件与PCBJ2试验试件吻合度非常好,可以用ABAQUS软件设计的数值模型反映装配式src柱-钢梁边节点的力学性能。(3)利用ABAQUS有限元软件对9个数值模型试件进行往复循环加载和单调加载,探究节点核心区节点盖板长度、翼缘连接板的厚度、翼缘连接板与钢梁翼缘和节点盖板的焊缝长度对该新型节点的影响规律。通过往复循环加载和单调加载得到,改变节点盖板长度对节点的破坏形态影响较小,但可以有效增加节点的力学性能和延性;增加翼缘连接板厚度能够有效地提高该新型节点的承载力性能;减小翼缘连接板焊缝长度会略微降低新型节点的承载力性能,改善节点核心区的应力分布。(4)通过对各参数变量的影响规律分析,选取了栓焊混合连接、节点盖板长度为250mm、翼缘连接板厚度取11mm、翼缘连接板焊缝长度为120mm,作为最佳优化设计节点的参数变量,分别对其进行往复加载和单调加载的数值模拟计算,对比分析,得到的最佳优化设计节点可以改善节点的破坏形态和提高承载力性能。

关键词：装配式结构梁柱节点力学性能数值模拟 src柱