方兴华[1]1997年在《高层建筑带支撑钢框架结构动力可靠度理论及应用》文中进行了进一步梳理尽可能依据概率和可靠度理论开展设计是结构工程行业的必然要求，因为这样，才能使设计的结构既经济合理又安全可靠。随着高层和超高层钢结构的广泛应用，结构“柔”的问题愈显突出，研究这类结构的抗风和抗震可靠性及其振动控制，在理论上要面临很大挑战，经济上将会产生巨大效益。 本文研究高层建筑带支撑钢框架结构抗风抗震的非线性可靠度问题。首先，基于M.F.Giberson单分量模型推导出可考虑二阶效应，材料非线性及剪切变形的杆单元刚度矩阵；详细研究了节点区的受力变形特性后，把节点区变形的影响纳入到以上单元刚度矩阵中；利用杆系——层间模型，并通过直接刚度法建立了结构非线性振动方程，这一方程是迄今最完备且适用的高层钢结构动力方程。其次，在结构抗风随机动力分析的基础上，本文研究了抗风结构基于安全性和舒适性的可靠度适用算法；首次对安全可靠度和舒适可靠度进行对比研究，算例表明，就这两种可靠度而言，高层钢结构往往较易满足安全可靠度，但却较难满足舒适可靠度；舒适可靠度通常不被设计者关注，但却影响建筑的正常使用。再其次，本文严密推导了高层钢结构浅水TLD控制的计算理论，详细地分析研究了TLD各参数对控制减振效果的影响，并提出了TLD的优化设计方法，基于大量的数值分析，建议了TLD参数的适用取值范围；结合算例研究表明，TLD是经济有效的抗风控制装置。最后，针对现行抗震结构设计方法，本文建议高层钢结构抗震检验重点应放在“中震可修、大震不倒”方面；提出了结构屈服后整体刚度系数α与其相应的位移延伸率μ的关系式；采用等效线性化法推导出了结构随机地震反应的计算公式；以层间位移角极限为首次超越破坏机制的临界值，推导了结构抗震可靠度的计算公式；结合算例研究表明，二阶效应和场地类别对结构抗震可靠度具有显著影响。 本文开展的研究密切结合现行规范，所使用的有关参数均按规范取值，算例富有代表性且具实际工程背景，因而研究成果具有理论意义和工程实际意义。
张清泉, 方兴华[2]1998年在《支撑钢框架结构抗风安全度与舒适度对比分析》文中研究指明本文推导了高层建筑带支撑钢框架结构抗风安全度计算公式，并结合工程算例分析，探讨了结构在不同支撑条件下的安全度和舒适度问题，得出了一些初步结论．
梁启智, 方兴华, 裴兴无[3]1998年在《带支撑钢框架结构的抗风可靠度二阶分析》文中提出采用杆系———层间模型分析高层建筑带支撑钢框架结构的二阶随机风振响应问题。先用杆系模型分析形成了考虑二阶效应的结构刚度矩阵，然后用层间模型把整个结构简化成质点串，进而用等效线性化方法分析获得结构层间位移和速度、加速度的统计量，最后结合工程算例分析了二阶效应对结构风振响应统计量及其正常使用可靠度的影响。
肖时杰[4]2014年在《装配式斜支撑节点钢框架顺风向舒适度研究》文中进行了进一步梳理装配式钢结构的主要构件在工厂预制，工厂化程度高，施工速度快，其发展符合国家推广使用钢结构和推行住宅产业化的发展战略，而且符合国家倡导的环境保护政策，市场前景广阔，机遇良好。装配式斜支撑节点钢框架结构是一种新型的高层装配式钢框架形式，同样具有广阔的发展前景和应用价值。而高层建筑钢结构的特点是高、轻、柔、结构阻尼小，对风荷载非常敏感，所以对这种新的高层钢框架结构形式进行尽量详细的抗风性能分析显得相当重要。本文以某装配式斜支撑节点钢框架结构为工程背景，对该建筑进行了顺风向舒适度研究。具体如下：(1)介绍了风荷载的基本特点及相关概念，阐述了风对结构的作用和脉动风的主要特性以及随机振动理论基础。(2)介绍了脉动风荷载的模拟方法及谐波叠加法的实现过程，根据互功率谱矩阵和快速傅立叶变换算法，采用MATLAB编写了脉动风模拟程序，模拟得到了各个楼层处脉动风速和风压时程，通过模拟谱与目标谱的对比，验证了模拟结果的正确性。(3)通过采用《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)、《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)、加拿大规范(NBC2005)和日本规范(AIJ2004)对结构的顺风向加速度进行计算对比，结果表明新荷载规范的计算结果比高钢规(JGJ99-98)大，但与加拿大规范(NBC2005)和日本规范(AIJ2004)接近。同时分析了阻尼比和高阶振型对这种结构风振加速度的影响。(4)为改善建筑舒适度，拟采用粘滞阻尼器方案对结构进行减振控制。根据脉动风数值模拟计算结果和结构减振前后的动力时程分析，能够看出本文的脉动风模拟方法可以用于该结构形式的风振响应分析，采用的减振方案能有效的降低结构顶点加速度，提高建筑的舒适度。
汤海波[5]1996年在《高层建筑钢框架—支撑结构二阶随机反应分析》文中进行了进一步梳理钢结构是高层建筑，特别是地震区高层建筑一种经济有效的结构类型。钢框架一支撑结构由于较好地协调了框架和支撑的受力性能，因而在高层钢结构建筑中较为常用。结构二阶分析是高层建筑分析中不可回避的问题，而作为非确定性荷载的结构分析是结构安全性和可靠性判断的必要手段。本文研究高层建筑钢框架一支撑结构的二阶随机反应分析问题。首先，在对高层建筑进行空间非线性动力反应分析时，构件在受弯、剪和扭联合作用的恢复力模型方面存在困难。同时地震动、风荷载本身具有多维性，随机性，其输入方向是难以预料的，因此，本文在对高层钢框架一支撑结构进行分析时，采用平面结构分析模型，将框架和支撑分开考虑，之间由水平链杆铰接。框架杆元的非线性力学模型较多，本文采用Giberson单分量模型，由于其假定非线性在杆件中的分布是集中在杆件端部长度为零的范围内，因而可以利用杆端的两个非线性弹簧来考虑杆件进入非线性状态。支撑单元用于动力分析的模型在国内外均无文献介绍，本文在对钢筋混凝土剪力墙分析的基础上，提出一种三元件模型，其由位于支撑杆元中轴线的弯曲弹簧、剪切弹簧和轴向弹簧分别表示钢支撑结构的弯曲变形、剪切变形和轴向变形，上述模型不但考虑了轴向力的二阶效应，同时也考虑了材料的非线性对结构的影响。其次，本文把脉动风看作具有零均值的高斯随机过程，采用Davenport沿高度不变风速谱，地震动随机模型则采用平稳过滤有色噪声模型，对非线性分析运用等价线性化方法，进行了风荷载和地震荷载作用下的二阶随机反应分析的研究，并详细讨论了基本风压、设防烈度、场地土对结构二阶反应的影响，地震过程具有明显的非平稳特性，本文采用一套完备的非平稳随机分析方法来准确地描述结构地震反应上升段、平稳段和衰减段的性质，在时域和频域内对结构二阶反应进行了深入的研究，本文所有随机参数的选取都按照现有结构设计规范和风、地震特性的实际情况，具有较大的实际意义。本文给出的算例也是以实际工程为背景，计算结果表面，进行钢框架一支撑结构二阶反应分析是必要的。
程洋[6]2015年在《酸性大气环境下锈蚀钢框架结构抗震性能及地震易损性研究》文中提出钢结构工程由于自身的金属化学属性,其暴露在空气中极易与空气中的腐蚀介质发生电化学腐蚀。腐蚀会使结构发生事故的风险概率增大并威胁人民的生命及财产安全。在实际工程应用中,腐蚀导致的灾难性事故非常常见,后果也非常严重,特别是在酸性大气中的焊接钢结构和高应力状态下的钢结构极易发生承重构件无征兆的脆性破坏并危及生命安全。这使得钢结构面临的服役环境日益严峻,在一定程度上影响了钢结构的推广应用。本文依据国家科技支撑计划课题《城市多龄期建筑震害评估与模拟关键技术研究与示范》(2013BAJ08B03)的研究内容,通过试验研究与理论分析,对酸性大气环境下的钢结构从材性和结构方面开展了相关研究:(1)对钢材材性试件及框架结构试件进行了人工周期喷雾复合腐蚀试验,对腐蚀后的材性试件进行除锈处理,进而对标准钢材材性试件进行拉伸试验。为进一步研究腐蚀后钢材基本力学性能指标随失重率的变化关系,本文对材性拉伸试验数据进行了分析,经线性拟合与数值检验,建立了钢材基本力学性能指标随失重率增大的退化关系。(2)为研究平面钢框架结构的承载能力、刚度和耗能能力等性能指标随腐蚀程度加深的退化规律,本文通过对人工腐蚀后具有不同锈蚀程度的四榀平面钢框架结构进行了低周往复加载试验。试验表明:四榀平面钢框架结构试件均发生了不同程度的塑性屈曲变形,且其受力变形发展的规律和破坏形态基本一致;不同锈蚀程度的平面钢框架结构试件在反复荷载作用下的滞回曲线形状均呈纺锤形状,并无捏拢现象,表明钢结构具有较好的耗能能力和延性;钢框架结构随锈蚀程度的加剧,将使结构的承载力、刚度、延性不断降低,耗能能力逐渐减弱。(3)基于试验研究,运用有限元分析软件ABAQUS对不同锈蚀程度的平面钢框架结构试件进行数值分析。有限元模拟值与试验值对比表明:本文所提出针对锈蚀钢框架结构的有限元计算建模方法,材料参数及模型单元的选取和破坏准则的确定都是合理的。(4)基于有限元分析软件ABAQUS,结合本文酸性大气环境下锈蚀钢材材料性能试验研究成果,建立了四个不同龄期的带支撑钢框架结构有限元分析模型,并进行了增量动力分析,以结构整体损伤为结构的地震需求指标,研究了带支撑钢框架结构在不同服役龄期下结构最大层间位移角及其结构整体损伤的变化规律,并对结构进行地震易损性分析,得到如下结论:由增量时程分析结果可知,在罕遇地震作用下,随着服役龄期的增大,结构的层间位移角和整体结构损伤值都大幅增大。结构的损伤状态也由轻微破坏发展到中等破坏甚至倒塌破坏。由地震易损性曲线可知,随着结构龄期的增加,在相同地震动强度作用下结构超越某一破坏极限状态的概率逐渐增大。
李丕宁[7]2006年在《高层钢—混凝土混合结构研究和设计的若干问题》文中进行了进一步梳理钢-混凝土混合结构充分发挥了钢和混凝土结构的各自优势，其优越性逐步为人们所认识并在实际工程中证明是一种经济、有效的结构体系，正越来越广泛地应用到各类建筑中。本文第一章回顾了混合结构体系的发展史，国内、外有关组合构件规范的特点，介绍了这种结构体系力学分析方法和设计要点，同时指出了混合结构的优缺点和尚待解决的一些问题。介绍论文的背景工程和主要研究内容。第二章详细介绍了建立在样条函数、变分原理和弹塑性应变理论基础上的QR法。通过选择合适的样条函数，利用QR法构建了钢框架-混凝土剪力墙混合结构静力弹塑性分析的计算格式，用MATLAB语言编制了相应的QR方法程序。QR分析方法程序的工程算例表明，该方法未知数少、计算简单、收敛快，编程容易。第三章将QR法与Pushover分析方法相结合，提出了高层建筑结构静力弹塑性分析的Pushover-QR(PO-QR)法。该方法改进了常规Pushover方法进行抗震结构静力弹塑性分析的实施思路，用QR法代替Pushover分析方法中的有限元部分，充分利用这两种方法的优点，使得抗震结构静力弹塑性分析的计算得到较大的简化。用MATLAB语言编制了相应的PO-QR方法程序，PO-QR分析方法程序的工程算例表明，该法是一种经济、有效、可行的分析方法。第四章基于结构抗震耗能的原理、破坏机制、控制概念、抗震体系和能力设计法等结构抗震的原理，结合混合结构协同工作的特点，提出了混合结构体系能力设计法思路和混合结构构件基于性能要求的抗震设防准则。通过对抗侧力体系间能力差的控制，实现主体抗侧力结构对整体结构在地震作用下的位移模式和破坏机制控制，使得整体结构的弹塑性地震响应和耗能分布的规律便于把握和确定，解决了混合结构体系基于性态／位移抗震设计方法的关键问题。在此设计理念基础上，为满足混合结构高层住宅的抗震性能要求，结合背景工程，研究和论述了其延性设计的原理和方法。第五章在研究钢材与核心混凝土的热工性能和在高温下的力-热本构关系的基础上，阐述了建立在火灾时钢管混凝土构件温度场的数值分析方法。通过研究在ISO—834标准火灾升温情况下钢—混凝土混合结构体系框架子结构的力学性能，用有限元程序分析单根CFST柱构件和CFST柱钢框架—混凝土剪力墙结构体系受火性能的差异后，提出现行规范中基于单根柱用不变的初始荷载来确定框架构件的抗火要求是偏于保守，框架的CFST柱受火时刚度变化引起的荷载变化是构件抗火要考虑的重要因素，应考虑到受火后的荷载重分布及构件间的相互作用。钢框架采用刚性连接有利于整体抗火性能提高，而钢框架与混凝土墙体的连接可采用铰接，对抗火性能影响不大。应根据构件的重要性和耐火要求，对各种类型构件的防火材料进行优选，使结构体系整体抗火性能的协调。第六章研究了钢-混凝土混合结构体系在重力荷载作用下，钢(管混凝土)柱与混凝土墙(筒)体的竖向差异缩短问题。分析中考虑了混凝土的收缩和徐变的影响，分别采用了简化计算和整体结构模拟施工模式的有限元程序SAP2000计算。经对比，简化计算可作为概念设计的依据。背景工程的计算结果表明，由于高层钢-混凝土混合结构体系住宅建筑功能的特殊性，其100m高竖向构件差异缩短可达55mm以上。提出了可通过钢管柱内浇灌混凝土形成钢管混凝土柱、调整结构布置、墙柱之间采用适宜的连接构造措施、合理安排施工顺序和进行不同方式的现场调整等方法以减少变形差异的影响。
程亮[8]2016年在《基于子结构法的高层钢结构在火灾工况下倒塌过程研究》文中研究表明伴随着建筑工程技术的迅猛发展,随之而来的就是建筑结构体系愈来愈庞大,其构造亦是愈来愈复杂。但是在实际的建筑工程中,我们必须要做到能够非常快速准确的对大型的复杂构件进行力学特性的分析。为了能够准确快速的克服这个难题,子结构分析法应运而生。这种方法可以对大型复杂结构进行快速准确的有限元分析,可以借助先进的电子计算机技术,因而其也取得了非常广泛的发展空间,已经一跃成为成为现代大型复杂结构分析技术的一种非常重要的数值分析法。在用计算机对建筑结构进行有限元分析时,我们借助子结构法的目的主要是为了节省计算机分析计算的时间,还可以运用计算软件本身的一些功能减少建模难度,并且可以在拥有相同的计算机设备资源的情况下,使用这种有限元分析法可以去求解更大规模复杂的建筑结构问题。在运用有限元法对一些大型复杂的钢结构进行有限元分析时,可以借助子结构分析法对结构进行有限元分析。我们可以应用计算机有限元分析软件自身的一些基本功能去减少一些重复的建模步骤,也可以在计算机资源有限的情况下,快速有效的对结构进行有限元分析。当下,结构受火后的的连续倒塌已经对人类的生命财产安全产生了巨大的威胁,因此其也日益的受到来自各方的关注。本文将在论文的开头首先介绍一下国内外关于对钢结构受火后的连续倒塌领域的研究成果以及抗火设计的方法,然后对火灾的发展过程和钢结构受火后的物理性能和受力性能进行总结分析。在前面的基础上再运用子结构法,并且综合考虑结构和材料的一些非线性因素对模型的综合影响,继而用计算机模拟火灾发生后结构的在标准升温曲线下的连续倒塌过程。其中最主要的就是研究了一下几个内容:(1)本文将首先在开篇介绍此选题的背景以及研究意义,接着进一步介绍钢结构在火灾情况下的特点,结构连续倒塌的概念和发展现状。然后继而进一步介绍结构如何进行受火后的连续倒塌分析和什么是子结构分析法,再来描述本文将采用的分析方法,即基于子结构法的分析模型及分析方法。(2)介绍怎样选择子结构模型,并运用ANSYS分析软件进行模拟分析,主要模拟结构的静力反应,动力性能,变异特性。借助有限元分析软件ANSYS创建需要分析的钢结构的三维立体模型,分析研究外部荷载对钢结构的整体有什么样的影响,进而为本课题的后续研究提供扎实的理论基础和相关的参考。在此理论基础上,研究在火灾情况下高层钢结构的连续倒塌并提出相关的防护措施。加强介绍今后将如何预防火灾发生以及在火灾发生后该如何抵御结构倒塌。最后将计算机对钢结构三维模型受火后的模拟计算结果与实例计算结果相对比,进而得出一些结论。
韦良[9]2014年在《高层钢框架结构体系稳定分析的样条函数方法》文中指出钢结构具有众多优点,在我国工程建设中的应用越来越广泛,已经是我国主要的结构体系之一。与钢筋混凝土结构相比,钢结构具有强度大、自重轻、抗震性能好、设计灵活、施工方便、工期短、符合产业化要求、符合可持续发展的要求等优点。钢框架是钢结构中最常用的一种结构形式,柱网布置灵活,可采用较大的柱距,而且塑性变形能力强,抗震性好,施工简便,广泛地用于多高层建筑。在高层钢框架结构体系中,钢材强度很高,具有极好的延性,钢构件壁薄修长,构造轻巧。在轴压或压弯作用下,结构可能出现局部或整体失稳,稳定因素控制钢框架和构件的极限承载力。稳定分析是对钢框架进行分析时不可忽略的一个重要环节。在对结构进行稳定分析的众多方法中,有限单元法运用较为广泛。但是运用传统的有限元法分析高层钢框架的稳定问题时,存在未知量多、计算量大、占用资源多等不足。目前比较常见的一些有限元软件在很多情况下无法跟踪结构的加载平衡路径,得不到真正的稳定极限状态。本文旨在研究高层钢框架结构体系稳定分析的样条函数方法,主要作了以下方面工作：(1)基于Kirchhoff薄板理论,建立弹性薄板稳定分析的样条无单元法(SEFM)计算格式；基于Mindlin-Reissner中厚度板理论,把板的挠度和剪应变作为独立的场变量,建立了厚／薄板稳定分析的通用样条无单元法的计算格式；应用特征值失稳来判断临界力。用C语言设计相应的通用程序,通过典型算例说明样条无单元法适用于不同厚度、不同边界的板的稳定分析,且具有精度高、收敛快、自由度少、无剪切闭锁现象、程序简便等优点。可用于框架结构体系中的板的稳定分析。(2)采用平衡微分方程及稳定函数推导了考虑几何非线性影响的梁柱单元的刚度矩阵。建立了平而钢框架几何非线性性稳定分析的QR法计算格式,用C语言编制了平面钢框架的儿何非线性稳定分析的QR法计算程序。通过算例分析说明几何非线性对钢框架结构稳定的影响不能忽略,而QR法的计算格式简单,而且精度高,不但可以计算结构整体失稳的临界荷载,而且跟踪整个加载路径,在钢框架的稳定分析方面很有优势。(3)在几何非线性稳定分析的基础上,同时考虑材料非线性和几何非线性,应用本文推导的梁柱单元刚度矩阵,用荷载增量法建立结构非线性分析的增量刚度方程,采用塑性铰模型,建立钢框架双重非线性稳定分析的QR法计算格式,采用Euler-修正的Newton法求解非线性方程组,用切线刚度法跟踪结构的整个非线性平衡路径,并用C语言设计了相应的通用计算程序。通过典型的算例分析,分析了材料非线性对结构稳定的影响,证明了钢框架双重非线性稳定分析的QR法的可行性和优越性。QR法计算格式简单,未知量少,计算精度高,不会因为塑性铰的出现修正结构的计算网格和自由度,以结构的整体失稳作为程序计算的终止条件,不会因为局部失稳破坏而影响后续的增量计算。(4)利用本文算法编制钢框架结构体系稳定性分析的软件包,可用于平面框架及楼板的稳定性分析。以目前广西最高的钢结构商务大楼-广西中烟工业有限责任公司研发中心办公楼为工程实例,利用软件包对其进行稳定分析,评定该结构的稳定性能。
袁良健[10]2018年在《端板连接梁柱节点钢框架抗连续倒塌性能研究》文中提出端板连接节点是目前钢结构工程中应用最为广泛的节点形式之一,因其构造形式简单、易加工成型、标准化生产、施工便宜等优势而备受工程师和研究者的青睐,对其受力特性的研究亦不计其数。本文通过对端板连接节点进行有限元数值模拟分析,研究其节点刚度及其影响因素,分析表明节点刚度对结构的静力分析和动力分析呈现非线性影响。尤其是在偶然荷载作用下,当框架柱突然失效退出工作时,结构将产生较大的动力响应,端板连接节点对钢框架的抗连续倒塌性能影响很大,在柱失效后节点产生较大变形耗散能量,提高结构的延性,增强结构的抗连续倒塌能力。本文主要研究内容包括:(1)对端板连接梁柱节点进行有限元数值模拟分析,研究其在单向加载时的弯矩转角关系曲线和在循环加载作用下的滞回性能,分析结果与Eurocode 3的理论方法计算结果吻合较好,同时对端板加劲肋、螺栓直径、端板厚度以及柱腹板加劲肋等影响节点性能的因素进行有限元数值模拟对比分析,分析表明柱腹板加劲肋能显著提高节点的刚度,缓解节点的应力集中现象。此外分析表明端板连接节点具有较好的滞回性能,因此对于有抗震要求的结构,节点形式建议采用带有端板加劲肋和柱腹板加劲肋的端板连接节点。(2)分别对刚性连接和端板连接平面钢框架的抗连续倒塌性能进行有限元数值模拟对比分析,分析表明端板连接对钢框架结构的抗连续倒塌分析有较大影响。端板连接能降低梁的端弯矩,增大梁的跨中弯矩和边柱的轴力,结构的内力和动力特性都与节点刚度呈现非线性变化关系。同时分析表明,节点在构件失效时产生较大的变形,满足“强节点弱构件”的延性原则,提高结构的抗连续倒塌能力,因此在设计中应充分考虑端板连接节点的半刚性特性。(3)对影响端板连接钢框架结构抗连续倒塌性能的构件失效时间、失效位置以及支撑的设置等影响因素进行有限元数值模拟对比分析,分析表明将构件失效时间取剩余结构第一周期的1/10是合理且保守的,边柱和角柱的破坏引起结构的动力响应较大,而支撑能有效地提高结构的抗连续倒塌性能。(4)运用拆除构件法分别撤除8根柱,对某物流批发市场三层端板连接钢框架进行抗连续倒塌分析,分析表明结构在撤除构件后均易发生连续倒塌。采用支撑对结构进行加固提高结构的抗连续倒塌能力。
参考文献：
[1]. 高层建筑带支撑钢框架结构动力可靠度理论及应用[D]. 方兴华. 华南理工大学. 1997
[2]. 支撑钢框架结构抗风安全度与舒适度对比分析[J]. 张清泉, 方兴华. 华南理工大学学报(自然科学版). 1998
[3]. 带支撑钢框架结构的抗风可靠度二阶分析[J]. 梁启智, 方兴华, 裴兴无. 华南理工大学学报(自然科学版). 1998
[4]. 装配式斜支撑节点钢框架顺风向舒适度研究[D]. 肖时杰. 湖南大学. 2014
[5]. 高层建筑钢框架—支撑结构二阶随机反应分析[D]. 汤海波. 华南理工大学. 1996
[6]. 酸性大气环境下锈蚀钢框架结构抗震性能及地震易损性研究[D]. 程洋. 西安建筑科技大学. 2015
[7]. 高层钢—混凝土混合结构研究和设计的若干问题[D]. 李丕宁. 广西大学. 2006
[8]. 基于子结构法的高层钢结构在火灾工况下倒塌过程研究[D]. 程亮. 安徽建筑大学. 2016
[9]. 高层钢框架结构体系稳定分析的样条函数方法[D]. 韦良. 广西大学. 2014
[10]. 端板连接梁柱节点钢框架抗连续倒塌性能研究[D]. 袁良健. 东南大学. 2018
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