新刊精选 |《建筑结构学报》2019年第10期

 2019年第10期导览 

1天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故轻轨东海路站网架结构破坏分析

李忠献^1,2， 李鹿宁²， 师燕超^1,2， 黄鑫²

1. 天津大学 建筑工程学院

2. 天津大学 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室

摘要：基于天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故现场调研资料，运用AUTODYN建立了爆源、空气以及津滨轻轨东海路站网架结构的有限元模型，计算得到了作用于车站结构上的爆炸荷载。运用LS-DYNA软件，建立爆源、空气和土壤的有限元模型，得到“8·12”特别重大火灾爆炸事故中轻轨东海路站处爆炸地震动加速度时程曲线。通过有限元分析，对比研究了爆炸荷载、爆炸地震动分别作用以及联合作用下东海路站网架结构的非线性动力反应及破坏过程，分析了天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故中东海路站网架结构的致灾原因和破坏机理。分析结果表明，爆炸冲击波是造成东海路站网架结构破坏的主要原因，爆炸地震动由于持时短、频率高、衰减快，对网架结构的影响很小；东海路站网架结构的破坏始自网架东侧与柱相连腹杆和横向下弦杆被压曲，杆件拉力导致与柱的连接节点发生破坏，进而引起结构的连续倒塌。最后依据东海路车站结构的致灾规律，提出了城市交通枢纽车站结构的防爆设计原则。

关键词：东海路站；爆炸荷载；爆炸地震动；有限元分析；破坏效应；防爆设计原则

2钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法

师燕超^1,2， 张浩¹， 李忠献^1,2

1. 天津大学 建筑工程学院

2. 天津大学 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室

摘要：爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁式构件可能会出现多种破坏模式，主要有弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏等。现有结构构件抗爆分析方法主要考虑爆炸荷载下结构构件的弯曲破坏，对直剪破坏和弯剪联合破坏研究较少，尤其缺少快速准确的抗爆分析方法。基于等效单自由度模型理论，改进了钢筋混凝土梁抗爆分析的直剪单自由度方法，提出了直剪、弯剪联合破坏的判定准则，给出了两种破坏模式下钢筋混凝土梁动态响应的计算方法。进一步考虑爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏，提出钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法，并给出了其分析步骤。该方法可以直接评估爆炸荷载下钢筋混凝土梁式构件的破坏模式，并计算其动态响应。通过有限元软件LS-DYNA数值模拟了不同爆炸工况下钢筋混凝土梁式构件的动态响应和破坏模式，与改进的等效单自由度方法的计算结果进行了对比，验证了提出的改进等效单自由度分析方法的正确性。

关键词：钢筋混凝土梁；爆炸荷载；等效单自由度法；抗爆分析；破坏模式；破坏准则

3自复位支撑-摇摆框架结构体系及其基于位移抗震设计方法

周颖，肖意， 顾安琪

同济大学 土木工程防灾国家重点实验室

摘要：本文提出一种可恢复功能结构体系——自复位支撑-摇摆框架结构体系，旨在同时实现较大刚度、自复位能力以及构件间的变形协调。针对可恢复功能结构体系防震能力强的特点，已建立了可恢复功能结构体系“小震及中震不坏，大震可更换、可修复，巨震不倒塌”的抗震设防四水准目标。文中结合可恢复功能结构体系四水准性能指标，采用基于位移的抗震设计方法，进行了自复位支撑-摇摆框架结构设计。以一幢四层结构为例，给出了四水准抗震设防目标下的基于位移设计方法算例，并建立了ABAQUS有限元数值模型，进行了弹塑性时程分析。分析结果表明，按文中方法设计的自复位支撑-摇摆框架体系可满足可恢复功能结构体系抗震设防目标，达到各性能指标要求。

关键词：自复位支撑；摇摆框架；四水准抗震设防；基于位移抗震设计；弹塑性时程分析

4大跨空间结构竖向变刚度三维隔震装置及其隔震性能研究

陈兆涛¹， 丁阳^1,2， 石运东^1,2， 李忠献^1,2

1. 天津大学 建筑工程学院

2. 天津大学 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室

摘要：本文中研制了一种适用于大跨空间结构的竖向变刚度三维隔震装置，该装置由用于水平隔震的铅芯橡胶支座和用于竖向隔震的组合液压缸构成。基于液压原理，通过改变组合液压缸不同阶段参与工作腔室的种类和数量实现装置竖向变刚度特性。推导了组合液压缸不同工作阶段的刚度计算公式，并建立了其滞回模型。完成了组合液压缸的振动台试验，验证了刚度计算公式与所建立滞回模型的准确性。采用有限元方法，对比分析了不同地震作用下单层球面网壳结构在不隔震、水平隔震、非变刚度三维隔震与竖向变刚度三维隔震时的响应，建立了考虑水平地震影响的最大竖向隔震位移计算方法。结果表明，竖向变刚度三维隔震装置对结构加速度与杆件内力的减震率优于水平隔震支座，与非变刚度三维隔震装置接近，但可更有效地限制隔震层竖向位移与结构倾覆转角；所建计算方法可以准确计算结构三维隔震时的最大竖向隔震位移，不同地震记录作用下计算结果的最大误差为16.0%。

关键词：大跨空间结构；竖向变刚度；三维隔震；振动台试验；滞回模型；隔震性能

5装配式剪力墙高效阻尼器耗能连接的简化模型研究与数值分析

张偲严¹， 李宏男^1,2， 李超¹

1. 大连理工大学 建设工程学部

2. 沈阳建筑大学 土木工程学院

摘要：相比等效现浇的连接方式，采用耗能连接的预制剪力墙不仅能够提高现场装配率，同时可使结构整体具有更好的抗震性能。针对预制装配式剪力墙结构，提出一种高效的变形放大耗能阻尼器。为研究该阻尼器的力学特性及减振效果，采用有限元软件ABAQUS建立这种阻尼器连接装置的简化分析模型。通过与该连接装置试验结果对比，验证了简化模型的正确性。为进一步研究这种阻尼器在结构中的减震作用，以某24层装配式剪力墙结构为例，分别建立采用等同现浇连接与阻尼器连接的结构有限元模型。不同地震动作用下结构的弹塑性时程分析结果表明，所提出的阻尼器连接装置可显著提高装配式剪力墙结构抗震性能。同时验证了结合阻尼器耗能连接变形特点提出的简化模型，具有一定的可靠性和通用性。

关键词：装配式结构；剪力墙；耗能连接；简化模型；抗震性能

6多维减振阻尼器力学性能研究

韩庆华^1,2， 郭凡夫¹， 刘铭劼¹， 芦燕^1,2

1. 天津大学 建筑工程学院

2. 天津大学 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室

摘要：大跨空间结构由于结构布局的多维性和所受荷载的多维性，其结构响应具有明显的多维特征。对于单层网格形式的大跨空间结构，其结构构件通常受“弯矩-轴力”多维内力组合作用，与桁架形式的大跨空间结构中仅受轴力的杆件有很大区别。为此提出了一种适用于大跨空间结构的多维减振阻尼器，其具有同时提供轴向、弯曲等多维刚度和减振效果的特征。针对该阻尼器力学性能进行分析，推导了阻尼器的多维刚度公式。采用MATLAB编制程序求解理论公式，并与ABAQUS仿真结果进行了对比。对其静力性能进行验证，并探讨了多维减振阻尼器的动力耗能能力以及在大跨空间结构中的减振效果。研究结果表明：多维减振阻尼器在受静力作用时具有轴向、弯曲等多维刚度，从而减少因替换杆件对结构造成的削弱；在动力荷载作用下，耗能性能良好，可以为大跨空间结构提供有效多维减振；采用多维减振阻尼器替换杆件后，结构节点的竖向位移峰值降幅达43.3%，竖向加速度峰值降幅47.1%。

关键词：大跨空间结构；多维减振阻尼器；静力分析；动力分析；力学性能

7极罕遇地震作用下铅芯橡胶隔震支座基础隔震结构抗震性能研究

朱宏平¹， 谭平²， 叶昆¹

1. 华中科技大学 土木工程与力学学院

2. 广州大学 工程抗震研究中心

摘要：基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下具有良好的抗震性能。随着GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》引入了极罕遇地震作用，有必要探讨基础隔震结构在极罕遇地震作用下的抗震性能。以两自由度体系(简化模型)和多自由度体系(纤维模型)的铅芯橡胶隔震支座(LRB)基础隔震结构为研究对象，基于弹塑性时程分析的统计结果，分析并比较了设计、罕遇和极罕遇地震作用下上部结构屈服承载力(即降低上部结构抗震设防烈度)和LRB隔震支座力学性能参数对整个LRB基础隔震结构抗震性能的影响。分析结果表明：极罕遇地震作用下，采用降低抗震设防烈度的方式对隔震后的上部结构进行结构设计并不可取；为了保证在极罕遇地震作用下LRB基础隔震结构的上部结构和LRB隔震支座不发生破坏，应尽可能使用大直径和低橡胶剪切模量的LRB隔震支座；如何保证LRB基础隔震结构在设计地震和罕遇地震作用下的性能要求以及在极罕遇地震作用下的安全性能是一个具有挑战性的问题。

关键词：铅芯橡胶隔震支座; 基础隔震建筑结构；极罕遇地震；罕遇地震；设计地震；弹塑性时程分析；抗震性能

8传统民居穿斗式木结构栓榫节点抗震性能试验研究

薛建阳^1,2， 任国旗¹， 许丹¹， 杨生梦¹， 付春伍¹

1. 西安建筑科技大学 土木工程学院

2. 西安建筑科技大学 结构工程与抗震教育部重点实验室

摘要：以川西传统民居穿斗式木结构中的栓榫节点为研究对象，参照当地典型工程，制作了4个缩尺比为1∶1.33的榫卯节点，并对其进行低周反复加载试验，得到了栓榫节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律以及耗能能力等抗震性能指标；利用ABAQUS软件建立有限元模型，分析梁截面高度和栓子截面尺寸对榫卯节点承载力的影响。结果表明：节点的破坏形态主要为半榫节点榫头拔出、采用方形栓子节点榫头发生剪切破坏、采用圆形栓子节点榫头发生折断破坏；柱子基本完好，榫头破坏较为严重；所有节点的弯矩-转角滞回曲线均呈Z形，滞回环的捏拢效应较为明显；采用方形栓子节点的受弯承载力、转动刚度和耗能能力均大于半榫节点，且随着方形栓子截面尺寸的增大而逐渐增大；栓榫试件破坏时节点转角均大于半榫试件，说明栓子的存在能够提高榫卯节点的变形能力；枋截面高度对榫卯节点承载力影响较大，方形栓子边长和圆形栓子直径分别为10~30mm和10~20mm时较为合理。研究结果可为传统民居穿斗式木结构的定量参数化设计和抗震性能分析提供参考。

关键词：木结构民居；穿斗式；栓榫节点；拟静力试验；抗震性能

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