附加消能支撑的结构减振试验研究

介绍了空框架以及附加单向斜撑、小八字撑以及小八字曲拐撑的4种结构的自由振动试验以及正弦稳态激振试验,比较了其消能能力.在正弦稳态激振试验中,分别在柱端施加不同的位移,测试其在不同频率下框架及阻尼器的力-位移滞回曲线.结果表明,附加黏弹性消能支撑后,结构的刚度改变不大,而结构阻尼和消能能力增大,从而有效地保护主体结构在振动中免遭破坏;通过对结果分析比较,得出空框架本身的耗能能力有限,而相对单向斜撑和小八字撑而言,小八字曲拐撑有着较好的消能能力,值得推广应用。     

带高耗能黏弹性阻尼器腋撑RC框架结构抗震性能

为研究高耗能黏弹性阻尼器腋撑对RC框架结构抗震性能的影响,基于已有普通框架试验和高耗能黏弹性阻尼器精细力学模型,对普通RC框架结构和带高耗能黏弹性阻尼器腋撑RC框架结构进行了宽频大幅值水平正弦稳态激励荷载作用下的抗震性能数值模拟分析.对比研究了2类框架的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、附加阻尼比、关键部位点钢筋应变规律等.研究结果表明:加设高耗能黏弹性阻尼器腋撑RC框架结构的耗能能力、承载力、侧向刚度及附加阻尼比大幅度提高,对结构承载力退化和刚度退化的抑制效果显著;激励频率对2类结构大位移幅值的滞回特性以及钢筋处于弹性阶段应变的影响不大,而对中小位移幅值的滞回特性以及钢筋处于塑性阶段应变的影响较大;加设高耗能黏弹性阻尼器腋撑改变了框架结构的受力模式,大幅度减小了梁柱节点区的受力,有效地保护了梁柱节点.     

RC框架-钢管混凝土腋撑结构抗震性能分析

腋撑是设置于梁柱节点区域的短斜撑,用于提高结构抗水平力作用性能。与普通框架支撑相比,腋撑能提高建筑的有效使用空间,提高建筑的使用功能。腋撑可采用钢支撑、混凝土支撑以及耗能支撑等形式。钢管混凝土腋撑相比于钢腋撑,其轴向承载力较高;相比于混凝土腋撑和耗能腋撑,其施工更为方便。以新沂市某中学教学楼为背景工程,分别构建RC框架和RC框架-钢管混凝土腋撑结构模型,计算两种结构的振型、自振周期、能力曲线以及刚度退化速率等动力性能指标,通过对比分析,探讨增加钢管混凝土腋撑后对结构抗震性能的影响。研究表明,增设钢管混凝土腋撑后,结构的水平极限承载力和初始刚度大幅提高,层间位移明显减小,RC框架-钢管混凝土腋撑结构是一种抗震性能较好的新型结构。     

白噪声激振法测量模型自振特性的研究

目前在水工结构模型试验中,测量模型自振特性多用正弦激振法,为缩短试验周期对白噪声激振法进行研究,本文主要阐述白噪声激振法的测量原理和方法.     

涡电流测振系统的设计

:介绍了涡电流测振系统的设计和结构组成 ,以及采用稳态正弦激振方法对悬臂梁动态特性进行测试的方法 ,给出了悬臂梁的幅频特性测量结果。实验证实了该系统的可行性     

消能减震结构附加金属消能器的简化设计方法

金属消能器因其构造简单、施工方便、造价低廉、性能稳定以及便于更换等特点而在工程抗震领域中得到广泛应用,然而对于其应用于结构减震中的设计方法目前仍存在许多问题.针对附加金属消能器减震结构提出一种简化设计方法,该方法假定金属消能器在小震下仅提供附加刚度(即忽略其附加阻尼影响),在中震下基于附加有效刚度的影响来考虑附加阻尼的作用,由此以"小震下基于附加刚度设计、中震下基于附加阻尼设计"为设计理念,并从主体结构与附加消能部件分开设计的思路出发给出具体的设计流程及消能器支撑参数配置公式.最后,通过工程案例分析来证明其可行性及有效性,结果表明该简化设计方法可以契合现行抗震设计规范,并用于结构附加金属消能器的减震设计,以取得良好的减震控制效果.     

梁柱式胶合木结构体系抗侧力性能试验

为研究梁柱式胶合木结构体系的抗侧力性能,对10榀单层单跨梁柱式木框架足尺试件进行了水平荷载试验,其中2榀为单调加载,8榀为低周反复加载,考虑了4种抗侧加强结构体系,即交叉支撑、人字撑、隅撑以及填充轻木剪力墙.根据试验现象和由试验数据获得的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、强度退化曲线、耗能曲线等研究了各抗侧力体系的变形能力、耗能能力、破坏模式等抗震性能,结果表明,交叉支撑、人字撑结构体系表现出良好的抗侧刚度,但二者延性较差;隅撑结构体系抗侧刚度较纯框架结构体系有了一定的提高,延性好于交叉支撑、人字撑结构体系;填充轻木剪力墙结构体系表现出良好的抗侧刚度和延性.最后,分析了各抗侧力结构体系的薄弱部位,并提出了改善加强措施.     

单层屈曲约束支撑框架的抗震参数

为了给屈曲约束支撑框架设计提供参考,对单层屈曲约束支撑框架的抗震参数进行了研究.通过结构侧移分析,推导出表征该结构体系受力和变形特性的3个关键参数:支撑-框架刚度比、支撑-框架屈服强度比和梁-柱线刚度比.以特定地震动下结构最大位移和残余位移作为评价指标,对结构进行了参数化分析.分析结果表明:当支撑-框架刚度比和梁-柱线刚度比较小时,增大刚度比可以明显减小结构位移;支撑-框架屈服强度比主要对结构的屈服位移和机制影响较大;支撑-框架刚度比、支撑-框架屈服强度比和梁-柱线刚度比的合理值分别为2,0.7和0.45~5.00.据此设计了2个单层算例,并进行了抗震性能分析.结果表明:在结构中,形成了支撑-梁-柱屈服机制;当支撑屈服后,框架承担的剪力比逐渐增大;支撑布置方式对结构顶点位移响应基本无影响,对相邻柱的轴力影响则较大.     

安装有自复位耗能摇摆柱的RC框架动力弹塑性分析

根据Roh提出的摇摆柱具有耗能能力较小且框架中附加对角阻尼器可能会影响建筑使用功能的特点,提出在摇摆柱的上下端安装一种自复位及耗能于一体的小型隅撑,构成自复位耗能摇摆柱,并将其应用于传统框架中构成一种新型的自复位框架结构.利用有限元软件OpenSees分别对建立的5个钢筋混凝土单榀框架模型在多遇、设防、罕遇地震作用下进行弹塑性动力时程分析计算.分析结果表明,带有自复位耗能摇摆柱的RC框架的层间加速度及残余位移与传统框架相比,明显减小了;罕遇地震下层位移及层间位移角略小于传统框架.     

消能摇摆钢桁架框架结构抗震性能

为研究消能摇摆钢桁架-框架结构的抗震性能,使用OpenSees有限元软件对框架结构、支撑-框架结构、摇摆钢桁架-框架结构、消能摇摆钢桁架-框架结构进行模态分析、静力弹塑性分析和动力弹塑性分析,讨论了4种结构的刚度特征、动力响应及损伤分布.此外,建立4种具有不同柱脚形式和阻尼器类型的对比结构,用以研究柱脚形式和阻尼器类型对于结构抗震性能的影响.研究表明,消能摇摆钢桁架-框架结构具有良好的抗震性能;位移型阻尼器能够提高结构刚度和承载力、减震性能更优越,速度型阻尼器可以降低地震作用;底层框架柱脚采用铰接,可以降低地震作用,并减小底层框架柱的塑性损伤.     

采用抑制屈曲支撑的钢框架结构性能分析

为了对比分析抑制屈曲支撑与普通钢支撑构件在反复荷载作用下的滞回性能,比较了2种支撑钢框架体系在单调、往复水平荷载和地震荷载作用下的抗侧力和抗震性能.基于ANSYS对结构构件和体系进行了分析,并与试验结果进行了对比.分析表明,抑制屈曲支撑可在拉压循环荷载作用下均达到屈服,拉压承载力基本一致,恢复力模型可简化为对称的双线型,其滞回曲线稳定饱满,滞回耗能能力大大优于普通钢支撑.同时数值分析结果与试验结果也得到了很好的吻合.抑制屈曲支撑相对于普通钢支撑可进一步提高钢框架结构的后期刚度、极限承载力和耗散能力,更大地降低了结构的地震响应,提高了结构的抗震性能.因此抑制屈曲支撑较普通钢支撑更适于在有更高抗侧力和抗震要求的钢结构中应用,其更为简单的恢复力模型也使结构体系的分析和设计十分简便.     

黏弹性消能支撑的研究与设计

针对工程中实际需要,提出一些新型的黏弹性消能支撑型式,研究了它们的受力特点,并给出了消能支撑水平控制力的表达式;提出了消能支撑设计中钢杆应满足的承载力要求;同时分析了支撑中钢杆拉压刚度对黏弹性阻尼器损耗因子和抗剪刚度的影响,并在此基础上给出了考虑钢杆拉压刚度影响的消能支撑水平控制力表达式; 最后指出钢杆的拉压刚度对减震效果影响较大,在考虑工程可行性的基础上给出了钢杆应满足的刚度要求.     

板件弯剪屈服型耗能支撑钢框架结构抗震性能

为了研究板件弯剪屈服型耗能部件对钢框架结构抗震性能的影响,通过ABAQUS有限元分析软件建立了一系列带有板件弯剪屈服型耗能部件的双层单跨单斜支撑钢框架结构数值模型,探究了结构的破坏模式以及不同参数对结构的承载能力、耗能能力、支撑与支撑框架结构之间的承载力分配、耗能分配等抗震性能的影响规律。分析结果表明：板件弯剪屈服型耗能支撑钢框架结构主要依靠耗能部件的剪切板和弯曲板先后屈服进入塑性耗散能量;结构滞回曲线饱满,耗能性能良好;加载前期,主要由耗能支撑承担结构的水平承载力和能量耗散,加载中后期,梁与节点板相接的翼缘和柱脚外翼缘出现应力集中现象而进入塑性,耗能支撑的水平承载力和能量耗散占比逐渐降低,但仍大于50%。可见板件弯剪屈服耗能支撑能够较好地分担钢框架结构的承载力和能量耗散,可考虑应用于实际工程。     

Parametric Study on Cable-Stayed and Knee-Braced Steel Portal Frames

To improve wind resistance capacity of cable-braced steel portal frames,a double-braced portal frame was proposed by adding two pre-stressed knee braces to a cable-braced portal frame. To study the reasonable range of application and method of cable parameter determination for this novel structure,the influences of load condition, span, base constraint, and cable parameters on structural performance were investigated by using the finite element code SAP2000. The results show that pre-stressed knee braces can effectively resist both uplifted and lateral wind loads,so this cablestayed and knee-braced steel portal frame is suitable for large wind.When the vertical load is comparable with the wind load,this novel type of portal frames is suitable for a medium span( 21-48 m). The cables in the cable brace can be determined by structural vertical stiffness,and the cables in the knee brace can be designed as the same as those in the cable-stayed part for the reason that their cross sectional area has only a weak effect on the structure. If no cable fails,the pretension variation of the cable does not affect the stiffness of the portal frame. The cable in the cable brace,working together with the cables in the knee braces,can ease uneven distribution of internal force,and their pretensions can be determined according to actual engineering projects.     

腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节极限承载力计算公式适应性研究

建立合理的有限元模型，应用有限元法对腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节点进行非线性计算，得出的承载力具有相当的准确度．与弦杆倾角较大腹杆作为搭接腹杆的节点极限承载力较高．由研究分析可知当贯通腹杆与弦杆夹角减小后，节点搭接率降低，但不论CW还是TW型搭接节点极限承载力均相对对称节点有所提高．由公式的计算结果与数据库中N型搭接节点试验结果进行比较可知计算公式可以准确的预测腹杆与弦杆倾角不相同搭接K型节点极限承载力．     

腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节点极限承载力计算公式适应性研究

建立合理的有限元模型,应用有限元法对腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节点进行非线性计算,得出的承载力具有相当的准确度.与弦杆倾角较大腹杆作为搭接腹杆的节点极限承载力较高.由研究分析可知当贯通腹杆与弦杆夹角减小后,节点搭接率降低,但不论CW还是TW型搭接节点极限承载力均相对对称节点有所提高.由公式的计算结果与数据库中N型搭接节点试验结果进行比较可知计算公式可以准确的预测腹杆与弦杆倾角不相同搭接K型节点极限承载力.     

一种新型自复位防屈曲支撑的拟静力试验

为了控制安装有传统防屈曲支撑的结构在大地震作用下产生的最大变形及残余变形,提出一种新型防屈曲支撑——自复位防屈曲支撑(SCBRB).对其构造及工作和复位原理进行了详细说明.在此基础上,给出复位材料的预应力及变形需求等关键参数的设计方法,并实现了这种支撑.该支撑综合了防屈曲支撑及自复位体系的优点.拟静力试验研究结果表明预应力成功地接设计值施加并且完好保持是决定复位效果的关键因素,预应力不足则其复位效果变差,预应力与耗能内芯屈服力之比大干等于1.3时即可保证完全复位.传统防屈曲支撑与自复位防屈曲支撑拟静力试验的对比结果表明:此类支撑基本消除了纯防屈曲支撑的残余变形,具有良好的复位效果.     

新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系设计方法

考虑几何非线性采用ANSYS有限元软件对一种新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系（采用防屈曲支撑（BRB）代替Pall型摩擦阻尼器（PFD）的普通支撑）的滞回特性进行分析.首先进行了Pall型普通支撑体系和Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系的滞回性能对比分析,结果表明,防屈曲支撑在拉压循环荷载作用下均能达到屈服,拉压承载力基本一致,耗能能力优于普通支撑.然后分析了防屈曲支撑刚度、Pall型阻尼器起滑摩擦力、阻尼器的大小以及防屈曲支撑与水平方向的倾角等因素对体系滞回特性以及支撑内力的影响.结果表明,Pall-BRB支撑体系比Pall型普通支撑体系有更好的耗能性能,支撑内力变化不大且在阻尼器起滑后保持为常数,有利于抗震设计;防屈曲支撑最大内力与起滑摩擦力关系密切,起滑摩擦力越大,体系耗能能力越强,支撑越能充分发挥作用.最后提出了这种新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系的设计方法.     

屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构的消能减震分析

针对纯钢筋混凝土框架结构在地震高烈度区使用受限的情况,提出在框架中加入BRB形成一种具有耗能减震作用的结构.并选取一个9层钢筋混凝土框架结构,采用反应谱和时程分析两种方法对该框架结构在设置屈曲约束支撑前后的抗震性能进行了对比计算分析.结果表明,在框架结构中合理设置屈曲约束支撑,可以达到小震下增加框架结构的侧向刚度,明显降低结构侧向变形,大震下支撑屈服耗能,保证结构的安全可以取得良好的减、隔震效果.