全钢双矩管防屈曲支撑在不同间隙下的受力性能研究

提出一种用方钢管作为管套管全钢防屈曲支撑(简称TinT),由不同直径的方钢管分别作为约束外管和受力内管,内管端部焊接肋板形成加强部位,支撑受力性能显著提高.重点研究了TinT受力性能,通过建立TinT模型分析其在拉压往复荷载下的滞回性能,研究内外管之间不同间隙、初始缺陷对支撑受力性能和破坏机理的影响,并将有限元数值分析与文献[1]中试验进行比较,与试验结果非常吻合.研究表明TinT支撑受压承载力较传统支撑增长约160％,滞回耗能性能增长约110％,支撑整体的初始缺陷取1‰以内时,受力性能较好,传统支撑在1～2mm时表现出良好的滞回性能,当间隙大于3 mm时,支撑滞回受力性能出现了一定程度的下降.     

一种新型全钢屈曲支撑在不同内径宽厚比下的受力性能

提出了一种新型全钢支撑,该支撑相比传统支撑,具有重量轻、造价低、便于组装的优点,对支撑施加低周往复位移荷载,通过ABAQUS有限元软件比对了传统支撑与管中管支撑(TinT)的抗震滞回性能。比较结果显示,支撑的受压承载力提高约150%,滞回性能提高约100%。同时研究了该支撑在不同内径宽厚比下的受力性能,对支撑的位移荷载曲线、骨架曲线的分析表明,支撑在内径宽厚比为18.0～22.5时,支撑滞回性能良好,当宽厚比超过27.0时,支撑较早的出现了应力屈服现象,该新型支撑具有较好的受力性能和滞回性能。     

二阶段屈服方形截面防屈曲支撑设计方法及受力性能

提出一种二阶段屈服防屈曲支撑,其屈服位移较小,可在主体结构破坏前率先屈服并耗散地震能量,保护主体结构。首先,建立该新型支撑的力学模型,并推导屈服承载力、屈服位移和轴向刚度计算公式,提出该支撑的各种破坏模式及设计流程。对2组共6个试件进行静力往复加载试验,证明该支撑具有良好的滞回性能和延性,并验证计算公式的可靠性。最后,与传统防屈曲支撑性能指标进行相比。研究结果表明:两类支撑具有近似的屈服承载力,但二阶段屈服防屈曲支撑具有更大的弹性刚度和更小的屈服位移。工程设计中修改支撑的设计参数可改变其屈服位移,使其较早发生屈服并耗散地震能量,起到保护主体结构的作用。     

开孔三重钢管防屈曲耗能支撑有限元分析

 开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑是一种性能良好的耗能减震构件,本文介绍了开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑的构造,设计了10组不同开孔形式和尺寸的三重钢管防屈曲耗能支撑构件,并采用ANSYS及ABAQUS软件对其进行有限元分析,研究不同开孔及间隙对此种防屈曲耗能支撑滞回耗能性能以及承载力的影响。研究表明：开孔式三重钢管防屈曲支撑的滞回性能稳定、耗能能力强、屈服点发生在预设区域;开孔形式和孔长对防屈曲支撑的性能有影响;开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑套箍效应明显低于不开孔三重钢管防屈曲耗能支撑;当间隙不为0时,芯材管开孔后支撑的承载力并没有下降。     

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.     

抑制屈曲支撑滞回性能分析

为研究采用我国Q235B钢和两种无黏结材料设计制作的抑制屈曲支撑试件的滞回性能,对6个试件进行了拉压循环荷载作用下的滞回性能试验．其中,利用钢管混凝土抗弯承裁力理论和连续弹性约束体的稳定理论完成支撑整体稳定与内核构件约束段高模态稳定设计;外伸无约束段钢板宽厚比满足我国铜结构规范塑性设计的要求;选取适当厚度的无黏结材料以控制内核构件与外包铜管混凝土之间间隙的大小,最后基于ANSYS对试件的滞回性能进行了有限元分析．在试验过程中抑制屈曲支撑试件没有发生稳定破坏,拉压屈服后均有明显应变强化,最大延性接近设计值15,累计延性超过700．滞回曲线稳定饱满,耗能能力强,拉压承载力差值控制在10％左右,恢复力模型可简化为对称双线性模型．内核构件采用一字形比采用十字形截面的试件滞回性能更好．有限元分析结果与试验结果吻合良好．因此设计制作的抑制屈曲支撑所采用的材料、构造措施及设计方法均较为合理,能保证其具有优良的滞回性能．     

长行程屈曲约束支撑拟静力试验

为研究长行程屈曲约束支撑(buckling restrained brace,BRB)的抗震性能,针对不同有效屈服长度比的屈曲约束支撑进行了拟静力试验研究,对比分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力、刚度退化和强度退化等性能指标.结果表明:高有效屈服长度比能够有效提高试件的极限承载力和极限位移;长行程屈曲约束支撑的延性系数为2.54～3.60,延性较好;有效屈服长度比对长行程屈曲约束支撑的刚度退化性能影响不大;高有效屈服长度比的长行程屈曲约束支撑,强度退化更稳定;抗震性能有所提高.     

复合消能支撑的抗震性能试验研究

为克服传统防屈曲支撑在结构处于小震及微振情况下不耗能的问题,提出一种基于防屈曲支撑及黏弹性阻尼器并联工作原理的复合消能支撑,并通过加载频率为0.3 Hz的高速往复加载试验,对该种新型复合消能支撑及传统防屈曲支撑进行抗震性能研究。研究结果表明:复合消能支撑加载过程均未出现失稳现象,滞回曲线稳定饱满,拉压特性对称,并且其所具有的全阶段耗能、多重耗能、安全保障体系的优点得到了验证。     

SMA预拉杆式自定心屈曲约束支撑的滞回性能分析

基于屈曲约束支撑(BRB)的流变模型和形状记忆合金(SMA)的分段线性本构模型,建立了可用于分析SMA预拉杆式自定心屈曲约束支撑(SMA-SC-BRB)滞回性能的流变模型和控制方程.然后,运用流变分析方法对一种新型的SMA-SC-BRB构件进行数值模拟,通过对比可知基于流变模型的模拟结果与文献试验结果吻合较好.最后,利用该流变模型对SMA-SC-BRB的滞回性能进行参数分析.结果表明:当初始预张力超过奥氏体相变的结束应力时,其变化对支撑的滞回性能影响较小;增加SMA杆的截面面积,能同时提高支撑的自定心效果和耗能能力;随着核心板截面面积的增加,支撑耗能能力增强,但自定心能力减弱;提高SMA杆的温度能有效提升支撑的自定心能力.     

某框架结构的防屈曲支撑位置布置优化

为了提高框架结构的减震性能,文章先通过遗传算法算得各层防屈曲支撑布置需求量.再从某框架结构的支撑优化布置形式着手,对该结构拟定6种防屈曲支撑布置方案,分别为:外边角端布置形式(方案a)、外围隔跨布置形式(方案b)、外围中心连续布置形式(方案c)、内框架边角端布置形式(方案d)、中心对U型布置形式(方案e)、中心筒型布置形式(方案f).然后对比分析6个模型分别在承受相同地震作用的条件下的指标结果,研究结果表明:(1)在结构静、动力非线性分析中,方案c对于防屈曲支撑利用率增加及结构抗侧刚度的提升较为明显.(2)在Morgan地震波作用下,方案c中防屈曲支撑在罕遇地震作用下,吸收地震能量最多.另在地震波作用下的耗能占比中分析得到,方案c中的防屈曲支撑耗能占比最大,且防屈曲支撑的滞回性能最佳.     

方钢管混凝土组合异形柱防屈曲支撑框架抗震性能试验

为研究方钢管混凝土组合异形柱(SCFST柱)防屈曲支撑框架的抗震性能,对一榀1∶2的SCFST柱防屈曲支撑框架模型进行了拟静力试验,同时采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行了数值模拟.试验结果表明,试件呈现出防屈曲支撑、钢梁依次出现塑性铰的破坏机制.试件滞回曲线饱满,骨架曲线为S形,且强度和刚度退化不明显,位移延性系数可达3.21.防屈曲支撑耗能能力强,有效保护了框架结构.与异形柱普通支撑框架试验结果进行对比分析可知,异形柱防屈曲支撑框架抗震性能明显优于异形柱普通支撑框架.有限元分析中试件的破坏机制与试验基本一致.     

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.     

角钢拼接十字形无焊核心的高性能屈曲约束支撑试验研究

为避免十字形截面屈曲约束支撑的内芯在焊接后对低周疲劳性能的不利影响,提出核心部件采用角钢拼接的无焊十字形截面.进行了3根屈曲约束支撑试件的拟静力滞回性能试验,其中无焊核心部件采用黏钢胶拼接4根等边热轧角钢的方法,避免焊接或直接铸造试件中不可控缺陷的产生.试验结果表明,该类支撑的滞回性能稳定,第1根角钢断裂前,试件的累积塑性变形能力远高于铸造十字形截面,比端部焊接加劲肋的一字形核心屈曲约束支撑也有所提高.在第1根角钢断裂后,剩余截面仍具有相当的耗能能力.3根试件的拉压不平衡系数均在1.1以下,满足AISC规定的1.3限值要求.     

防屈曲支撑组合框架优化设计与抗震性能分析

目的以抗侧刚度比为设计变量,对设置防屈曲支撑的某18层钢管混凝土组合框架Benchmark模型进行优化设计与抗震性能分析.方法编制了基于遗传算法的优化程序,考虑以结构最大层间位移角、基底剪力为约束条件,在抗震性能不变的前提下优化防屈曲支撑的截面面积,以及考虑防屈曲支撑总截面面积为约束条件,在支撑用量相同的前提下,改善结构的抗震性能两种设计方案.结果在防屈曲支撑总用量不变的前提下,以变化抗侧刚度比设计的结构能够减少结构29%的最大层间位移角,减少4. 3%的最大层间剪力;在抗震性能不变的前提下,以变化抗侧刚度比设计的结构能够减少44%的支撑用量,其防屈曲支撑的耗能比例达78%.结论两种优化方案设计的结构均充分发挥防屈曲支撑的耗能能力,较优化前的结构更能保护框架梁、柱免受破坏.     

装配式自复位屈曲约束支撑滞回性能

提出了一种装配式自复位屈曲约束支撑(ASCBRB),对其基本构造、受力机理和滞回性能进行了理论分析,建立了ASC-BRB的有限元模型,进一步分析了ASCBRB的滞回性能,并研究了关键构造参数对其滞回性能的影响规律。结果表明,理论恢复力模型能够有效描述ASCBRB的滞回特征,理论结果与有限元结果整体吻合较好。碟簧组合压并后,支撑刚度显著增大,能够防止强震下结构层间变形的快速增加,减小层间变形集中效应。进行ASCBRB设计时,各关键构造参数需合理匹配,使得ASC-BRB具有良好的变形能力、耗能能力和复位能力,并可以有效减小结构在强震下的层间变形集中效应。     

局部低强防屈曲支撑耗能性能试验研究

传统防屈曲支撑主要采用内芯截面切削的方式实现局部削弱以提前进入塑性耗能,而本研究基于局部强度弱化热处理技术,在不削弱截面尺寸的情况下实现定区域的钢材强度削弱,提出了新型局部低强防屈曲支撑构造.通过对两种不同方式热处理后的材性试验,验证了超高温缓慢冷却热处理过程对于钢材强度削弱的有效性以及采用陶瓷加热器系统实现大尺寸构件局部热处理的可行性.通过两组局部低强防屈曲支撑循环往复荷载作用下的拟静力试验,研究了局部低强防屈曲支撑的耗能性能以及不同约束单元设计对其耗能性能的影响.结果表明:局部低强防屈曲支撑滞回曲线饱满,延性及抗低周疲劳性能优于普通防屈曲支撑,且可满足抗震设计的要求,其破坏模式和耗能能力与外围约束单元强度和刚度有关,且局部低强防屈曲支撑设计时需考虑外伸连接段稳定问题.     

小剪跨比内置钢管组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究小剪跨比内置钢管组合剪力墙(STLW剪力墙)的抗震性能,对STLW剪力墙试件进行低周反复加载试验,分析其破坏形态、破坏机理、变形能力、耗能性能、刚度及承载力退化规律.然后,采用拉压杆-滑移模型对STLW剪力墙的承载力进行分析.试验结果表明,在水平荷载作用下,STLW剪力墙由整截面墙渐变为开竖缝剪力墙,有效避免了小剪跨比钢筋混凝土剪力墙发生脆性剪切破坏.与传统小剪跨比剪力墙相比,STLW剪力墙的变形能力及耗能性能显著提高.经合理设计,其极限位移可提高约50%,黏滞阻尼系数提高约2倍.STLW剪力墙承载力计算值与试验结果较符合,拉压杆-滑移模型能较好地反映STLW剪力墙受力机理.     

外置K形屈曲约束支撑与普通支撑钢框架受力性能对比分析

目的提出一种外置K形支撑-钢框架结构体系,分析K形屈曲约束支撑与普通支撑对钢框架抗震性能的影响,进而提高框架的抗侧刚度.方法采用ABAQUS建立有限元分析模型,通过分析拉压支撑轴力、超强系数、抗侧力和滞回曲线等参数,对比两种框架的受力性能.结果在支撑用钢量相同的情况下,长细比较大时,K形屈曲约束支撑框架的耗能能力和抗侧能力要优于普通支撑框架,K形屈曲约束支撑框架抗震性能明显更好;对于较小支撑长细比,K形屈曲约束支撑框架的耗能能力和抗侧能力与普通支撑框架相差较小,两者的抗震性能几乎一样.结论 K形屈曲约束支撑相比于普通支撑,能够更好地增加钢框架结构的抗侧刚度,超强系数更高,滞回曲线更加饱满,耗能能力更好.     

开孔核心管约束屈曲支撑滞回性能分析

核心管带开孔双钢管约束屈曲支撑是一种新型的约束屈曲支撑,是对双钢管约束屈曲支撑的改进.基于有限元理论,建立核心管带开孔双钢管约束屈曲支撑的有限元模型,通过对其进行ANSYS有限元模拟计算与分析,得出该种截面形式约束屈曲支撑的滞回曲线和骨架曲线.结果表明这种约束屈曲支撑具有良好的耗能能力和恢复力特征,而且改善了常用约束屈...     

新型限制力装置滞回性能试验研究

为满足结构理想延性构件的7项性能目标,提出一种新型限制力装置的完整构造和设计方法。设计4个新型限制力装置试件,完成大位移滞回加载试验和低周反复荷载试验,研究新型限制力装置的屈服荷载、屈服位移、弹性刚度、极限荷载、极限位移、屈服后刚度、延性系数、滞回曲线、等效黏滞阻尼系数和骨架曲线。研究结果表明:新型限制力装置具有抗压抗拉承载力、稳定的屈服平台和饱满的梭形滞回曲线;限制力由最大轴向位移确定;等效黏滞阻尼系数随着变形增大而增大;骨架曲线为双线性;特殊构造具有拉压先后失效特征;新提出的限制受拉位移构造提供了二道防线;新型限制力装置可应用于空间结构以满足双向承受轴力、抗连续倒塌和消能减震功能要求,也可作为一种新型屈曲约束支撑和消能减震装置。