Y型偏心支撑钢框架受力性能有限元分析

对5个具有不同耗能梁段长度的Y型偏心支撑钢框架的滞回性能与耗能梁段的耗能性能进行了非线性有限元分析.研究表明:Y型偏心支撑钢框架具有良好的耗能性能和延性,耗能梁段能够充分发挥耗能和变形的作用;耗能梁段的长度对Y型偏心支撑钢框架的强度、刚度、延性和耗能性能均产生明显的影响,耗能梁段越短,其塑性变形越大,Y型偏心支撑钢框架的承载力越高,耗能梁段过长钢框架的抗震性能越差.     

不同长度耗能梁段偏心支撑框架受力性能

通过对3种长度耗能梁段下的K型偏心支撑钢框架进行往复力加载试验,研究了耗能梁段长度对结构受力性能的影响,分析了结构的极限承载能力、破坏形式、刚度退化及耗能等性能。研究结果表明:随着耗能梁段长度的增加,K型偏心支撑钢框架的强度、刚度和耗能均产生了明显的退化现象,但延性有所提升。耗能梁段长度的增加使得偏心支撑钢框架屈服荷载及极限承载力明显下降,这表明耗能梁段的长度对钢框架受力性能具有较大影响。耗能梁段长度的改变,并不影响偏心支撑钢框架率先通过耗能梁段消耗能量,从而保护整体框架相对稳定的设计理念。     

平齐端板连接偏心支撑钢框架抗震试验研究

为研究耗能梁段长度和柱轴压对平齐端板连接偏心支撑钢框架抗震性能的影响,进行4个偏心支撑半刚接钢框架的低周反复荷载试验,并从滞回曲线、承载力、延性、耗能及螺栓应变等方面分析了试件的抗震性能.试验结果表明:平齐端板连接偏心支撑钢框架破坏模式为耗能梁段端板焊缝或腹板断裂,其余构件均未出现明显屈曲变形和裂纹,易于震后修复和更换耗能梁段.耗能梁段长度是偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的重要影响因素之一,随耗能梁段长度比的增大,极限承载力及累计耗能均呈下降趋势,短耗能梁段试件的承载力高于长耗能梁段试件的,由于构件之间的滑移,平齐端板连接偏心支撑钢框架结构滞回曲线呈现不同程度的捏缩现象,且随着耗能梁段长度增加,捏缩现象愈加明显.     

剪切屈服型多耗能梁K形偏心支撑钢框架抗震性能研究

为了解决偏心支撑钢框架结构延性导致的地震作用取值偏大等问题,研究了剪切型多耗能梁偏心支撑结构的抗震性能。在试验模型的基础上,基于耗能梁腹板受剪面积基本不变的前提下,把耗能梁段的截面设计成多耗能梁模式,采用ABAQUS有限元软件建立了8个数值模型,分别进行单调加载和循环加载,分析了破坏模式、滞回曲线、承载力、刚度及耗能能力随耗能梁个数变化的情况。结果表明,耗能梁段塑性变形发展充分,有效保护了其他的非耗能构件;结构的承载力、屈服位移及耗能能力要好于单耗能梁模型;每个多耗能梁模型的初始刚度相差较小(4%以内),均小于单耗能梁模型,但多耗能梁模型能够延缓结构刚度的退化速率。所提模型能提高结构的抗震性能,对实际工程应用有一定的参考价值。     

3层K型偏心支撑半刚性钢框架拟静力试验研究

偏心支撑结构与传统框架结构相比较,既具有较好的抗侧刚度,又保留良好的结构延性.为研究设置偏心支撑的半刚性平面钢框架在低周往复荷载作用下的滞回性能和耗能特性,本文对一个设置了K型偏心支撑的3层半刚性平面钢框架进行拟静力试验,得到了此框架的破坏形式、侧向水平承载能力、延性系数和耗能能力等.试验结果表明:偏心支撑半刚性钢框架具有良好的变形耗能能力,抗震性能良好.本文研究为偏心支撑半刚接钢框架的抗震设计提供了一定的支撑,具有一定的工程应用价值.     

K形偏心支撑钢框架耗能段长度对其抗震性能的影响

为研究耗能段长度变化对K形偏心支撑钢框架(下称KEBSF)抗震性能的影响,基于相关试验研究,应用有限元软件ABAQUS建立6个KEBSF模型并对其进行非线性数值分析,研究耗能段长度变化对KEBSF承载力、刚度、耗能能力和延性的影响.结果表明:KEBSF具有良好的滞回性能,随着加载位移比(加载位移与屈服位移的比值)和耗能段长度的增大,KEBSF刚度、承载力均逐渐降低;随着耗能段长度的增大,KEBSF耗能能力和延性均呈先增强后减弱趋势.根据有限元分析结果,给出K形偏心支撑钢框架耗能段长度的合理取值范围的确定方法.     

装配式偏心支撑钢框架拟静力试验研究

为研究端板厚度和连接方式对装配式偏心支撑钢框架抗震性能的影响，进行了2个不同端板厚度的偏心支撑半刚接钢框架和1个焊接连接的偏心支撑刚接钢框架的拟静力试验.结合试验研究结果，对装配式偏心支撑钢框架试件的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、侧移延性系数、等效粘滞阻尼系数进行了深入分析.试验结果表明：螺栓端板连接偏心支撑钢框架抗震性能良好.端板厚度对装配式偏心支撑钢框架耗能能力具有一定影响，端板厚度由16 mm增加到24 mm，由于破坏延迟，耗能梁段极限剪切承载力提高43.32%. 同时，受高强螺栓-端板连接滑移的影响，偏心支撑半刚接钢框架滞回曲线呈“弓形”，表现出一定的“捏缩”现象.     

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。     

端板连接剪切型可替换独立耗能梁段的恢复力特性

运用有限元软件ABAQUS对8个不同参数的可替换独立耗能梁段进行数值模拟,得到耗能梁段的剪切承载能力、滞回性能、耗能能力、骨架曲线刚度和延性.结果表明:耗能梁段的剪切承载能力比较稳定;滞回曲线饱满、呈梭形,可替换耗能梁段具有良好的耗能能力;试件骨架曲线的形状与单调荷载作用下的荷载-位移曲线形状相似,都经历了弹性段、线性强化段以及承载力下降段;可替换耗能梁段刚度随着梁段长度的增加以及截面尺寸的减小出现了一定程度的退化,加载初期的刚度退化最明显.研究结果为偏心支撑钢框架耗能梁段的分离式设计奠定了基础.     

钢筋混凝土深梁填充钢框架抗震性能试验

为了使钢结构初始刚度能够在一定范围内渐变,且增加的构件安装或拆卸方便,设计一种新型的抗震加固结构体系即钢筋混凝土深梁.通过1个纯钢框架和2个缩尺混凝土深梁填充钢框架的水平低周反复荷载试验,得到内填混凝土深梁钢框架结构的滞回曲线.在试验的基础上,分析深梁对纯钢框架的承载能力、延性、滞回特性和耗能能力的影响.结果表明:内填深梁大幅度提高了钢框架的初始刚度和承载能力;试件的滞回曲线饱满且骨架曲线有明显的塑性流动阶段;钢框架的延性和耗能能力都得到增强,证明内填深梁钢框架结构抗震性能良好,因此,混凝土深梁可作为结构抗震设防的第一道防线,钢框架作为第二道防线.     

T形件螺栓连接卷边PEC柱-钢梁组合框架结构抗震试验研究

为研究T形件螺栓连接卷边钢板组合截面PEC柱-钢梁组合框架结构的抗震机理,设计制作了一榀底部两层单跨组合框架1/2缩尺试件并进行水平低周往复荷载试验.基于试验现象和测试数据,从试件结构的滞回特性、水平抗侧刚度退化、节点性能、耗能能力与抗震延性、塑性机构发展进程与延性破坏模式等性能进行分析.研究结果显示:T形件螺栓连接增大了梁柱节点刚度,改善了结构的整体性,试件的初始抗侧刚度较大、极限承载力较高;T形件螺栓连接使得梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,试验结束对应承载力未出现明显降低,且对应整体侧移角、位移延性系数和等效黏滞阻尼系数表明试件具有良好的抗倒塌能力、抗震延性与耗能能力;T形件螺栓连接PEC柱-钢梁组合框架试件塑性破坏机构发展进程为T形件端部梁截面和PEC柱脚相继形成塑性铰,实现了框架结构的理想延性耗能模式.     

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.     

Y形偏心支撑钢框架SAP2000非线性分析模型

为研究Y形偏心支撑钢框架结构的弹塑性性能,根据剪切耗能梁段恢复力特性和钢框架的力学性能,提出符合抗震规范的耗能梁段独立剪切铰参数的定义方法,建立Y形偏心支撑钢框架SAP2000非线性塑性铰分析模型.通过3个模型试件在循环荷载下的骨架曲线和有限元分析的PUSHOVER曲线的对比,论证模型的合理性.结果表明,本文提出的改进塑性铰模型能够较为合理地反映Y形偏心支撑钢框架结构的非线性性能.     

钢-混凝土组合楼板对钢框架结构抗震性能的影响

为了研究钢-混凝土组合楼板对钢框架结构抗震性能的影响,建立考虑楼板空间作用的梁-分层壳混合有限元模型和空框架模型.通过对两模型分别进行静力推覆分析和动力增量分析,揭示组合楼板对钢框架结构地震作用下弹塑性工作性能的影响规律.结果表明,组合楼板对梁产生增强作用,在地震作用下使结构抗侧刚度和抗侧承载力增大、结构周期和位移反应减小,但是考虑楼板组合作用的框架延性、滞回性能和耗能能力会降低,甚至可能改变结构预期的"强柱弱梁"的破坏模式,使结构偏于不安全.     

带可替换耗能连接偏心支撑钢框架单调加载的受力性能分析

带可替换耗能连接的偏心支撑钢框架的框架梁由耗能连接和框架梁两部分构成,耗能连接具有震后替换方便、造价低等特点.采用Abaqus软件对10榀带可替换耗能连接的偏心支撑钢框架进行数值模拟.模拟中对该偏心支撑钢框架施加单调荷载,分析不同参数下可替换耗能连接及整个框架的承载能力、变形能力等力学性能.分析结果表明:带可替换耗能连接的偏心支撑钢框架能够很好地将结构的塑性变形集中在此耗能连接上,因此带有这种耗能连接的偏心支撑钢框架具有较高的承载力、延性、初始刚度,并且应力和应变分布较均匀.     

新型钢框架焊接节点抗震性能试验与数值分析

为提高钢框架焊接节点的抗震性能,提出一种盖板加强与腹板开孔削弱并用的新型节点构造形式. 对4个不同构造形式的钢框架焊接节点试件（标准型、盖板加强型、腹板开孔削弱型、新型）进行了低周往复加载试验及有限元分析,对比研究了梁端局部构造形式对钢框架节点破坏模式、滞回性能、承载力、刚度退化、延性及耗能能力的影响. 结果表明：相比标准节点,采取局部构造措施的节点均实现了塑性铰外移,使得破坏模式由梁柱连接焊缝处脆性破坏转换为梁局部塑性破坏;塑性变形能力及耗能能力显著提高;塑性应变累积加剧板件局部屈曲,造成强度、刚度逐步退化,抗震性能更优越. 新型节点在承载力、刚度基本不变的前提下,延性及耗能能力分别增加了20.0%、27.9%,验证了该类节点的可行性. 文中建立的基于应力三轴度损伤准则的有限元模型可有效预测各类型钢框架焊接节点在循环荷载作用下的受力性能.     

PEC柱钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震性能数值模拟

为更好满足建筑结构不同抗震性能化设计目标,对已有自复位连接节点弯矩-转角关系进行改进,提出摩擦型耗能部分自复位连接设计思路。利用ABAQUS软件设计了5榀卷边PEC柱-钢梁摩擦耗能型部分自复位连接组合框架模型试件,并对其在往复荷载下的抗震性能进行了数值模拟。基于模拟数据,对比分析柱顶竖向力、摩擦板长圆孔孔径、柱脚边界条件和摩擦板翼缘螺栓布置方式等设计参数对试件滞回性能、抗侧刚度退化、残余变形、耗能能力等抗震性能的影响规律。结果显示:卷边PEC柱满足自复位结构对竖向构件承载力及抗侧刚度的要求;摩擦板长圆孔孔径合理设置可控制摩擦滑移耗能和连接转化为承压型传力模式的发展进程,从而实现结构不同抗震性能化设计目标;摩擦板内外侧翼缘均布置高强对穿螺栓的实际工程做法可更好发挥部分自复位连接的自复位和耗能减震功效;柱脚边界条件对结构受力进程和刚度分配影响显著,柱底与基础梁刚性连接的试件承载力、抗侧刚度和耗能减震远高于柱底铰接试件;柱顶竖向力在大侧移情况下的二阶效应对试件承载力和自复位功效产生较小的不利作用。     

具有复位功能的阻尼耗能支撑设计与滞回性能研究

为控制结构侧向变形和震后残余变形,提出一种具有复位功能的阻尼耗能支撑,该支撑采用组合碟簧提供复位力,永久磁铁产生恒定磁场,利用磁流变液的流变性能耗散地震输入能量.在复位系统和耗能系统滞回模型基础上,建立了描述支撑滞回特性的恢复力模型,并对其磁路及滞回性能进行了模拟分析.结果表明,新型阻尼耗能支撑具有稳定饱满的旗形滞回特性,复位性能良好,可提供必要的抗侧刚度和复位力以减小结构层间位移及震后残余变形,其耗能能力随着加载速率增大而增强,所建立的恢复力模型可以精确描述支撑的滞回特性.     

薄钢板组合截面PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)组合框架抗震性能数值模拟

为研究薄钢板PEC柱-钢梁组合框架的抗震性能,针对1榀2层单跨对穿螺栓端板连接薄钢板组合截面PEC-削弱截面钢梁组合框架结构试验试件,采用有限元软件ABAQUS对其进行水平循环往复荷载下的数值模拟.基于模拟结果,对试件结构滞回特性、水平抗侧刚度、耗能延性和破坏模式等进行分析.研究表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度;试件层间变形为剪切型变形模式;试件耗能能力主要由梁端削弱截面屈服和PEC柱脚钢构架屈服与混凝土压溃提供,端板对穿螺栓连接及梁端削弱截面实现了梁端塑性铰区远离节点区;试件最终破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚处形成塑性铰的塑性破坏机构.该结构体系具有良好的抗震延性.     

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.