双塔连体结构设置防屈曲耗能支撑的弹塑性分析

为了研究双塔连体结构设置防屈曲耗能支撑的抗震性能,文章以某栋20层双塔连体结构为例,利用有限元软件SAP2000分别对原结构及设置防屈曲耗能支撑后的结构进行弹塑性对比分析.结果可知,在弹性阶段,防屈曲耗能支撑能够提供有效的侧向刚度,减少结构的自振周期,控制层间位移;在塑性阶段,防屈曲耗能支撑能够发挥耗能减震的性能,成为结构抗震的第一道防线.     

高烈度区新型钢筋砼框架的抗震性能

研究高烈度区环境下带屈曲约束支撑钢筋混凝土框架的抗震性能,给出屈曲约束支撑在抗侧刚度不足的混凝土框架结构中的设计流程.结合工程算例,对原结构进行支撑的设计和布置,并对整体结构进行静力分析和动力时程分析.结果表明,屈曲约束支撑在增加结构刚度、减小层间位移以及抗震耗能等方面均具有良好的性能.     

屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系抗震性能

基于利于结构安装和抗震修复以及屈曲约束支撑的特点,采用梁柱铰接钢框架承受竖向荷载、屈曲约束支撑抵抗水平荷载的结构体系,并推导了这种结构体系的楼层弹性和弹塑性抗侧刚度.采用双线性模型模拟屈曲约束支撑的滞回性能,采用时程分析方法分析了屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系的抗震性能、弹性及弹塑性地震反应特征.结果表明:多遇地震下,结构楼层位移反应基本呈线性关系,层间位移角分布比较均匀;罕遇地震下会出现薄弱层现象,但各层支撑都会屈服耗能.除底层以外,楼层剪力主要由支撑承担,而底层框架柱承担的楼层剪力比例会增大;框架梁和柱在各级地震下都处于弹性状态;屈曲约束支撑铰接钢框架结构体系具有较好的抗震性能.     

新型PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)端板连接组合框架中间层抗震机理数值模拟

以端板预拉对穿螺栓连接的卷边钢板组合截面PEC柱(强轴)-钢梁(削弱截面)组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行拟静力循环荷载下抗震机理的数值模拟.基于模拟结果,对比分析试件结构的承载力、抗侧刚度衰减、连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点传力和破坏机构等抗震性能.结果显示:试件具有较大的承载能力、较高的初始抗侧刚度和优越的耗能能力;PEC框架柱平均分担层间水平剪力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓设置使得连接表现出一定程度的自复位功效,而梁截面削弱进一步改善了连接的转动能力和试件整体耗能延性;试件最终破坏模式为所有梁端削弱截面处形成塑性铰的塑性倒塌机构,且形成对应层间侧移角和连接转角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好的抗倒塌性能.     

四角两边连接防屈曲钢板剪力墙力学机制

为了保障降低框架柱刚度要求的同时,可以平衡防屈曲钢板剪力墙作为抗侧力构件和耗能构件的功能,本文提出了四角两边连接防屈曲钢板剪力墙。通过理论推导和数值模拟对四角两边连接防屈曲钢板剪力墙力学性能进行研究,给出了理论承载力和最小刚度表达式,分析了内嵌钢板与钢框架相互作用机制,阐述了四角两边连接防屈曲钢板剪力墙刚度和延型,研究了钢框架和内嵌钢板剪力分配规律。研究表明：四角两边连接防屈曲钢板剪力墙相较于四边连接防屈曲钢板剪力墙降低了边框柱刚度最低要求的40%;内嵌钢板承担了80%以上的剪力,当塑性铰完全形成之后,内嵌钢板与框架柱承担剪力比例趋于平衡;混凝土盖板的约束作用能够有效提高内嵌钢板承担剪力能力,混凝土盖板厚度大于40 mm,结构初始刚度和内嵌钢板承担剪力不再增加。因此,四角两边连接防屈曲钢板剪力墙具有良好的抗震性能,可以作为抗侧力构件应用于高层建筑抵抗水平荷载。     

多层住宅新型复合结构的Pushover分析及支撑优化

通过对柔性梁柱加“人字”支撑的新型住宅复合结构的静力弹塑性(Pushovei)分析,进行了抗震性能评 估,并优化了结构构件截面．采用250mm×250mm的梁柱截面、120mm×120mm的支撑截面及正常配筋所 形成的复合结构,满足按9度抗震设防(多遇地震)的抗震能力和延性要求以及8度罕遇地震的抗倒塌验算． 其耗能机制为“混合机制”,塑性铰出现的位置及顺序为:支撑、梁端、柱下端、柱上端,因此满足“强柱、中 梁、弱支撑”多道抗震防线的抗震要求．在柱截面不改变的情况下,薄弱层出现在底层,最大层间位移满足 罕遇地震作用下结构薄弱层弹塑性层间位移的要求．计算分析得出合理的支撑与柱的抗侧刚度比在4-10 之间;最后优化了支撑截面．     

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.     

防屈曲支撑在赢嘉中心办公楼加固改造中的应用

在赢嘉中心办公楼的改造设计中,基于提升使用功能的要求,增加了楼面荷载(铺设地暖等),削弱了整楼的刚度(首层顶板大堂挑空导致大面积楼板开洞,升级空调系统使核心筒增开了大量设备洞口).由于该工程设计于1993年,与现阶段的设计存在规范和计算上的不同,结构层间位移角远远不能满足新规范要求.为提高结构抗侧刚度,改善结构抗震性能,对比分析了增大墙柱截面和加防屈曲支撑等几种方案.结果表明,防屈曲支撑既能增加结构的整体刚度,又能节省建筑面积,节约综合造价.     

新型PEC柱——钢梁端板连接组合框架抗震机理数值模拟

为了研究新型卷边PEC柱—钢梁组合框架的抗震机理,本文针对1榀两层单跨设置预拉对穿螺栓短端板连接新型卷边PEC-钢梁组合框架结构试验试件,采用商业有限元软件ABAQUS对其进行水平循环往复荷载下的抗震性能数值模拟。基于模拟结果,对试件结构滞回性能、水平抗侧刚度、耗能能力、节点连接力学性能、层间传力机理和破坏机构等方面抗震性能进行分析。研究表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度,且加载初期两层初始抗侧刚度差异明显,随着加载损伤进程的发展其差异不断减小;试件结构水平力作用引起的倾覆弯矩受压侧下层PEC柱承担层间水平总剪力58%,而上层PEC柱平均分担层间剪力,且试件层间侧移变形表现为剪切型变形模式;试件耗能能力由梁端端板附近截面屈服和PEC柱脚钢构架屈服与混凝土压溃提供,且上下层耗能分布基本均匀;PEC柱与钢梁端板预拉对穿螺栓连接具有较强的转动能力,且端板预拉对穿螺栓形成了节点区混凝土斜压带传力模式和提供了节点连接部分自复位功效;试件最终破坏模式为梁端附近截面充分屈服和PEC柱脚部位钢构架屈服与混凝土压溃形成塑性铰的塑性破坏机构,对上下层层间侧移和节点连接转角分别为0.051 rad、0.042 rad和0.045 5 rad,均超过大震对应层间侧移限值1/30的要求,即该试件结构具有良好的抗震延性。     

某办公楼轻钢加层加固工程设计

轻钢加层因为质量轻、对原结构影响小、施工快等优点在老旧房屋改造中广为应用,但由于其结构特性,在混凝土和钢结构连接处易产生刚度突变,从而影响结构整体的抗震性能。文章以某办公楼轻钢加层结构为例,通过SAP2000建立有限元模型,分析对比加层前后结构在地震作用下的自振周期、弹塑性层间位移角、基底剪力等参数,并提出2种防屈曲支撑布置方案,分析对比其对抗震性能的影响。结果表明:原结构在加层后周期和层间位移明显增大,扭转效应增强,部分参数超限;加设防屈曲支撑布置后,结构整体的抗震性能得到明显改善;加层结构中防屈曲支撑的布置位置对整体结构的抗震起重要作用。     

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.     

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.     

新型自恢复耗能支撑框架结构抗震性能分析

提出了一种新型支撑构件——预压弹簧自恢复耗能支撑(PS-SCEDB),对其构造形式及自恢复原理进行了介绍,并对采用预压弹簧自恢复耗能支撑和普通防屈曲支撑(BRB)的20层Benchmark钢框架结构的抗震性能进行了对比分析.结果表明,在具有不同PGA的3种地震波作用下,与BRB框架结构相比,PS-SCEDB框架结构层间位移角峰值、有效值及基底剪力均减小.此外,PS-SCEDB框架结构残余变形相比原钢框架结构减小了80%,相比BRB框架结构减小了50%,且PS-SCEDB具备良好的耗能能力和自恢复性能.     

耗能腋撑对钢筋混凝土框架抗震加固性能分析

为了减小强烈地震作用下钢筋混凝土框架梁柱节点的损伤破坏,在不影响建筑使用空间的前提下,提出在梁柱节点区附近设置耗能腋撑,改善框架结构的抗震性能.以一榀普通单层钢筋混凝土框架结构为研究对象,耗能腋撑采用防屈曲支撑,对框架结构进行低周反复数值模拟试验研究,并变化耗能腋撑布置方式,研究耗能腋撑对框架抗震性能影响.计算结果表明,带耗能腋撑框架滞回曲线饱满,框架结构的强度与刚度退化得到减缓,延性系数提高了53%;随着耗能腋撑与梁端距离或夹角的增大,框架结构的初始刚度与承载力均得到提高,两者分别提高了48%和39%,其延性系数最大可达到8.66;而耗能腋撑与梁的夹角对框架结构的刚度退化系数影响并不显著.耗能腋撑有效地改善了钢筋混凝土框架的抗震性能.     

屈曲约束支撑框架-核心筒混合结构抗震性能

目的研究屈曲约束支撑在超高层混凝土结构中的适用性,分析有无屈曲约束支撑的超高层混凝土结构抗震性能.方法建立屈曲约束支撑框架-核心筒混合结构模型,并采用反应谱分析,静力和动力弹塑性分析对模型进行地震反应分析.结果结果表明:小震作用下,屈曲约束支撑处于弹性状态,可为结构提供弹性刚度,结构基底剪力,层间位移角均有所减小;大震作用下,大部分屈曲约束支撑屈服,可帮助结构耗散地震能量.结论屈曲约束支撑能够和框架-核心筒结构良好的协同工作;合理布置屈曲约束支撑,可提高结构抗扭刚度,增加了核心筒内有效使用面积,结构总质量明显下降,减小了结构地震反应.     

防屈曲耗能支撑技术研究与工程应用

山西省图书馆新楼为不规则框架结构,为了抵抗平面扭转,在楼梯及转角部位设置了防屈曲耗能支撑,替代了混凝土支撑与钢支撑,提供同样的刚度,耗能性能与抗震稳定性大大提高,而且起到提高结构阻尼的效果。介绍了防屈曲耗能支撑原理、布置原则、材料要求、连接方法、施工安装及质量验收。     

基于OpenSees的屈曲约束支撑混凝土框架静力弹塑性分析

目的为给出合理的抗震设计建议,研究不同参数的屈曲约束支撑混凝土框架结构的抗震性能.方法对一个四层三跨的混凝土框架结构进行静力弹塑性分析.建立模型过程中,同时考虑材料的非线性,构件的几何非线性.在此基础上,分析外围钢管的刚度、夹层混凝土的强度、内芯软钢的刚度对混凝土框架结构抗震性能的影响.结果屈曲约束支撑外围套管的厚度对其抗震性能有着较大的影响,建议采用厚度为5 mm的钢管.不同约束混凝土强度对屈曲约束支撑抗震的性能影响:层间位移角相差不到10%,属次要因素,混凝土采用C20即可.结论屈曲约束支撑混凝土框架结构具有良好的抗震性能,屈曲约束支撑外围刚度对框架结构的抗震性能影响最大,内部约束混凝土的强度对其影响不大.     

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.     

设置耗能外挂墙板结构的抗震性能

外挂钢筋混凝土墙板作为工业化住宅的重要结构构件,其强度和刚度对主体结构的抗震性能有显著影响.运用有限元分析方法对设有外挂墙板的12层钢筋混凝土框架结构模型进行动力时程分析,分析结果表明设置外挂墙板后主体结构的抗侧刚度增加,自振周期缩短,抗扭性能明显提高;在多遇地震和罕遇地震作用下,相对于以往使用柔性连接未考虑外挂墙板的抗侧刚度和强度时,设置耗能外挂墙板考虑其抗侧能力后结构的最大层间位移总体上呈缩小的趋势,且相应的地震响应均呈一定程度的减弱.因此,工业化住宅的设计应合理考虑外挂墙板对主体结构抗震性能的影响.     

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.