高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能影响参数分析(Ⅰ)

为研究不同参数对高强钢组合K形偏心支撑框架结构在罕遇地震作用下的受力性能和变形能力的影响,对6种不同长度的耗能梁段的高强钢组合K形偏心支撑框架结构(耗能梁段为Q345钢,框架梁柱及支撑为Q460钢)进行了非线性动力时程分析。研究了耗能梁段长度对结构的周期、层间位移角和楼层剪力、耗能梁段受力及变形、框架柱弯矩和轴力的影响。结果表明:耗能梁段长度对结构的楼层剪力和框架柱的弯矩影响很小,对结构层间位移角、耗能梁段转角、耗能梁段剪力、支撑跨框架柱轴力的影响较大。层间位移角和耗能梁段转角随耗能梁段长度的增加而增大,耗能梁段剪力和支撑跨框架柱轴力随耗能梁段长度的增加而减小。当耗能梁段长度超过某一数值时,层间位移角迅速增大,对抗震不利。耗能梁段长度取(0.926～1.285)M_p/V_p较为合理。     

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.     

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。     

耗能梁段腹板开孔对偏心支撑钢框架抗震性能影响

为研究耗能梁段腹板开孔对K型偏心支撑钢框架抗震性能的影响,进行了一个1∶2缩尺单层单跨试件的拟静力加载实验,并采用ABAQUS软件对其结果进行数值模拟.在验证其结果准确的基础上,分别以开孔率、孔间竖向距离、孔间横向距离为参数建立了3组有限元模型,系统分析了不同开孔参数对模型抗震性能的影响.结果表明:在腹板厚度不变的情况...     

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.     

K型偏心支撑钢框架支撑的设计研究

为研究不同支撑刚度K型偏心支撑钢框架的抗震性能,对5个具有不同支撑截面的试件进行了非线性有限元分析。结果表明:为保证耗能梁段先行剪切屈服而支撑不屈曲,支撑应具有足够的刚度;支撑长细比较小的试件滞回性能较好,而长细比过小则会降低结构的延性和耗能性能;对于长细比较小的支撑,其翼缘宽厚比应严一些,而腹板高厚比则可适当放宽;支撑斜杆与横梁的连接焊缝发生断裂破坏的可能性较大,在施工中应对该处焊缝的焊接质量进行严格控制。并根据有限元模拟结果提出了设计和施工建议。     

典型局部钢框架结构变形机理分析

为了研究钢框架弹性变形与柱、梁变形之间的一般规律,以常见的钢框架结构中的柱、梁连接处十字形局部框架作为分析模型,以柱梁刚度比、楼层高跨比、梁柱截面高度比以及H型截面构件任一侧翼缘与腹板的截面积比等为主要研究参数,通过受力与变形分析,探讨了典型局部钢框架的力学机理。结果表明:局部框架变形中,柱变形与总变形比值,随柱梁刚度比和梁柱截面高度比的增大而减小;随着框架楼层高跨比的增大而增大;而梁变形与总变形比值,随柱梁刚度比和梁柱截面高度比的增大而增大;随着框架楼层高跨比的增大而减小;柱为H型截面时柱变形与总变形比值有增大的趋势。     

屈曲约束支撑布置方式对钢框架抗震性能的影响

钢框架结构中,不同的屈曲约束支撑布置方式对结构的耗能减震性能有较大影响.采用有限元软件SAP2000,对5跨8层钢框架结构模型进行弹塑性动力分析,对比不同的屈曲约束支撑布置方案下的结构动力特性与动力响应.结果表明,支撑布置在中间跨要优于边跨;支撑沿长度方向上通长布置,能够充分利用屈曲约束支撑在罕遇地震作用下的耗能减震性能.     

高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱 偏压性能试验

为研究高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱(CFST)在偏心受压荷载作用下的力学性能,对Q420型高强冷弯钢设计制作的矩形截面钢管混凝土柱进行偏心受压试验,获得试件在偏压荷载作用下的破坏形态、跨中挠度及应变分布规律,并分析不同参数对试件偏心受压承载能力的影响.试验结果表明:高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱的偏心受压性能受长细比、偏心率和宽厚比等参数影响较为明显,长细比、偏心率和宽厚比越大,高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱的偏心受压承载能力越小.     

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。     

蜂窝式偏心受压构件腹板局部稳定性试验

目的研究蜂窝式偏心受压构件腹板局部稳定性能,得到蜂窝式偏心受压构件腹板高厚比限值.方法对具有相同开孔率的正六边形孔、圆形孔的两个蜂窝构件进行试验研究,以试验为基础,建立有限元分析模型,将试验结果同有限元分析结果进行对比;利用该模型讨论孔型、翼缘与腹板厚度比、腹板高厚比以及竖向开孔率对于弹性屈曲荷载、临界应力以及极限荷载的影响,提出蜂窝偏心受压构件腹板弹性屈曲临界应力公式以及高厚比限值公式.结果有限元分析结果同试验结果吻合良好,偏心受压时,具有相同开孔率的蜂窝构件,六边形孔腹板的局部稳定性好于圆形孔,蜂窝式偏心受压构件腹板弹性屈曲荷载随腹板高厚比的增大而减小,但随着翼缘与腹板厚度比和竖向开孔率的增大而增大.结论拟合出蜂窝偏心受压构件腹板的弹性屈曲临界应力公式,以保证腹板在发生强度破坏之前不发生屈曲为设计准则;建立腹板高厚比限值公式,该式反映了腹板高厚比、翼缘与腹板厚度比及竖向开孔率对腹板局部稳定的影响,能准确地反映蜂窝构件的实际工作状况,为实际工程提供参考.     

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.     

波形钢腹板箱梁的腹板受力性能及桥面板横向内力分析

通过对一片波形钢腹板单箱双室试验梁的弹性阶段试验,对沿桥面板横向不同位置荷载作用下的腹板竖向变形、纵向变形及桥面板横向应变进行了观测.分析了该组合梁的腹板受力性能及腹板支撑下的桥面板横向受力特征,得到了边腹板和中腹板的变形特征及腹板与顶板线刚度比对桥面板横向受力的影响.结果表明:不同横向位置荷载作用下,波形钢腹板单箱双...     

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.     

热-力耦合作用下钢板剪力墙抗火性能分析

为了研究不同参数对钢板剪力墙抗火性能的影响,应用有限元软件ABAQUS建立不同轴压比和高跨比的钢板剪力墙模型,分析其在标准升温曲线作用下结构变形规律和钢板应力变化。分析结果表明:随着轴压比的增大,柱横向变形和钢板应力曲线变化不明显,随温度的升高,柱轴向位移会随之减小,说明改变轴压比对柱轴向位移有一定影响,位移在极限变形允许范围内;随着高跨比的增大,梁挠度、柱横向变形逐渐增大,钢板应力变化不大,说明改变高跨比对钢框架变形影响较大、受力影响较小,钢框架变形在允许范围内可继续承载。     

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.     

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.     

偏心受压部分填充混凝土圆形钢桥墩横桥方向作用下拟静力试验

目的研究偏心受压及横桥方向往复荷载作用下部分填充混凝土圆形钢桥墩的力学性能.方法在径厚比、长细比等参数相同的条件下,竖向偏心荷载的偏心率为0.1和0.2时,对4个圆形截面部分填充混凝土钢桥墩试件进行试验.分析偏心受压及横桥向荷载作用下部分填充混凝土钢桥墩柱试件试验结果.结果竖向偏心荷载的存在改变了试件的受力性能.当试件的径厚比、长细比参数相同时,偏心率对钢管柱的承载能力影响比较明显.偏心率越大,桥墩的初始水平位移也随着增加.而偏心荷载的存在使得试件在偏心侧的承载力降低了7%~15%,另一侧加强了10%~18%,且偏心率越大,该现象越明显.结论内填混凝土对钢桥墩柱试件的承载力和延性性能有很好地补强效果;而竖向偏心荷载的存在使得试件在偏心侧的承载力降低,另一侧加强.     

水平分布柱间支撑对多高层钢框架抗连续倒塌性能的影响

通过LS-DYNA动力非线性分析,研究了水平支撑对多高层钢框架结构抗连续倒塌性能的影响.以一幢10层钢框架结构为原型,分别对纯框架和二层布置水平支撑2种结构方案进行了分析.采用备用荷载路径法,即在结构稳定状态下突然移除底层1根或相邻2根承重柱,分析结构在移除底层柱后的动力响应.分析结果表明,水平支撑能显著减小破坏部位的竖向位移,使同层各柱轴力分配趋于均匀化,从而提高结构的抗连续倒塌能力.根据有限元计算结果并考虑到经济因素的影响,多高层钢框架底层柱子轴压比在常规荷载作用下应控制在0.3～O.4之间.     

高层钢框架结构变形控制设计方法研究

目的改进现阶段基于承载能力极限状态分析法应用在高层钢结构设计中的不足.方法选取二阶效应参数c、结构高宽比H/L、框架柱长细比λ和梁柱总线刚度比KZ等参数对单跨12层钢框架结构1B12F及双跨32层钢框架支撑结构2B32F进行工况设计与参数分析.结果由滞回曲线结果看出,对于不同参数的钢框架结构,其一层柱顶的滞回曲线均为饱满的梭形.对于1B12F钢框架结构及2B32F钢框架支撑结构,在荷载达到一级加载制度的峰值时,结构柱顶水平侧移与层间相对侧移均已经超过了规范的位移容许值.结论对于钢框架结构以及弱支撑的钢框架支撑结构,在低周往复荷载作用下刚度退化迅速,由于其侧向刚度较低,框架的侧移超过了正常使用极限状态的位移容许值,其抗震设计应由位移作为控制标准.