自复位U形钢板耗能支撑设计与滞回性能分析

为控制地震作用下结构的残余变形,提出了一种自复位U形钢板耗能支撑,采用组合碟簧作为复位系统提供复位能力,将U形钢板作为耗能系统提供耗能能力.在耗能系统和复位系统的双线性弹性模型基础上,建立了支撑恢复力模型,并对支撑进行数值模拟,分析不同设计参数对支撑滞回性能的影响.结果 表明,自复位U形钢板耗能支撑具有稳定的耗能能力和良好的自复位能力,且耗能能力随U形钢板宽度的增加而增强,复位能力随组合碟簧初始预压力的增大而增强,建议将组合碟簧的预压力取值为大于耗能系统的屈服强度且小于耗能系统的极限强度.     

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。     

铰接钢框架自复位耗能支撑子结构抗震性能试验研究

为了研究安装自复位耗能装置的铰接钢框架支撑结构的抗震性能,设计制作了一榀1:2缩尺的两层单跨平面铰接钢框架自复位耗能支撑子结构.通过低周反复加载试验,对其屈服荷载、延性、耗能及复位性能等抗震性能进行了研究.结果表明,随着加载幅值的增大,子结构耗能和变形回复率均逐渐增大.该子结构的自复位耗能装置可充分发挥其耗能和自复位作...     

自复位耗能支撑滞回特性及钢框架抗震性能分析

为验证利用组合碟簧复位、摩擦装置耗能的自复位耗能支撑(DS-SCEDB)工作性能,对一根长为1.6 m的DS-SCEDB构件进行了拟静力试验,研究了其拉压对称性、耗能以及复位能力,并建立能够考虑初始残余变形的支撑分段简化模型.采用LS-DYNA有限元软件,对该恢复力模型进行二次开发,对比分析支撑有无初始残余变形两种情况...     

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。     

碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑滞回性能

为解决传统自复位防屈曲支撑变形能力不足的问题,提出一种碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑（Disc Spring-Steel Tendon Self-centering Buckling-restrained Brace,DT-SCB）. DT-SCB采用串联的钢绞线及碟簧组成的复位系统提供复位能力,通过两个并联的一字型内芯耗散地震能量. 介绍了DT-SCB构造、各阶段工作机理及恢复力模型. 建立有限元模型,研究复位比率αsc、钢绞线与碟簧组刚度比K1、复位元件与耗能系统刚度比K2等参数对支撑滞回性能、自复位效果及耗能能力的影响. 研究结果表明：提出的DT-SCB恢复力模型与模拟结果吻合较好,所有DT-SCB支撑在最大加载位移（2.5%轴向应变）内未发生明显破坏,支撑滞回曲线呈旗帜型特征,且具有稳定的耗能能力. 相比于传统基于钢绞线的自复位防屈曲支撑,DT-SCB具有更强的变形能力. DT-SCB最大残余变形随复位比率αsc提高显著减小,而刚度比K1的增加会削弱复位比率对支撑残余变形的控制效果. 钢绞线与碟簧组刚度比过大（K1≥2.0）会导致碟簧组提前被压平,进而降低支撑的变形能力. DT-SCB耗能能力受刚度比K2影响较大,其等效黏滞阻尼比随刚度比K2的增大而降低. 罕遇地震下支撑-框架结构非线性时程分析结果表明,DT-SCB可以有效减少结构的最大层间位移角及残余层间位移角,提高结构抗震性能.     

摩擦耗能支撑参数优化

提出摩擦耗能支撑参数优化的一种新数学模型．它的特点是在相同的层间位移角限值下,所求得的框架各层耗能支撑刚度之和最小,从而实现安装较少的耗能装置而能达到相同的抗震要求．文中利用遗传算法求解该优化问题,编制基于遗传算法的摩擦耗能框架结构弹塑性动力优化分析程序GAOFF．算例表明,该方法有效。     

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.     

长孔螺栓板式摩擦耗能器滞回性能试验研究

设计一种长孔螺栓板式摩擦耗能器,通过低周往复荷载试验重点研究了螺栓预紧力、滑动位移幅值和摩擦片等因素对摩擦耗能器滞回性能的影响.试验结果表明:长孔螺栓板式摩擦耗能器滞回曲线接近理想矩形,耗能器在多次循环荷载作用下耗能能力强,工作性能稳定;随预紧力吨位的增加,耗能器滑动界面抵抗机理由摩擦型向摩擦-咬合型转变,咬合作用提高了耗能器的滑动荷载;长孔螺栓板式耗能器最大稳定滑动摩擦力达178.66 kN,能较好的满足新建工程和加固工程的需要.在试验研究基础上,建立了长孔螺栓板式摩擦耗能器的恢复力模型,模型与试验结果吻合良好,具有较强的适用性.     

钢筋混凝土摩擦耗能支撑加固既有框架结构的研究

为了研究用钢筋混凝土摩擦耗能支撑对既有框架结构加固后的抗震性能,利用ETABS软件模拟既有框架结构加固前和加固后的模型。对比了两个模型的层间位移角、剪重比以及内力变化。通过研究表明:增设耗能支撑的加固措施,不仅能有效地改善既有框架结构的抗侧刚度,而且在罕遇地震作用下还能提供很好的耗能减震性能,从而使既有框架结构加固后具有足够的抗震安全储备实现其抗震设防目标。     

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.     

摩擦型耗能支撑钢框架结构抗侧力性能研究

将某六层高级住宅作为研究对象,设计了2个单跨两层钢框架结构试件,将其中一个试件嵌入摩擦型耗能支撑,另一个试件无嵌入,为普通试件。给出选用钢材的力学性能指标,介绍了试件的加载方法。对摩擦型耗能支撑钢框架试件的破坏情况进行分析。将侧移角达到1/50看作钢结构的破坏状态,对摩擦型耗能支撑钢框架结构和一般钢框架结构试件的抗侧承载力、抗侧刚度、延性、应力分布与变形进行测试。结果表明,摩擦型耗能支撑钢框架结构有很高的抗侧力性能。     

自复位耗能支撑钢板剪力墙的滞回性能研究

提出一种带自复位耗能支撑的钢板剪力墙(SPSW-SCEDB),由墙板与自复位耗能支撑组成,对其构造及工作原理进行了介绍.对SPSW-SCEDB在低周往复荷载作用下的滞回性能进行数值模拟,并与两边连接钢板剪力墙进行对比分析.结果表明,SPSW-SCEDB滞回曲线呈旗形,具备良好的承载能力、耗能能力与复位能力.与两边连接钢板剪力墙相比,SPSW-SCEDB极限承载力提高31%,,残余变形角减小91%,;同时,由于支撑与墙板的共同作用减缓了承载力退化,改善了延性及耗能能力,验证了SPSW-SCEDB具有良好的抗震性能.     

自复位耗能摇摆架加固软弱底层框架抗震性能

为改善软弱底层框架的层间变形和能量耗散模式,提出一种结合预应力钢绞线和装配式BRB的自复位耗能(SCED)摇摆架加固方案.对加固后体系进行受力性能分析,并建立有限元模型对SCED摇摆架-软弱底层框架的性能进行研究.结果表明,SCED摇摆架能明显改善软弱底层框架的破坏模式、 抗震性能、 自复位性能和变形模式,但是钢绞线和...     

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．     

新型耗能增强型SMA阻尼器设计和滞回耗能性能分析

通过形状记忆合金的材性试验研究其超弹性变形性能,并将其等效拟合为多线性模型,得到其计算参数.提出一种新型耗能增强型SMA阻尼器,说明其构造,阐述其工作原理和设计要点,并介绍阻尼器的设计方法,推导阻尼器的恢复力模型.通过有限元程序对设置该阻尼器的多层钢框架、对角设置SMA拉索的多层钢框架、普通钢框架进行低周反复分析,对比研究了该阻尼器的消能减震能力.研究结果表明:该阻尼器的滞回环非常饱满,耗能能力强,优于对角设置SMA拉索的耗能效果,因此,该新型耗能增强型SMA阻尼器在消能减震领域具有良好的应用前景.     

面向设计的摩擦耗能框架结构时程分析法

在吕西林等人研究的基础上 ,建立面向设计的摩擦耗能框架结构弹塑性的时程分析方法 .该方法中钢筋混凝土框架整体结构采用层间剪切模型 ,柱采用四线性恢复力模型 .柱模型的骨架控制点参数由 M- φ非线性计算程序计算 ,摩擦耗能装置的恢复力模型采用理想弹塑性模型 .文中利用 VC 编制相关的程序 IDAFF,该程序考虑 P- Δ效应 ,同时给出一个分析算例 .     

基于自复位支撑模型的敏感性分析

为了研究自复位支撑模型在建筑结构发生较大变形后,能够较快地使结构耗散能量并回归初始位置的特性,利用直接微分法,推导实现自复位支撑模型响应的参数敏感性分析算法,并通过二次开发,将自复位支撑模型嵌入非线性有限元软件OpenSees。结果表明:采用自复位支撑模型不仅可以弥补结构因较大灾害而永久丧失承载功能的不足,还有助于减少结构的最大变形和残余变形;基于直接微分法的计算结果与有限差分法计算结果的对比验证了基于直接微分法的敏感性分析算法的正确性、精确性和高效性。     

自复位两边连接梯形波纹钢板剪力墙滞回性能分析

本文提出了一种自复位两边连接梯形波纹钢板剪力墙结构,包括自复位钢框架与内嵌梯形竖波纹钢墙板,其中墙板仅与梁上下连接,以方便装配化施工．采用通用有限元软件ABAQUS建立了单层单跨自复位梯形波纹钢板剪力墙的有限元模型,并进行非线性滞回分析,以研究墙板连接形式、墙板波形及框架预应力水平对结构滞回性能和复位性能的影响．结果表明：自复位两边连接梯形波纹钢板剪力墙可有效耗散地震能量,控制震后残余侧移,且侧边加劲时两边连接墙板的承载力、耗能能力及残余侧移与角部切角时四边连接墙板基本相当．随着厚度的增加,两边连接波纹墙板的抗侧模式由剪切屈曲向剪切屈服转变,结构承载力及单位板厚的耗能能力显著增加,当板厚从3 mm增至9 mm时增幅分别为40%和50%,但结构残余侧移亦显著增加,2%侧移角下的残余侧移角可能超过规范可修限值的0.5%．随着波纹墙板波折角或波长的减小,结构残余侧移可有效降低,但结构承载力及耗能能力亦有所降低,最高可分别达30%和60%．另一方面,随着预应力筋的初始预应力增加50%,结构承载力增加13%,最大残余侧移角显著降低,由0.80%减小到0.35%,而耗能能力基本不变．随着预应力筋面...     

新型抗偏载变摩擦阻尼器力学特性研究

为提高传统摩擦阻尼器的耗能能力及耗能稳定性,提出并设计一种新型变摩擦阻尼器.通过采用反向不连续斜坡结构设计与蝶形弹簧组合,新型变摩擦阻尼器能够实现变阻尼力输出特性且有一定的抗偏载能力,在结构中增加副摩擦板,可有效提高阻尼器耗能能力.首先,通过建立理论模型分析阻尼器在不同工作阶段的力学特性,并对各个设计参数对阻尼器的阻尼输出特性影响进行分析.在此基础上,设计加工原理样机并进行力学特性试验研究.最后,通过有限元方法对隔振器的抗偏载能力进行验证.结果表明:新型变摩擦阻尼器试验结果与理论分析吻合;滞回曲线呈"狗骨形",即,可实现变阻尼力输出特性;摩擦耗能能力与普通平板摩擦阻尼器相比可大幅度提高耗能能力;通过调整扭矩值可实现不同的阻尼特性输出,以实现不同的隔振需求.分析结果表明,新型变摩擦阻尼器有一定的抗偏载能力.