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。     

一种新型自复位变摩擦耗能支撑的滞回性能

提出一种新型自复位变摩擦耗能支撑.该耗能支撑由高强弹簧组件、摩擦组件、内外管组成.通过调节摩擦钢板跨中挠度从而实现非线性变摩擦性能,其中高强拉簧的弹性恢复力始终大于摩擦钢板与摩擦块之间的摩擦力,从而实现自复位功能.根据简化的力学模型推导出不同摩擦钢板跨中挠度下的理论滞回曲线.为验证理论分析的正确性,对该耗能支撑进行拉压循环力学试验,分别研究位移幅值、摩擦钢板跨中挠度对其滞回曲线、力学参数的影响.试验得到的滞回曲线与理论滞回曲线大致相符,证明了本支撑设计的合理性.     

一种新型全钢防屈曲支撑在不同截面形式下的受力性能研究

参考国内外文献,提出一种新型的全钢防屈曲支撑(简称TinT),该类支撑采用工厂预制的型钢经过焊接而成,相比传统支撑具有自重轻、制作简易、成本低的优点。通过通用有限元软件ABAQUS精确分析三类不同截面形式的防屈曲支撑在非线性情况下的滞回耗能性能,结果表明(1)三种不同截面形式的TinT支撑抗震滞回性能均优于传统支撑,滞回性能均提高约150%(2)三种防屈曲支撑中,截面形式为方管套圆管的防屈曲支撑具有较好的滞回性能,能够完成2%SDR的往复拉压位移加载,内管在2%SDR位移荷载的第一圈发生屈曲(3)截面形式为双矩管的防屈曲支撑具有较好轴向受压极限承载力,能够达到2500kN的轴向单压承载力,相比另两种截面形式的防屈曲支撑提高约30%。     

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.     

杆式压电摩擦阻尼器性能的数值分析

杆式压电摩擦阻尼器是一种新型可调滞回模型的阻尼装置.本文提出了杆式压电摩擦阻尼器的基本构造,对其力学模型进行了理论分析和推导,建立了阻尼器的数值分析模型.根据推导出的力学模型,模拟了新型阻尼器的多种可调滞回曲线.通过改变新型压电摩擦阻尼器的变形或速度与外加电场强度之间的函数关系,实现了拟摩擦型、拟限位型及拟黏滞型滞回模型.通过单自由度结构减振控制数值分析算例,进一步验证了杆式压电摩擦阻尼器的减振效果.结果表明,新型杆式压电摩擦阻尼器在采用拟黏滞型滞回模型时,对结构的位移、速度和加速度控制效果分别可达到80%、50%和10%左右;采用拟摩擦型滞回模型时,对结构的位移和速度的控制效果可达到70%和48%,但由于控制力始终保持在较大水平不变,因此对加速度的控制效果稍差.     

约束屈曲支撑受力性能及高阶模态分析

应用ANSYS对约束屈曲支撑在静力往复荷载作用下的受力性能进行模拟,通过计算得到支撑滞回曲线以及其内部应力分布状况.追踪支撑内核高阶模态屈曲的过程,结果表明约束屈曲支撑具有良好的耗能特性.通过对14个不同缝隙和5个不同摩擦系数的约束屈曲支撑进行计算,得出缝隙和摩擦力对约束屈曲支撑内力的影响.应确定合理的缝隙尽量减小磨擦力.     

四主缆大跨悬索桥抗震性能分析及减震措施优化

以燕矶长江大桥为工程背景,首先,采用动力非线性时程法分析了燕矶长江大桥抗震性能,并研究了设置电涡流-摩擦组合型阻尼器和黏滞阻尼器对大跨悬索桥抗震性能的影响;然后,对附加电涡流-摩擦组合型阻尼器摩擦力、阻尼系数和阻尼指数开展了参数敏感性分析;最后,从耗能角度分析地震作用下电涡流-摩擦组合型阻尼器减震特点.结果表明：在E2地震作用下,桥塔关键截面抗弯能力均大于弯矩需求;在“纵向+竖向”地震作用下梁端纵向位移较大.设置塔梁处纵桥向阻尼器后,可有效降低主桥梁端纵向位移;增大摩擦力、阻尼系数与降低阻尼指数均可提升梁端纵向地震响应的控制效果,但参数变化对桥塔控制截面的地震响应影响较小.阻尼系数较大时,电涡流阻尼主导了电涡流-摩擦组合型阻尼器耗能,相较于黏滞阻尼器,电涡流-摩擦组合型阻尼器对梁端纵向位移控制效果更好.     

新型剪切型全装配式防屈曲耗能支撑的耗能性能分析

本文主要介绍了新型剪切型全装配防屈曲耗能支撑的构造,通过理论推导出剪应力起控制作用时所满足的高宽比以及外套钢管的内外半径的确定。通过有限元软件ABAQUS分析缝隙间小板块的高宽比,高厚比对滞回曲线的影响,最后得出本文所研究的新型剪切型防屈曲耗能支撑的耗能能力是较强的。     

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.     

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.     

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。     

多层屈曲约束斜撑钢框架静动力抗震设计

为简化多层钢框架结构在强震作用下的弹塑性时程分析,并从能量与层间位移的角度建立评价关系式,以屈曲约束支撑水平力分担率β为主要研究参数建立6个多层屈曲约束斜撑钢框架模型,对各模型静动力弹塑性分析结果进行比较研究。计算分析表明,当β为20%～60%时,各模型各层的层间位移、屈曲约束斜撑的的塑性变形能量分布以及层滞回曲线关系的静力分析值与弹塑性时程分析值基本吻合,其静力分析能够比较准确的评价强震作用下地震反应效应,其设计可采用修正底部剪力法。     

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.     

屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构的消能减震分析

针对纯钢筋混凝土框架结构在地震高烈度区使用受限的情况,提出在框架中加入BRB形成一种具有耗能减震作用的结构.并选取一个9层钢筋混凝土框架结构,采用反应谱和时程分析两种方法对该框架结构在设置屈曲约束支撑前后的抗震性能进行了对比计算分析.结果表明,在框架结构中合理设置屈曲约束支撑,可以达到小震下增加框架结构的侧向刚度,明显降低结构侧向变形,大震下支撑屈服耗能,保证结构的安全可以取得良好的减、隔震效果.     

PFD-SMA支撑体系的抗震性能

对传统的Pall摩擦阻尼支撑体系进行改进,提出一种PFD-SMA支撑体系,充分利用Pall摩擦阻尼器(PFD)和形状记忆合金(SMA)的优点,使该体系具有强耗能能力和自复位功能;考虑几何非线性采用ANSYS程序对SMA棒材和PFD-SMA体系进行分析。研究结果表明:SMA棒材具有较强的耗能能力,且可恢复应变大;在钢框架结构中采用PFD-SMA体系能有效降低结构的地震响应,提高结构的抗震性能,同时,该体系可通过形状记忆超弹性及形状记忆效应具有双重自复位功能,表明PFD-SMA体系具有良好的抗震性能。     

殷占忠1,2,张素峰1,孙源1,王立功1

基于Opensees程序对原框架和增设改进型双钢管约束屈曲支撑进行加固的钢框架进行Pushover分析和非线性时程分析,对两者的抗震性能进行比较。得出以下结论：加固后的钢框架刚度和强度明显提高,顶层侧移比减小而底部剪力比增加较小;地震作用下,加固后的框架破坏程度远小于原框架,所产生的塑性铰主要集中在中间跨梁和支撑处,避免了其它构件发生破坏。说明对原框架增设改进型双钢管约束屈曲支撑进行加固,可提高结构的抗震性能。     

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。     

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.     

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.