巨型钢框架-拉索支撑结构的三种抗震分析方法比较

针对新型巨型钢框架-拉索支撑结构体系的抗震性能,采用Pushover分析、振型分解反应谱分析及时程分析三种方法,分别研究典型巨型钢框架-拉索支撑结构在8度多遇地震作用下的底部剪力和层间位移角。结果表明,三种不同抗震分析方法得到的底部剪力和层间位移角最大值由小到大的顺序均为:Pushove分析、反应谱分析、时程分析。由于时程分析法能更好地反映巨型钢框架-拉索支撑结构顶部的地震作用响应,在评估其抗震性能时应作为其他两种方法的补充。     

自复位摩擦耗能支撑钢框架结构抗震性能的数值分析

自复位摩擦耗能(SCFED)支撑可以经历较大的变形,耗散地震动能,并且具有自复位功能,减少结构残余变形,因而得到广泛应用。为了研究SCFED支撑框架的抗震性能,用SAP2000多段线性连接单元和Wen塑性单元分别模拟复位系统和耗能系统的力学性能,二者并联模拟SCFED支撑力学性能,比对实验结果验证模型后,对6层FEDB和SCFEDB两种钢框架进行了地震作用下的动力响应分析,通过调整地震波的峰值,考虑了小震FOE、中震DBE和大震MCE下的结构抗震性能,分析结果表明文中的数值模拟模型分析结果和试验基本吻合,可以研究SCFED支撑框架抗震性能。与FEDB框架相比,SCFEDB框架可以减小结构的最大层间位移和残余位移,减少了与结构构件刚性连接的非结构构件的损伤,提高了结构的韧性。     

自复位胶合木框架结构设计方法与地震易损性分析

自复位体系可以降低结构震后残余变形,提高震后快速恢复能力。将自复位体系与胶合木框架结构相结合,是提高木框架结构抗震韧性的重要途径之一。为此,提出了自复位胶合木梁柱节点(self-centering glulam post-and-beam joint)设计方法,并对自复位结构(self-centering structure)进行抗震性能评估。通过对两种构造的自复位节点（无耗能件节点和带特制角钢耗能件节点）进行拟静力试验。依据试验结果提出节点设计流程,并以一栋三层自复位胶合木框架结构为算例,采用OpenSees建立了算例的简化数值模型。对算例进行了两方面的抗震性能评估,一方面通过弹塑性动力时程分析,验证结构设计流程的可行性;另一方面,进行最大层间位移角与残余层间位移角的地震易损性分析。易损性分析结果表明,相比传统胶合木框架结构,依据所提流程设计的自复位胶合木框架结构,可以显著减小结构残余变形。     

自复位胶合木框架结构设计方法与地震易损性分析

自复位体系可以降低结构震后残余变形，提高震后快速恢复能力。将自复位体系与胶合木框架结构相结合，是提高木框架结构抗震韧性的重要途径之一。为此，提出了自复位胶合木梁柱节点(self-centering glulam post-and-beam joint)设计方法，并对自复位结构(self-centering structure)进行抗震性能评估。通过对两种构造的自复位节点（无耗能件节点和带特制角钢耗能件节点）进行拟静力试验。依据试验结果提出节点设计流程，并以一栋三层自复位胶合木框架结构为算例，采用OpenSees建立了算例的简化数值模型。对算例进行了两方面的抗震性能评估，一方面通过弹塑性动力时程分析，验证结构设计流程的可行性；另一方面，进行最大层间位移角与残余层间位移角的地震易损性分析。易损性分析结果表明，相比传统胶合木框架结构，依据所提流程设计的自复位胶合木框架结构，可以显著减小结构残余变形。     

近场地震动作用下复合自复位结构考虑残余位移的性能评估

作为实现震后可恢复的一种结构解决方案,提出了一种复合自复位结构,并基于联合概率密度函数对其进行性能评估。复合自复位结构将结构在体系层次上分为基本功能分区和损伤控制分区。基本功能分区实现结构的正常使用功能,承担大部分的地震作用和全部的重力荷载;损伤分区实现结构自复位和耗能,分担剩余的地震作用和控制结构的层间位移集中程度。基于刚度需求的设计该结构,并对其基于联合概率密度函数进行评估,将最大层间位移角和残余层间位移角作为变量,计算得到易损性曲线、联合易损性概率矩阵和联合需求位移角曲面。结果表明,该体系不仅可以有效降低结构的损伤概率,而且可以有效地控制结构的层间位移集中程度。耗能分区可以通过耗能和自复位降低基本功能分区的最大层间位移角和残余层间位移角,并且可以降低结构出现局部薄弱层的整体损伤模式。     

不同地震动特性下RC框架校舍抗震加固残余变形分析

校舍的抗震性能和震后残余变形直接关系到学生的顺利疏散和学校的震后修复,因此,本文以RC框架校舍为背景对其不同地震动特性下的抗震性能和震后残余变形展开研究。首先,介绍了泰州市姜堰区实验小学敏学楼的工程概况和加固方案,并据此建立了结构三维有限元模型,开展了动力特性分析;随后,进行多遇地震作用下的弹性和设防/罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,并以层间位移角为性能指标对结构抗震性能水平进行了评估;最后,以层间残余位移角和顶点残余位移为指标对比分析了近、远场地震作用下的结构残余变形。研究结果表明,近场地震作用下的抗震性能水平和残余变形指标均差于远场地震作用下的结果,其中底层层间残余位移角为远场地震的1. 67倍;加固后结构在罕遇地震作用下的破坏模式由严重破坏降低到了不严重破坏,层间最大残余位移角最大降低了69. 9%,校舍逃生概率和震后恢复能力显著提升。     

自复位钢框架结构抗震性能动力时程分析

文中主要针对梁腹板带有摩擦阻尼器的自复位钢框架整体结构进行抗震性能和自复位性能的研究。首先提出利用ABAQUS有限元软件连接单元实现整体结构自复位梁柱节点双旗帜滞回模型的模拟方法。将用该方法模拟的自复位梁柱节点弯矩-转角滞回曲线与课题组已经完成的3个节点试验滞回曲线相对比,结果表明:节点刚度和弯矩值与试验值吻合较好,证明了该模拟分析方法的可行性。然后对同条件的自复位钢框架和刚接框架(仅梁柱节点形式不同)进行了24条地震动下的时程分析,结果显示:自复位钢框架各层最大绝对速度、绝对加速度和自振周期与刚接框架均十分接近,层间位移角接近或略大于刚接框架,基底剪力、结构塑性发展和震后残余层间位移角均远小于刚接框架,结构震后自动复位优势明显。     

一种设置新型自复位节点的钢框架结构体系整体抗震性能分析

为研究设置新型自复位节点的钢框架结构体系的整体抗震性能,建立了1个传统焊接框架体系和3个新型自复位节点的框架结构体系有限元模型。对比分析了新型自复位节点框架结构体系与传统焊接框架结构体系的位移响应,并研究了不同地震波作用下新型自复位节点在结构不同位置的整体性能。分析结果表明：新型节点框架结构体系传力稳定,均未出现明显的损伤变形,且其顶点最大位移与总高度之比均小于钢框架弹塑性位移角1/50的限值,满足抗震要求;新型节点框架结构体系最大层间位移角均出现在首层,但最大层间位移角均保持在0.03 rad以内,处于生命安全水准。研究结果表明,该新型自复位节点框架结构体系钢绞线工作稳定,框架结构具有较好的整体性。     

双重耗能摇摆桁架-钢框架结构体系的抗震性能分析

为了提高结构的抗震性能,提出了一种双重耗能摇摆桁架-钢框架结构体系,即在摇摆桁架和钢框架连接处安装黏滞阻尼器,并在桁架底部设置自复位支撑(SCED)。建立了该系统的数值模型,并与摇摆桁架-钢框架对比分析,以研究其在地震下的抗震性能。结果表明:黏滞阻尼器在地震作用下充分发挥耗能能力,自复位支撑在地震作用下的残余应变基本为零,并能为结构提供足够的自复位能力,结构的抗震性能得到了很大提高。     

Y型偏心支撑半刚性连接钢框架动力性能研究

Y型偏心支撑既能提供足够的弹性刚度,又能使结构具有很好的抗震性能;半刚性节点对钢框架结构的性能影响很大,在进行钢框架结构设计时必须要考虑半刚性的影响。将Y型偏心支撑与半刚性连接结合起来的结构形式是一种新型抗震结构体系。运用结构通用有限元软件MIDAS GEN建立不同连接刚度的半刚性连接Y型偏心支撑钢框架模型。并对其进行模态分析、多遇地震下和罕遇地震下的时程分析,得到各不同连接刚度Y型偏心支撑钢框架的自振周期、层间位移、层间位移角及顶点时程位移曲线。通过对比分析可知,半刚性连接对Y型偏心支撑钢框架的抗侧刚度有很大影响,半刚性连接可以很好地改善结构的抗震性能。Y型偏心支撑与半刚性节点都可以提高结构的抗震性能,两者相结合的结构形式有很好的应用前景。     

基于屈服点谱法的中心支撑钢框架抗震性态评估

屈服点谱(Yield Point Spectra,YPS)是以位移-加速度表述的反应谱形式。YPS可以用于对现有结构进行抗震评估,确定结构在给定地震作用下的峰值位移和延性。本文按照我国设计规范分别设计了6层、9层、12层3个人字形中心支撑钢框架结构,利用YPS对3个结构进行非线性静力分析,得到结构在设防地震和罕遇地震下的峰值位移和层间位移角,并与SAP2000动力时程分析得到的结果进行对比,评估人字形中心支撑钢框架在设防地震和罕遇地震下的抗震性态,评价了YPS方法用于中心支撑钢框架抗震性态评估的可靠性。     

自复位剪力墙的三水准抗震设防与四水准抗震设防对比研究

基于三水准抗震设防的传统结构虽已逐步控制了建筑倒塌和人员伤亡,但造成的经济损失和社会影响仍然巨大。可恢复功能结构体系震后修复成本较小,能够减少地震造成的经济损失。但三水准抗震设防由于其局限性无法充分体现可恢复功能结构的优越性,因此,前期提出了可恢复功能结构体系的四水准抗震设防目标：小震及中震不坏,大震可更换、可修复,巨震不倒塌。为了比较三水准抗震设防与前期提出的四水准抗震设防在抗震性能、经济性等方面的优劣,以一幢4层自复位剪力墙结构为例,采用基于位移抗震设计方法分别设计了三水准抗震设防大震下与四水准抗震设防巨震下的自复位剪力墙,并进行了低周反复分析与弹塑性时程分析,分析结果表明,四水准抗震设防能够充分发挥可恢复功能结构体系的优越性,且两种抗震设防下,单位长度的自复位剪力墙造价基本相同。     

三层足尺分层装配支撑钢框架结构的振动台试验研究

为探究分层装配支撑钢框架体系在真实地震动力作用下的响应与性能,以某3层足尺房屋钢框架结构为研究对象,输入不同水准下的3条地震波进行振动台试验,分析了结构动力分步损伤行为、主（余）震层间变形、残余位移响应及其柔性支撑的可修复性。研究结果表明,结构满足我国规范对于抗震安全性的要求。在罕遇地震作用下,结构损伤集中于柔性支撑而主框架基本保持弹性,表现出损伤控制的特征,且震后基本无残余位移。未对支撑进行修复的结构在余震作用下的位移响应有所放大,但对支撑进行简易修复之后,结构抗震性能基本完全恢复。在超大地震作用下,主框架作为第二道抗震防线发展局部塑性变形,但震后残余位移仍然很小。柔性支撑初始是否张紧对结构初始刚度和层间位移分布有较大影响。支撑在动力作用下的突然张紧对结构产生了冲击效应,而支撑的延性可有效缓解此效应的影响。研究总体表明分层装配支撑钢框架体系应用于低多层建筑时具有优良的抗震性能与震后可恢复性。     

自复位支撑-摇摆框架结构体系及其基于位移抗震设计方法

本文提出一种可恢复功能结构体系——自复位支撑-摇摆框架结构体系，旨在同时实现较大刚度、自复位能力以及构件间的变形协调。针对可恢复功能结构体系防震能力强的特点，已建立了可恢复功能结构体系“小震及中震不坏，大震可更换、可修复，巨震不倒塌”的抗震设防四水准目标。文中结合可恢复功能结构体系四水准性能指标，采用基于位移的抗震设计方法，进行了自复位支撑-摇摆框架结构设计。以一幢四层结构为例，给出了四水准抗震设防目标下的基于位移设计方法算例，并建立了ABAQUS有限元数值模型，进行了弹塑性时程分析。分析结果表明，按文中方法设计的自复位支撑-摇摆框架体系可满足可恢复功能结构体系抗震设防目标，达到各性能指标要求。     

Seismic design and performance analysis of buckling‐restrained braced RC frame structures

Due to the stable hysteretic behavior, buckling‐restrained braces (BRBs) have been increasingly adopted in reinforced concrete (RC) frame structures to develop a dual structural system (BRB‐RCF). This study proposed an alternative strength‐based design approach that decomposes the dual BRB‐RCF system into two independent RC frame and BRB system using the BRB‐carrying story shear ratio. The design of RC frame is performed in an integrated manner by considering the BRB postyielding force demands. Three RC frames with five, 10, and 15 stories were employed as prototype structures, and seven story shear ratios ranging from 0.1 to 0.7 were used to generate a total of 21 structural modes. The material usage, maximum axial compression ratio of columns, and elastic interstory drift ratio were compared for different story shear ratios. Nonlinear dynamic analysis of the BRB‐RCFs subjected to 12 ground motions were carried out. The seismic response including the maximum interstory drift ratio, hysteretic energy dissipation ratio, and actual BRB‐carrying story shear ratio were systematically assessed for different design story shear ratios. Based on the considerations of material usage and seismic performance, it is suggested that the design BRB‐carrying story shear ratio should be in the range of 0.3 to 0.5.     

Validation of a steel dual-core self-centering brace (DC-SCB) for seismic resistance: from brace member to one-story one-bay braced frame tests

A steel dual-core self-centering brace (DC-SCB) is an innovative structural member that provides both energy dissipation and self-centering properties to structures, reducing maximum and residual drifts of structures in earthquakes. The axial deformation capacity of the DC-SCB is doubled by a parallel arrangement of two inner cores, one outer box and two sets of tensioning elements. This paper presents cyclic test results of a DC-SCB component and a fullscale one-story, one-bay steel frame with a DC-SCB. The DC-SCB that was near 8 m-long was tested to evaluate its cyclic behavior and durability. The DC-SCB performed well under a total of three increasing cyclic loading tests and 60 lowcycle fatigue loading tests without failure. The maximum axial load of the DC-SCB was near 1700 kN at an interstory drift of 2.5%. Moreover, a three-story dual-core self-centering braced frame (DC-SCBF) with a single-diagonal DC-SCB was designed and its first-story, one-bay DC-SCBF subassembly specimen was tested in multiple earthquake-type loadings. The one-story, one-bay subassembly frame specimen performed well up to an interstory drift of 2% with yielding at the column base and local buckling in the steel beam; no damage of the DC-SCB was found after all tests. The maximum residual drift of the DC-SCBF caused by beam local buckling was 0.5% in 2.0% drift cycles.     

自复位墙防震结构基于力设计方法研究

自复位墙防震结构作为典型的可恢复功能结构,具有变形能力强、结构损伤小等特点,可显著减少建筑结构的震后修复费用。现有研究对自复位墙防震结构一般采用基于位移设计方法进行设计,而先结构选型、后位移校核的基于力设计方法尚未形成。为此,提出了自复位墙防震结构基于力设计方法,以规范中规定的地震影响系数曲线为依据,考虑了多水准抗震设防时结构的最大层间位移角限值要求。以一幢6层自复位墙防震结构为例,采用有限元分析进行了基于力设计方法的位移验算有效性验证,并基于理论推导,对基于力设计方法和基于位移设计方法进行了对比,证明了两种设计方法理论基础的一致性。研究表明,基于力设计方法可作为对基于位移设计方法的补充,满足自复位墙防震结构的设计需求。