K形、V形偏心支撑钢框架抗震性能对比研究

K形、V形偏心支撑钢框架在设计、制作、用钢量等方面都较为接近,但结构特性有所不同。设计了K形、V形偏心支撑钢框架典型算例各20个,采用显式有限元工具建立数值模型,利用基于位移模式的Pushover方法对结构进行推覆分析,对比了两种体系在极限水平变形、耗能能力和极限承载能力方面的不同并分析了原因,得出了V形偏心支撑钢框架性能优于K形偏心支撑钢框架的结论,建议在设计中优先选用V形偏心支撑钢框架。     

V形偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布

为将基于能量的抗震设计方法应用到多自由度结构的抗震设计中,选用20条远场地震波和15条近场地震波,对不同层数的V形偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布规律进行了研究,对比分析了远、近场地震下结构滞回能需求分布的不同,给出了滞回能需求层间分布系数的简化计算公式。研究表明,V形偏心支撑钢框架主要依靠耗能梁段发生剪切变形耗散地震能量;近场地震会加大结构底部响应及滞回能需求。     

K形和Y形偏心支撑钢框架滞回性能试验研究

进行了1/3缩尺的K形和Y形偏心支撑钢框架的低周反复荷载试验,分析了K形和Y形偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明,K形和Y形偏心支撑钢框架均具有较好的延性及耗能能力;K形偏心支撑钢框架横梁的竖向变形较大,Y形偏心支撑钢框架横梁的竖向变形较小;虽然Y形偏心支撑钢框架侧向刚度低于K形偏心支撑钢框架,但也能提供较大的初始抗侧刚度,可满足小震或中震作用下的结构变形要求,同时在大震作用下可以提供良好的变形能力和耗散地震能量的双重功能。     

基于性能设计的高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能研究

Y形偏心支撑钢框架结构中耗能梁段置于框架梁之外,耗能梁段变形不会对主体结构和楼板造成损害,震后易于修复更换。为了保证耗能梁段充分发挥塑性变形进行耗能,非耗能构件(框架梁、框架柱)截面设计往往过大,浪费钢材且限制了偏心支撑钢框架的应用。高强钢组合偏心支撑框架结构是指耗能梁段采用普通钢材(Q345钢),而框架梁、柱等非耗能构件采用高强度钢材(如Q460),不仅有效减小构件截面,而且可以推动高强钢在抗震设防区的应用,经济效益显著。采用基于性能的抗震设计方法设计了5层、10层、15层和20层的Y形偏心支撑钢框架结构,算例模型包括高强钢组合Y形偏心支撑钢框架和传统普通钢Y形偏心支撑钢框架,通过Pushover分析和时程分析研究该结构形式的承载力、抗侧刚度、层间侧移分布及破坏模式。研究表明:相同设计条件下,高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构与普通钢Y形偏心支撑钢框架结构的承载能力相近,但抗侧刚度略低,罕遇地震作用下二者具有相似的层间侧移分布和破坏模式。     

耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架抗震性能的影响

分析了K形偏心支撑钢框架中耗能梁段的受力特性,利用非线性有限元程序探讨了耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架刚度、延性及耗能性能的影响,提出了初步设计时耗能梁段长度的取值范围。     

耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架抗震性能的影响

分析了K形偏心支撑钢框架中耗能梁段的受力特性,利用非线性有限元程序探讨了耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架刚度、延性及耗能性能的影响,提出了初步设计时耗能梁段长度的取值范围.     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

高强钢组合偏心支撑钢框架是一种耗能梁段采用屈服点较低的钢材(Q235,Q345),其他构件采用高强度钢材(Q460,Q690)的新型结构体系。为研究其抗震性能,对4个1∶2缩尺的单层单跨高强钢组合K形偏心支撑钢框架平面试件进行了单调加载试验和循环加载试验。试验以耗能梁段长度为变化参数,研究试件的破坏模式和主要抗震性能指标。研究结果表明,高强钢组合K形偏心支撑钢框架的承载力高、延性较好、耗能能力强;剪切屈服型试件的耗能能力好于弯曲屈服型;单调加载的破坏位移远比循环加载的大,前者的承载力高于后者,但相同位移时前者的荷载低于后者;循环荷载作用下试件破坏主要集中在第一道抗震防线耗能梁段上,此时高强钢构件基本处于弹性工作状态,残余变形较小;高强钢组合K形偏心支撑钢框架是一种有利于震后修复的双重抗侧力体系。     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能对比分析

为研究不同强度组合的高强钢组合K形偏心支撑框架结构的抗震性能,设计了一组不同强度(Q345、Q460、Q690钢材)组合的5层K形偏心支撑框架结构算例Q345-5、Q460-5和算例Q690-5,选取10条地震动记录对其进行动力时程分析,得到各算例在不同水准地震作用下的耗能梁段转角和层间位移角。研究表明：8度罕遇地震作用下,高强钢组合K形偏心支撑框架的层间位移角比传统K形偏心支撑钢框架大,各算例耗能梁段全部进入塑性变形阶段;塑性层间位移角到达规范限值时,算例Q460-5框架梁开始进入塑性变形阶段,算例Q690-5框架柱、框架梁和支撑均处于弹性变形阶段,还可以承受更大的地震作用;达到定义的极限状态时,与传统偏心支撑钢框架相比,算例Q460-5能够承受的地震作用和耗能梁段转角更小;算例Q690-5承受的地震作用和耗能梁段转角更大。     

V形偏心支撑钢框架耗能梁段长度研究

为了研究耗能梁段长度对V形偏心支撑钢框架滞回性能的影响,应用ABAQUS V11.0建立了8个不同长度耗能梁段的有限元模型并进行非线性分析,研究了耗能梁段长度变化对V形偏心支撑钢框架承载力、刚度、延性和耗能能力的影响。研究结果表明:V形偏心支撑钢框架具有良好的耗能能力,耗能梁段的长度对V形偏心支撑钢框架的承载力、刚度、延性及耗能性能均有较大影响。随着耗能梁段长度的增加,V形偏心支撑钢框架的刚度及承载力呈降低趋势,延性系数和功比系数先增大后降低。根据有限元分析结果,给出了V形偏心支撑钢框架耗能梁段长度的合理取值范围。     

高强钢组合K形偏心支撑框架结构振动台试验研究

为研究高强钢组合K形偏心支撑框架的抗震性能,推动高强钢在我国建筑领域的应用,对一个单跨两榀三层高强钢组合K形偏心支撑钢框架进行缩尺比例为1/2的振动台试验,得到不同工况下的自振频率、阻尼比、加速度反应、位移反应及耗能梁段的应变。研究表明：随地震波峰值加速度的增大,结构的自振频率降低,阻尼比增大,加速度反应增大,动力放大系数减小。按照动力相似关系推导出原型结构的地震反应,多遇地震作用下结构最大层间位移角为1/1667,罕遇地震作用下结构最大层间位移角为1/237,均满足抗震规范变形验算的规定。综上,高强钢组合K形偏心支撑框架具有良好的抗震性能,满足“三水准”抗震设防准则。     

两种偏心支撑钢框架的抗震性能比较分析

偏心支撑钢框架是近30多年来发展起来的一种支撑结构形式,具有很好的抗震性能。为了更好地了解偏心支撑钢框架抗侧力性能和耗能梁段的受力特性,对D型偏心支撑和K型偏心支撑钢框架进行了对比分析。通过非线性有限元分析,得出K型偏心支撑钢框架具有更优异的耗能能力和变形能力,能够显著地改善钢框架的抗震性能。     

V形偏心支撑钢框架的抗侧刚度与极限承载力研究

为了便于计算V形偏心支撑钢框架结构体系的层间侧移与耗能连梁转角,更好地理解V形偏心支撑受力特点,基于结构力学基本假定,给出其在侧向力作用下的耗能连梁剪力和支撑轴力计算式;依据侧向位移拆分原则,利用连梁剪力和支撑轴力表达式,推导出V形偏心支撑结构的弹性抗侧刚度,通过30个算例对比说明,抗侧刚度算式有较高的精度;在V形偏心支撑结构弹性内力分析的基础上,对比GB 50017—2003《钢结构设计规范》,对支撑杆件的设计提出新的建议;基于虚功原理和小变形假定:当已知外力分布时,依据偏心支撑达到极限状态时的典型屈服机制,推导出V形偏心支撑极限承载力算式,利用SAP 2000对10层算例进行推覆分析,验证极限承载力计算式。     

两种偏心支撑钢框架受力性能对比分析

建立了空间Y型与K型偏心支撑钢框架有限元模型,对两种模型框架进行了单向加载和循环加载试验,对比分析了两种空间偏心支撑框架的屈服强度、极限承载力、侧向刚度、延性和耗能能力等方面受力性能的差异,为工程设计提供参考。     

偏心支撑钢框架塑性极限承载力分析

研究了偏心支撑钢框架在极限状态下消能梁的屈服机制和破坏机构及其消能,建立了偏心支撑钢框架极限状态的计算假定,利用机动法分别建立偏心支撑钢框架的极限承载力方程,推导出极限承载力公式,分析了竖向荷载和二阶效应对结构极限承载力的影响。本文公式具有简单、实用与精确度高的特点。     

加肋板D型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能分析

D型偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中常用的一种耗能形式,通过对2个1∶3比例的偏心支撑钢框架的滞回性能分析,重点研究偏心支撑极限承载力和滞回性能,为偏心支撑钢框架利用屈曲后强度及抗震设计提供依据。分析结果表明,加肋板的D型偏心支撑有良好的强度、刚度和耗能能力,其耗能梁段首先发生剪切屈服,有效地阻止了支撑的屈曲,在整个加载过程中,承载力没有降低。最后对偏心支撑的节点连接提出设计建议。     

三种形式支撑钢框架体系的对比分析研究

采用有限元分析软件SAP2000(V9中文版),从结构的刚度、承载能力和延性等几个方面,对比分析偏心支撑钢框架、十字交叉中心支撑钢框架以及人字型支撑钢框架三种体系的性能。     

三种形式支撑钢框架体系的对比分析研究

采用有限元分析软件SAP 2000(V9中文版),从结构的刚度、承载能力和延性等几个方面,对比分析偏心支撑钢框架、十字交叉中心支撑钢框架以及人字型支撑钢框架三种体系的性能.     

轴心压力对K型偏心支撑钢框架抗震性能的影响

对偏心支撑钢框架进行了介绍,简述了偏心支撑钢框架的优点及应用,通过ANSYS有限元程序,研究了轴心压力对K型偏心支撑钢框架抗震性能的影响,得出了设计轴压比应控制在0.6以下才能保证结构的抗震性能充分发挥的结论.     

新型加侧板式D形偏心支撑钢框架的抗震性能研究

D形偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中一种常用的结构形式,其耗能梁段与柱直接相连,为了满足抗震设计要求,需要对梁柱连接节点进行加强.提出了一种新型剪切型耗能梁段与柱连接节点-加侧板方案,用ANSYS对其进行非线性有限元分析,得出以下结论:该方案不仅可以使偏心支撑耗能梁段的塑性铰远离柱端,而且能保证足够的耗能能力和抗侧移刚度;加强侧板的长度应在(1/2～3/4)梁高范围内取值,侧板宽度的增加对缓解梁端对接焊缝处的应力集中作用比较明显.     

Y形偏心支撑高强钢框架结构抗震性能

在Y形偏心支撑高强钢框架结构抗震性振动台试验的基础上,建立了试验试件的有限元模型,并验证了分析的正确性。设计了一个9层的Y形偏心支撑高强钢框架结构,以耗能梁段长度、耗能梁段腹板高厚比、高跨比为参数,对9层结构进行了非线性动力时程分析,研究了以上参数对结构抗震性能的影响。研究结果表明,改变耗能梁段长度、高跨比对结构层间侧移、耗能梁段性能、框架柱弯矩、耗能能力均有不同程度的影响,对框架柱轴力、基底剪力无显著影响;改变耗能梁段腹板高厚比对结构耗能能力有影响,对结构层间侧移、耗能梁段性能、框架柱受力、基底剪力无显著影响,并给出了相关设计建议。