消能减震支撑体系研究与在高烈度区的工程应用

对高烈度地震区某6层混凝土框架结构办公楼应用由钢支撑和液体粘滞阻尼器组成的消能减震阻尼器支撑体系进行了抗震分析。利用ETABS软件对其在设防烈度8度(0.3g)的地震作用下的地震反应进行了非线性时程分析。计算分析表明,该类消能减震阻尼器支撑有良好的消能减震效果,为类似工程提供了较好的参考。     

西安石油宾馆采用粘弹性支撑减震设计与研究

对8度区的西安石油宾馆采用粘弹性消能支撑进行减震设计与研究。首先利用时程分析计算原结构在多遇地震作用下的变形,针对原结构不满足抗震要求,采用粘弹性支撑对原结构进行抗震加固;随后阐述了粘弹性阻尼器及消能支撑的设计,简述了阻尼器位置的优化。通过对该宾馆加与不加粘弹性支撑的时程分析,计算结果表明,粘弹性阻尼器可有效降低结构的振动反应,是一种性能良好的消能减震装置。     

偏心结构消能减震技术的分析研究

由于偏心结构质量中心与刚度中心不重合,在地震作用下会产生扭转振动,对结构整体抗震性能十分不利。工程设计通常在远离刚度中心的抗侧结构中,采取设置支撑等增加刚度的措施,减小结构的偏心程度。本文采用消能减震技术,在偏心响应较大的抗侧结构中设置消能减震阻尼器,来减小偏心结构的扭转地震响应。论文通过弹塑性时程分析方法,研究了偏心结构、设置普通支撑、设置速度型阻尼器和位移型阻尼器四种结构方案在常遇、设防和罕遇地震作用下的扭转响应,研究了消能减震技术对偏心结构的减震控制效果。分析结果表明,消能减震技术可以有效控制偏心结构的扭转响应,在大震条件下较好的控制主体结构构件的受力。最后本文针对王府井大厦偏心结构工程进行了阻尼消能减震结构的设计。     

钢框架消能减震体系研究与工程应用

对上海地区的一幢7层钢结构办公楼采用普通支撑和消能减震支撑两种抗侧力体系,在7度地震作 用下的抗震性能进行对比分析。消能减震支撑由钢支撑、粘滞阻尼器和橡胶支座组成。计算结果表明当两种 抗侧力体系对位移控制效果接近的情况下,普通支撑体系增加了刚度,同时也增加结构的层间剪力、与支撑相 连柱的轴力,而消能支撑体系能有效减少这些结构内力,故比前者大大提高了主体结构的抗震性能。同时试 验也表明所选阻尼器性能良好。     

设置阻尼器的火电厂框架-支撑结构的减震性能分析

用非线性静力分析方法(Pushover)对设置减震装置的火电厂框架—支撑结构进行了分析计算。结果表明安装阻尼器以后结构的抗震性能获得了明显的改善。与普通的框架—支撑结构相比，阻尼器不仅保护了钢支撑，而且也在很大程度上推迟和减少了主体结构中塑性铰的发展。     

设置粘弹性阻尼器的偏心支撑结构性能研究

指出偏心支撑结构的不足,提出了在偏心支撑结构的支撑上设置粘弹性阻尼器(称之为消能偏心支撑)来弥补其不足,分析了消能偏心支撑结构的消能减震原理和单自由度下的地震响应,接着以实例对比了偏心支撑结构与消能偏心支撑结构的位移、内力等。分析结果表明:消能偏心支撑具有良好的抗震性能,起到了"双保险"的作用。     

一种可用于预制装配式混凝土框架结构的软钢阻尼器

针对普通预制装配式混凝土框架结构抗震性能差,节点施工复杂等问题,提出了新型预制装配式混凝土框架金属消能减震连接体系。为进一步提升该体系的抗震性能,根据体系中金属阻尼器的受力特点开发了一种弯曲型金属阻尼器——双弯曲板阻尼器,阐明了其构造特点和耗能原理。采用有限元分析软件对加装双弯曲板阻尼器的预制装配式混凝土框架构件进行了仿真分析,结果表明:双弯曲板阻尼器构造合理,耗能效率高,且可满足结构的承载力需求;提高了装配式混凝土框架的节点耗能能力和延性;改善了装配式混凝土框架结构的整体性和抗震性能。双弯曲板阻尼器是一种适用于该体系且具有消能-承载双功能的消能装置。     

基于附设扇形钢支撑节点的有限元分析

介绍了新型扇形钢支撑的构造和工作机理,并采用ABAQUS有限元软件,分别对普通钢节点、狗骨式节点及附设扇形钢支撑节点进行静力弹塑性分析,对比了三种节点的应力分布及塑性区发展过程,指出新型扇形钢支撑可有效减小节点附近的应力集中,在不削弱钢梁的情况下,使部分塑性区域转移至支撑,保证了节点及主要构件的安全性。     

BRB在框架结构加固改造项目中减震效果分析

结合某综合楼加固改造项目,对未加支撑、加普通钢支撑结构和加BRB结构进行对比分析。研究表明:在多遇地震作用(小震)下,在框架结构中应用普通钢支撑和BRB均能有效减小结构层间位移角;在中、大地震作用下,与设置普通钢支撑结构相比,设置BRB结构基底剪力增幅较小,结构构件没有破坏;设置BRB结构无需再加固,因此能有效降低结构加固改造的费用。     

某综合办公楼采用粘滞阻尼器的消能减震设计

介绍了高烈度区某 1 2层综合办公楼采用粘滞阻尼器的消能减震设计。设计中 ,在结构原拟设剪力墙的位置设置单斜撑粘滞阻尼器消能支撑 ,所采用的粘滞阻尼器为具有自主知识产权的速度线性相关型粘滞阻尼器。时程分析结果表明 ,粘滞阻尼器可大量耗散地震动能量 ,有效降低结构在地震作用下的振动反应。     

带自复位耗能支撑钢板剪力墙低周往复荷载试验研究

为解决现有钢板剪力墙对边缘梁柱附加弯矩大、震后留有较大残余变形等问题,设计并加工由两根自复位耗能支撑和一片两边连接钢墙板组成的带自复位耗能支撑钢板剪力墙(SPSW-SCEDB)试件,并对其在低周往复荷载作用下的承载力、耗能能力及自复位能力进行试验研究,分析墙板与支撑之间的协同作用关系。研究结果表明：SPSW-SCEDB呈现饱满的旗形滞回曲线,墙板与自复位耗能支撑以并联关系共同承担水平荷载,消耗输入能量;加载位移较小时,SPSW-SCEDB承载能力主要由墙板提供,随着加载位移的增大,自复位耗能支撑的承载力贡献逐渐增大并超过墙板的承载力;SPSW-SCEDB的耗能主要由墙板提供,自复位耗能支撑为系统提供补充耗能,系统的耗能能力相较于其墙板单独加载时的耗能能力有所削弱;当自复位耗能支撑的设计剩余恢复力大于墙板的受压承载力时,SPSW-SCEDB的残余变形角小于0.2%,具有良好的自复位能力。     

人字支撑复合结构的合理耗能机制选择分析

通过对柔性梁柱加"人字"支撑形成的一榀新型复合结构进行静力弹塑性(Pushover)分析,从理论上研究该复合结构的抗震性能,满足按9度多遇地震的抗震能力和罕遇地震的抗倒塌验算。其耗能机制为"混合机制",塑性铰出现的位置及顺序为:支撑、梁端、柱下端、柱上端。为了得到更合理的抗震耗能机制,对影响复合结构耗能机制的主要因素、底层柱刚度和配筋、底层及二层支撑的配筋进行分析,由此优化出满足"强柱、中梁、弱支撑"多道防线抗震性能要求的合理耗能机制。计算结果表明,人字支撑复合结构的水平侧移表现为剪切变形。     

Research and development of an innovative self‐centering energy dissipation brace

Innovative self‐centering energy dissipation braces (SCBs) with super‐elastic shape memory alloy wires are designed and tested on a uniaxial MTS 810 hydraulic servo‐controlled fatigue testing machine. This type of SCB is modeled using finite element method and analyzed by ANSYS software. The test and analysis results show that this type of innovative SCB possesses energy dissipation capacity and self‐centering ability. This paper also describes the multistage working mechanism of the SCBs and exhibits the mechanical behaviors of the braces. The hysteretic behavior of steel frame structures with conventional braces, the buckling‐restrained braces, and the SCBs are compared by conducting low‐frequency cyclic loading. Nonlinear dynamic analyses of steel frame structures with the conventional braces, the buckling‐restrained braces, and the SCBs under frequently occurred earthquake, design basis earthquake, and rare earthquake, respectively, are also performed to compare the seismic responses of steel structures with different braces. The seismic behaviors of these frames are investigated by comparing the peak acceleration, the maximum interstory displacement angle, and the maximum base shear. The results show that the innovative SCB possesses excellent energy dissipation capacity as well as self‐centering ability. Additionally, the innovative SCBs can effectively control the seismic response of the steel frame structure.     

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。     

附加曲线钢板支撑的预制预应力混凝土装配式梁柱节点抗震性能

为研究附加曲线钢板支撑的预制预应力混凝土装配式梁柱节点的抗震性能,对不同截面宽度和不同偏心距离的附加曲线钢板支撑的预制预应力混凝土装配式梁柱节点,以及无支撑装配式梁柱节点对比试件进行低周往复荷载试验研究以及数值模拟分析,研究节点试件破坏形式、承载力、刚度、耗能等变化规律。结果表明：在层间位移角不大于5％时,节点试件具有稳定的受力性能,节点梁端混凝土压碎,同时曲线钢板支撑受弯屈服;曲线钢板支撑可提高预应力装配式梁柱节点试件的承载力、刚度和耗能,随着支撑截面宽度的增加以及偏心距离的减小,节点试件承载力、刚度和耗能逐渐提高;在层间位移角为4%时等效黏滞阻尼系数为0.12~0.20,相对无支撑预应力装配节点提高约2~3倍;在曲线钢板支撑偏心率小于0.3时,节点试件承载力受偏心距离影响较大,偏心率大于0.3时,承载力基本不变。     

Experimental study on seismic performance of steel frame- K-shaped brace structure system

为实现钢结构住宅中不凸梁凸柱的建筑效果，采用小截面钢构件组成的钢框架-K形支撑结构体系，通过K形钢支撑的设置，有效减小了构件截面尺寸。为研究钢框架-K形支撑结构体系的抗震性能，选取其中典型的抗侧力单元，制作足尺模型进行拟静力试验，并采用ABAQUS软件对其抗震性能进行有限元分析。研究结果表明：该结构体系可实现多遇地震弹性、罕遇地震不倒的设计目标，当结构位移角达1/30时仍可保持承载能力，表现出良好的抗震性能；按照斜向支撑、竖杆、框架梁柱的顺序依次屈服，斜向支撑可有效保护主体框架；位移延性系数为10.0，滞回曲线饱满；当位移角为1/50时，等效阻尼比为18.9%，耗能能力优异。     

钢框架-K形支撑结构体系抗震性能试验研究

为实现钢结构住宅中不凸梁凸柱的建筑效果,采用小截面钢构件组成的钢框架-K形支撑结构体系,通过K形钢支撑的设置,有效减小了构件截面尺寸。为研究钢框架-K形支撑结构体系的抗震性能,选取其中典型的抗侧力单元,制作足尺模型进行拟静力试验,并采用ABAQUS软件对其抗震性能进行有限元分析。研究结果表明：该结构体系可实现多遇地震弹性、罕遇地震不倒的设计目标,当结构位移角达1/30时仍可保持承载能力,表现出良好的抗震性能;按照斜向支撑、竖杆、框架梁柱的顺序依次屈服,斜向支撑可有效保护主体框架;位移延性系数为10.0,滞回曲线饱满;当位移角为1/50时,等效阻尼比为18.9%,耗能能力优异。     

基于能量分析的抗震设计与工程应用研究

基于工程实例进行了结构大震弹塑性时程分析,并对地震输入结构的总能量、结构构件滞回耗能、阻尼器耗能以及系统阻尼耗能进行分析。三个工程实例为无减震设计的某超高层建筑、采用防屈曲支撑设计的某大跨钢结构和采用粘滞阻尼器减震设计的某复杂连体结构。该研究方法不同于以往研究仅针对单自由度或简单多自由度系统的理论分析。分析结果表明,地震输入结构的总能量受地震波特性影响非常显著,要合理估计总输入能量是困难的,但各部分耗散能量占总输入能量的比值具有稳定性。     

带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能研究

为解决转换结构抗震性能差的问题,提出带耗能腋撑钢管混凝土柱-型钢混凝土梁新型转换结构形式。对一榀1∶4普通型钢混凝土框架转换结构和带耗能腋撑型钢混凝土框架转换结构进行拟静力试验。从试件破坏形态、荷载-位移曲线、塑性铰发展、应变发展和耗能能力等方面研究带耗能腋撑型钢混凝土转换结构的抗震性能。试验结果表明:耗能腋撑有效控制了节点区梁、柱端塑性铰的发展,使塑性铰向转换梁加腋处转移;腋撑附加轴力对转换梁下部纵筋应变影响较大,对钢管柱应变影响较小;带耗能腋撑型钢混凝土转换结构较普通型钢混凝土转换结构的梁端开裂荷载提高了60%、承载力提高了6.2%、延性系数提高了57.24%、等效黏滞系数提高了10.7%,表现出良好的耗能能力,提高了结构的抗震性能。