考虑柱脚转动刚度的多层钢框架易损性分析

通过对多层钢框架进行增量动力分析,研究柱脚转动刚度、底层破坏模式以及钢柱宽厚比对多层钢框架抗震性能的影响,具体从结构倒塌储备系数、地震易损性以及结构局部响应考察各影响因素对结构抗震性能的影响。分析结果表明,当破坏模式由钢柱破坏控制时,随着钢柱宽厚比的增大结构抗震性能减弱,考虑柱脚刚度的半刚接柱脚钢框架地震易损性与刚接柱脚钢框架差别较小,当柱脚与柱刚度比为2.0时,框架地震易损性与刚接柱脚钢框架非常接近;当破坏模式由柱脚破坏控制时,可以明显降低钢柱宽厚比的要求。     

偏心支撑半刚接钢框架的动力特性及抗震性能试验研究

偏心支撑半刚接钢框架是一种新型抗震结构体系,为研究其动力特性及抗震性能,进行了4个三层空间框架试件的试验研究。动力特性测试表明,随着梁柱节点转动刚度的降低,结构自振频率减小,阻尼比增加。循环加载试验表明,节点刚度和承载力对偏心支撑框架结构的滞回性能有显著影响,节点刚度和承载力越高,滞回性能越好,节点刚度较低的偏心支撑框架不宜用于抗震设防区;偏心支撑显著增加了半刚接钢框架的抗侧刚度,使得节点刚度对框架刚度的影响减弱,但降低了结构延性;结构的塑性变形主要来自节点域、消能梁段及梁柱节点连接件;多层偏心支撑框架的侧移变形为剪切型,层间屈服位移角较大。     

钢结构装配式半刚性连接节点研究进展

钢框架装配式梁柱大多采用高强螺栓连接形式,其节点刚度介于刚接与铰接之间,属半刚性连接.基于国内外研究成果梳理了钢结构装配式半刚性连接节点的研究进展,从节点层面根据柱截面形式不同,讨论了开口截面柱与梁、闭口截面柱与梁的连接节点特性、构造特点及力学性能.从框架层面采用弹性及弹塑性分析方法,基于节点半刚性特征对框架结构进行了...     

某多塔连体结构高位钢连廊连接方案抗震性能分析

为确定某多塔超限连体结构高位钢连廊的连接方案,建立了4种不同连廊连接形式的模型,开展计算模型的抗震对比分析。模型A连廊为两端刚接,模型B连廊在T2塔楼滑动、T3塔楼刚接,模型C连廊在T3塔楼滑动、T2塔楼刚接,模型D连廊为两端铰接。分别对4种高位连接方案开展多遇地震作用下的弹性分析,对比4种模型的位移与内力包络值,并分析罕遇地震作用下结构的动力弹塑性响应。分析结果表明,高位钢连廊刚性连接方案可以提高整体结构的平动刚度;多遇地震作用下刚性连接方案不仅可以减小结构位移,还能降低连廊梁的弯扭矩,实现塔楼之间的刚度协调;罕遇地震作用下刚性连接方案具有最小的弹塑性层间位移角以及顶点位移,强连接方案关键梁柱节点最大位移较小,4种模型的损伤情况相近。因此,针对该多塔连体结构,高位连廊采取刚性连接方案对整体结构更有利。     

钢筋混凝土次梁铰接的理论研究及案例分析

在结构设计中,常常采用次梁作为主梁与楼板之间的连接构件。钢筋混凝土次梁与主梁之间设计为刚接或铰接在工程界存在一定的争论。首先对次梁点铰问题进行了相关理论及观点的梳理总结,并有针对性地提出了设计理念,然后通过工程实例研究了次梁点铰对结构地震响应相关参数的影响。研究表明:次梁铰接使结构总体刚度变小,相较刚接周期一定程度增加,但增幅很小;多遇地震弹性响应表现为位移角增大,基底剪力减小,但相差较小;结构总体用钢量有所增加,小于1. 5%。罕遇地震作用下次梁刚接较铰接结构损伤有一定程度的增加。     

新型梁柱节点高层钢结构抗震性能研究

结构的抗震设计一般有两类途径:主动控制和被动控制。主动控制系统复杂且成本偏高,普通的被动控制抗震结构强震后修复困难。针对上述问题,本文提出了一种新型转动摩擦耗能梁-柱节点,并基于SAP2000对采用新型梁柱耗能节点的X形支撑钢框架体系和普通X形支撑钢框架体系进行了罕遇地震作用下的时程分析,结果表明采用了该新型梁-柱耗能节点的X形支撑钢框架体系具有更好的抗震性能。     

支撑节点板对铰接支撑框架体系的影响

由于支撑节点板的存在,将对铰接支撑框架结构中的梁柱节点的转动能力产生影响,梁柱节点的刚度将由铰接过渡到半刚接。本文通过ABAQUS有限元分析软件,分析了节点板的尺寸、厚度对梁柱节点刚度的影响。由于梁柱节点半刚接的影响,结构体系的整体反应及局部杆件内力都将受到影响,通过分析计算,可以发现梁柱节点半刚接对结构体系整体反应影响较小,但是对布置支撑的中间跨梁的弯矩影响则不能被忽略。     

低延性中心支撑钢框架结构振动台试验

中心支撑钢框架结构是一种典型的双重抗侧力体系，强震作用下支撑失效会引起结构承载力和刚度的折减，支撑失效后，结构剩余部分作为储备体系能够继续承担地震作用。为深入了解低延性中心支撑钢框架结构在地震作用下的非线性反应，研究在支撑失效后结构储备体系的抗震性能，开展了3层中心支撑钢框架结构模型的振动台试验。模型结构为3榀2跨结构，中间榀布置一跨低延性人字形中心支撑(截面宽厚比超出我国规范限值)，模型长度缩尺比为1∶6.5，分别采用硬土、软土场地的地震波单向激励，峰值加速度逐级增加。结构在7度罕遇地震作用下发生底层支撑失效，储备体系避开了硬土场地地震波的卓越周期，加载至超过9度罕遇地震后依然未出现明显损伤。储备体系对软土场地地震波(宁河波)更为敏感，在8度罕遇地震作用下濒临倒塌。结构2、3层支撑始终未发生屈曲和破坏。研究结果表明，当储备体系设计合理时，低延性中心支撑钢框架结构具有良好的抗震性能和抗倒塌能力。     

装配式斜支撑节点钢框架的静力弹塑性分析

为研究新型结构装配式斜支撑节点钢框架的抗震性能,采用Pushover分析方法对其进行罕遇地震作用下的弹塑性分析,并与无斜撑钢框架结构进行对比。计算结果表明:7度罕遇地震作用下,装配式斜支撑节点钢框架最大层间位移角为1/223,小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》限值1/50,满足"大震不倒"的抗震设防目标。斜支撑的布置减小了结构在罕遇地震作用下的变形,其中结构顶点位移减小33.4%~38.1%,结构最大层间位移角减小19.3%~40.1%,塑性铰大部分出现在桁架梁腹杆部位,框架柱处于弹性阶段。     

斜钢管混凝土柱框架-核心筒-伸臂桁架结构抗震性能研究

为明确钢管混凝土(CFT)柱框架-核心筒-伸臂桁架混合结构的抗震性能,结合典型工程“青岛海天中心”,采用MARC有限元软件对该结构体系进行抗震性能分析。分别进行了多遇地震、设防地震及罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析。结果表明：设置斜CFT框架柱可有效控制结构顶点位移,罕遇地震作用下,最大顶点位移较直CFT框架柱结构的降低约76.6%;斜CFT柱使地震剪力由核心筒向框架转移,转移后的地震剪力更接近双重抗侧力体系的设计要求,即在多遇地震作用下框架部分至少承担结构总底部剪力的20%;同时,结构倾覆力矩的变化与剪力相反。设置斜CFT框架柱的结构可充分利用材料性能,在发挥相同抗侧力作用情况下能取得较好的经济效益。在此基础上,对结构进行基于增量动力分析(IDA)的地震倒塌易损性分析,确定了结构塑性发展路径为连梁、核心筒底部、框架柱底端、伸臂桁架。易损性分析结果表明,CFT框架柱斜置未对结构抗震倒塌安全储备产生不利影响,依然表现出优异的抗地震倒塌能力;结构变截面楼层部分的连梁和周围墙底塑性损伤最为严重,在设计中应对其进行加强。     

外露式钢柱脚节点连接设计的几个问题刍议

外露式钢柱脚与基础的连接可分为刚接铰接及半刚性连接,它既不是一个简单的刚度概念也不是一个简单的强度概念,尤其是半刚接,如何在设计中准确把握则是设计人员面临的一大课题。本文讨论的是柱脚节点的刚度与强度之间关系及柱脚设计的有关问题。     

半刚接钢框架柱的稳定分析方法

根据钢框架稳定设计中柱子计算长度的概念,研究了钢框架中梁柱节点半刚性连接柱的计算长度系数取值问题,采用螺旋弹簧模拟梁柱节点连接的半刚性,考虑了梁柱间的相对转角关系,通过引入梁柱线刚度比修正系数的计算方法,推导了有侧移和无侧移半刚接钢框架柱计算长度系数的修正公式。研究结果表明:受节点半刚性影响,半刚接钢框架柱的计算长度系数比按刚接考虑的计算长度系数要大,约增大2%～6%;框架柱除底层外,其上下两端与横梁的连接基本是半刚接的形式,按横梁有侧移考虑,柱的计算长度系数比柱两端按刚性节点计算出的计算长度系数值增大了4%左右。由此可见,在钢框架的稳定分析和设计中,应考虑由于梁柱节点采用半刚接的连接形式,对框架柱的稳定性产生的不利影响。     

Assessment of semi-rigid connections in steel structures by modal testing

In conventional design and analysis, the common assumption is that connections of steel frames are fully rigid or frictionless pinned. However, today, the accepted notion is that the connections of members of a steel structure exhibit semi-rigid characteristics. Semi-rigid connections as well as damage cause changes in the dynamic characteristics of the structures. This study presents an investigation into the determination of the quality of the semi-rigid connections when considering changes in dynamic characteristics of steel structures. The investigations involve three scaled models: columns with box cross-sections, columns with rectangular cross-sections, and a 2D frame. The investigation algorithm first calculates natural frequencies and mode shapes from theoretical modal analyses by assuming the supports and joint connections are fully rigid. Secondly, experimental measurements on the models are performed to obtain natural frequencies, mode shapes and modal damping ratios. Thirdly, to reduce differences between theoretical and experimental results, linear elastic rotational springs are used on supports and joint connections of the analytical model. Finally, the connection percentages of both support and beam-to-column connections are determined using an approach improved depending on the rotational spring stiffness.     

角钢连接的半刚性钢框架抗震性能试验研究

在实际工程中,钢框架连接性能往往介于刚性节点和铰接节点之间,呈半刚性连接。采用拟静力试验方法进行了角钢连接的半刚性连接钢框架在低周往复荷载作用下抗震性能的试验,研究了带腹板双角钢、顶底角钢半刚性连接钢框架在周期循环荷载作用下的滞回性能、延性和破坏机理等,为钢结构抗震设计提供了一定的理论参考。试验结果表明该钢框架由于节点部位转动刚度小于刚性连接,使结构的抗侧刚度降低,侧向变形增加,但是同时也改善了梁柱的内力分布,提高了其在周期循环荷载作用下的滞回性能和耗能特性,比刚性连接钢框架具有更好的抗震性能。     

半刚性连接框架的变形特点和截面内力计算

研究了钢结构或钢筋混凝土组合结构梁柱半刚性连接的计算模型和对框架变形及截面内力的实际影响 ,在非线性迭代过程中 ,采用改进弧长法控制 ,提高了计算精度和算法的收敛性。实际算例表明半刚性连接会使剪切变形和二阶效应的结果增大。同时为今后钢结构设计规范考虑半刚性连接提供了相关参考资料     

长耗能梁-偏心支撑机制对中心支撑钢框架结构抗震性能的影响

为研究地震作用下人字形中心支撑钢框架结构因支撑的部分失效导致的长耗能梁-偏心支撑机制对结构抗震性能的影响,基于ABAQUS建立了6层人字形中心支撑钢框架结构数值模型,开展了增量动力分析与易损性分析,对比了考虑与不考虑长耗能梁-偏心支撑机制时结构抗倒塌性能的差异,分析了结构的损伤演化过程。结果表明:长耗能梁-偏心机制改变了结构的失效过程,抑制了薄弱层的产生与发展,对结构抗震性能具有显著影响,算例结构的倒塌富余度提高20%以上; 梁的抗弯刚度对长耗能梁-偏心支撑机制具有一定影响,较大的刚度将不利于该机制的形成,降低了结构的抗倒塌能力; 在人字形中心支撑钢框架结构体系的设计与分析中,宜考虑长耗能梁-偏心支撑机制,否则将低估结构的抗倒塌性能。     

Analytical expressions for preliminary design of dissipative bracing systems in steel frames

In this paper a direct displacement-based design (DDBD) method for seismic design of steel frames equipped with dissipative braces is proposed. Attention is focused on concentric braced steel frames with pinned beam-to-column joints in which the bracing system (with viscoelastic or elastoplastic dissipative devices) is the main seismic resistant component. The proposed design method uses an equivalent continuous model where flexural deformability and shear deformability are related respectively to columns and diagonals of the bracing system. In this way, analytical expressions of the required flexural and shear stiffness distributions are obtained. These expressions are quite simple and can be conveniently used in preliminary design of dissipative diagonal braces and columns. Examples are shown for steel frames with dissipative braces based on elastomeric dampers (viscoelastic devices) and steel frames with buckling-restrained braces (elastoplastic devices). Results of time history analyses are illustrated and discussed in order to evaluate the effectiveness of the proposed DDBD procedure.     

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构性能研究

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能。为研究不同梁柱连接刚度对双体系结构抗震性能的影响,完成了3个单跨两层不同梁柱连接刚度试件的水平低周往复加载试验研究,系统分析了三者的整体性能和破坏模态,拟从承载力、刚度、延性、耗能、整体性能和节点性能六个方面对双体系的节点刚度与墙体的匹配效果进行评价。结果表明:在半刚性框架内设置钢板墙能较大程度提高结构的极限承载力与侧向刚度;结构具有理想的屈服顺序,内填板在加载初期非常有效。屈服区域延伸至整个墙体时,附加荷载将基本上由边缘构件承担,试件破坏主要由内填板的屈服和框架柱的弯扭失稳控制;节点刚度退化小,且内填板的设置缓解了节点区自身的延性要求,梁柱连接形式对试件的抗侧刚度和整体强度的影响不大,降低连接刚度有利于提高试件延性和耗能能力。     

Behaviour of flush end plate joints to concrete-filled steel tubular columns

This paper presents the results of an experimental program for bolted moment connection joints of circular or square concrete filled steel tubular (CFST) columns, and H-shaped steel beams using high-strength blind bolts. In order to investigate the static performance and failure modes of the blind bolted connection, an experimental program was conducted involving four sub-assemblages of cruciform beam-to-column joints subjected to monotonic loading. Moment-rotation relationships of the tested connections were obtained and their performance was evaluated in terms of their stiffness, moment capacities and ductility. The test parameters varied were the column section type and the thickness of the end plate. The results showed that the proposed blind bolted connection, which behaves in a semi-rigid and partial strength manner according to the EC3 specification, displays reasonable strength and stiffness. The rotation capacity of this type of connection to square or circular CFST columns exceeds 70 mrad and this satisfies the ductility requirements for earthquake-resistance in most aseismic regions. The blind bolted connection is shown to be a reliable and effective solution for moment-resisting composite frame structures.