防屈曲支撑钢框架的抗震性能研究

本文采用ANSYS抗震性能软件,建立了防屈曲支撑钢框架有限元计算模型,通过建模计算验证了防屈曲支撑框架体系优越的结构性能.     

自复位防屈曲支撑钢框架的抗震性能分析

为了消除防屈曲支撑在强震后留有残余变形的弊端,本文针对一种新型支撑构件—自复位防屈曲支撑,通过有限元软件ANSYS对自复位防屈曲支撑钢框架、防屈曲支撑钢框架和钢框架进行罕遇地震作用下的抗震性能对比分析。结果表明,自复位防屈曲支撑钢框架的顶点位移、层间位移角、残余变形等地震响应均明显小于防屈曲支撑钢框架和钢框架,尤其在残余变形方面,自复位防屈曲支撑基本消除了结构的残余变形,具有良好的复位效果。     

混凝土框架-防屈曲支撑结构周期折减系数研究

由于规范没有对混凝土框架-防屈曲支撑结构的周期折减系数的取值给出建议,故考虑填充墙的非线性,通过有限元分析研究了48个工况条件下的混凝土框架-防屈曲支撑体系在不同设防目标下周期折减系数的变化规律和取值问题.结果表明:该结构体系的周期折减系数取值与抗震设防目标位移有关,在相同的目标位移下,结构体系对周期折减系数的影响不大.最后,对框架-防屈曲支撑结构体系的周期折减系数取值提出了建议.     

基于构件损伤的防屈曲支撑钢框架易损性分析

防屈曲支撑钢框架结构在地震作用下构件破坏次序明确,失效机制合理,可视为理想的多道抗震防线的结构体系。为了研究防屈曲支撑钢框架在地震作用下的结构损伤程度,首先建立框架柱、框架梁与防屈曲支撑各构件的损伤模型,通过加权系数法合理地考虑各构件的权重系数与重要性系数,建立楼层的损伤模型,考虑楼层权重系数最终建立了能够反映构件损伤、楼层损伤以及整体结构损伤的防屈曲支撑钢框架结构地震损伤模型,并给出了防屈曲支撑钢框架的损伤状态及相应的损伤指数范围。同时考虑地震动不确定性与结构不确定性对防屈曲支撑钢框架进行IDA分析,对比不考虑结构不确定性与考虑结构不确定性时结构不同损伤程度的易损性曲线,结果表明,在非倒塌状态下,二者区别不大,在倒塌状态下,考虑结构不确定性时对数标准差明显增大。最后对比了采用以结构最大层间位移角与本文所建立的结构损伤指标为评价指标时结构的易损性曲线。     

火电厂钢框排架-消能支撑结构低周往复加载试验

为研究钢框排架-消能支撑结构的抗震性能,以某钢结构火电厂主厂房为原型并采用防屈曲支撑作为消能装置,设计了1榀5层的钢框排架-消能支撑结构试件.通过低周往复加载试验,分析其破坏机制、滞回性能、刚度退化规律、层间变形及防屈曲支撑耗能能力.试验结果表明:钢框排架-消能支撑结构具有较高的抗侧刚度及承载能力.模型试件滞回曲线呈饱满的梭形,等效黏滞阻尼系数达0.262,位移延性系数超过3.53,表现出良好的耗能及延性性能.试验过程中,防屈曲支撑可在较小加载位移时先于主体梁柱进入屈服且塑性耗能特征明显,增加了结构阻尼且耗能稳定,有效提高了结构抗震性能.     

两种支撑体系混凝土框架动力性能试验研究

通过振动台试验研究了钢支撑-混凝土框架和防屈曲支撑-混凝土框架结构模型的动力性能.对比研究了设置这两种支撑体系的混凝土框架结构的动力特性、动力放大效果、结构损伤状态.研究表明防屈曲支撑-混凝土框架结构在罕遇地震下的抗震性能优于钢支撑-混凝土框架结构在设防地震下的抗震性能.     

基于IDA方法的高强钢组合Y型偏心支撑框架的结构影响系数研究

高强钢组合偏心支撑钢框架作为一种新型的抗震结构体系,我国抗震规范中未明确引入相应的结构影响系数.依据我国抗震规范设计了4个多高层高强钢组合Y型偏心支撑钢框架,采用增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis)方法确定各算例的性能曲线,基于改进的能力谱方法确定了各算例的结构影响系数R和位移放大系数Cd.研究表明,高强钢组合Y型偏心支撑钢框架在设防烈度和罕遇烈度下变形均满足规范要求;结构影响系数可取R=4.889,位移放大系数可取     

防屈曲支撑混凝土框架结构地震损伤分析

为了研究防屈曲支撑对往复荷载作用下混凝土框架结构损伤发展的影响,基于5榀不同跨度、不同支撑布置情况的防屈曲支撑混凝土框架拟静力试验结果,开展了防屈曲支撑混凝土框架地震损伤发展规律的研究分析。利用已有的地震损伤模型计算不同支撑形式下的防屈曲支撑混凝土框架的损伤指标,根据计算结果分析结构的损伤演化规律,并与防屈曲支撑混凝土框架结构在往复荷载作用下实际的性能演变和损伤发展情况进行对比分析。分析结果表明:相比于其他损伤模型,Gosain模型、Hwang模型及欧进萍模型能较为准确地反映防屈曲支撑混凝土框架在往复荷载作用下的损伤发展规律,可用于描述该类结构损伤演化,且对于不同的支撑形式,采用偏心支撑的混凝土框架结构在加载后期损伤的发展较平缓,说明耗能梁段利用其塑性耗能有效延缓了结构的损伤发展,避免结构发生过早破坏。     

组合热轧角钢防屈曲支撑构造及抗震试验

提出用热轧角制作钢防屈曲支撑,简称BRAB.设计制作了2种组合截面,即等肢双角钢错十字截面和不等肢双角钢T字截面,共4个防屈曲支撑试件.为检验其构造合理性及抗震性能,进行了低周反复荷载加载试验.对试件的力一位移滞回曲线、割线刚度及其退化规律、等效黏滞阻尼比等抗震性能进行了研究.结果表明,所研制的这种组合热轧角钢防屈曲支撑构造合理、工作可靠、耗能能力强、抗震性能优越.     

防屈曲支撑的力学性能研究

为检验防屈曲支撑的构造和抗震性能,对所设计的两个T型截面防屈曲支撑试件进行了低周反复加载静力试验,研究了包括力-位移滞回曲线、力-应变曲线、最大轴向拉压力变化等在内的力学性能.试验表明：试件荷载-位移滞回曲线稳定、饱满、对称,塑性性能良好;试件的力学性能在拉、压状态下基本保持对称性;钢材品种、截面形式对防屈曲支撑的力学性能几乎没有影响.研究表明,防屈曲支撑构造合理,不会发生受压屈曲失稳,具有一定的刚度,同时又具有良好的耗能性能和抗疲劳性能,是一种新型的耗能支撑.     

中心支撑-钢框架结构抗震性能和设计方法综述

为推动非双重体系中心支撑-钢框架结构的应用,总结了国内外关于中心支撑-钢框架结构抗震性能的研究成果,对比了国际主流规范在抗震设计方法上的差异。指出中国现行规范存在的不足,认为中心支撑-钢框架结构的抗震设计未充分考虑支撑及其连接的低周疲劳寿命,对高延性和低延性的结构不应采用相同的抗震设计方法,低延性中心支撑-钢框架结构在应用中不应忽视梁柱节点半刚接、柱子的竖向连续性以及柱脚螺栓群的半刚接等因素对其抗倒塌储备能力的贡献。据此指出,今后研究中应进一步探析支撑构件及其节点的低周疲劳寿命,建立基于低周疲劳寿命匹配关系的构件和连接节点的抗震设计准则。应分析高延性中心支撑-钢框架结构的抗震能力曲线及低周疲劳损伤情况,得到地震力折减水平及低周疲劳累积滞回耗能需求规律,将承载力和能量设计相结合,提出更为合理的抗震计算方法。应量化各类地震抗倒塌储备能力,形成低延性中心支撑-钢框架结构更为合理的抗震设计方法,扩展其使用范围。     

含偏心支撑小高层钢框架结构的抗震性能

目的 研究多层偏心支撑钢框架在地震作用下的弹、塑性力学性能、地震响应及其耗能能力.方法 采用通用有限元计算软件SAP2000,对内蒙古某9层商住楼分别建立纯框架、中心支撑框架及偏心支撑框架结构模型,计算了罕遇地震下结构刚度、内力分布、振动模态及荷载一位移曲线等,并采用多条地震波分别对中心支撑和偏心支撑结构体系进行了弹性时程及弹塑性时程的对比分析,比较了两种结构体系的动力特性及抗震性能.结果 在小震作用下(弹性阶段),偏心支撑和中心支撑结构远高于纯框架结构的抗侧移刚度,足以满足规范对多层钢结构的抗侧移要求;在大震作用下(塑性阶段),偏心支撑结构耗能能力优于中心支撑结构和纯框架结构,地震响应小于中心支撑结构,具有更高的结构屈服后塑性抗侧移刚度.结论 偏心支撑钢框架结构抗震性能较好,能够避免大震作用下结构的突然倒塌.     

X形中心支撑钢框架倒塌储备能力研究

根据中心支撑在循环荷载作用下的受力特点,提出一种针对X形中心支撑钢框架的倒塌判定标准.按照中国规范设计了一组不同层数和跨度的算例,采用增量动力分析方法确定并评估X形中心支撑钢框架结构的倒塌储备能力.结果表明：X形中心支撑结构的倒塌储备能力随层数的增加而减弱,随跨度的增加而增强,所有算例均具备FEMA695规定的倒塌储备能力.X形中心支撑与倒塌水准对应的基于结构层延性的整体抗侧刚度与初始弹性抗侧刚度之比大都在2％～3％之间,表明文中提出的倒塌标准具有一定的适用性,符合实际结构最终依靠延性来耗散地震能量的受力和变形规律.     

有速度脉冲近场地震下人字形中心支撑钢框架性态设计方法

结构在近场地震作用下的破坏往往与强速度脉冲所携带的瞬时输入能量相关,根据5条近场地震波构造了屈服点谱(YPS)。基于结构屈服位移的稳定性,采用能力方法设计一榀人字形中心支撑钢框架结构。非线性静力分析和动力时程分析结果验证了用YPS法对中心支撑钢框架进行性态设计的可行性。     

钢板剪力墙振动台试验的等效模型

为解决钢框架钢板剪力墙结构振动台试验缩尺模型中的剪力墙钢板厚度过薄的问题,依据结构初始抗侧刚度或承载能力等效的原则,提出中心支撑和I形钢板剪力墙两种等效模型,采用数值分析的方法,通过有限元软件ABAQUS建立精细化模型,对原型结构的钢板剪力墙和等效模型的刚度与承载力等抗震性能进行了对比分析。研究结果表明：两种等效替代模型均具有良好的耗能能力,能够在抗侧刚度或承载能力方面满足原型结构的等效设计要求,解决了模型结构中剪力墙钢板厚度小的难题;中心支撑等效方案仅可实现剪力墙的刚度或承载力单目标等效,而I形钢板剪力墙可以通过控制开洞口的尺寸,实现其刚度和承载力同时等效,为钢板剪力墙振动台试验模型的等效替代提供了参考。     

地震作用下钢框架与中心支撑钢框架的对比研究

针对钢框架和中心支撑钢框架两类结构,利用非线性静力分析程序计算得到结构在弹性状态和弹塑性状态下的侧移刚度.输入地震波,调整加速度峰值,对结构分别进行弹性和弹塑性时程分析,讨论两类结构在地震作用下的结构响应和能量分布的异同.结果表明,中心支撑钢框架的受力性能优于钢框架.     

交叉形和Y形耗能支撑钢框架滞回性能分析

为避免Y型耗能支撑钢框架在地震作用下由于耗能梁段对钢梁及楼层产生的不利影响,提出了一种改进的交叉形耗能支撑钢框架结构.采用ABAQUS6.11有限元分析软件对交形耗能支撑钢框架结构进行了滞回性能分析,并与传统Y形耗能支撑钢框架结构从水平承载力、抗侧刚度和耗能能力三方面进行了对比分析.研究表明：在设计合理的情况下,交叉形耗能支撑钢框架具有较大的抗侧刚度和良好的耗能能力,并且其强度、刚度、耗能能力均优于传统Y形耗能支撑钢框架结构.     

有速度脉冲的近场地震下偏心支撑钢框架抗震性态评估

屈服点谱是一种新的位移-加速度反应谱,可用于结构抗震性态设计和性态分析。结构在近场地震动作用下的反应与远场地震作用明显不同,这是由近场地震动高能量的速度脉冲特征决定的。根据多条近场地震波构造了屈服点谱,对两个偏心支撑钢框架进行了强震下的性态评估。非线性时程分析结果验证了屈服点谱法用于近场地震评估的可信性。     

钢支撑低周疲劳性能研究综述

总结了国际上有关钢支撑低周疲劳性能试验及有限元研究方面的现状,指出了钢支撑低周疲劳性能研究的方向。     

有速度脉冲的近场地震下中心支撑钢框架抗震性能评估

近场地震具有的长周期速度脉冲会显著改变结构的响应,使结构在瞬间产生较大的侧移。用屈服点谱(YPS)法对两个中心支撑钢框架算例进行了抗震性态评估,并将得出的结构峰值位移和层间位移角与非线性时程分析的结果进行了比较,评价了YPS法结构抗震评估的精度。