高烈度区超限结构减震效果及子结构性能分析

为确保阻尼器在中大震作用下有效发挥耗能作用,结构减震设计时应对结构及阻尼器进行抗震性能分析。针对高烈度区的某高度超限的框架结构,设置屈曲约束支撑(BRB)进行减震分析,明确整体结构及消能子结构的构件在不同地震水准下的性能状态,同时分析BRB受力性能及其减震效果。分析表明:高烈度区框架结构采用减震方案后结构层间位移角能够满足规范限值要求;小震作用下BRB处于弹性状态并增大了结构刚度,中大震作用下BRB减震效果明显,结构及其构件满足预定性能目标要求;为确保阻尼器在中大震作用下有效发挥耗能作用,保护主体结构抗震安全,减震子结构中部分梁柱应采取设置钢骨或增大配筋的加强措施。上述研究可为基于抗震性能分析的减震结构全过程分析与设计提供依据。     

某设备厂房的消能减震加固设计分析

简要介绍了防屈曲约束支撑(BRB)的耗能原理和力学模型,对某建设初期未考虑抗震设防、结构体系为框架结构的设备厂房利用BRB进行减震加固设计。采用有限元分析设计软件ETABS对BRB设置前后的框架结构进行抗震性能分析,从层间位移角、顶部位移和能量三个性能指标分析了BRB的减震加固效果。结果表明BRB消能减震性能良好,结构地震响应明显降低,能够达到减震加固目的。同时,简要评述了该框架结构的轴压比超标和"强梁弱柱"的现象,认为采用外包角钢法能够满足构造和概念设计的要求。     

消能减震技术在装配式钢-混组合主次结构中的应用

为研究消能减震技术对装配式钢-混组合主次结构抗震性能的影响,以深圳长圳公共住房及附属工程项目6号楼为依托,采用佳构STRAT有限元软件分析屈曲约束支撑(BRB)和防屈曲钢板剪力墙(BRW)布置在主结构不同高度楼层位置对整体结构的抗震性能影响。结果表明:消能减震构件可大幅提高结构耗能能力,降低结构构件损伤; BRB和BRW设置于结构的中高楼层部位的减震效果优于设置于结构低层位置,在中部楼层和高位楼层同时设置效果更优。     

耗能减震支撑体系研究及其在世博中心工程中的应用

结合世博中心工程,对防屈曲耗能支撑（BRB）体系的设计关键问题进行研究,包括结构抗震性能目标、BRB布置、BRB的节点设计、BRB产品验收标准等。对世博中心工程中采用的BRB进行足尺试验,试验结果表明：BRB具有较好的滞回性能,满足产品验收标准。BRB的承载力因应变强化和受压而提高,而且不同厂家的产品性能有一定差别,制订统一的产品验收标准是必要的。对耗能减震支撑结构进行静力弹塑性分析和弹塑性动力时程分析,追踪地震作用下结构的受力和变形发展过程,验证中震和大震作用下结构的抗震性能,满足结构抗震性能目标的要求。两种弹塑性分析结果均表明,合理布置BRB,在罕遇地震作用下可使BRB同步屈曲,整体结构具有较好的抗震性能。     

消能减震技术在某大跨空间桁架结构中的应用研究

为研究屈曲约束支撑(BRB)与黏滞消能器(VFD)对大跨空间桁架结构的减震控制作用,在某会展中心大跨空间桁架结构部位设置BRB与VFD,利用有限元分析软件SAP2000对大跨空间桁架结构进行罕遇地震作用下的非线性时程分析。研究地震波输入时BRB与VFD对大跨空间桁架结构的减震控制机理,以空间桁架整体结构的位移、加速度及构件内力为减震控制指标,对比分析采用不同方案对结构抗震性能的影响。结果表明:在大跨空间桁架结构部分设置消能器可以有效地控制桁架在地震作用下的受力与变形,改善桁架部分的抗震性能;大震下消能器的滞回曲线均较饱满,消能器耗能能力良好;大跨空间桁架结构布置BRB较布置VFD减震效果更优。     

上海世博中心结构设计

上海世博中心是上海2010年世博会最大的永久场馆,主要建筑功能为会展及会议.针对主体结构超长、大空间、平面及荷载分布不规则等特点,结构采用性能化抗震设计方法,并设置消能减震装置BRB构件,增加结构的安全性和可修复性,有效提高结构抗震性能.     

结构抗震新技术在世博永久建筑工程中的应用

上海世博永久主体建筑均为大型公共建筑,具有规模宏大、功能复杂、重要性高以及工期紧迫等特点。以往工程设计中通过概念设计或增加结构刚度来满足抗震性能要求,本文通过世博工程中的实例阐述了消能减震技术在工程中的应用,提出了结构抗震设计的新思路。世博中心为上海2010世博会永久场馆之一,其结构设计时采用了基于性能的抗震设计理念,在结构关键部位设置防屈曲耗能支撑(BRB)等消能减震构件,使结构的抗震性能提高,降低了主体结构的用钢量。采用此项抗震新技术,既满足可持续发展和低碳建筑要求,又切合上海世博会主题——城市,让生活更美好。     

高烈度地区物流类建筑消能减震体系的可行性研究

针对高烈度地区重荷载、高层高、大跨度的物流类型的高层建筑,对比框架、框架-剪力墙及框架+消能减震结构体系这三种结构体系方案的小震分析结果,并且研究了采用屈曲约束支撑(BRB)和支撑式剪切型阻尼器(MD)的混合使用方式(BRB+MD)的框架体系的周期合理性。通过大震弹塑性时程分析,验证了框架+消能减震结构体系的抗震性能。结果表明,在高烈度地区框架+消能减震结构体系是这种类型建筑可采用的合理抗震体系。     

高烈度区澄江化石地博物馆减隔震结构设计与分析北大核心CSCD

位于高烈度地区的澄江化石地博物馆采用橡胶隔震支座隔震与屈曲约束支撑(BRB)消能减震联合设计,该结构采用了89个橡胶隔震支座、54个屈曲约束支撑。重点介绍了隔震支座选型与布置、支座位移和拉应力分析以及BRB在不同工况下的耗能等内容。结果表明,上部结构地震响应明显降低,结构抗震性能得到很大提高,通过对该工程实例进行减隔震结构设计分析,为今后减震与隔震联合设计结构在高烈度区的应用提供参考。     

保山学院综合体育馆减震设计

保山学院综合体育馆是高烈度地区的体育场馆类建筑,体型复杂、内部空间开阔,属超限高层建筑。项目主体结构采用钢框架,大跨度屋盖采用双向钢桁架结构形式。针对工程结构特点,采用了相应的抗震措施,并对关键构件和关键部位进行了抗震性能化设计。根据《云南省隔震减震建筑工程促进规定》(云南省人民政府令第202号),项目采用消能减震技术,设置屈曲约束支撑(BRB)。对结构进行了地震反应谱分析、多遇地震时程分析、罕遇地震弹塑性时程分析,并对屈曲约束支撑的工作情况进行了分析和减震专项设计。结构各项指标均能满足规范要求,减震效果达到了设计预期目标。     

屈曲约束支撑与钢框架节点板连接的抗震性能#br# 试验与分析研究

屈曲约束支撑作为耗能减震构件,其与钢框架连接形成屈曲约束支撑钢框架结构体系。然而目前对于屈曲约束支撑与节点板不同连接形式的抗震性能和破坏模式尚缺乏研究。为了获悉不同连接形式对屈曲约束支撑钢框架结构抗震性能和破坏机理的影响,进行5榀屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的水平低周往复荷载试验,观察试验现象和破坏特征,考察屈曲约束支撑与节点板两端采用销轴连接、螺栓连接、焊接连接和混合连接对钢结构抗震性能的影响,研究屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标,探讨屈曲约束支撑与钢框架节点板转动变形和关键部位的应变规律,分析结构的破坏模式和各构件屈服顺序。结果表明：屈曲约束支撑的芯板先于梁、柱和节点板屈服,试件滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能和延性。文章研究成果以期为屈曲约束支撑钢框架结构设计和应用提供科学依据。     

某养护中心办公楼两种支撑框架对比分析

对于地处8度区的某养护中心办公楼,根据传统抗震设计方法,必须选用框架-抗震墙结构体系,然而这样将导致工程造价增加,并且部分建筑使用功能也会受到限制,为此,本文提出采用普通支撑框架结构体系或BRB支撑框架结构体系来替代传统的框架-抗震墙结构体系,并对两种支撑框架结构进行小震反应谱和大震弹塑性时程分析对比,分析表明BRB支撑框架结构在小震下的受力性能和大震下的耗能减震性能均优于普通支撑框架结构。     

Performance assessment of innovative seismic resilient steel knee braced frame

Buckling restrained knee braced truss moment frame (BRKBTMF) is a novel and innovative steel structural system that utilizes the advantages of long-span trusses and dedicated structural fuses for seismic applications. Steel trusses are very economical and effective in spanning large distance. However, conventional steel trusses are typically not suitable for seismic application, due to its lack of ductility and poor energy dissipation capacity. BRKBTMF utilizes buckling restrained braces (BRBs) as the designated structural fuses to dissipate the sudden surge of earthquake energy. This allows the BRKBTMF to economically and efficiently create large span structural systems for seismic applications. In this paper, a prototype BRKBTMF office building located in Berkeley, California, USA, was designed using performance-based plastic design procedure. The seismic performance of the prototype building was assessed using the state-of-the-art finite element software, OpenSees. Detailed BRB hysteresis and advanced element removal technique was implemented. The modeling approach allows the simulation for the force-deformation response of the BRB and the force redistribution within the system after the BRBs fracture. The developed finite element model was analyzed using incremental dynamic analysis approach to quantify the seismic performance of BRKBTMF. The results show BRKBTMF has excellent seismic performance with well controlled structural responses and resistance against collapse. In addition, life cycle repair cost of BRKBTMF was assessed using the next-generation performance-based earthquake engineering framework. The results confirm that BRKBTMF can effectively control the structural and non-structural component damages and minimize the repair costs of the structure under different ranges of earthquake shaking intensities. This studies conclude that BRKBTMF is a viable and effective seismic force resisting system.     

不同极限位移BRB的RC框架结构#br# 抗地震倒塌性能研究

设计6个装有不同极限位移BRB的RC框架结构,基于OpenSees建立相应的有限元模型并验证模型的可行性和BRB模拟准确性,对装有不同极限位移BRB的RC框架结构模型进行增量动力分析和地震易损性分析,研究不同极限位移BRB的RC框架结构抗地震倒塌性能。研究表明：随着BRB极限位移的增加,结构抗倒塌性能得到提升;当系数小于1.2倍时,罕遇地震下结构中出现BRB失效概率大于5%,当系数大于1.2倍时,BRB极限位移提高对结构抗倒塌性能提高有所下降;《建筑消能减震技术规程》（JGJ 297—2013）对消能减震装置极限变形取12倍安全系数是合理的。     

近断层脉冲型地震作用下防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的抗震性能

具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层脉冲型地震动对建筑结构的破坏已受到工程界的广泛关注。为了解设置防屈曲支撑（BRB）的混凝土框架在近断层脉冲型地震动激励下的抗震性能,采用基于能量平衡的塑性设计方法完成了3个V形BRB支撑的RC框架结构的抗震设计。分别选取具有向前方向性效应和滑冲效应的脉冲型以及非脉冲型三组共36条近断层地震动,对结构进行罕遇地震作用下的非线性动力分析,研究了结构的最大层间位移角、最大顶点加速度、最大顶点位移和BRB的轴向性能;分析和评估了结构在3条典型地震动激励下的地震响应。结果表明：近断层脉冲型地震动比非脉冲型地震动对结构会产生更大的地震响应,且响应显著集中于速度脉冲时刻;BRB能充分发挥其耗能特性,提高RC框架结构体系的抗震性能。     

Multiperformance optimization design of a hybrid vibration mitigation system for super high‐rise buildings to improve earthquake resistance

A structure must meet many performance requirements to survive an earthquake. For a super high‐rise structure, the dominant control performance metric is stiffness when considering earthquake resistance because the lateral displacement of the structure often does not meet the requirements of the code even if the structure meets strength requirements. For moderate and major earthquakes, stiffness and strength play a leading role jointly. Viscous damper (VD) and buckling restraint brace (BRB) are damping devices that are commonly used in modern engineering. The efficiencies of these devices are different for different situations, and combining them can yield improved structural vibration mitigation. In this study, the performances of VD and BRB are summarized. A kind of virtual VD model with an additional damping ratio is proposed on the basis of which a VD priority placement analysis method is developed, and an optimal design is proposed. A detailed analysis of various stress states of a BRB is also performed, and a BRB arrangement method based on brace stress level analysis is proposed. The two kinds of vibration damping equipment are combined in the structure, and a practical design method for a hybrid vibration damping system is proposed. The accuracy of the proposed method is verified by considering a 10‐story plane frame. Finally, a hybrid vibration mitigation design for different objective damping ratios is performed for a super tall building project, and the design results are compared. The analysis results show that a VD can effectively increase structural damping and reduce the seismic response of the structure. A BRB is used to replace supports that experience high stress and reduce their section size, thereby reducing costs. Therefore, the proposed hybrid vibration damping structure is cost effective while providing good energy dissipation and is thus promising for engineering applications.     

钢筋混凝土框架结构防屈曲支撑加固振动台试验研究

为验证某多层钢筋混凝土框架结构采用防屈曲支撑加固后在地震作用下的抗震性能,以实际工程为背景,对未加固结构及采用防屈曲支撑加固结构进行了1/5比例缩尺模型振动台试验,主要研究了模型结构的动力特性、阻尼比、地震反应、防屈曲支撑的耗能能力及震后防屈曲支撑的性能变化。试验结果表明：未加固模型结构在地震输入下未能实现规范的“三水准”抗震目标,采用防屈曲支撑加固后的模型结构改柱铰机制为梁铰机制,地震反应得到有效控制,最大位移降低率达97%;防屈曲支撑在多遇地震作用下仅增加结构抗侧刚度,分担地震剪力约占地震总剪力的34%~49%,设防及罕遇地震作用下防屈曲支撑屈服变形明显,有效提高结构阻尼,耗散的能量占地震输入总能量的25%~51%;不同型号防屈曲支撑震后性能变化有较大差异,防屈曲支撑结构体系的破坏形态为防屈曲支撑首先断裂失效,进而梁柱破坏。     

耗能型屈曲约束支撑在结构设计中的合理应用与参数控制

针对耗能型屈曲约束支撑（BRB）在结构设计中遇到的突出问题开展理论和案例研究,讨论并整理了耗能型BRB在结构方案选型时主要考虑的因素和技术参数,对BRB屈服荷载与轴向刚度的合理匹配以及屈服变形与支撑长度的合理匹配进行分析,定义了两组参数匹配系数,并分别建议了合适的取值区间。通过案例分析了BRB屈服耗能可能对结构整体指标产生的不利影响,提出应在设计中评估设防地震及罕遇地震作用下结构可能产生的性能突变,不宜同时考虑BRB调整结构刚度和耗能双重作用的发挥,建议限制BRB在超过设防烈度地震作用以后再进入耗能阶段。通过附加阻尼比计算式的推导和参数分析,明确了BRB耗能效果的基本规律特征：附加阻尼比大小受结构自身和BRB参数双重影响,BRB分担的楼层地震剪力比例是主要影响参数,且随着地震作用的增大附加阻尼比并非一直增大,而是对应某一地震作用水平具有最大值。分析了BRB多遇地震耗能与大震变形控制问题,给出不同结构体系中保证支撑罕遇地震作用下使用安全的变形要求,并提出采用改进型BRB构造形式的建议,以满足在多遇地震耗能的同时保证罕遇地震作用下使用安全的特殊需求。研究结论为耗能型屈曲约束支撑在工程中的合理、高效应用提供理论参考。     

消能减震技术在高层框支剪力墙结构中的应用研究

高层框支剪力墙结构在高层结构得到广泛应用,但由于该结构属于竖向抗侧力构件不连续的结构体系,容易出现结构薄弱层及抗震性能不足等问题。因此,为了更好地研究高层框支剪力墙的抗震性能与实际应用,本文将消能减震技术应用到高层框支剪力墙结构中,结合工程实例运用有限元分析软件ETABS建立了一幢23层粘滞阻尼器(VFD)和屈曲约束支撑(BRB)消能减震结构计算模型,对两种模型进行多遇地震作用下的时程分析,并选择模型主要控制参数:楼层位移、楼层剪力、能量耗散等进行对比分析,研究结果表明:布置BRB时,楼层位移变形控制效果较好;布置VFD时,对结构的基底剪力控制效果较好;BRB的整体地震耗能能力大于VFD。