等效线性化方法在自复位防屈曲支撑结构中的应用

自复位防屈曲支撑(SCBRB)由复位系统和耗能内芯组成,由于其综合了自复位体系和防屈曲支撑的优点,经过合理设计可兼具良好的复位及耗能能力,因此更有利于实现可恢复的结构这一抗震目标。若主体结构保持弹性,则自复位防屈曲支撑框架(SCBRBF)的简化恢复力模型为双线性弹性+双线性弹塑性合成的三线性滞回模型。等效线性化方法的精度对于等效阻尼比和等效刚度的计算方式比较敏感,不同的恢复力模型以相同的等效线性化方法计算精度也不相同,因此应根据具体情况对结果进行修正,以提高计算精度和结构的安全性。首先,分别对两种等效线性化方法计算自复位防屈曲支撑结构地震位移的平均误差及变异系数展开了参数研究。结果表明:由于SCBRBF的非线性和塑性程度均低于理想弹塑性结构,因此与理想弹塑性结构相比,用两种等效线性化方法评估自复位结构地震位移反应时,尤其在周期大于0.3 s时,精度显著提高;等概率幅值平均等效线性化方法由于考虑了所有位移对等效阻尼比和等效刚度的贡献,因此比割线刚度法更为精确。其次,根据分析结果给出了不同等效线性化方法在计算SCBRBF时的修正系数。最后,根据阻尼比函数得到各个参数对阻尼比的影响规律,并给出最佳延性比。     

自复位全钢型防屈曲支撑的工作原理与滞回特性研究

该文提出一种新型自复位全钢型防屈曲支撑(SC-SBRB),主要由防屈曲耗能系统和预压组合碟簧自复位系统并联组成。对其基本构造和工作原理进行了介绍,建立了能够准确描述支撑滞回特性的恢复力模型。采用ABAQUS有限元软件建立了具有不同设计参数的4个SC-SBRB实体模型,研究了支撑在低周往复荷载作用下的滞回特性及复位性能,并与恢复力模型计算结果进行了对比分析。结果表明,低周往复荷载作用下,SCSBRB的滞回响应呈现稳定饱满的类"旗形"特征,建立的恢复力模型能够准确地预测支撑各阶段的力学性能。SC-SBRB的自复位性能随碟簧初始预压力的增大而逐渐得到发挥,残余变形同步减小。当复位率达到1.0时,支撑最大残余变形率为0.039%,复位性能和耗能能力匹配合理。     

内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑性能试验及其恢复力模型研究

为解决防屈曲支撑在大震作用下产生较大残余变形的问题,该文提出了一种内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑,阐述了该支撑的构造和工作原理。该新型支撑由防屈曲耗能系统和自复位系统并联组成,通过控制碟簧预压力和核心单元屈服承载力的组合,可得到工程结构控制所需的滞回特性曲线。在此基础上,设计制作了3个不同工况的内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑,开展拟静力试验,分析其破坏特征,探讨了其残余位移和滞回耗能等特性,并建立其力-位移滞回关系恢复力分析模型。试验结果表明：内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑不仅保留了防屈曲支撑稳定良好的耗能能力,而且能较好地控制残余变形,建立的恢复力分析模型与试验结果吻合较好,是一种有效地控制残余变形且性能稳定的结构减震元件。     

全装配式自复位防屈曲支撑滞回模型及其性能试验研究

为减小防屈曲支撑的震后残余变形,降低结构的修复难度和成本,该文提出了一种采用组合碟簧实现复位的全装配式自复位防屈曲支撑,该新型支撑通过设置BRB系统承载力和SC系统预压力的比率,可有效控制滞回曲线的特性。文中阐述了该支撑的构造和工作原理,推导了循环加载下的理论滞回模型,并据此设计制作了3个不同组合的全装配式自复位防屈曲支撑,通过拟静力试验分析对比了残余变形和滞回耗能等特性,探讨了自复位效果和破坏模式。试验结果表明:新型全装配式自复位防屈曲支撑滞回曲线有明显的旗帜型特征,滞回性能稳定;组合碟簧自复位系统大幅减小了支撑的残余变形,复位效果明显;理论滞回模型与试验结果基本吻合,是一种十分有效的自复位减震阻尼器。     

自复位支撑-钢框架结构直接基于位移的支撑参数设计与分析

该文提出了预压碟簧自复位耗能（PS-SCED）支撑-钢框架结构的等效阻尼比公式并验证其合理性,在此基础上,采用直接基于位移的抗震设计方法对一6层PS-SCED支撑-钢框架结构的支撑参数进行设计并分析。结果表明,不考虑等效阻尼比设计的支撑刚度偏于保守,支撑承载力需求偏大,而考虑等效阻尼比设计的支撑刚度和承载力需求更小且能使结构满足预定的性能目标;在相同性能目标下,支撑刚度比对结构的位移响应影响不大,按照所提出的刚度比区间设计的支撑参数能使结构满足变形限值要求。     

腹板式钢制防屈曲支撑力学性能试验研究

防屈曲支撑是一种具有良好应用前景的耗能减震构件,兼具中心支撑和位移型阻尼器的功能,克服了传统支撑受压屈曲的缺点.提出了由平板截面焊接组合而成且芯板为低屈服点钢的腹板式钢制防屈曲支撑,为检验其抗震性能,对4个试件进行拟静力往复加载试验.研究了试件的受力过程及耗能机理,并对力-位移滞回曲线、恢复力模型、累计塑性变形及能量耗散能力等抗震性能进行了分析,基于ANSYS软件对试件的滞回性能进行了模拟,并与试验结果进行了对比分析,验证了这种防屈曲支撑工作可靠,具有良好的滞回性能及低周疲劳性能.数值计算表明,在地震动作用下装有这种防屈曲支撑的框架结构具有良好的减震效果.     

防屈曲支撑恢复力的特点及计算模型研究

选用国标Q235热轧钢材,采用三个型钢品种,以三种截面、两种组合方式设计并制作了六个防屈曲支撑试件,进行了低周反复荷载试验.研究了防屈曲支撑恢复力的特点,讨论了Bouc-Wen等模型用于计算恢复力-变形滞回曲线的可行性,指出了将其用于防屈曲支撑时,在力学参数非对称性、材料塑性硬化等方面的不足.在此基础上,提出了考虑这些...     

带摩擦保护装置自复位屈曲约束支撑框架的减震效果分析

在自复位屈曲约束支撑(SC-BRB)端部引入摩擦保护装置(FS)形成SC-BRB-FS,可以有效避免因结构变形过大导致的预拉杆断裂,以及由此引起的支撑承载力陡降和残余变形显著增大的问题。基于规范设计4层和8层SC-BRB支撑钢框架,并根据支撑的试验结果,分别建立能考虑预拉杆断裂的普通SC-BRB框架和采用摩擦保护装置的SC-BRB框架的分析模型。通过非线性动力时程分析深入研究引入摩擦保护装置对SC-BRB框架抗震性能的影响,结果表明：在SC-BRB端部设置摩擦保护装置不仅能降低结构的损伤程度和倒塌概率,还能减小结构的残余变形;增大摩擦保护装置的启动位移不会影响结构最大位移响应,但能进一步降低结构的残余变形。     

混合形状记忆合金及屈曲约束支撑系统自复位抗震研究

提出混合形状记忆合金(SMA)及屈曲约束支撑(BRB)系统混合自复位装置。在混合自复位装置中,BRB发挥耗能作用,而SMA提供自复位功能以减小结构震后残余变形。据SMA一维宏观唯象本构模型,编制用于ABAQUS有限元分析的用户材料子程序SMA-UMAT;用ABAQUS及子程序SMA-UMAT分别对设置BRB及混合自复位装置钢框架(简称BRBF,SC-BRBF)进行低周反复与动力弹塑性地震反应分析。数值结果表明,虽SC-BRBF峰值层间位移角、峰值基底剪力及峰值楼层加速度较BRBF有一定程度放大,但与BRBF相比,SC-BRBF可减小结构残余位移50%以上。故该混合自复位装置在大跨结构及高烈度抗震设防地区具有一定工程应用前景。     

用带防屈曲支撑的内嵌式钢框架加固混凝土框架的试验研究

针对既有混凝土框架抗震性能的不足,研究增设防屈曲支撑(BRB)的消能减震加固技术方案。为尽量减少原主体结构的受力负担、提高加固效果,设置了内嵌式钢框架并安装BRB,对加固后的混凝土框架进行了试验研究。该文设计、制作了2榀用此法加固的混凝土框架,1榀纯混凝土框架作为对比。通过低周反复荷载试验,研究了荷载-侧移滞回曲线、骨架线、支撑轴向变形曲线、等效刚度及退化规律、等效粘滞阻尼比等抗震减震性能。结果表明设计的减震加固混凝土框架荷载-侧移滞回曲线饱满,BRB耗能稳定,能显著提高结构承载力,增加结构阻尼,有效降低地震反应。内嵌式钢框架传力可靠,可有效平衡支撑承载力,充分发挥BRB的作用,挖掘梁、楼板的延性潜力,改进了受力工作机制,抗震性能改进明显。     

屈曲约束支撑框架的支撑布置原则研究

屈曲约束支撑框架的支撑布置原则对其减震效果和结构的抗震性能影响显著。建立检验减震效果的6层和16层钢框架基准模型,分别以位移和层间位移不均匀系数为衡量结构地震损伤程度和损伤集中效应的指标,分析了支撑和框架间以及楼层间支撑较优且经济适用的布置原则。结果表明：减震效果随支撑面积的增加而减弱,建议主体框架加入支撑后结构的基本周期降低不宜超过1.5倍~2.0倍;支撑面积在楼层方向线性分布的比例系数为0.5~1.0时,结构的损伤集中效应较小。以“上层BRB屈服应发生在下层框架屈服之前”为性能目标,推导了楼层间支撑面积比上限值的理论公式,并用一个算例验证了公式的正确性。公式表明：当框架刚度较低或者屈服位移较小时,需严格限制支撑面积比,以防出现仅有某层或者较少层BRB屈服的集中损伤模式的不利现象。基于上述布置原则,给出了屈曲约束支撑框架设计流程。     

设置自复位支撑的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

提出了一种能准确描述预压弹簧自复位耗能（PS-SCED）支撑滞回性能的力学模型,引入状态变量区分支撑不同工作阶段从而确定其力学响应。基于ABAQUS平台对该力学模型进行二次开发,将开发的PS-SCED支撑单元模拟结果与支撑力学性能试验结果进行对比,并对设置PS-SCED支撑的3层钢筋混凝土框架结构进行抗震性能分析。结果表明：该支撑单元模拟得到的滞回曲线与试验结果吻合较好,可准确描述支撑在动力荷载作用下的力学性能;强震作用下,PS-SCED支撑能够充分耗散地震能量,有效控制结构的塑性变形;此外,PS-SCED支撑框架结构相比于原框架结构残余变形减小了72.1%~92.1%。PS-SCED支撑具备良好的耗能能力和自复位特性,能够显著提高钢筋混凝土框架结构的抗震性能。     

防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的实用设计方法

防屈曲支撑可以显著减小地震作用下钢筋混凝土框架的层间变形需求,该文提出一种新的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架实用设计方法,以实现在增设防屈曲支撑的同时避免对构造措施不满足现行抗震设计规范要求的主体结构构件逐个进行局部加固这一抗震加固目标。首先提出层间承载力最薄弱柱和层间最弱塑性铰抗震思路来分别解决小震下结构构件承载力设计问题和大震下结构层间变形验算问题;然后给出了设计方法的具体设计流程;最后,将设计方法应用于一栋图书馆阅览楼抗震加固设计中,分析结果表明防屈曲支撑加固框架结构的承载力和层间变形均满足现行抗震规范要求,验证了提出的结构实用设计方法的有效性。研究成果可为防屈曲支撑加固钢筋混凝土结构的初步设计提供参考。     

设置自复位耗能支撑的斜拉桥横向抗震性能研究

为减小斜拉桥横桥向的地震响应,提出一种设置预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥横向减震体系及支撑参数的设计方法。以一座斜拉桥为研究对象,对支撑参数进行了设计,并对塔梁固结体系和采用支撑的减震体系进行地震时程分析,从关键位置的地震响应、耗能能力等方面对支撑体系的抗震性能进行了研究。结果表明,横桥向采用预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥减震体系利用支撑良好的滞回耗能特性,有效减小桥塔位移和应变,改善桥塔受力,减小主梁的残余位移。附加预压弹簧自复位耗能支撑对斜拉桥地震响应有良好减震控制效果,是一种合理的抗震体系。     

侧移曲线对基于位移设计的多层自复位摩擦耗能支撑钢框架抗震性能影响研究

采用直接基于位移的抗震设计方法时需预先确定结构的侧移曲线,但侧移曲线对设计结果和结构抗震性能的影响有待研究,为此该文以自复位摩擦耗能支撑钢框架为例,考虑结构非线性程度和层数,分析了3种典型侧移曲线对结构抗震性能的影响,为该类支撑钢框架结构的侧移曲线选择提供依据。结果表明：侧移曲线对3层支撑框架的基底剪力设计值影响不大,但对6层支撑框架的基底剪力有明显影响;楼层设计位移角随设计侧移曲线变化而变化,最终导致楼层设计刚度差别较大;3层以下低层自复位摩擦耗能支撑钢框架结构的实际侧移表现为线型,设计时建议采用线型侧移曲线,6层左右的多层结构的实际侧移表现为弯曲型,建议采用弯曲型侧移曲线进行设计。     

隧道纵向地震反应分析的整体式反应位移法

对于非一致地震动作用下隧道纵向地震反应问题,采用地下结构横断面地震反应的整体式反应位移法的基本原理,给出了一种根据自由场地震反应确定隧道纵向反应最不利变形和最不利内力发生时刻,即最不利时刻的确定方法,提出了适用于地下隧道结构纵向地震反应分析的整体式反应位移法。该方法通过自由场静力分析模型,根据隧道埋深位置处的自由场最不利变形确定等效地震作用,通过隧道结构-地基整体模型的静力计算获得隧道结构的最不利地震反应。以北京某地铁区间盾构隧道结构为研究对象,分别采用纵向整体式反应位移法和动力时程分析方法进行了出平面剪切波入射下隧道结构纵向地震反应计算,并将二者的计算结果进行了对比与分析。结果表明,该文提出的纵向整体式反应位移法概念明确、过程简便,具有良好的计算精度,可用于非一致地震动输入下隧道等长线型地下结构的抗震分析。