H型钢芯自复位防屈曲支撑抗震性能研究

提出一种新型H型钢预应力自复位防屈曲支撑(SCBRB),该支撑耗能内芯采用H型钢,外部约束构件由钢板和型钢组合成H形截面,采用预应力索构成自复位系统,整体通过高强螺栓拼接而成。对其构造、工作原理以及复位原理进行详细介绍。为了研究SCBRB的抗震性能,通过有限元软件ABAQUS,对结构模型进行三维实体有限元模拟,对纯防屈曲支撑、纯复位支撑及自复位防屈曲支撑进行拟静力分析,结果表明:新型H型钢预应力支撑结合了前两种支撑装置的优点,既能耗能,又能复位,可减小或消除残余变形,且效果良好。     

H型钢防屈曲支撑抗震性能试验研究

提出一种H型钢防屈曲支撑（HBRB）以便于对结构中既有H型钢构件进行抗震加固,同时可避免传统H型钢防屈曲支撑中过早发生内芯局部屈曲破坏的现象发生。该支撑的耗能内芯采用H型钢,约束构件由2个U形钢和2块钢板通过高强螺栓拼接而成。为了研究HBRB的抗震性能,对3个试件进行拟静力试验,结果表明,构造合理的HBRB具有稳定的滞回耗能能力。通过分析试件破坏模式发现：将端部加劲肋布置在翼缘两侧有利于避免H型钢防屈曲支撑内芯应变集中及约束构件局部鼓曲破坏的发生;端部加劲肋和外部约束构件之间的间隙过大会导致加劲肋和H型钢内芯焊缝撕裂;采用低电流、多道焊缝施焊有利于提高防屈曲支撑的疲劳性能。在轴向荷载作用下,H型钢内芯除了发生整体弯曲变形外,腹板和翼缘作为板件还会分别发生自身的高阶屈曲;翼缘和腹板在屈曲后与约束构件接触,相当于对H型钢增加额外的侧向约束,使其整体稳定承载力明显提升。     

论自复位防屈曲支撑钢框架减震性能

介绍了自复位防屈曲支撑的构造原理,采用ANSYS有限元软件,建立了自复位防屈曲支撑滞回模型,数值分析了自复位防屈曲支撑钢框架的减振性能,得出了一些有价值的结论。     

自复位防屈曲支撑钢框架减振效果分析

自复位防屈曲支撑构件在拟静力试验中表现出良好的复位性能及耗能能力。但是,自复位防屈曲支撑钢框架中支撑与主体结构的刚度关系,以及结构中的复位系统与耗能系统的关系如何合理设置,都需要借助结构试验或参数分析来解决。根据我国现行规范设计了钢框架结构,在构件试验研究及理论分析基础上给出了自复位防屈曲支撑钢框架结构的三线性恢复力模型,并用有限元软件ANSYS建立结构模型。根据此模型对防屈曲支撑钢框架和自复位防屈曲支撑钢框架结构进行了抗震性能对比。通过自复位防屈曲支撑动力位移反应分析,研究了支撑与结构刚度比αB/M,结构耗能系统与复位系统的屈服力比β及其刚度比αc三个重要参数。结果表明:自复位防屈曲支撑钢框架结构最大位移及残余位移角均小于防屈曲支撑钢框架结构的。结构刚度比αB/M越大越有利于减少残余变形;屈服力比β越大结构位移响应越小;刚度比αc越大结构位移响应越小。在初始设计时,建议钢框架结构的αB/M取为3;β取0.5~0.9;αc取为0.5。     

新型自复位K型偏心支撑钢框架抗震性能分析

将K型偏心支撑钢框架的耗能梁换成形状记忆金属(Shape Memory Alloy,简称SMA)材料,通过SMA材料的超弹性为结构提供复位力,实现自复位K型偏心支撑钢框架的构想。为考察该新型自复位K型偏心支撑钢框架的抗震性能,应用ANSYS有限元软件建立K型偏心支撑钢框架多尺度有限元模型,在验证有限元模型合理的基础上,设计传统K型偏心支撑钢框架和自复位K型偏心支撑钢框架,采用10条强震记录分别进行罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析。研究表明:新型自复位K型偏心支撑钢框架震后残余变形较小,能较好地实现结构的自复位,耗能梁腹板处应力分布与传统结构较为相似,但耗能能力及侧向变形能力较传统结构有所弱化。     

自复位形状记忆合金支撑抗震性能研究

基于形状记忆合金(SMA)的自复位支撑由于耗能性能好、震后无残余变形和性能稳定而得到研究者的广泛关注。详细介绍了SMA的力学特性,提出了一种新型自复位SMA支撑,采用通用有限元软件ANSYS建立了框架结构分析模型,对比了设置自复位SMA支撑的框架结构和不设置自复位SMA支撑的框架结构的抗震性能。研究结果表明,设置自复位SMA支撑的框架结构抗震性能得到了显著提升,震后损伤较小,结构功能能够快速恢复;自复位SMA支撑自身残余变形很小,能够实现震后快速修复和更换。     

基于混合控制的自复位支撑钢框架抗震性能研究

针对自复位结构耗能能力不足、峰值变形大、高阶振型效应显著和楼面加速度放大等关键问题,提出了基于混合控制手段的自复位结构减控方法。依据ASCE 7-10规范,设计了含三层和九层自复位支撑钢框架(SCBF)、带黏滞阻尼器的自复位支撑钢框架(SCBF+VD)、屈曲约束支撑框架(BRBF)以及屈曲约束支撑和自复位支撑组合形成的"半自复位"钢框架(BRBF+SC)等16个结构体系模型,利用OpenSees有限元软件建立体系模型,进行了静力推覆分析、非线性时程分析和增量动力分析,在此基础上得到基于最大层间位移角的倒塌易损性曲线和基于残余层间位移角的不同损伤状态易损性曲线。结果表明:附加黏滞阻尼器能够有效改善SCBF耗能能力不足的缺陷,缓解并抑制高阶振型效应,附加黏滞阻尼比为0.15时可降低SCBF的顶层层间位移角达88%,同时楼板加速度响应也得到了大幅抑制,甚至低于BRBF的。另外,与BRBF相比,半自复位钢框架可以有效降低残余变形,并且不会显著增加楼面加速度。SCBF+VD的倒塌裕度比均大于BRBF的。最大可能地震(MCE)水准下,采用附加阻尼比为0.15的三层和九层SCBF残余位移损伤状态超越...     

自复位防屈曲支撑框架结构混合试验研究

基于adapter单元构建了一套虚拟混合试验系统,利用混合试验方法对BRB型钢框架和SCBRB型钢框架进行了地震响应分析。本系统在计算机中利用两个有限元分析程序交互运算,实现混合试验过程,可以较为准确地模拟防屈曲支撑和自复位防屈曲支撑在地震作用下的受力行为。最后将混合试验结果与纯数值计算结果进行了对比,研究了防屈曲支撑和自复位防屈曲支撑对钢框架结构减震性能的影响。研究成果也验证了开展防屈曲支撑框架结构地震响应的物理混合试验的可行性,为后续混合试验在该领域的应用打下了基础。     

自复位防屈曲支撑研究进展及展望

强震后工程结构可快速恢复是近年来工程抗震的研究热点。我国抗震设计采用“三阶段两水准”的设计方法,在此方法下防屈曲支撑遭受罕遇地震发生弹塑性变形,由钢材本构关系知防屈曲支撑塑性变形不能恢复,从而影响建筑结构的正常使用,并且维修成本十分昂贵。因此近年来国内外学者提出了自复位防屈曲支撑概念并展开研究。自复位防屈曲支撑抗震性能好,震后残余变形小,经济效益好。文章介绍了自复位防屈曲支撑组成及工作原理,按照复位材料分类介绍国内外自复位防屈曲支撑的研究现状,以及对现阶段自复位防屈曲支撑存在的问题进行总结。     

防屈曲支撑钢框架结构抗震性能分析

防屈曲支撑是一种新型的耗能减震构件,能够显著提高结构的抗震性能.以云南省“校安工程”中的某小学为例,通过弹性以及弹塑性分析方法研究了安装防屈曲支撑的钢管混凝土结构的抗震性能.结果表明,随着支撑刚度的增加,结构的周期和层间位移角均有所减小;在小震作用下,防屈曲支撑处于弹性状态,为结构提供支撑刚度,在中震作用下,防屈曲支撑开始屈服耗能.结构的整体屈服是一个平稳渐变的过程,破坏模式为梁铰机制.     

自复位摩擦耗能支撑钢框架结构抗震性能的数值分析

自复位摩擦耗能(SCFED)支撑可以经历较大的变形,耗散地震动能,并且具有自复位功能,减少结构残余变形,因而得到广泛应用。为了研究SCFED支撑框架的抗震性能,用SAP2000多段线性连接单元和Wen塑性单元分别模拟复位系统和耗能系统的力学性能,二者并联模拟SCFED支撑力学性能,比对实验结果验证模型后,对6层FEDB和SCFEDB两种钢框架进行了地震作用下的动力响应分析,通过调整地震波的峰值,考虑了小震FOE、中震DBE和大震MCE下的结构抗震性能,分析结果表明文中的数值模拟模型分析结果和试验基本吻合,可以研究SCFED支撑框架抗震性能。与FEDB框架相比,SCFEDB框架可以减小结构的最大层间位移和残余位移,减少了与结构构件刚性连接的非结构构件的损伤,提高了结构的韧性。     

防屈曲支撑-摇摆钢框架抗震性能研究

为提升防屈曲支撑-摇摆钢框架(BRB-RSF)的抗震性能,提出在BRB-RSF中采用螺栓和角钢连接的半刚性节点代替刚性节点,沿框架柱中心线布置后张预应力筋,并对BRB-RSF进行了拟静力试验.同时基于OpenSees建立试验框架有限元模型,并对有限元模型的正确性进行了验证.研究结果表明:具有多道抗震防线的BRB-RSF...     

带屈曲约束支撑的V型偏心支撑钢框架抗震性能分析

偏心支撑钢框架主要通过耗能梁段发生剪切屈服变形来耗散地震能量,其支撑斜杆必须不发生屈曲才能保证耗能梁段能够耗能。对于跨度较大的结构,支撑斜杆为了满足稳定性与轴压比限值的要求,截面需要很大,结构经济性不好,同时也导致地震作用下内力增大。将偏心支撑钢框架的支撑斜杆换成屈曲约束支撑,进行有限元分析,结果表明:罕遇地震作用下,带屈曲约束支撑的V型偏心支撑钢框架侧向位移比普通支撑钢框架最大减小22.15%,有效地控制了结构的侧移;能量时程图表明:屈曲约束支撑消耗了大部分地震能量,屈曲约束支撑和耗能梁段能够同时参与耗能,建立起结构抗震的多重防线。     

自复位三重钢管约束屈曲支撑概念设计

传统约束屈曲支撑大震下易产生残余变形,首先概述现有自复位支撑发展现状,分析其工作优点,然后针对现有的自复位支撑中存在的问题,提出一种新型支撑——自复位三重钢管约束屈曲支撑,并给出具体组成构造。     

全钢自复位屈曲约束支撑框架地震响应分析

为研究全钢自复位BRB框架的抗震性能,以BRB框架设计为参照,根据"等强原则"和支撑自复位要求,在确定ST-SCBRB核心板面积的基础上改变预应力筋的数量,研究其对SCBRB框架地震响应的影响。分析表明:SCBRB框架的层间位移角小于"等强原则"下BRB框架的层间位移角;SCBRB中预应力筋根数越多,SCBRB刚度越大,对应框架层间位移角越小,同时也对支撑的变形需求减小;楼层加速度和层间剪力会有一定程度的增加,其中增加的剪力主要由SCBRB承担,框架柱承担的剪力作用反而减小;SCBRB的变形能力因初始张拉应变减小有所提高,故存在一个能使SCBRB的性能满足需求的最优预应力筋数量。     

装配式自复位摇摆钢框架抗震性能研究

为了减轻传统钢框架在强震作用下的损伤与破坏,提出了具有自复位柱脚的装配式摇摆钢框架结构,阐述了该结构的构造形式与工作机理。设计并加工了一榀缩尺比例为1/4的摇摆钢框架,对其进行了低周反复加载试验和有限元模拟,研究其抗震性能。结果表明：利用复合组合碟形弹簧的弹性恢复力能够实现柱脚在强震作用下的可控摇摆,通过梁柱节点的消能减震装置有效控制了结构的累积损伤与残余变形;摇摆钢框架的滞回曲线是较为饱满的旗帜形,表明其具有较好的自复位性能和耗能性能;在加载至层间位移角1/30时,梁柱节点和柱脚没有发生任何屈服或屈曲,主体结构保持为弹性,损伤与破坏集中在消能减震装置处,拆卸和更换消能减震装置后,再加载曲线与原曲线基本吻合,有效实现了消能构件地震损伤可更换以及结构功能可恢复的设计目标;有限元的模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建立的有限元模型能够较好地模拟摇摆钢框架在循环加载时的滞回性能。     

屈曲约束支撑钢框架的抗震性能分析

参照钢结构设计规范(GB50017-2003)和抗震设计规范(GB50011-2010)设计了一幢10层钢结构框架,并对结构进行简化。采用Perform-3d非线性分析软件进行建模,基于等能量和等效阻尼比原则,在原基本结构中加入合适尺寸的屈曲约束支撑(BRB)组合成屈曲约束支撑钢框架。对原结构和BRB结构进行了非线性推覆分析和动力时程分析,在此基础上分析结构的地震响应,对比原结构与BRB结构的屈服机制。研究结果表明,结构设计时加入屈曲约束支撑可以有效减少结构层间位移响应,大幅减少框架结构所承担的楼层剪力和框架结构构件的塑性耗能比例,充分发挥了屈曲约束支撑作为建筑结构消能构件的耗能作用,大幅提高了结构整体的抗震性能。     

抗震钢框架铸钢球支撑的屈曲控制

对新型钢结构球支撑的屈曲性能进行分析。这种支撑在两端和中心设置了铸钢件,形成具有可靠强度、刚度和变形能力的新型支撑。利用了铸造过程中的几何可变性,消除脆性破坏,使结构具有稳定的塑性变形能力。基于铸钢件的几何特性,确定屈曲强度和支撑的屈曲方向。确定铸钢件的尺寸限值,以控制屈曲方向。最后,建立了屈曲强度的计算公式。     

内藏钢板支撑预应力自复位剪力墙抗震性能研究

内藏钢板支撑预应力自复位剪力墙,由钢筋混凝土端柱、底部开水平短缝无粘结预应力自复位剪力墙体、两侧钢筋混凝土空心墙体、空心墙体内藏X型钢板支撑等构件组成。为探究该类剪力墙的抗震性能,设计一个试件进行低周往复加载试验,得到了试件的破坏形态、承载力、滞回曲线、刚度退化、耗能等,并采用有限元软件ABAQUS对试件进行数值模拟。试验结果表明:破坏集中在混凝土端柱塑性铰区,墙身损伤较小,预应力筋能够提供自复位能力,试件具有较高的水平和竖向承载力。ABAQUS软件数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

自复位K型偏心支撑钢框架结构滞回性能

为解决传统K型偏心支撑钢框架强震作用后残余变形过大的问题,通过将耗能梁材料更换成形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA),实现K型偏心支撑钢框架结构的自复位。使用ANSYS有限元软件建立K型偏心支撑钢框架结构的精细有限元模型,在验证有限元模型合理的基础上,对传统结构及自复位结构进行往复加载分析。并将两类结构的滞回曲线、应力分布、骨架曲线、延性、刚度退化、耗能能力及复位效果进行对比。研究发现自复位结构滞回曲线呈旗帜型,复位效果良好,应力分布及塑性机制与传统结构相似,延性水平及侧向刚度退化与传统结构相当,但耗能能力有所劣化。