高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

高强钢组合偏心支撑钢框架是一种耗能梁段采用屈服点较低的钢材(Q235,Q345),其他构件采用高强度钢材(Q460,Q690)的新型结构体系。为研究其抗震性能,对4个1∶2缩尺的单层单跨高强钢组合K形偏心支撑钢框架平面试件进行了单调加载试验和循环加载试验。试验以耗能梁段长度为变化参数,研究试件的破坏模式和主要抗震性能指标。研究结果表明,高强钢组合K形偏心支撑钢框架的承载力高、延性较好、耗能能力强;剪切屈服型试件的耗能能力好于弯曲屈服型;单调加载的破坏位移远比循环加载的大,前者的承载力高于后者,但相同位移时前者的荷载低于后者;循环荷载作用下试件破坏主要集中在第一道抗震防线耗能梁段上,此时高强钢构件基本处于弹性工作状态,残余变形较小;高强钢组合K形偏心支撑钢框架是一种有利于震后修复的双重抗侧力体系。     

基于性能设计的高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能研究

Y形偏心支撑钢框架结构中耗能梁段置于框架梁之外,耗能梁段变形不会对主体结构和楼板造成损害,震后易于修复更换。为了保证耗能梁段充分发挥塑性变形进行耗能,非耗能构件(框架梁、框架柱)截面设计往往过大,浪费钢材且限制了偏心支撑钢框架的应用。高强钢组合偏心支撑框架结构是指耗能梁段采用普通钢材(Q345钢),而框架梁、柱等非耗能构件采用高强度钢材(如Q460),不仅有效减小构件截面,而且可以推动高强钢在抗震设防区的应用,经济效益显著。采用基于性能的抗震设计方法设计了5层、10层、15层和20层的Y形偏心支撑钢框架结构,算例模型包括高强钢组合Y形偏心支撑钢框架和传统普通钢Y形偏心支撑钢框架,通过Pushover分析和时程分析研究该结构形式的承载力、抗侧刚度、层间侧移分布及破坏模式。研究表明:相同设计条件下,高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构与普通钢Y形偏心支撑钢框架结构的承载能力相近,但抗侧刚度略低,罕遇地震作用下二者具有相似的层间侧移分布和破坏模式。     

多层高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

为研究高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构的抗震性能,进行了一个1∶2缩尺模型的三层结构试件的低周往复加载试验,从结构的承载能力、刚度退化、位移延性、耗能能力及破坏模式等方面评价了结构的抗震性能,试验采用三质点倒三角形比例加载。研究结果表明：高强钢组合Y形偏心支撑结构具有较高的承载能力、较好的位移延性和耗能能力,屈服强度较低的耗能连梁的弹塑性变形耗散了大部分地震能量,而高强钢非耗能构件基本处于弹性受力状态,保证了极限状态下结构的完整性。框架梁与耗能连梁连接节点处受力复杂、应力集中严重,加之楼板对框架梁的约束,该节点处变形较大,使得试件最终在此位置破坏。     

高强钢组合K形偏心支撑结构的结构影响系数和位移放大系数研究

高强钢组合K形偏心支撑结构是指耗能梁段采用普通钢材(如Q345钢),而框架梁、柱采用高强度钢材(如Q460钢)的结构.耗能梁段在大震作用下剪切屈服耗散能量,而梁柱构件基本处于弹性受力状态,保证地震作用下的塑性变形仅集中于耗能梁段.结构影响系数R是基于性能的抗震设计方法中至关重要的部分,尺取值合理是结构抗震性能设计的关键...     

高强钢组合K型偏心支撑框架抗震性能数值分析

对一个单层单跨剪切屈服型高强钢组合K型偏心支撑框架试件的滞回性能进行了低周往复循环试验研究,并且建立了多个层数不同的高强钢组合K型偏心支撑框架和Q345钢K型偏心支撑框架有限元模型,对其滞回性能进行了非线性数值分析,对两种结构的承载力、强度退化、刚度退化、延性、耗能能力以及用钢量进行了对比。研究表明:在满足抗震要求的前提下,高强钢组合K型偏心支撑框架的抗震性能良好,略差于相同设计条件下Q345钢K型偏心支撑框架的,但是构件截面较小,可以节省钢材、降低造价,具有较高的经济效益。     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能对比分析

为研究不同强度组合的高强钢组合K形偏心支撑框架结构的抗震性能,设计了一组不同强度(Q345、Q460、Q690钢材)组合的5层K形偏心支撑框架结构算例Q345-5、Q460-5和算例Q690-5,选取10条地震动记录对其进行动力时程分析,得到各算例在不同水准地震作用下的耗能梁段转角和层间位移角。研究表明：8度罕遇地震作用下,高强钢组合K形偏心支撑框架的层间位移角比传统K形偏心支撑钢框架大,各算例耗能梁段全部进入塑性变形阶段;塑性层间位移角到达规范限值时,算例Q460-5框架梁开始进入塑性变形阶段,算例Q690-5框架柱、框架梁和支撑均处于弹性变形阶段,还可以承受更大的地震作用;达到定义的极限状态时,与传统偏心支撑钢框架相比,算例Q460-5能够承受的地震作用和耗能梁段转角更小;算例Q690-5承受的地震作用和耗能梁段转角更大。     

高强钢组合Y形偏心支撑结构影响系数和位移放大系数研究

高强钢组合Y形偏心支撑结构是指耗能梁段采用普通钢材(f_y≤345 MPa),保证地震作用下结构具有良好的塑性变形能力，框架梁、柱采用高强钢(f_y≥460 MPa)降低构件截面尺寸，同时保证非耗能构件的弹性受力状态，该新型结构具有良好的延性和耗能能力。结构影响系数R是基于性能的抗震设计方法中至关重要的部分，若R取值合理，则结构抗震设计更加安全、合理、经济。我国2016版GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中隐藏了结构影响系数的概念，且对所有的结构体系取统一值，显然不尽合理。研究高强钢组合Y形偏心支撑结构的结构影响系数和位移放大系数可进一步优化结构性能化设计方法，为该类型结构今后的设计取值提供参考依据。为此对12个Y形偏心支撑钢框架有限元模型进行静力弹塑性分析和增量动力分析(IDA分析),得到结构的性能曲线。利用能力谱法计算各原型结构的R、C_d、R_μ和R_Ω,分析结构层数N和耗能梁段长度e对各性能系数的影响。对比Pushover分析和IDA分析所得结果，提出了各性能系数的建...     

基于抗震韧性的高强钢组合偏心支撑钢框架研究

将基于抗震韧性的设计理念引入高强钢组合偏心支撑钢框架结构.通过韧性设计,使得高强钢组合偏心支撑钢框架结构,在满足结构抗震目的的同时,结构构件参与结构抗震方式明确,主体构件不发生塑性破坏,耗能支撑或耗能梁段通过塑性变形吸收地震能量,同时,通过装配式建造,耗能构件易于更换,达到结构韧性抗震的目标.提出评价高强钢组合偏心支撑钢框架的评价指标.     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能非线性有限元分析

高强钢组合偏心支撑钢框架是耗能梁段采用屈服点较低的钢材、钢框架采用高强钢的新型双重抗侧力体系。为研究不同钢材对抗震性能的影响,在试验的基础上对5种K形组合偏心支撑钢框架的抗震性能进行非线性有限元分析。对有限元模型进行分析时仅改变钢材的强度等级,构件截面和边界约束条件与试验则完全一致,同时考率几何非线性和材料非线性。通过对各试件耗能机理、应力分布以及塑性铰力学模型的分析表明,在耗能梁段相同的条件下,适当提高框架钢材强度等级可以抵抗耗能梁段应变硬化产生的内力增大效应,从而避免因增大截面导致的用钢量上升;此时结构的延性虽有所下降,但刚度退化速率减缓,钢框架残余变形小,有利于震后修复。     

高强钢组合型连柱钢框架体系子结构抗震性能有限元分析

高强钢组合连柱钢框架是一种双重抗侧力无支撑框架结构,其耗能连梁采用低屈服点的钢材、抗弯钢框架采用较高屈服点的钢材。为了研究不同钢材对连柱钢框架子结构抗震性能的影响,文章设计6组子结构试件。利用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,仅改变抗弯框架部分的钢材等级,分析子结构在循环荷载作用下的破坏模式、滞回性能、刚度退化和延性系数等参数。研究结果表明:高强钢组合的连柱钢框架体系子结构具有良好的变形能力和耗能能力。随着钢材强度等级的提高连柱钢框架体系子结构的承载能力、刚度逐渐增大,但是耗能能力、延性明显下降。     

基于性能设计的高强钢组合V型偏心支撑钢框架抗震性能研究

为了研究高强钢组合V型偏心支撑钢框架的抗震性能,采用基于性能的抗震设计方法设计2个10层V型偏心支撑钢框架算例,采用Pushover方法和动力弹塑性方法进行分析。对比分析高强钢组合V型偏心支撑钢框架和普通V型偏心支撑钢框架的破坏特征、承载能力、基底剪力、顶点侧移角、抗侧刚度、延性以及罕遇地震下层间位移角。结果表明:在基于性能的抗震设计方法中,高强钢组合V型偏心支撑钢框架与普通钢组合V型偏心支撑钢框架具有相近的破坏模式和顶点侧移角,但抗侧刚度和延性略低;在罕遇地震作用下,两者具有相似的层间位移分布模式,高强钢组合V型偏心支撑钢框架层间位移角略大,但都能满足相关规范限值的要求,抗震性能相当。高强钢组合V型偏心支撑钢框架能节省钢材约10%,更符合绿色建筑的发展方向。     

钢腹板弯折剪切连梁受力性能试验研究

在偏心支撑钢-混凝土组合框架结构中,采用传统的剪切连梁虽然可以有效提升框架结构的抗侧刚度和耗能能力,但是其引起的附加弯矩会导致框架梁跨中混凝土严重开裂,不利于地震后的结构修复.为避免框架梁跨中混凝土板的开裂破坏,提出钢腹板弯折的剪切连梁,该连梁从框架梁侧面与梁腹板连接,可以有效地减少剪切连梁对框架梁引起的附加弯矩,从而...     

耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架抗震性能的影响

分析了K形偏心支撑钢框架中耗能梁段的受力特性,利用非线性有限元程序探讨了耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架刚度、延性及耗能性能的影响,提出了初步设计时耗能梁段长度的取值范围.     

耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架抗震性能的影响

分析了K形偏心支撑钢框架中耗能梁段的受力特性,利用非线性有限元程序探讨了耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架刚度、延性及耗能性能的影响,提出了初步设计时耗能梁段长度的取值范围。     

高强H形钢混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的偏心受压性能以及验证采用国内外相关规范计算此类构件承载力的可行性,进行了1∶3缩尺的10根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与2根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱的偏心受压试验,研究型钢钢材牌号、相对偏心距、含钢率与箍筋间距对组合柱偏压承载力与延性的影响。研究结果表明：当型钢钢材牌号由Q235提升至Q460、Q690时,组合柱的承载力和延性均有明显提升,型钢钢材牌号为Q690的组合柱承载力提高幅度略高于Q460的,其位移延性系数提高幅度明显高于Q460的;增大相对偏心距和含钢率可显著提升高强H形钢混凝土组合柱的延性;较小箍筋间距有利于充分发挥Q690高强H形钢的材料性能。将试验结果与按我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、欧洲EN 1994-1-1:2004以及美国ANSI/AISC360-16得到的型钢组合柱偏压承载力计算结果进行对比。结果表明,按EN 1994-1-1:2004、ANSI/AISC360-16得到的高强H形钢组合柱偏压承载力计算结果与试验结果相差较大,总体上偏于保守;按JGJ 138—2016的计算结果与试验结果...     

Y形偏心支撑钢框架耗能段长度研究

为研究耗能段长度对Y形偏心支撑钢框架滞回性能的影响,应用ABAQUS 13.0建立了8个不同耗能段长度的Y形偏心支撑钢框架模型并对其进行了数值分析,研究了耗能段长度变化对Y形偏心支撑钢框架承载力、刚度、耗能能力和延性的影响。结果表明:Y形偏心支撑钢框架具有良好的滞回性能,耗能段长度变化对Y形偏心支撑钢框架的承载力、刚度、耗能能力及延性均有较大影响;随着耗能段长度的增大,Y形偏心支撑钢框的承载力及刚度呈降低趋势,功比指数和延性系数先增大后降低。此外,根据有限元分析结果确定了Y形偏心支撑钢框架耗能段长度的合理取值。     

K形和Y形偏心支撑钢框架滞回性能试验研究

进行了1/3缩尺的K形和Y形偏心支撑钢框架的低周反复荷载试验,分析了K形和Y形偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明,K形和Y形偏心支撑钢框架均具有较好的延性及耗能能力;K形偏心支撑钢框架横梁的竖向变形较大,Y形偏心支撑钢框架横梁的竖向变形较小;虽然Y形偏心支撑钢框架侧向刚度低于K形偏心支撑钢框架,但也能提供较大的初始抗侧刚度,可满足小震或中震作用下的结构变形要求,同时在大震作用下可以提供良好的变形能力和耗散地震能量的双重功能。     

带可替换耗能连接偏心支撑钢框架循环加载的受力性能分析

传统的偏心支撑钢框架将耗能梁段设计成框架梁的一部分,使得耗能梁段截面尺寸、钢材强度等方面与非耗能部分相同,而带可替换耗能连接的偏心支撑钢框架将耗能连接与框架梁分离设置、修复替换方便且经济。运用ABAQUS软件对10榀带可替换耗能连接的偏心支撑钢框架进行数值模拟,分析了不同参数下的可替换耗能连接及整个框架的刚度和强度等力学性能。通过对该偏心支撑钢框架施加循环荷载得到:带可替换耗能连接的偏心支撑钢框架能很好地将结构的塑性变形和地震中的能量集中在可替换耗能连接上,可替换耗能连接的滞回曲线稳定、形状呈梭形、骨架曲线发展平稳,呈现出较高的延性和较好的塑性变形能力。     

新型防屈曲高强钢腹板可更换钢连梁抗震性能研究

文章率先提出一种新型防屈曲高强钢腹板可更换钢连梁(简称“新型钢连梁”)：腹板采用高强钢，可提高钢连梁的屈服抗剪强度，连梁变形减小，从而减小可更换结构整体变形，便于更换；加劲肋紧贴腹板(但不焊接)提供约束，仅与上下翼缘焊接，可减少60%以上的焊接量。其次，设计并开展了11个试件的拟静力试验，研究了加劲肋间距(规范限值dmax、0.85dmax)、腹板厚度(6mm、8mm)、腹板钢材强度(Q460、Q550)和构造形式(加劲肋与腹板贴紧或焊接)等参数对新型钢连梁抗震性能的影响。试验结果表明：试件均发生剪切破坏；满足加劲肋间距限值的新型钢连梁，滞回曲线饱满，峰值时腹板未发生鼓曲且极限转角均超过0.1rad，大于规范限值0.08rad，表现出良好的耗能和变形能力；缩小加劲肋间距、增加腹板厚度或提高腹板钢材强度，新型钢连梁刚度及承载力提高；新型钢连梁峰值承载力较传统构造试件低约5%。最后，基于试验结果建立了有限元模型并开展了分析，研究结果表明：对腹板采用Q460、Q550高强钢材的新型钢连梁，峰值承载力计算时超强系数建议取1.43(长度比为0.5～1.0)或1.39(长度比为1.0～1.6)、1.25，以期为实际工程设计提供依据。     

V形偏心支撑钢框架耗能梁段长度研究

为了研究耗能梁段长度对V形偏心支撑钢框架滞回性能的影响,应用ABAQUS V11.0建立了8个不同长度耗能梁段的有限元模型并进行非线性分析,研究了耗能梁段长度变化对V形偏心支撑钢框架承载力、刚度、延性和耗能能力的影响。研究结果表明:V形偏心支撑钢框架具有良好的耗能能力,耗能梁段的长度对V形偏心支撑钢框架的承载力、刚度、延性及耗能性能均有较大影响。随着耗能梁段长度的增加,V形偏心支撑钢框架的刚度及承载力呈降低趋势,延性系数和功比系数先增大后降低。根据有限元分析结果,给出了V形偏心支撑钢框架耗能梁段长度的合理取值范围。