震后可替换耗能梁偏心支撑钢框架拟静力试验研究

近年来,抗震设防目标逐渐从保护生命安全转向震后快速修复,可替换耗能梁段半刚性连接偏心支撑钢框架体系在震后通过替换新耗能梁,能够快速恢复其使用功能,因而得到了广泛关注。为了研究震后修复的偏心支撑钢框架的抗震性能及论证震后替换耗能梁段方法的可行性,首先对1个1∶2缩尺偏心支撑钢框架进行低周往复加载试验,然后更换新的耗能梁,再次对其进行低周往复加载试验。试验结果表明：修复替换后的试件与原试件相比,其滞回性能、承载力、延性系数、抗侧刚度和耗能性能虽不及原试件,但仍保留一定的承载力和良好的耗能性能;通过对层间位移角和耗能梁转角的分析,表明修复后的模型的整体变形能力以及其耗能梁转动能力依旧很好;对框架的失效模式和关键部位应变的分析,验证了更换耗能梁修复方法的可行性。     

低屈服点钢偏心支撑框架抗震性能研究

将偏心支撑框架中的消能梁段腹板替换为低屈服点钢材,形成低屈服点钢偏心支撑框架.为实现震后修复的功能,消能梁段与主体结构通过高强螺栓及端板进行连接.建立了单层支撑框架和高宽比为2的高层支撑框架,对比分析了普通钢偏心支撑框架与低屈服点钢偏心支撑框架的抗震性能.有限元分析结果表明,单层支撑框架在相同变形状态下,低屈服点钢偏心...     

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。     

K形可替换耗能梁偏心支撑钢框架拟静力试验研究

为研究K形偏心支撑半刚性连接钢框架的抗震性能,采用较低屈服点的可替换耗能梁段作为耗能单元,对一个单层单跨平面内钢框架模型进行低周循环加载试验.通过试验分析了框架的变形特性、塑性发展情况及破坏模式,分析了框架的强度、刚度、滞回性能、耗能特性.在连接节点处的高强螺栓上粘贴应变片,并观察高强螺栓的应变发展情况.试验结果表明:...     

一种新型扩孔螺栓连接型消能梁段及其力学性能

罕遇地震下偏心支撑框架结构需合理有效地增大消能梁段的延性和耗能能力,并减小消能梁段的损伤,以使该种结构能更好地适应当前的抗震要求。基于剪切型消能梁段的力学特性和扩孔型螺栓连接的受剪滑移能力,提出一种扩孔螺栓连接型消能梁段。采用校正的有限元方法对扩孔型螺栓连接和扩孔螺栓连接型消能梁段进行详细分析,以明确相应试件的力学性能。研究结果表明,扩孔螺栓连接型消能梁段具有高延性和强耗能等特点,能有效提高偏心支撑框架结构的抗震性能和震后功能恢复能力,并为偏心支撑框架结构的抗震设计提供新的思路和方法。     

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。     

带可替换耗能段的Y形偏心支撑框架抗震性能研究

为了研究耗能段采用端板连接的Y形偏心支撑钢框架的抗震性能,设计了2个耗能段连接形式和2组结构高跨比不同的试件。采用有限元分析软件ABAQUS对试件进行滞回分析,研究耗能段连接形式和结构高跨比对试件滞回性能的影响,将试件的正向骨架曲线简化为三折线模型,确定使结构快速恢复功能而替换耗能段的结构层间侧移角的合理范围。研究结果表明:设计合理的端板连接耗能段的Y形偏心支撑钢框架的滞回性能与焊接连接耗能段的Y形偏心支撑钢框架基本相同;基于等能量原理的三折线模型适用于确定耗能段的替换范围;Y形偏心支撑框架的最大层间位移角介于1/350至1/80之间时可替换耗能梁段。     

梁柱连接类型对自复位Y型偏心支撑钢框架滞回性能的影响

将传统Y型偏心支撑钢框架中耗能梁段的制作材料替换为形状记忆合金(SMA)形成一种具有自复位功能的Y型偏心支撑钢框架结构。采用ANSYS软件建立了6组单层、单跨自复位Y型偏心支撑钢框架及纯钢框架的微观有限元模型,重点研究采用刚性连接、齐平式及外伸式端板连接节点对自复位Y型偏心支撑钢框架滞回性能、耗能能力、抗侧刚度及复位能力的影响,并且对比分析了有无Y型支撑对钢框架性能的影响。研究结果表明:采用齐平式及外伸式端板连接的自复位Y型偏心支撑钢框架具有较好的复位能力及延性性能,但与采用刚性节点的自复位Y型偏心支撑钢框架相比,其水平承载力、抗侧刚度及耗能能力略低。     

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。     

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。     

D型偏心支撑钢框架耗能梁段性能研究

通过对具有不同耗能梁段长度的D型偏心支撑钢框架的滞回性能及耗能梁段耗能性能的非线性有限元分析,表明耗能梁段的长度对偏心支撑钢框架的侧向刚度、延性和耗能能力有较大影响。随着耗能梁段长度的增加,D型偏心支撑钢框架的强度、刚度、延性和耗能性能均产生了不同程度的退减现象;耗能梁段越短,其塑性变形越大,进而导致耗能梁段过早塑性破坏的可能性增大。根据有限元模拟结果提出了对耗能梁段长度的设计建议。     

可更换钢管铅芯阻尼器偏心支撑框架分析

为解决传统偏心支撑结构震后修复困难、经济性差的问题,提出了以钢管铅芯阻尼器作为耗能梁段的可更换耗能梁段偏心支撑结构方案。共设置18组试件,采用有限元软件ABAQUS对不同钢管高径比、径厚比、钢材屈服强度情况下的可更换钢管铅芯阻尼器K型、D型偏心支撑钢框架进行结构分析,考察了耗能梁段、整体框架结构的变形机制、滞回耗能能力以及局部屈曲、局部破坏形态。分析结果表明:可更换钢管铅芯阻尼器偏心支撑框架耗能性能优良、工作性能稳定,钢管铅芯阻尼器首先发生屈服,钢管与铅芯协同工作,并起到主要的耗能作用。在可更换偏心支撑结构实际工程应用中的钢管铅芯阻尼器,建议其钢管高径比宜小于3、钢管径厚比宜大于0.13、钢管钢材宜采用软钢及低屈服点钢。     

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。     

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。     

Y形偏心支撑高强钢框架结构抗震性能

在Y形偏心支撑高强钢框架结构抗震性振动台试验的基础上,建立了试验试件的有限元模型,并验证了分析的正确性。设计了一个9层的Y形偏心支撑高强钢框架结构,以耗能梁段长度、耗能梁段腹板高厚比、高跨比为参数,对9层结构进行了非线性动力时程分析,研究了以上参数对结构抗震性能的影响。研究结果表明,改变耗能梁段长度、高跨比对结构层间侧移、耗能梁段性能、框架柱弯矩、耗能能力均有不同程度的影响,对框架柱轴力、基底剪力无显著影响;改变耗能梁段腹板高厚比对结构耗能能力有影响,对结构层间侧移、耗能梁段性能、框架柱受力、基底剪力无显著影响,并给出了相关设计建议。     

K型偏心支撑钢框架耗能梁段长度探讨

通过对具有不同耗能梁段长度的K型偏心支撑钢框架的滞回性能与耗能梁段的耗能性能进行非线性有限元分析结果表明:随着耗能梁段长度的增加,K型偏心支撑钢框架的强度、刚度、延性和耗能性能均产生了不同程度的退化现象;耗能梁段越短,其塑性变形越大,由此而导致耗能梁段过早塑性破坏的可能性也就越大,而耗能梁段过长则抗震性能较差。最后,根据有限元模拟结果对耗能梁段的长度提出了设计建议。     

耗能梁段长度对高强钢组合Y型偏心支撑框架受力性能影响的研究

采用ABAQUS有限元软件对高强钢组合Y型偏心支撑框架进行有限元分析,分别对5种不同长度的耗能梁段的进行单调加载和循环加载,研究耗能梁段长度对框架受力性能的影响。分析表明,高强钢组合Y型偏心支撑框架的耗能能力较强;耗能梁段长度越长,结构的耗能能力也就越强,但长度增加到一定程度时,结构的承载能力明显降低。     

3种偏心支撑钢框架的塑性设计方法

偏心支撑钢框架是在中心支撑钢框架的基础上发展起来的一种新型结构体系,它能够有效改善钢框架在大震作用下的抗震性能。本文基于已有耗能梁段的塑性设计模型,考虑钢材的应变硬化效应影响,提出了一种改进的偏心支撑耗能梁段塑性模型,并基于此模型对不同形式的偏心支撑钢框架在弯矩、剪力共同作用下的屈服模型进行了研究,推导出其塑性设计公式。     

Y型偏心支撑钢框架的受力性能研究

Y型偏心支撑钢框架是最近发展起来的一种新型抗侧力结构体系,具有很好的抗震性能。可以通过改变耗能梁段的截面尺寸和支撑的布置形式来优化结构的抗震性能。本文基于我国现行《抗震规范》建立三个系列的一榀Y型偏心支撑钢框架平面模型,并运用有限元分析软件sap2000对结构进行pushover分析计算,研究了Y型偏心支撑钢框架的耗能梁段长度、腹板高厚比和耗能支撑的布置形式等参数对Y型偏心支撑钢框架结构抗震性能的影响,提出了相应的抗震设计建议。