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。     

新型自复位Y型偏心支撑钢框架结构的滞回性能

通过将传统Y型偏心支撑中耗能梁段制作材料更换为形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA),提出了一种具有自复位功能的新型Y型偏心支撑钢框架结构。使用ANSYS有限元软件建立了Y型偏心支撑钢框架结构的微观有限元模型,在验证有限元模型合理的基础上,对比分析了传统结构与自复位结构的滞回性能、延性、刚度退化、耗能能力及自复位功能。研究发现新型自复位Y型偏心支撑结构具有良好的自复位功能与延性性能,且初始抗侧刚度及刚度退化与传统结构相当,但耗能能力一般。     

支撑类型对自复位K型偏心支撑钢框架滞回性能的影响

为优化基于形状记忆金属(Shape memory alloy,简称SMA)耗能梁的自复位K型偏心支撑钢框架结构的复位效果。采用ANSYS软件建立了梁、实体混合单元模型,在验证有限元模型合理的基础上,进行偏心支撑结构滞回性能分析。通过改变支撑与梁(上端)、支撑与基础(下端)的连接类型,设计了4个自复位K型偏心支撑钢框架结构,考察支撑类型对自复位K型偏心支撑钢框架结构滞回性能、塑性机制、骨架曲线、滞回耗能及复位效果的影响。研究表明:支撑上端刚接、下端铰接易形成理想塑性复位机制,该机制下结构复位效果最佳,但结构初始刚度、水平承载力、耗能能力会有所下降。     

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。     

自复位Y型偏心支撑钢框架结构滞回性能的参数分析

通过将传统Y型偏心支撑中耗能梁段制作材料更换为形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA),提出了一种具有自复位功能的新型Y型偏心支撑钢框架结构。为研究此新型自复位结构的滞回性能,采用ANSYS软件建立精细化有限元模型,并进行数值分析。通过改变钢柱截面、钢梁截面、耗能梁段腹板厚度、耗能梁段长度及支撑截面尺寸,设计了5组11个自复位Y型偏心支撑钢框架结构,考察了各参数对其自复位性能及滞回性能的影响。研究发现钢柱截面及耗能梁段腹板厚度对结构承载力、初始刚度影响显著;钢梁截面、耗能梁段长度及支撑截面尺寸对承载力、初始刚度有一定影响。此外,随着SMA耗能梁段水平剪力承担比例的增加,结构复位效果显著提高。     

形状记忆金属自复位钢框架抗震性能分析

通过将强震时钢框架结构可能发生较大塑性变形区域的材料更换成形状记忆金属(Shape Memory Alloy,简称SMA)板件制成一种新型SMA自复位钢框架。为考察SMA更换区域对结构滞回性能及复位效果的影响,设计6个单跨2层的SMA自复位钢框架,采用ANSYS软件建立全实体模型进行滞回性能分析。分析表明将结构底层柱根部、顶层节点域及除顶层外的梁塑性铰区材料更换成SMA板,结构滞回曲线呈明显的旗帜状,结构残余变形极小、复位效果最好、经济性最优,但耗能能力较传统结构降低较大。此外,根据优化结果设计4层3跨SMA自复位钢框架,采用ANSYS软件建立多尺度有限元模型,进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。结果表明优化后的结构较传统结构抗侧刚度小、侧向变形大,但震后结构残余变形极小,结构自复位效果较好。     

两种偏心支撑钢框架的抗震性能比较分析

偏心支撑钢框架是近30多年来发展起来的一种支撑结构形式,具有很好的抗震性能。为了更好地了解偏心支撑钢框架抗侧力性能和耗能梁段的受力特性,对D型偏心支撑和K型偏心支撑钢框架进行了对比分析。通过非线性有限元分析,得出K型偏心支撑钢框架具有更优异的耗能能力和变形能力,能够显著地改善钢框架的抗震性能。     

多层钢框架偏心支撑的抗震性能试验研究

偏心支撑钢框架结构是一种比较理想的多层钢结构抗侧力体系,刚度大,受力性能合理。为了研究偏心支撑钢框架在地震作用下的滞回性能,为多层钢框架偏心支撑结构体系设计提供试验依据,选用耗能梁长度为可变参数,完成了2个不同构造形式的弯曲型耗能梁-偏心支撑框架在水平低周循环荷载下的破坏试验,分析了框架的承载能力及变形特征,研究了框架的破坏模式。研究表明,偏心支撑框架在弹性阶段内具有良好的变形能力,屈服荷载和框架刚度随弯曲型耗能梁长度增加呈下降趋势;偏心支撑框架能够控制框架破坏模式,地震作用下框架在耗能梁段屈服后屈曲破坏,破坏发生在耗能梁端部翼缘和支撑与柱脚连接的节点板位置,降低了梁柱节点受力。     

K形、V形偏心支撑钢框架抗震性能对比研究北大核心

K形、V形偏心支撑钢框架在设计、制作、用钢量等方面都较为接近,但结构特性有所不同。设计了K形、V形偏心支撑钢框架典型算例各20个,采用显式有限元工具建立数值模型,利用基于位移模式的Pushover方法对结构进行推覆分析,对比了两种体系在极限水平变形、耗能能力和极限承载能力方面的不同并分析了原因,得出了V形偏心支撑钢框架性能优于K形偏心支撑钢框架的结论,建议在设计中优先选用V形偏心支撑钢框架。     

弯曲屈服型耗能梁K形偏心支撑结构抗震性能研究

基于削弱耗能梁翼缘截面尺寸的原理,提出了一种弯曲屈服型耗能梁偏心支撑钢框架构造(简写为M2).为验证其抗震性能并与传统的弯曲屈服型耗能梁K形偏心支撑钢框架(框架梁与耗能梁等截面,简写为Ml)对比,完成了 2个1:2.6缩尺的单层、单榀、单跨模型的拟静力试验及数值模拟.结果表明,两个模型的塑性变形基本集中于耗能梁段上,试...     

K形、V形偏心支撑钢框架抗震性能对比研究

K形、V形偏心支撑钢框架在设计、制作、用钢量等方面都较为接近,但结构特性有所不同。设计了K形、V形偏心支撑钢框架典型算例各20个,采用显式有限元工具建立数值模型,利用基于位移模式的Pushover方法对结构进行推覆分析,对比了两种体系在极限水平变形、耗能能力和极限承载能力方面的不同并分析了原因,得出了V形偏心支撑钢框架性能优于K形偏心支撑钢框架的结论,建议在设计中优先选用V形偏心支撑钢框架。     

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。     

偏心支撑钢框架有限元分析

偏心支撑钢框架是近二十多年来发展起来的一种支撑结构形式，具有很好的抗震性能。为了更好地了解偏心支撑框架抗侧力性能和耗能梁段的受力特性，本文对偏心支撑钢框架进行非线性有限元分析。分析结果表明，偏心支撑中的耗能梁段在加载后期发生剪切屈服型破坏，保证了框架其他杆件不屈服，提高了结构的耗能能力和变形能力，显著地改善了钢框架的抗震性能。     

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。     

单斜杆型偏心支撑钢框架的地震反应分析

偏心支撑结构弹性阶段刚度大,塑性阶段耗能能力强,是适用于高烈度地震区的一种有效的抗侧力结构体系。采用梁单元与壳单元相结合的非线性有限元模型,对单斜杆型偏心支撑钢框架进行弹塑性时程分析,研究耗能梁段的长度、腹板高厚比和加劲肋间距的变化对单斜杆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。     

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。     

偏心支撑钢框架耗能分析的非线性有限元模型

偏心支撑是高层钢结构中一种有效的抗震耗能形式,针对这种结构形式提出了对于变形大、进入塑性的耗能梁段采用退化曲壳单元,其余部分采用梁单元的非线性有限元分析模型。在有限元分析过程中,梁单元考虑了几何非线性,曲壳单元考虑了几何和材料的双重非线性,材料的强化采用了混合强化法则,并编制了相应的计算程序。算例分析表明,用此模型分析偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的耗能性能是完全可行的。     

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。     

D型偏心支撑钢框架耗能梁段性能分析

D型偏心支撑是广泛应用于钢框架偏心支撑结构中的耗能形式之一。它是在中心支撑结构基础上改良的一种钢框架支撑形式,它不但继承了中心支撑钢框架抗侧移刚度和强度大的优点,还结合了抗弯钢框架结构中梁柱节点的良好的的抗弯性能;同时又解决了中心支撑框架中支撑斜杆重复压屈后抗压承载力降低从而导致延性差等问题,即通过支撑斜杆至少有一端与梁相连从而在梁端形成的耗能梁段来耗散地震能量,从而保证支撑不先发生受压屈曲。本文采用理论分析与有限元分析相结合的方法,先用虚功原理对耗能梁段与钢框架的承载力关系做出了推导,然后用ABAQUS有限元软件对8种具有不同耗能梁段长度的D型偏心支撑钢框架建立有限元模型,进行非线性有限元分析。通过偏心支撑极限承载力和滞回性能的对比分析,表明了耗能梁段的长度的最佳长度范围。耗能梁段过长或者过短都会导致整体结构的抗震性能越差。最后根据有限元分析结果提出了对耗能梁段长度的建议。     

加肋板法梁柱连接节点用于D型偏心支撑结构的抗震性能分析

D型偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中常用的一种抗震耗能结构形式,但是其耗能梁段与柱直接相连,为了满足强柱弱梁节点更强和梁端抗弯承载力的设计要求,一般需要对梁柱连接节点处采取一些加强措施。针对传统节点加强措施存在的不足,提出一种新型剪切型耗能梁段与柱连接节点——加肋板方案。给出了设计方法,利用ANSYS有限元分析程序,采用Shell143壳单元建立了有限元分析模型,将该新型梁柱连接节点与梁柱直接相连的D型偏心支撑结构进行了理论分析比较。验证了新型节点不仅可以使剪力远离翼缘焊缝,而且可以放松钢柱对梁翼缘端部的局部变形约束,并可排除耗能梁段与柱邻近区域的屈服。