双管式挫屈束制(屈曲约束)支撑之耐震行为与应用

挫屈束制(屈曲约束)支撑一般是由十字型或一字型钢板构成之核心单元加上钢管混凝土构成之束制(约束)单元所组成。由于单核心断面之挫屈束制支撑在与构架接合时每一端需使用八片续接板及两套的螺栓，造成接合部分较长且易发生挫屈(屈曲)，为了改善此种挫屈束制支撑与接合，相关研究已发展出以双T型核心配双钢管或双钢板核心配双钢管而组成之双钢管型挫屈束制支撑构件，并已成功地在台大完成一系列之试验，本研究进一步针对大尺寸之单层挫屈束制支撑构架进行试验。研究目的包括：(1)探讨支撑具不同核心长度比例构架之试验与解析行为；(2)研究挫屈束制支撑核心应变与楼层侧位移角之关系；(3)提供含挫屈束制支撑构架之分析与设计建议。由i组V型双钢板双钢管挫屈束制支撑构架之试验显示，支撑核心之极限应变可利用楼层的最大侧位移角需求，以简单的几何关系及支撑核心长度与工作点间长度之比值计算而得，试验结果亦显示，在构架产生最大侧位移角时支撑之核心拉应变会大于相邻支撑之核心压应变，显示两相邻支撑之轴拉力与轴压力在试体巾有互相平衡之趋势，而不会发生最大轴压力显著大于最大轴拉力的现象。     

钢造双核心自复位斜撑发展与耐震试验:应用复合纤维材料棒为预力构件

首次发展双核心自复位斜撑,藉由两组核心受压构件与两组拉力构件,使斜撑的变形量在拉力构件相同应变下大幅增加(或在相同斜撑变形量下,斜撑的拉力构件应变量减少一半),首先说明双核心自复位斜撑力学理论,并设计及测试三组5350mm长的双核心自复位斜撑,斜撑使用的拉力构件分别为直径22mm、29mm的玻璃纤维棒与直径13mm的碳纤维棒。试验结果显示,使用预力的双核心自复位斜撑除了有稳定的能量消释及自复位能力外,耐震性能也能符合AISC(2010)规范针对挫屈束制斜撑要求的最小层间位移角2%前不破坏的原则,并可完成在1.5%层间侧位移角下15圈反复载重无破坏发生;其中两组试体更可再进一步地完成2.5%层间位移角试验而不破坏,最大斜撑轴力约1400 kN。     

含挫屈束制消能斜撑构架效应之接合板耐震设计与试验分析

本研究主要探讨挫屈束制消能斜撑构架中梁柱效应及斜撑轴力效应对接合板耐震行为影响,利用一层楼挫屈束制消能斜撑构架试验及非线性有限元素分析,研究接合板在斜撑构架下的受力行为。本研究考虑接合板在同时承受构架效应(梁及柱剪力效应)及斜撑轴力下的影响,提出等效支撑概念计算接合板在受构架开合(梁及柱剪力)下的力量,如此将接合板的受力分为由构架及斜撑分别提供,再由有限元素分析观察的梁与接合板及柱与接合板界面应力分布,计算接合板端部应力值,以设计接合板及加劲板尺寸。藉由试验及有限元素分析所量测的梁、柱及斜撑力量,配合本研究提出的理论计算接合板在受梁柱开合效应下及斜撑力量下的受力模式,比对试验与分析下接合板端部的应力极值,验证此理论准确性,并建议设计准则,以确保接合板在达到设计层间侧位移角时无破坏产生。     

使用低降伏(屈服)强度阻尼装置之耐震结构设计

于抗弯矩构架之钢骨大楼内设置抗水平力效率高的低降伏(屈服)强度剪力钢板消能装置与挫屈束制(屈曲约束)斜撑构材,除可分担地震侧向力外,还可有效降低结构体之层间侧向位移角;因其具有极佳的韧性消能能力,可消散大部份的地震能量,进而保护抗弯矩构架的梁柱杆件。本文针对钢骨结构内含低降伏强度剪力钢板消能装置与挫屈束制斜撑,以地上十二层、地下三层之钢骨大楼为例,分别说明以低降伏强度剪力钢板消能装置及挫屈束制斜撑各承担大约20％～40％的楼层剪力后,结构在地震历时作用下之各项反应,另外,亦进行以了解在大地震作用下结构构材的能量分布及塑铰形成的情形。     

含摩擦型消能装置预应力钢柱的耐震性能

针对预应力钢柱基底含摩擦型消能装置的耐震性能进行研究,探讨初始钢绞线预应力与消能装置的影响。通过钢绞线施拉预应力接合钢柱与基础,用来提供钢柱自复位能力;消能装置采用摩擦型消能,提供柱构件与基础接合的滞回消能能力,因此柱构件在受震后拥有自复位与无残余变形特性。研究参数包含初始预应力大小、摩擦消能面积与摩擦型消能装置的位置。通过理论推导建立预应力与消能装置在钢柱与基础接合的性能模式,进而设计试件进行试验来验证其性能。试验结果表明,柱与基础接合面有开启与闭合的现象;提高摩擦型消能装置螺栓的预应力量,能有效提升滞回消能面积;提升初始钢绞线预应力量,能使滞回循环远离原点,确保自复位能力;消能装置安装在柱翼板处比安装在柱腹板处有较好的消能能力,且较为经济。预应力钢柱基底含摩擦型消能装置具有良好的自复位能力,具有滞回消能能力且柱构件无残余变形,理论分析亦能准确预测其性能。     

钢侧撑韧性斜撑构材之行为与应用(Ⅱ)

韧性斜撑构材由主受力组件与侧撑组件组成,主受力组件承担轴力而侧撑组件则在防止主受力组件受压挫屈,由于主受力组件不挫屈,因此能充分发挥材料之强度与韧性,成为一高强度且具高消能容量之斜撑构材.以韧性斜撑构材作为同心斜撑构架中之斜撑构材,此同心斜撑构架即称之为韧性同心斜撑构架,此种构架具有稳定之迟滞行为与高韧性之特性,为一优良之耐震结构系统.本文叙述韧性斜撑构材与韧性同心斜撑构架之力学与耐震行为,并根据其力学与耐震行为提出建议之设计方法.本文为第二部分.     

钢板剪力墙抗震行为与设计

本研究主要目的在于针对未束制型钢板剪力墙的使用性与消能特性加以改良,并研发束制型钢板剪力墙试体,共规划四座试体,3cm厚之低降伏LYS钢板为墙体:一座完全不加束制构件,另两座试体分别在LYS钢板墙体之两面以矩型钢管束制之,第四座则以钢筋混凝土板(简称为CP板)束制LYS钢板墙,于地震工程研究中心进行试验,同时并研究钢板剪力墙的分析模型,包括精准的Strip Model供研究者应用,与较简易的等效斜撑模型供工程实务应用。试验结果显示,束制型钢板剪力墙,LYS钢板挫屈所产生之声响减小,且平面外侧向挫屈变形也随之减少,而消能效果也明显增加。束制与未束制钢板剪力墙之分析模型采用Strip Model,皆可以准确仿真出试验所得之迟滞循环。在单向侧推分析中,采用等效层斜撑模型仿真束制型钢板剪力墙的初始劲度以及强度与试验结果接近。     

消能减震结构连接构件的刚度设计

消能减震结构由主体结构、消能器和支撑组成的消能部件及基础等组成。其中,合适的连接构件的刚度对消能器减震效果的发挥起着关键的作用。当消能部件的连接形式比较复杂,连接构件和消能器不在同一方向时,例如各种放大装置型的连接形式,如何确定连接构件和消能器的刚度是消能减震设计的重点和难点。根据虚功原理推导出消能器和连接构件沿水平方向的变形、刚度和消能器轴向变形与层间变形关系的计算公式,对消能减震结构的设计具有重要的指导作用。     

火电厂纵向消能支撑框架变形性能模型试验研究

对某3层3跨的纵向消能支撑框架模型结构进行了拟静力加载试验。介绍了试验情况,并根据试验结果对模型结构的变形性能和位移反应进行了研究,对部分构件的转角位移及其延性进行了分析,指出了此结构的薄弱层,并提出了加强措施。试验结果表明,消能支撑框架模型结构具有良好的延性性能和耗能能力。给出了模型结构刚度参数的确定方法和公式,提出了设计建议,为进一步的理论分析和工程应用奠定基础。     

防屈曲耗能支撑在某RC框架结构加固改造中的应用

本文以某高校科研办公楼6层RC框架结构加固改造为例,简述了工程所采用的增大截面法、粘贴碳纤维布以及防屈曲消能支撑的加固方法。采用静力推覆分析方法,分析防屈曲消能支撑的使用对该RC框架结构抗震性能的影响。结果表明,屈曲消能支撑的设置提高了结构在罕遇地震作用下的变形能力,在保护主体结构构件和防止结构倒塌方面起到关键作用。工程实践也表明防屈曲消能支撑施工安装便捷,施工周期短。其优良的耗能性能和优越的工程价值备受工程界所关注,应用将越来越广泛。     

钢板装配式屈曲约束支撑RC框架平面#br# 外力学性能试验研究

框架平面外方向的层间侧移在一定程度上影响框架中屈曲约束支撑抗震性能的发挥。为了研究框架平面外的层间侧移作用下,节点板加边肋和屈曲约束支撑端部加强对带屈曲约束支撑钢筋混凝土框架平面外方向力学性能的影响,对3榀安装了钢板装配式屈曲约束支撑的钢筋混凝土框架试件在平面外方向进行拟静力试验。研究了带钢板装配式屈曲约束支撑的钢筋混凝土框架平面外力学性能,节点板加边肋和BRB端部加强对其自身在平面外方向的受力与变形特征。结果表明：钢板装配式屈曲约束支撑对钢筋混凝土框架平面外方向的承载能力影响很小;框架平面外变形引起屈曲约束支撑轴向变形非常微小;在框架平面外层间位侧移作用下,带节点板的BRB呈“C”形的变形模式,节点板加边肋与屈曲约束支撑端部加强的设计能减小BRB轴力对其在平面外方向变形的影响。     

人字形无黏结内藏钢板支撑剪力墙拟静力试验研究

通过对6个人字形无黏结内藏钢板支撑剪力墙试件的拟静力试验研究,对无黏结材料及支撑与墙板的间隙、墙板内钢筋配置、墙板端部加强构造以及钢板支撑周围有效宽度范围内采用普通混凝土,其余部分采用轻骨料混凝土的有效宽度墙板等因素对试件滞回性能的影响进行考察。试验结果表明,无黏结材料的均匀包裹、支撑与墙板间留有较小的间隙以及沿支撑轴向加密纵横向钢筋和拉结筋等构造措施,可以显著提高墙板局部抗弯和抗冲切承载力,改善试件的延性和耗能能力。支撑受压失稳时呈多波微幅弯曲变形状态,随压力增大,失稳半波数增多,支撑对墙板的局部冲切作用随之增大,使墙板局部弯曲或冲切破坏。直至破坏前,试件滞回曲线饱满稳定,骨架曲线基本呈现两折线的形式。试验还表明,当其他构造相同时,采用有效宽度墙板的试件和整个墙板均由普通混凝土制成的试件的滞回性能几乎相同,但前者自重轻,有利于墙板的安装和结构抗震。     

Subassemblage test of buckling‐restrained braces with H‐shaped steel core

In this study, a subassemblage test was performed using buckling‐restrained braces with an H‐shaped core element, which have been proven in a previous uniaxial component test to have good performance. The loading protocol prescribed the quasi‐static cyclic pattern with stepwise incremental displacement amplitude. Two different end connections (bolted connection and pin connection) and two different buckling‐restrained mechanisms (concrete‐filled tube and hollow steel tube) were examined as the test parameters. The performance of the specimen was evaluated by comparing the test results with the recommended provisions for buckling‐restrained braces. The test results showed that the compression strength capacity of buckling‐restrained brace (BRB) with in‐filled concrete increased by about 10% compared with BRB without in‐filled concrete. According to test result at same story drift of 2D_bm, structural performance of pin connection specimen without bolt slippage is superior to bolted connection specimen. Also, bolted connection specimens showed similar performance for total energy dissipation and cumulative plastic ductility, regardless of the connection types and the existence of concrete filling. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

防屈曲支撑的超强系数

介绍了各国规范中关于防屈曲支撑连接节点的抗震设计条文,对与防屈曲支撑承载力超强相关的参数包括应变硬化系数和压拉不等强系数作了研究,指出美国提出了这两种系数,但并未给出具体的取值,我国的相关规定与美国类似,日本没有区别应变硬化系数和压拉不等强系数,而是以一个综合的调整系数加以考虑。     

屈曲约束支撑力学性能试验加载制度研究

目前,由国内的加载制度检测得到的屈曲约束支撑性能相对较小,这导致大部分满足其他国家性能要求的构件无法应用于我国工程实践中。为了推动国产屈曲约束支撑的国际工程应用,以中国规范和日本规范规定的屈曲约束支撑力学性能检验方法为基础,分析规范中对最大变形幅值、变形范围和循环次数的要求;通过OpenSees建模分析,对不同加载历程下屈曲约束支撑的拟静力反复加载试验进行模拟,采用累积非弹性变形和累积滞回耗能来评估屈曲约束支撑的性能,将滞回能量的累积分布作为评估加载制度的幅值增长规律的参数;基于中日规范中屈曲约束支撑循环试验加载制度的定义以及在两种不同加载方式下屈曲约束支撑循环试验数值模拟的结果,提出用于屈曲约束支撑性能检验试验的新加载制度(GLP)。研究结果表明,GLP具有较大的累积非弹性变形,与所参照的累积滞回耗能分布吻合较好;其最大变形幅值为30%,与日本规范要求的最大钢芯应变水平相一致。     

Seismic Study of Buckling Restrained Brace System without Concrete Infill

Bracing is the one of the best-known means of seismic retrofitting. Buckling restrained brace (BRB) is a certain type of brace with great efficiency against lateral loading. This paper presents the results of a finite element analysis on a BRB in which casing has no concrete infill. The core segment of this brace is similar to the conventional BRB, but it has a different buckling restraining system. The aim of this paper was to perform a parametric seismic study on the effect of a gap and also the effect of friction between the core and the casing and to evaluate the buckling behavior of these braces in response to changes in the initial shape of the bracing system. The results show that the flexural stiffness of the casing system, regardless of size of the gap, can significantly affect the buckling behavior of bracing.     

轻质组装墙板内置钢板支撑滞回性能试验研究

为改善墙板内置钢板支撑的延性,避免钢筋混凝土墙板局部冲切破坏,便于检修内置支撑和减小墙板自重,提出了轻质组装墙板。通过对6个组装墙板内置钢板支撑的试验研究,考察了支撑和墙板的厚度、支撑与墙板间的间隙等构造对支撑滞回性能的影响。试验表明,轻质组装墙板内置Q235钢板支撑具有良好的延性和耗能能力。总体上,墙板内置支撑破坏前骨架曲线呈双折线,支撑屈服后因钢材应变硬化以及支撑和墙板间摩擦等因素,支撑的承载力随侧移的增加而增大。达最大侧移角约1/25时,受拉承载力调整系数范围为1.36～1.61。侧移角在1/25以内时,受压承载力调整系数均小于13,支撑的轴向累积非弹性变形能力远大于200,均满足美国ANSI/AISC 341 16的要求。试件最终因内置支撑受拉断裂而破坏,破坏前滞回曲线饱满稳定。组装墙板保持完好,可重复利用。支撑与墙板间留置适宜间隙后,受压支撑在墙板孔壁内仅发生微幅多波弯曲变形,避免了墙板局部破坏。当仅考虑支撑附件的主钢管和开孔钢板简化计算墙板绕钢板支撑弱轴的欧拉临界力,墙板的欧拉临界力与内置支撑的最大轴向受压承载力之比(约束比)达1.15~2.42,墙板内置支撑不发生受压整体失稳。     

新型屈曲约束斜撑(RBRB)元件测试与模拟

70年代许多专家学者提出屈曲约束斜撑(Buckling Restrained Brace,BRB),成功地解决了斜撑系统在地震过程中容易屈服的缺点,同时能提供良好的消能机制。不过传统屈曲约束斜撑由于加工程序相当复杂,同时约束单元间所填充之混凝土需经过长时间的养护以达所需强度,以及材料间的界面问题,因此整体制作过程相当耗时且精度无法控制。因此,本研究中我们提出新型屈曲约束斜撑,此种斜撑仅需经由简单的切割及焊接技术即可组装完成,因此制作过程相当迅速且精度较易掌握,同时经由组件测试结果显示,新型屈曲约束斜撑拥有相当稳定之迟滞行为,同时本研究中利用增量型文氏模式进行新型屈曲约束斜撑迟滞行为的模拟,由实验及模拟结果的比较可知,增量型文氏模式能够准确地模拟新型屈曲约束斜撑在反复荷载作用下的行为。     

屈曲约束支撑与钢框架节点板连接的抗震性能#br# 试验与分析研究

屈曲约束支撑作为耗能减震构件,其与钢框架连接形成屈曲约束支撑钢框架结构体系。然而目前对于屈曲约束支撑与节点板不同连接形式的抗震性能和破坏模式尚缺乏研究。为了获悉不同连接形式对屈曲约束支撑钢框架结构抗震性能和破坏机理的影响,进行5榀屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的水平低周往复荷载试验,观察试验现象和破坏特征,考察屈曲约束支撑与节点板两端采用销轴连接、螺栓连接、焊接连接和混合连接对钢结构抗震性能的影响,研究屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标,探讨屈曲约束支撑与钢框架节点板转动变形和关键部位的应变规律,分析结构的破坏模式和各构件屈服顺序。结果表明：屈曲约束支撑的芯板先于梁、柱和节点板屈服,试件滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能和延性。文章研究成果以期为屈曲约束支撑钢框架结构设计和应用提供科学依据。     

Seismic performance of a reinforced concrete frame equipped with a double‐stage yield buckling restrained brace

In this paper, a double‐stage yield buckling restrained brace (DYB) is proposed to prevent soft story collapse in structures subjected to strong earthquakes. The DYB consists of two conventional buckling restrained braces (BRBs) with different yield forces: a large BRB and a small BRB. The deformation of the small BRB has an upper threshold value, controlled by a special mechanical mechanism. Once the force acting on the DYB exceeds the yield force of the small BRB, the small BRB yields and the deformation concentrates on the small BRB. When the deformation of the small BRB reaches the threshold value, the small BRB stops deforming. If the force of the DYB continues to increase and exceeds the yield force of the large BRB, the large BRB yields and most of the deformation takes place in the large BRB. In this way, the DYB achieves a double‐stage yield mechanism. To demonstrate the effectiveness of the DYB, a model of a six‐story reinforced concrete frame equipped with DYBs was constructed using the finite element software ABAQUS, and its seismic performance was analyzed. The double‐stage yield mechanism of the DYB was simulated by a gap element. To investigate the effect of DYBs on the seismic performance of the structure, four different models were built: an unbraced frame, frame with DYB, frame with small BRB, and frame with large BRB. The results of the pushover and time‐series analyses showed that the DYB effectively controlled the deformation pattern of the structures, and prevented weak story collapse.