屈曲约束支撑施工技术

传统的屈曲约束支撑的结构施工方法难以控制高强度螺栓的轴向力、扭矩系数和摩擦系数,导致抗震性差。本文以某试验检测中心为例,研究了两种屈曲约束支撑预埋件的安装方案并进行对比分析,提出了复杂情况下屈曲约束支撑安装工艺流程和施工方法。通过提高结构的抗震性能,降低工程造价,推进了减隔振技术在结构工程中的应用,为类似工程提供了借鉴参考。     

屈曲约束支撑框架的支撑布置原则研究

屈曲约束支撑框架的支撑布置原则对其减震效果和结构的抗震性能影响显著。建立检验减震效果的6层和16层钢框架基准模型,分别以位移和层间位移不均匀系数为衡量结构地震损伤程度和损伤集中效应的指标,分析了支撑和框架间以及楼层间支撑较优且经济适用的布置原则。结果表明：减震效果随支撑面积的增加而减弱,建议主体框架加入支撑后结构的基本周期降低不宜超过1.5倍~2.0倍;支撑面积在楼层方向线性分布的比例系数为0.5~1.0时,结构的损伤集中效应较小。以“上层BRB屈服应发生在下层框架屈服之前”为性能目标,推导了楼层间支撑面积比上限值的理论公式,并用一个算例验证了公式的正确性。公式表明：当框架刚度较低或者屈服位移较小时,需严格限制支撑面积比,以防出现仅有某层或者较少层BRB屈服的集中损伤模式的不利现象。基于上述布置原则,给出了屈曲约束支撑框架设计流程。     

屈曲约束支撑端部塑性扭转屈曲试验研究

屈曲约束支撑是一种利用金属屈服滞回耗能的装置,具有性能稳定、制作方便、成本低廉等优点。该文通过三根部分焊接屈曲约束支撑试件的低周疲劳试验,探讨了其核心板端部无约束段扭转屈曲的失效模式,并进一步与理论公式进行对比。试验结果表明:屈曲约束支撑核心板端部无约束段的塑性扭转屈曲会导致屈曲约束支撑失效,需要在设计时特别关注;屈曲约束支撑构件的轴向变形对试件的扭转屈曲失效影响显著,轴向变形越大,塑性屈曲临界应力越低,同时施加的实际轴向应力越大;理论公式能够较好的预测屈曲约束支撑端部无约束屈服段的扭转屈曲失效。     

屈曲约束支撑核心单元的多波屈曲过程研究

屈曲约束支撑核心单元的受力形态是影响其低周疲劳特性和滞回特性的重要因素。基于屈曲约束支撑核心单元的受力特点,建立了基本假定,并依据承受轴向荷载和侧向荷载杆件的平衡方程,推导了核心单元与约束单元点接触和线接触状态下的挠曲线方程,揭示了其在持续增大的轴向力作用下点接触、线接触和新波生成交替出现的多波屈曲过程。算例分析表明:该文提出的计算公式与数值分析计算结果相一致,可用以描述核心单元在约束单元内的受力特性。     

一字形内芯全钢防屈曲支撑设计方法

针对一字形内芯全钢防屈曲支撑的失效模式,建立其设计方法。对一字形内芯全钢防屈曲支撑的整体失稳破坏进行研究,根据支撑的构造特点及外套管最大弯矩,得到保证其整体稳定性的设计表达式;对一字形内芯全钢防屈曲支撑的局部失稳破坏进行研究,在分析内芯与外套管挤压作用的基础上,得到保证支撑局部稳定性的内芯宽厚比上限值表达式。结果表明：此上限值随外套管与内芯的间隙与内芯宽度之比的增大而减小,一般内芯宽厚比小于8可保证内芯的局部稳定性。     

两种设计原则下自定心屈曲约束支撑框架的抗震性能分析

基于9层支撑抗弯钢框架和支撑铰接钢框架,分别采用与屈曲约束支撑(BRB)的等强原则和等核心板面积原则设计自定心屈曲约束支撑(SC-BRB)框架,并对建立的6个支撑框架模型进行10条地震波下的非线性时程分析,结果表明:与BRB框架相比,SC-BRB能有效控制结构的残余变形;因为支撑铰接钢框架由地震引起的主体结构损伤较支撑抗弯钢框架小,所以结构的自定心效果也更好;基于等强原则的SC-BRB框架由于支撑刚度较小,因此其结构层加速度和支撑轴力小于按等核心板面积原则设计的SC-BRB框架;基于等核心板面积原则的SC-BRB框架凭借支撑较强的耗能能力,其层间位移角的控制要优于按等强原则设计的SC-BRB框架,且其较大的预张力和预拉杆截面面积也更利于提高结构的自定心效果和限制薄弱层的出现。     

高强钢框架-屈曲约束支撑体系抗震性能研究

针对高强钢结构在抗震设计中存在的结构延性差、刚度小的问题,提出了高强钢框架-屈曲约束支撑结构.为研究此类结构的抗震性能,对2个足尺单榀单跨单层试件进行了拟静力加载试验,观测了结构在水平往复荷载下变形特征与破坏模式,分析了结构及构件滞回曲线特征,探讨了试件强度退化、刚度退化、塑性变形、耗能能力以及钢框架和屈曲约束支撑的承...     

LY315钢屈曲约束支撑耗能性能试验研究

采用新型抗震结构用软钢LY315作为内核材料,设计加工了3根全钢型装配式屈曲约束支撑。对支撑进行了拉压往复加载试验,并对其力学性能进行分析,研究此类新型屈曲约束支撑的耗能性能。结果表明：支撑构造合理,滞回曲线饱满,耗能性能稳定;试件的最大位移延性系数均大于15,抗拉应变强化系数在1.21~1.29,等效粘性阻尼比在0.442~0.465,累积塑性变形均大于500倍的屈服位移;对试件的疲劳加载进行分析,各项参数均满足JGJ 297-2013《建筑消能减震技术规程》的要求,表明试件有良好的低周疲劳性能。     

屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构干式柔性梁柱节点的试验研究

建议了一种由受弯框架与采用梁柱柔性节点的屈曲约束支撑框架并联组成的装配式混凝土双重抗侧力体系,设计并完成了4个装配式梁柱节点试件和1个现浇节点试件的往复加载试验。研究了混凝土楼板、螺栓孔形式等因素对该柔性节点受力性能和破坏模态的影响,并与现浇试件进行了对比。试验结果表明：混凝土楼板对柔性节点刚度及承载力有很大的影响,在设计时不可忽略;螺栓孔形式在结构位移较小时对节点的受力性能没有影响,但当结构位移较大时会影响节点的破坏模式;与现浇节点相比,装配式柔性节点具有很大的变形能力。     

一种四角钢组合约束型防屈曲支撑的外围约束比取值研究

与传统的外围整体式防屈曲支撑相比,装配式组合防屈曲支撑由于具有独特的构造特点,故其设计理论更具复杂性。该文针对一种四角钢组合约束型防屈曲支撑,基于对其内核构件与外围约束构件之间相互作用机制的深入认识,提出了其稳定性设计方法。首先,针对这种四角钢组合约束型防屈曲支撑,基于连续连杆法提出了一种外围约束刚度的简化计算方法。然后,在构件发生单向变形的假定条件下,通过对外围约束构件受力状态的分析,推导出其约束比设计计算公式。在此基础上,再考虑构件发生双向变形的情况,考虑次弯曲方向变形对外围约束构件受力所带来的影响,进一步补充完善了约束比设计计算理论。通过该文提出的约束比限值进行此类装配式组合防屈曲支撑的设计,可保证外围约束构件的整体稳定性与局部稳定性均能满足要求。     

双矩管装配式防屈曲支撑约束刚度取值研究

装配式防屈曲支撑的外围约束构件之间通过高强螺栓连接,其连系螺栓的离散性布置对各外围约束构件形成的整体约束刚度有不利的影响,需要在外围构件约束刚度计算中考虑。该文对一种双矩管装配式防屈曲支撑的外围约束刚度取值进行了研究,在理论推导中首先假定外围约束构件为“空腹桁架模型”来考虑离散螺栓连接,而后运用“连续连杆法”将螺栓的离散作用连续化以便于考虑这种不利作用。通过研究“空腹桁架模型”的变形特性考虑外围约束构件约束刚度的折减,最后结合对外围构件受力机理的分析及数值手段,推导并拟合出约束构件分肢间连系刚度,进而完善了外围约束刚度取值的相关理论。提出的方法也得到了数值分析的验证。     

双矩管装配式防屈曲支撑设计理论研究

装配式防屈曲支撑的外围约束构件主要通过高强螺栓连接。由于连系螺栓布置呈一定离散性,因此需要对各外围约束构件形成的整体约束刚度进行一定程度的折减;此外,螺栓的离散布置使得螺栓间外围分肢构件的局部受力影响更为突出,此二者均应在装配式防屈曲支撑设计方法中予以考虑。为此,该文首先对传统铰接防屈曲支撑设计理论进行介绍,而后对双矩管装配式防屈曲支撑约束刚度折减系数的求解思路及方法进行论述,最后结合装配式防屈曲支撑所特有的受力特点,考虑多波变形时挤压力的局部影响,提出了一整套适用于双矩管装配式防屈曲支撑的设计方法,并采用数值分析验证了2个支撑设计算例的可靠性。在理论推导中考虑了内外核之间的间隙、铰接接头长度、内核外伸段长度、外围构件长度、强度、刚度及初始缺陷、螺栓尺寸及布置等诸多设计参数的影响。     

三套管自复位屈曲约束支撑滞回性能研究

在结构中合理安装自复位屈曲约束支撑可以有效地减少结构损伤和结构残余变形。该文提出了一种新型三套管自复位屈曲约束支撑,对其滞回性能进行实验研究。通过拟静力试验考察了初始预应力,芯材管有效横截面积对支撑耗能能力以及控制残余变形效果的影响。采用有限元方法对支撑的滞回性能进行了参数分析,并通过理论推导给出了支撑的刚度和承载力计算公式。研究结果表明合理设计的三套管自复位屈曲约束支撑具有良好的耗能能力和自复位性能,有限元分析结果与试验结果吻合较好,理论推导得到的刚度和承载力计算公式能准确给出支撑滞回曲线上的特征点。     

混合形状记忆合金及屈曲约束支撑系统自复位抗震研究

提出混合形状记忆合金(SMA)及屈曲约束支撑(BRB)系统混合自复位装置。在混合自复位装置中,BRB发挥耗能作用,而SMA提供自复位功能以减小结构震后残余变形。据SMA一维宏观唯象本构模型,编制用于ABAQUS有限元分析的用户材料子程序SMA-UMAT;用ABAQUS及子程序SMA-UMAT分别对设置BRB及混合自复位装置钢框架(简称BRBF,SC-BRBF)进行低周反复与动力弹塑性地震反应分析。数值结果表明,虽SC-BRBF峰值层间位移角、峰值基底剪力及峰值楼层加速度较BRBF有一定程度放大,但与BRBF相比,SC-BRBF可减小结构残余位移50%以上。故该混合自复位装置在大跨结构及高烈度抗震设防地区具有一定工程应用前景。     

腹板屈曲约束钢连梁抗震性能研究

腹板屈曲约束钢连梁通过在钢连梁腹板两侧设置约束板,保证钢连梁在往复剪切荷载作用下腹板剪切屈服后承载力能够持续强化,相比在腹板上设置加劲肋的传统方式,腹板屈曲约束钢连梁的腹板在接近钢材极限剪应变前不会发生面外屈曲,具有优越的耗能能力。通过5个腹板屈曲约束钢连梁的拟静力试验,研究了不同约束方式对钢连梁抗震性能的影响。试验结果表明：所有试件均实现了剪切屈服及承载力强化,破坏模式主要为翼缘、端板焊缝断裂和约束板弯曲破坏。钢连梁的超强系数平均值为1.38,大于《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的最低要求1.1,其中采用50 mm厚的钢筋混凝土约束板和25 mm厚的木板约束板的试件的超强系数超过了1.5。通过建立有限元分析模型进行试验对比验证和参数分析,提出了约束板最小厚度的建议取值,可为实际工程设计提供参考。     

罕遇地震荷载作用下屈曲约束支撑框架结构弹塑性位移的简化计算方法

针对罕遇地震荷载作用下的屈曲约束支撑框架结构,从附加有效阻尼比的角度出发,系统的分析了罕遇地震时,屈曲约束支撑框架结构体系弹塑性位移的简化求解方法,并将此简化求解方法的计算结果与十条地震波的弹塑性时程分析结果平均值进行对比,结果表明,该简化算法准确有效.     

基于剪力比的防屈曲支撑-RC框架抗震设计方法研究

该文提出了基于剪力比的防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构抗震设计方法。根据不同的剪力比α设置不同参数的防屈曲支撑并进行了多个不同层数结构的抗震设计;基于大震弹塑性时程分析,研究了不同剪力比结构的最大层间位移角和防屈曲支撑滞回耗能比随剪力比α的关系曲线,并得出剪力比α的合理取值范围为0.3 < α < 0.5。在剪力比合理的取值基础上研究了层间位移角最大值随不同刚度主体框架的变化规律,并建议了主体混凝土框架最大层间位移角的设计取值。该文所提方法简便、实用,为防屈曲支撑耗能减震结构的设计提供了一种新的思路。     

腹板式钢制防屈曲支撑力学性能试验研究

防屈曲支撑是一种具有良好应用前景的耗能减震构件,兼具中心支撑和位移型阻尼器的功能,克服了传统支撑受压屈曲的缺点.提出了由平板截面焊接组合而成且芯板为低屈服点钢的腹板式钢制防屈曲支撑,为检验其抗震性能,对4个试件进行拟静力往复加载试验.研究了试件的受力过程及耗能机理,并对力-位移滞回曲线、恢复力模型、累计塑性变形及能量耗散能力等抗震性能进行了分析,基于ANSYS软件对试件的滞回性能进行了模拟,并与试验结果进行了对比分析,验证了这种防屈曲支撑工作可靠,具有良好的滞回性能及低周疲劳性能.数值计算表明,在地震动作用下装有这种防屈曲支撑的框架结构具有良好的减震效果.     

分离式防屈曲支撑及其弹性屈曲荷载的Ritz解

针对传统防屈曲支撑自重较大、加工运输安装不便等问题,该文提出几种新型的分离式防屈曲支撑构件,其由两个传统的单内核防屈曲支撑构件作为分肢,通过连续的钢腹板连成整体。分离式截面可增大防屈曲支撑的整体抗弯刚度,最大效率地提高支撑的承载效率,因此特别适合大吨位防屈曲支撑构件的设计。在此基础上,利用能量法中的Ritz法推导了两端铰接的分离式防屈曲支撑的弹性屈曲荷载计算公式,可直接用于计算防屈曲支撑设计中的重要参数即约束比,并用有限元弹性屈曲分析进行了验证。该文研究为这几种新型防屈曲支撑的弹塑性性能和设计方法等后续研究提供了基础。