屈曲约束支撑的异形柱混凝土框架地震损伤研究

地震作用下会导致结构损伤,该损伤会随着荷载循环次数的增加而不断积累,当结构的损伤积累到一定程度时,将会导致结构无法承受荷载而发生整体或局部破坏。为了提高高烈度地区钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震性能,探索屈曲约束支撑(BRB)对异形柱框架结构(SSCF)的影响。对于云南某一8度抗震设防异形柱框架结构,按1∶3缩尺成一榀两跨三层的屈曲约束支撑异形柱框架(BRB-SSCF)及普通异形柱框架(SSCF)试验模型,并进行低周反复试验。结果表明:异形柱框架(SSCF)的屈服荷载、极限承载力大幅度提高,初始刚度和耗能能力也有大幅提高,框架滞回曲线更饱满,且节点区域的裂缝发展得到了有效控制。屈曲约束支撑(BRB)显著提升了异形柱框架结构(SSCF)的承载能力、变形能力、耗能能力等抗震性能。本论文成果为高度设防地区异形柱框架结构的应用、推广提供了试验依据。     

基于构件损伤的防屈曲支撑钢框架易损性分析

防屈曲支撑钢框架结构在地震作用下构件破坏次序明确,失效机制合理,可视为理想的多道抗震防线的结构体系。为了研究防屈曲支撑钢框架在地震作用下的结构损伤程度,首先建立框架柱、框架梁与防屈曲支撑各构件的损伤模型,通过加权系数法合理地考虑各构件的权重系数与重要性系数,建立楼层的损伤模型,考虑楼层权重系数最终建立了能够反映构件损伤、楼层损伤以及整体结构损伤的防屈曲支撑钢框架结构地震损伤模型,并给出了防屈曲支撑钢框架的损伤状态及相应的损伤指数范围。同时考虑地震动不确定性与结构不确定性对防屈曲支撑钢框架进行IDA分析,对比不考虑结构不确定性与考虑结构不确定性时结构不同损伤程度的易损性曲线,结果表明,在非倒塌状态下,二者区别不大,在倒塌状态下,考虑结构不确定性时对数标准差明显增大。最后对比了采用以结构最大层间位移角与本文所建立的结构损伤指标为评价指标时结构的易损性曲线。     

双核芯全钢防屈曲支撑的设计与试验

为了解防屈曲支撑作为抗侧力构件的性能,设计一种可拆解组合的全钢双核芯防屈曲支撑,并通过拟静力试验,研究了其承载能力和耗能特性.首先通过一个单核芯试件的试验发现了设计和锚固的不足,改进后成功获得了单、双核芯试件的荷载位移曲线和低周疲劳曲线,并通过研究曲线特征和规律,取得了强度、变形、耗能等设计参数,最后用Bouc-Wen模型对防屈曲支撑进行了地震作用下的数值模拟.试验和分析结果表明:防屈曲支撑克服了普通支撑受压屈曲的缺点,滞回曲线拉压基本对称,呈饱满的梭形,具有较高的阻尼比,且往复荷载下耐疲劳.Bouc-Wen模型可以较好地模拟其滞回性能.所设计的双核芯支撑性能稳定,组装灵活,适合工程应用.     

防屈曲支撑外伸连接段破坏失效机理及试验研究

防屈曲支撑（buckling-restrained brace,BRB）外伸连接段的稳定控制是保证其正常发挥耗能作用的关键。基于研究者们试验中出现的BRB外伸段破坏形式及特征,分析BRB外伸连接段的失稳破坏过程及破坏失效机理,研究不同失效模式下外伸连接段失稳破坏的影响因素,进而提出改善外伸连接段稳定性能的端部构造形式。基于理论分析推导不同失效模式下相应外围约束单元与外伸连接段控制截面上的轴力与弯矩计算公式,建立不同失效模式下外伸连接段的稳定分析模型,并通过拟静力试验验证所提出端部构造形式的合理性以及稳定分析模型的有效性。研究结果表明：BRB外伸连接段的失稳破坏为约束单元或外伸段控制截面上的压弯作用效应超过其极限承载力而破坏;外伸段的稳定性与支撑端部转角变形的大小密切相关,且BRB耗能单元的高阶多波屈曲变形是引起支撑端部转动变形的直接原因;满足稳定设计准则的条件下,减小外伸段长度及耗能单元与约束单元间间隙值,增加约束过渡段长度可进一步提高和保证外伸段的稳定工作性能;设计制作的符合文中外伸段稳定条件及端部构造形式的3根BRB在试验过程中未出现外伸段的失稳破坏,其外伸段控制截面上的压弯作用效应均处于弹性范围内。研究结论为BRB外伸连接段的稳定设计及相应的稳定控制提供理论参考。     

防屈曲支撑钢框架的抗震性能研究

本文采用ANSYS抗震性能软件,建立了防屈曲支撑钢框架有限元计算模型,通过建模计算验证了防屈曲支撑框架体系优越的结构性能.     

防屈曲支撑-混凝土框排架结构抗震试验及设计建议

为了研究防屈曲支撑-混凝土框排架结构的抗震性能,以某双跨框架和排架组成的钢筋混凝土火电厂主厂房为原型,设计制作了一榀四层防屈曲支撑-钢筋混凝土框排架结构试件,通过水平静力反复加载试验,研究其裂缝开展及损伤机制、滞回曲线、刚度退化规律、结构变形能力、防屈曲支撑耗能能力等.研究结果表明:结构水平力-顶点侧移滞回曲线饱满,防屈曲支撑与主体结构协同工作性能好,可实现这种结构体系的消能减震耗能机制,实测应变和应力应变曲线得到的防屈曲支撑轴力-轴向位移曲线显示其耗能效果显著,增加结构阻尼比.针对除氧间及煤仓间底部2层的抗剪构造设计、煤仓间刚性层(由钢梁、钢支撑及混凝土梁组成)的薄弱部位设计、BRB支撑形式及单榀结构试验模型设计试验等提出了建议.     

一字形芯钢管混凝土防屈曲支撑分析研究

利用有限元分析软件ANSYS对普通支撑和一字形钢管混凝土防屈曲支撑进行模态分析,通过对比两种支撑的模态云图和振型参数来研究加约束的一字型芯钢混防屈曲支撑的优劣势和临界荷载变化及其失稳的位置。分析一字形钢管混凝土防屈曲支撑的滞回耗能,防屈曲支撑的摩擦系数和填充混凝土的强度因素。得到以下结论:一字形芯更容易出现y轴方向的弯曲失稳,框架结构的刚度以及自振周期能够通过安装一字形钢混屈曲支撑而发生明显改变。     

混凝土框架-防屈曲支撑结构周期折减系数研究

由于规范没有对混凝土框架-防屈曲支撑结构的周期折减系数的取值给出建议, 故考虑填充墙的非线性, 通过有限元分析研究了48个工况条件下的混凝土框架-防屈曲支撑体系在不同设防目标下周期折减系数的变化规律和取值问题.结果表明:该结构体系的周期折减系数取值与抗震设防目标位移有关, 在相同的目标位移下, 结构体系对周期折减系数的影响不大.最后, 对框架-防屈曲支撑结构体系的周期折减系数取值提出了建议.     

输电塔斜材防屈曲加固的试验与数值研究

组合角钢截面常被用作输电铁塔的支撑斜材,斜材是输电塔的主要抗侧力构件,其一旦在极端荷载条件下发生屈曲破坏会极大的提升倒塔的风险,威胁输电线路的安全运行.文中以T型双角钢截面斜材为例,提出了一种以防屈曲支撑技术为基础的输电塔斜材加固方法,通过拟静力试验证明了加固方法的有效性,并通过数值模拟进行参数分析,研究主要几何参数(...     

防屈曲支撑的力学性能研究

为检验防屈曲支撑的构造和抗震性能,对所设计的两个T型截面防屈曲支撑试件进行了低周反复加载静力试验,研究了包括力-位移滞回曲线、力-应变曲线、最大轴向拉压力变化等在内的力学性能.试验表明：试件荷载-位移滞回曲线稳定、饱满、对称,塑性性能良好;试件的力学性能在拉、压状态下基本保持对称性;钢材品种、截面形式对防屈曲支撑的力学性能几乎没有影响.研究表明,防屈曲支撑构造合理,不会发生受压屈曲失稳,具有一定的刚度,同时又具有良好的耗能性能和抗疲劳性能,是一种新型的耗能支撑.     

BRBs加固震损装配式混凝土框架结构抗震性能试验

为研究防屈曲支撑加固震损破坏程度在中等以内的装配式混凝土框架结构的抗震性能和支撑的滞回耗能,设计并完成了一榀1/2比例装配式混凝土框架结构的拟静力预损试验,采用防屈曲支撑对震损结构进行加固,并对加固后的结构再次进行拟静力试验。观察和记录了加固前、后试件的试验现象和破坏特征,对结构的承载能力、延性系数、耗能能力等进行了对比分析。试验结果表明:加固后,结构的承载力提高了51.3%、耗能增加1.68倍,延性系数恢复到结构初始延性的88%,结构承载能力和耗能能力得到显著提升,延性系数得到较好恢复;拟静力加载下,防屈曲支撑加固的震损结构破坏模式为支撑梁铰破坏模式。震损的装配式混凝土框架结构仍具有改造价值,采用防屈曲支撑对震损装配式混凝土框架结构进行加固的方法是有效的。     

基于OpenSees的屈曲约束支撑混凝土框架静力弹塑性分析

目的为给出合理的抗震设计建议,研究不同参数的屈曲约束支撑混凝土框架结构的抗震性能.方法对一个四层三跨的混凝土框架结构进行静力弹塑性分析.建立模型过程中,同时考虑材料的非线性,构件的几何非线性.在此基础上,分析外围钢管的刚度、夹层混凝土的强度、内芯软钢的刚度对混凝土框架结构抗震性能的影响.结果屈曲约束支撑外围套管的厚度对其抗震性能有着较大的影响,建议采用厚度为5 mm的钢管.不同约束混凝土强度对屈曲约束支撑抗震的性能影响:层间位移角相差不到10%,属次要因素,混凝土采用C20即可.结论屈曲约束支撑混凝土框架结构具有良好的抗震性能,屈曲约束支撑外围刚度对框架结构的抗震性能影响最大,内部约束混凝土的强度对其影响不大.     

基于改进Bouc-Wen模型防屈曲支撑的参数识别

为了对“改进Bouc-Wen模型”进行深入研究,提出了该模型的参数拟合方法,并实现了二次开发程序.对30根防屈曲支撑试验的滞回曲线数据进行了参数回归与分析,给出模型参数的变化趋势、波动范围、统计平均值.为了给改进Bouc-Wen模型的应用提供参考,给出了参数取值的建议.应用Abaqus软件中的材料用户子程序(UMAT)的二次开发接口,使“改进Bouc-Wen模型”得以在有限元软件中应用.     

用防屈曲支撑改进钢框架-支撑结构抗震性能的设计方法

为了提高钢框架-支撑结构的抗震性能,在对防屈曲支撑和钢框架-支撑结构研究的基础上,采用防屈曲支撑改进普通钢框架-支撑结构,实现在不增加用钢量的前提下,使钢框架-支撑结构的抗震性能达到中震下主体结构保持弹性的效果.提出了这种改进方法的步骤和关键问题,并结合算例,合理设计防屈曲支撑,采用手算和有限元分析软件对其进行抗震验算和动力非线性时程分析,证明了这种改进方法的可行性和有效性.     

屈曲约束支撑滞回性能的影响因素

为检验不同连接方式及构造方式对屈曲约束支撑滞回性能的影响，设计了螺栓连接和铰接2种连接方式，“十”字形、“T”形及“一”字形3种芯材截面形式，端部焊接型及中部切削型2种芯材制作方式，沿芯材纵向全长焊接及仅在工作段焊接2种组合方式共7个屈曲约束支撑试件。通过拟静力加载试验，分析了屈曲约束支撑的承载力、割线刚度、耗能系数及延性等变化规律。结果表明：7个试件的滞回曲线饱满稳定、耗能能力强；承载力、耗能系数及延性均随加载位移的增大而增大，割线刚度随加载位移的增大而降低，恢复力模型具有典型的双线性特征；连接方式及构造特性对屈曲约束支撑的滞回性能不产生明显影响，芯材材料性能、宽厚比、间隙与芯材厚度的比值是影响其滞回性能的主要因素。结果表明，两角钢具有协同的工作性能；提高焊接质量、增大限位卡附近过渡圆弧的曲率半径分别是增强两种类型屈曲约束支撑稳定滞回的主要工艺及构造措施。     

防屈曲支撑性能指标及其工程应用研究

基于美国规范ＡＳＣＥ４１－１３中对防屈曲支撑（ＢＲＢ）性能指标的限值规定,采用大型非线性 有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ,模拟分析了防屈曲支撑在不同性能水准下的受力性能和损伤程度,验 证了美国规范性能指标限值的可行性,并结合实际工程实例,研究了防屈曲支撑性能指标对构件性 能评估的意义,及其在基于性能的结构抗震设计中的应用．结果表明：有限元计算结果能准确地模 拟防屈曲支撑的受力变形状态并验证其性能指标的正确性;该性能指标在基于构件性能的结构抗 震评估研究中具有重要意义．     

两种支撑体系混凝土框架动力性能试验研究

通过振动台试验研究了钢支撑-混凝土框架和防屈曲支撑-混凝土框架结构模型的动力性能.对比研究了设置这两种支撑体系的混凝土框架结构的动力特性、动力放大效果、结构损伤状态.研究表明防屈曲支撑-混凝土框架结构在罕遇地震下的抗震性能优于钢支撑-混凝土框架结构在设防地震下的抗震性能.     

新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑性能

研制了一种新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑,设计6个新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑试件,对其进行轴向循环荷载试验,并对其中的4组试件采用ABAQUS有限元数值模拟分析。研究结果表明：新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,支撑的滞回曲线稳定、饱满,具有稳定的承载能力和良好的滞回耗能能力;新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑的恢复力模型可采用双线性模型来描述;新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑构造合理,耗能机理明确,采用钢筋混凝土约束核心钢管的设计思想是可行的。     

位移模式下的防屈曲支撑工作机理

结合两种截面、两种组合方式4个防屈曲支撑试件的低周反复变幅加载静力试验,分析了位移模式下包括荷载-位移滞回曲线、钢芯与外套管相对位移关系、外套管跨中侧向位移及零荷载位移变化规律等在内的力学性能,研究了防屈曲支撑的工作机理及构造要求.研究表明,试件构造合理,滞回曲线稳定、饱满、规律性好;加载过程中,荷载和位移的变化具有不同步性,体现了钢芯的塑性变形;零荷载位移的变化规律是防屈曲支撑力学参数非对称性的表现,体现着支撑内部构造的合理性;间隙大小、限位卡、钢芯与外套管相对刚度是支撑构造设计的关键环节.     

三重钢管防屈曲耗能支撑性能的有限元模拟分析

防屈曲耗能支撑克服了传统支撑受压屈曲的缺点,地震时具有良好的耗能能力和延性,是一种具有应用前景的耗能减震构件。本文介绍了三重钢管防屈曲耗能支撑的构造及耗能原理,采用ANSYS程序对其进行有限元分析,研究轴力管和约束管之间的空隙对于此种防屈曲耗能支撑承载力以及滞回耗能性能的影响,并用实验验证了有限元分析的正确性。研究结果表明：采用ANSYS软件对三重钢管防屈曲支撑进行模拟分析是可行的,三重钢管防屈曲支撑工作原理明确,具有稳定的滞回耗能能力,空隙对防屈曲支撑的耗能能力以及承载力有重要影响。