自复位摩擦耗能支撑框架的抗震性能分析

自复位摩擦耗能支撑(SCFED)是一种兼具耗能能力与自定心能力的新型支撑。本文将SCFED应用于一9层Benchmark钢框架,采用OpenSEES有限元软件,进行了非线性静力推覆分析(Pushover)和非线性动力时程分析,通过与屈曲约束支撑(BRB)框架结构的对比,研究了SCFED框架结构的抗震性能。结果表明:SCFED框架的最大层间位移角较BRB框架小,且沿楼层高度分布更为均匀;BRB框架平均残余层间位移角约为最大位移角的10%~20%,而SCFED框架的残余位移角仅为最大位移角的1%~2%,表明SCFED能有效控制结构的残余变形;由于SCFED在自复位时的刚度转换较为剧烈,导致SCFED框架的层加速度比BRB框架大。     

自复位支撑框架体系的抗震性能分析

基于ANSYS有限元分析平台,开发了超弹性单轴本构模型,并用于模拟自复位支撑的力学行为。接着对比分析了自复位支撑框架与普通支撑框架的地震时程反应。分析结果表明:自复位支撑框架具有更好的抗震性能,可以更快地衰减地震反应,具有较小的震后残余变形,从而可以减少结构的震后修复难度和费用。因此,自复位支撑是适应基于性能抗震设计需要的一种新型防震减灾结构。     

自复位防屈曲支撑钢框架减振效果分析

自复位防屈曲支撑构件在拟静力试验中表现出良好的复位性能及耗能能力。但是,自复位防屈曲支撑钢框架中支撑与主体结构的刚度关系,以及结构中的复位系统与耗能系统的关系如何合理设置,都需要借助结构试验或参数分析来解决。根据我国现行规范设计了钢框架结构,在构件试验研究及理论分析基础上给出了自复位防屈曲支撑钢框架结构的三线性恢复力模型,并用有限元软件ANSYS建立结构模型。根据此模型对防屈曲支撑钢框架和自复位防屈曲支撑钢框架结构进行了抗震性能对比。通过自复位防屈曲支撑动力位移反应分析,研究了支撑与结构刚度比αB/M,结构耗能系统与复位系统的屈服力比β及其刚度比αc三个重要参数。结果表明:自复位防屈曲支撑钢框架结构最大位移及残余位移角均小于防屈曲支撑钢框架结构的。结构刚度比αB/M越大越有利于减少残余变形;屈服力比β越大结构位移响应越小;刚度比αc越大结构位移响应越小。在初始设计时,建议钢框架结构的αB/M取为3;β取0.5~0.9;αc取为0.5。     

基于性能的自复位钢框架震后功能恢复能力量化分析

自复位结构由于具有较好的抗震性能,近年来得到学者的广泛关注。目前对自复位结构体系的抗震性能评估仍然集中在结构的最大层间位移角、楼层的峰值加速度和残余层间位移角等,而对该结构体系的综合抗震性能评估较少,因此基于功能恢复能力的概念,以自复位耗能支撑钢框架和自复位屈曲约束支撑钢框架为例,对两种结构分别进行增量动力分析,得到结构体系的地震易损性曲线。进而计算结构的直接经济损失,基于地震损失评估模型,评估结构体系震后的恢复时间和总损失。最后,采用三种不同的功能恢复函数模型,对比分析了两种自复位结构震后功能恢复能力,为自复位结构体系的抗震性能分析提供参考。     

预应力钢绞线-滑移连接-耗能段组合体抗震性能研究

地震作用下,减小耗能段的残余变形和优化自复位结构的耗能机制,是提高建筑结构震后功能恢复能力与抗震性能的重要方式之一。基于预应力钢绞线、滑移连接和短剪切形耗能段的力学性能,提出一种抗震性能良好的组合体。为探究组合体的抗震性能,采用校正的有限元分析方法对5个有限元模型进行分析,得到了组合体分析模型的滞回性能、自复位性能、耗能能力和等效塑性应变等抗震指标。有限元分析结果表明：组合体具有良好的承载力、耗能能力和自复位性能;组合体分析模型的损伤集中在可更换的耗能段上;预应力钢绞线结合超低摩擦滑移连接可有效减小耗能段的残余变形;设置扩孔螺栓连接型耗能段可提高组合体的延性。     

加设自复位支撑冷弯型钢龙骨剪力墙滞回性能研究

为改善冷弯型钢龙骨剪力墙的抗震性能,提出一种自复位耗能支撑,并对其构造和工作原理进行介绍。通过建立有效的有限元模型,提出了自复位耗能支撑的简化模拟方法。将有、无加设支撑的冷弯型钢剪力墙的滞回曲线进行对比,并对自复位耗能支撑进行变参分析,考察预压力、碟簧刚度和摩擦力对墙体抗震性能的影响。结果表明：加设自复位耗能支撑可以提高墙体的承载力,增强墙体耗能能力和延性,减少结构的残余变形,提高抗震性能;墙体的残余变形随碟簧刚度和预压力增大而减小,随摩擦力增大而增大。     

新型卷边PEC柱BRS板耗能部分自复位连接——钢梁组合框架层间抗震性能分析

为了研究新型卷边PEC柱BRS板部分自复位连接组合框架结构层间抗震机理,以试件T形件上下翼缘均固定于PEC柱为基本试件,考虑BRS板宽度、预拉杆尺寸和竖向力3个设计参数,设计另3个对比模型试件,并采用ABAQUS有限元软件对其施加低周往复荷载以模拟其抗震机理。通过模拟结果及数据分析,得到各试件往复荷载下的滞回曲线、残余位移曲线、耗能曲线及应力云图,对试件承载能力、自复位功效、耗能能力和部分自复位连接传力机理进行了分析。研究结果显示:BRS板宽度的增大有效加强结构耗能功效,却相应减弱结构自复位性能;预拉杆长度的增加促使结构残余变形增大,削弱了结构自复位功效;竖向力的设置能够有效降低结构侧移小于0.02 rad下残余变形,结构侧移超过0.02 rad,竖向力加剧结构残余位移,降低结构自复位性能;所有试件在加载超过框架结构中震层间侧移角限值0.02 rad,试件层间侧移角与连接转角残余值均基本满足自复位结构残余侧移角限值0.005 rad的要求,试件具有良好的自复位功效和抗倒塌性能。     

薄壁钢板组合截面PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架结构的抗震性能数值模拟

为系统研究底部2层单跨薄壁钢板组合截面PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架结构的抗震性能,使用CAD设计制作1榀组合结构框架底部两层子结构1:2缩尺试验试件,针对这榀组合结构框架建立ABAQUS有限元模型进行数值模拟,另外还设置了4种不同的参数模型对比分析(对穿螺栓布置方式、竖向力作用、长圆孔尺寸、柱底连接形式),得出各设计参数对试件滞回性能、自复位连接力学性能、耗能能力和残余侧移等抗震性能的影响规律。研究结果如下:本试验自复位结构通过设置BRS耗能板和预拉杆拥有自复位能力并满足结构遭遇地震时的耗能能力需求和残余侧移限值;采用对穿螺栓单边布置的试件比双边布置的试件,自复位能力较强但耗能能力较弱;施加一定的柱顶轴向力对试件的自复位效果影响不大;适当增加BRS板长圆孔的径向孔长,可以使试件进入承压型受力时间滞后;在达到层间侧移角5.0%时,各有限元参数模型的整体残余侧移角均小于0.016rad,具有良好的抗震性能和自复位功效。     

自复位结构抗震性能研究综述

自复位结构体系是为了使结构在地震后不发生破坏或破坏发生在可更换构件上,以保证地震后结构较快恢复使用功能而提出的。阐述了自复位结构抗震性能研究的重要性和自复位结构体系的组成及其分类,分别介绍了放松柱脚与基础间约束的自复位摇摆结构、放松梁柱间约束的横向自复位框架结构、自复位耗能支撑及自复位支撑框架的抗震性能最新研究进展。表明将摇摆技术应用于结构并在摇摆(开合)界面设置耗能减震元件能有效提高结构的抗震性能,将损伤控制在可更换的耗能元件上,减小主体结构震后残余变形。由于地震作用的不确定性,自复位结构在不同水准地震下的破坏模式、极限状态还需进一步研究,对于工程实际的应用,提出一种有效的自复位结构抗震设计方法也十分迫切。     

自复位黏滞阻尼器的构造设计与抗震韧性提升

为提高建筑结构抗震韧性，提出了一种将环簧阻尼器和黏滞阻尼器并联的自复位黏滞阻尼器构造，分析其工作原理，在元件和构件层次分别进行了静力和动力试验研究。试验结果表明：自复位黏滞阻尼器构造合理，在不同振动频率下表现出良好的自复位能力与无损伤耗能能力。采用基于性能的塑性设计方法，设计了屈曲约束支撑钢框架、自复位环簧支撑钢框架和自复位黏滞阻尼支撑钢框架，对比分析不同结构体系的地震响应。分析结果表明：基于性能的塑性设计方法可以实现自复位黏滞阻尼支撑钢框架的性能目标；在一致的性能目标下，自复位黏滞阻尼支撑钢框架相比自复位环簧支撑钢框架具有更低的承载力需求，降低了结构用钢量，同时降低了楼层加速度响应，减少非结构构件损失；相比屈曲约束支撑钢框架，具有与之相当的消能减震效果，同时能够有效地控制结构残余变形，进而提高结构的抗震韧性。     

带软钢阻尼器的自复位装配式混凝土框架节点抗震性能研究

为摆脱目前装配整体式混凝土框架“等同现浇”的固有模式,结合传统预应力自复位混凝土框架的优越性,提出一种带软钢阻尼器的自复位装配式混凝土(SCPCHD)框架。利用ABQUAS有限元软件分别建立新型自复位SCPCHD框架、传统预应力自复位装配式混凝土(SCPC)框架和现浇钢筋混凝土(RC)框架的精细化三维实体数值分析模型,从而验证新型SCPCHD框架良好的抗震性能和耗能能力。分析结果表明：SCPCHD框架残余变形很小、具有震后恢复性能好的优点;SCPCHD框架的层间位移响应明显小于SCPC框架,与现浇RC框架基本接近,且结构构件塑性损伤小;罕遇地震下SCPCHD梁柱节点的耗能分别为传统预应力SCPC框架和现浇RC框架节点耗能的2.26倍和3.64倍,表明新型节点耗能能力好。     

双向地震作用下自复位屈曲约束支撑框架性能研究

为研究双向地震作用下自复位屈曲约束支撑(SCBRB)框架的性能,依据屈曲约束支撑(BRB)框架振动台试验数据建立并验证了BRB框架数值模型,在此基础上依据"等强原则"建立了SCBRB框架的数值模型,并通过输入双向地震作用分析了不同构件参数对SCBRB框架抗震性能的影响。数值结果表明:由于自复位系统的刚度贡献,SCBRB框架的变形能力能够满足变形需求,SCBRB框架相比BRB框架更能减小结构在地震中的最大位移响应,将结构的残余变形控制在很小的范围内;相比BRB框架,SCBRB框架的楼层加速度和剪力均增大,但增加的剪力主要由支撑承担,框架主体承担的水平作用反而减小。     

Seismic response of steel frames with self-centeringbuckling-restrained braces

自复位防屈曲支撑构件在拟静力试验中表现出良好的复位性能及耗能能力。但是,自复位防屈曲支撑钢框架中支撑与主体结构的刚度关系,以及结构中的复位系统与耗能系统的关系如何合理设置,都需要借助结构试验或参数分析来解决。根据我国现行规范设计了钢框架结构,在构件试验研究及理论分析基础上给出了自复位防屈曲支撑钢框架结构的三线性恢复力模型,并用有限元软件ANSYS建立结构模型。根据此模型对防屈曲支撑钢框架和自复位防屈曲支撑钢框架结构进行了抗震性能对比。通过自复位防屈曲支撑动力位移反应分析,研究了支撑与结构刚度比αB/M,结构耗能系统与复位系统的屈服力比β及其刚度比αc三个重要参数。结果表明：自复位防屈曲支撑钢框架结构最大位移及残余位移角均小于防屈曲支撑钢框架结构的。结构刚度比αB/M越大越有利于减少残余变形;屈服力比β越大结构位移响应越小;刚度比αc越大结构位移响应越小。在初始设计时,建议钢框架结构的αB/M取为3;β取0.5~0.9;αc取为0.5。     

自复位胶合木框架结构设计方法与地震易损性分析

自复位体系可以降低结构震后残余变形，提高震后快速恢复能力。将自复位体系与胶合木框架结构相结合，是提高木框架结构抗震韧性的重要途径之一。为此，提出了自复位胶合木梁柱节点(self-centering glulam post-and-beam joint)设计方法，并对自复位结构(self-centering structure)进行抗震性能评估。通过对两种构造的自复位节点（无耗能件节点和带特制角钢耗能件节点）进行拟静力试验。依据试验结果提出节点设计流程，并以一栋三层自复位胶合木框架结构为算例，采用OpenSees建立了算例的简化数值模型。对算例进行了两方面的抗震性能评估，一方面通过弹塑性动力时程分析，验证结构设计流程的可行性；另一方面，进行最大层间位移角与残余层间位移角的地震易损性分析。易损性分析结果表明，相比传统胶合木框架结构，依据所提流程设计的自复位胶合木框架结构，可以显著减小结构残余变形。     

新型自复位K型偏心支撑钢框架抗震性能分析

将K型偏心支撑钢框架的耗能梁换成形状记忆金属(Shape Memory Alloy,简称SMA)材料,通过SMA材料的超弹性为结构提供复位力,实现自复位K型偏心支撑钢框架的构想。为考察该新型自复位K型偏心支撑钢框架的抗震性能,应用ANSYS有限元软件建立K型偏心支撑钢框架多尺度有限元模型,在验证有限元模型合理的基础上,设计传统K型偏心支撑钢框架和自复位K型偏心支撑钢框架,采用10条强震记录分别进行罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析。研究表明:新型自复位K型偏心支撑钢框架震后残余变形较小,能较好地实现结构的自复位,耗能梁腹板处应力分布与传统结构较为相似,但耗能能力及侧向变形能力较传统结构有所弱化。     

自复位钢框架钢板剪力墙性能化设计方法

基于“自复位”理念,提出了一种采用钢板剪力墙耗能的自复位钢框架钢板剪力墙结构,对其进行了受力机理分析,并给出了自复位钢框架钢板剪力墙的复位条件。依据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设定了自复位钢框架钢板剪力墙基于性能的设计目标,基于性能目标提出了自复位钢框架钢板剪力墙的设计流程,从构件的实际受力状态出发对该设计方法进行了研究,并推导出构件的设计公式。以某传统钢框架为例,对其进行了由钢板剪力墙耗能的自复位结构边缘构件设计,并采用有限元软件ABAQUS对其中单榀单跨进行了Pushover分析。结果表明：当层间位移角达到2%时,结构的残余变形量控制在0.2%以内,主体结构边缘构件仍处于弹性工作状态,推覆过程中钢板墙耗散了大量能量;推覆结束后,结构余留少量残余变形,这主要是由于梁柱节点绕梁上下翼缘转动时梁上下翼缘角部受到挤压引起,可通过适当设置翼缘加强板减少甚至消除残余变形。     

中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架数值模拟

装配式自复位钢框架具有震后结构自动复位、结构残余变形及损伤较小、可以恢复结构正常使用功能等优势。但是当装配式自复位钢框架跨度较大时,常因刚度不足导致其层间位移角不能满足抗震设计规范限值要求。为此,提出了中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架,在拟动力试验研究基础上,通过有限元软件ABAQUS进行数值模拟,并与试验结果进行对比分析;在数值模拟校验的基础上,通过有限元分析研究了施加竖向活荷载对中间柱型阻尼器工作机制的影响。研究结果表明：数值模拟与子结构拟动力试验结果在结构位移峰值、滞回性能、索力变化等方面吻合较好,数值模拟方法可靠;中间柱型阻尼器可提高框架结构的抗侧刚度,有效控制结构层间位移角,同时提高结构耗能能力,延缓主体结构塑性发展进而保护主体结构,减小结构残余变形并控制损伤;中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架具有良好的自复位能力,竖向活荷载对中间柱型阻尼器滞回性能及耗能能力影响不大。     

自复位钢框架钢板剪力墙性能化设计方法

基于“自复位”理念,提出了一种采用钢板剪力墙耗能的自复位钢框架钢板剪力墙结构,对其进行了受力机理分析,并给出了自复位钢框架钢板剪力墙的复位条件。依据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设定了自复位钢框架钢板剪力墙基于性能的设计目标,基于性能目标提出了自复位钢框架钢板剪力墙的设计流程,从构件的实际受力状态出发对该设计方法进行了研究,并推导出构件的设计公式。以某传统钢框架为例,对其进行了由钢板剪力墙耗能的自复位结构边缘构件设计,并采用有限元软件ABAQUS对其中单榀单跨进行了Pushover分析。结果表明:当层间位移角达到2%时,结构的残余变形量控制在0.2%以内,主体结构边缘构件仍处于弹性工作状态,推覆过程中钢板墙耗散了大量能量;推覆结束后,结构余留少量残余变形,这主要是由于梁柱节点绕梁上下翼缘转动时梁上下翼缘角部受到挤压引起,可通过适当设置翼缘加强板减少甚至消除残余变形。     

全装配式预应力自复位混凝土框架的抗震性能

全装配式预应力自复位混凝土框架是将无粘结预应力技术和摩擦耗能技术应用到传统预制装配式框架中的一种新型结构体系。其中,梁-柱和柱-基础节点均采用无粘结预应力进行连接,提供结构的震后复位能力;梁端设置了摩擦耗能装置,用于耗散地震能量。本文采用非线性静力和动力时程分析方法,研究了一个3跨2层的自复位混凝土框架的抗震性能,并和传统现浇混凝土框架的抗震性能进行了对比分析。结果表明,和传统现浇混凝土框架相比,自复位混凝土框架具有更大的侧向刚度和较小的耗能能力。在中震和大震作用下,自复位混凝土框架的残余变形很小,最大层间侧移角要稍大于传统现浇混凝土框架;而传统现浇混凝土框架在大震作用下的残余层间侧移角已达到0. 67%,震后修复代价较大。     

偏心BRBFs的抗震性能分析

为了解偏心屈曲约束支撑钢框架（BRBFs）的抗震性能,运用pkpm设计软件设计门架式偏心BRBFs和人字形偏心BRBFs两种结构,基于大型有限元软件ANSYS对两种结构进行有限元数值模拟,分析了两种结构在基本烈度作用下的各层位移反应及层间位移角,结果表明,两种结构变形受低阶振型影响较大,沿高度呈倒三角地形分布,结构变形为弯剪形,各层位移及层间位移角均满足规范要求,体现出良好的抗震性能。构件产生塑性变形而耗能时,可以将结构构件等效为结构阻尼进行分析,介绍了等效阻尼比的求解方法。通过对罕遇地震作用下的两种结构的最大层间位移角、层间剪力及顶层位移时程的研究进一步评估两种结构的抗震性能,研究表明,在罕遇地震作用下,人字形偏心BRBFs的抗震性能较好。