自复位三重钢管约束屈曲支撑性能分析

针对普通约束屈曲支撑(BRB)残余变形大的缺点,提出一种新型支撑——自复位三重钢管约束屈曲支撑(SCBRB),给出其具体组成构造.为研究其力学性能,通过整体分析研究其并联工作特点及SC系统的运动机理,并对比分析一字型芯材BRB与圆管芯材BRB工作原理的区别.结果表明:自复位三重钢管约束屈曲支撑力学性能最优,其恢复力模型呈旗形,当复位筋预拉力大于耗能芯材屈服力时,支撑可实现自复位功能.     

短屈服段屈曲约束支撑钢框架抗震性能研究

屈曲约束支撑滞回性能优异,大量应用于中心支撑钢框架结构,可极大提高钢框架的抗震性能.但已有研究表明,当屈曲约束支撑钢框架遭遇罕遇地震时,结构产生较大的残余变形,导致震后更换支撑困难.为此提出了短屈服段屈曲约束支撑,并将其置于钢框架中进行动力时程分析.结果表明,短屈服段屈曲约束支撑钢框架的最大层间位移角较传统屈曲约束支撑钢框架最大降幅在10%左右,减小结构的残余层间位移角可达30%以上;在保证结构安全的同时,很大程度上提高了结构在震后的可修复性和遭遇二次地震时的可靠性,并且随着结构刚度的增加,额外的地震荷载几乎全由屈曲约束支撑承担,并不会给框架增加负担.     

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.     

屈曲约束支撑设计的刚度与强度准则

目的 为了达到屈曲约束支撑设计时的安全性和经济性,屈曲约束单元需要同时满足刚度和强度条件.方法 采用弹性稳定理论,对带有侧向约束的理想轴心压杆和带有初始变形的屈曲约束支撑进行了分析.结果 有侧向约束的理想轴心压杆的弹性屈曲荷载由轴心压杆与侧向约束单元屈曲荷载的和叠加而成.给出了在不同初始变形下进行屈曲约束支撑设计时,屈曲约束单元应该同时满足的刚度条件和强度条件.结论 给出的屈曲约束支撑设计的强度和刚度条件的表达式可用以校核屈曲约束支撑设计的合理性.     

自复位三重钢管约束屈曲支撑有限元分析

为了研究自复位三重钢管约束屈曲支撑在地震作用下的耗能与复位能力,探索合理的端部约束形式.采用ABAQUS有限元分析软件,分别对自复位三重钢管约束屈曲支撑、自复位系统和三重钢管约束屈曲支撑系统进行实体建模,通过位移控制进行低周期循环加载.滞回性能分析结果表明:自复位三重钢管约束屈曲支撑,可近似看作自复位系统与约束屈曲支撑系统的并联工作.自复位系统无残余变形,不耗散能量.自复位三重钢管约束屈曲支撑同时具备自复位与耗能好的优点.此外,为了提高支撑承载力,支撑端部应加强扭转约束.     

带有屈曲约束支撑双重结构体系的抗震性能

目的 分析带有屈曲约束支撑的双重结构体系在不同刚度比例下的抗震性能.方法 以两个位于日本软土地区的不同高度结构模型(4层和12层)作为对象,根据模型设计中预备框架刚度比例大小的不同,研究在输入3组地震波下结构的响应.结构的性能由非线性时程分析所得到的结构的层间位移角来衡量.结果 为了使双重体系结构的层间转角最小并使层间转角的分布尽量均匀,需要20%的预备框架刚度比率.结论 将结构设计为双重体系可以改善其抗震性能,预备抗弯框架的存在不但极大减少结构的层间位移角而且可以减小变形的集中.     

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。     

多重抗侧力钢-混凝土混合结构最优刚度比研究

多重抗侧力钢-混凝土混合结构是通过楼板将半刚性连接钢框架、屈曲约束支撑钢框架和混凝土芯筒连接起来协同工作的多重抗力体系.在工程设计中,三者的刚度比关系对结构整体的安全性有着重要的影响.根据简化力学模型设计了3组18个弹性抗侧刚度相同的多重抗侧力钢-混凝土混合结构.通过罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,研究了结构最大层间侧移与框架、支撑和剪力墙三者刚度比之间的关系;根据改进的Park-Ang损伤模型对剪力墙底层进行震后量化损伤评估,研究其损伤程度与刚度比之间的关系;基于最大层间侧移和底层剪力墙损伤程度双重指标,提出了这种新结构体系的最优刚度比设计建议.     

EK形、Y形支撑的抗震性能试验研究

在多层及高层钢结构建筑中,多用X形和K形支撑。其缺点是在地震荷载作用下,当支撑杆件屈曲后,水平刚度及承载力都会下降,所以抗震性能差。本文以常用的K形支撑作为对比,取性能较好的EK形、Y形支撑形式,做成3榀单跨3层的大型试验模型,运用伪动力试验方法,分析了这3种支撑形式的结构在地震荷载作用下的时程曲线,恢复力特性,支撑局部的塑性变形对整个结构的影响及支撑部分的耗能效果。通过试验结果可以看出,由于EK形及Y形支撑的受剪板首先发生剪切屈服,有效地阻止了支撑杆件的屈曲,在整个试验过程中,承载能力没有降低。同时Y形支撑对框架横梁的变形影响最小,极限承载力也最高。     

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.     

火电厂钢框排架-消能支撑结构低周往复加载试验

为研究钢框排架-消能支撑结构的抗震性能,以某钢结构火电厂主厂房为原型并采用防屈曲支撑作为消能装置,设计了1榀5层的钢框排架-消能支撑结构试件.通过低周往复加载试验,分析其破坏机制、滞回性能、刚度退化规律、层间变形及防屈曲支撑耗能能力.试验结果表明:钢框排架-消能支撑结构具有较高的抗侧刚度及承载能力.模型试件滞回曲线呈饱满的梭形,等效黏滞阻尼系数达0.262,位移延性系数超过3.53,表现出良好的耗能及延性性能.试验过程中,防屈曲支撑可在较小加载位移时先于主体梁柱进入屈服且塑性耗能特征明显,增加了结构阻尼且耗能稳定,有效提高了结构抗震性能.     

汶川地震大型厂房框排架结构震害特征分析

为研究钢框排架-消能支撑结构的抗震性能,以某钢结构火电厂主厂房为原型并采用防屈曲支撑作为消能装置,设计了1榀5层的钢框排架-消能支撑结构试件.通过低周往复加载试验,分析其破坏机制、滞回性能、刚度退化规律、层间变形及防屈曲支撑耗能能力.试验结果表明：钢框排架-消能支撑结构具有较高的抗侧刚度及承载能力.模型试件滞回曲线呈饱满的梭形,等效黏滞阻尼系数达0.262,位移延性系数超过3.53,表现出良好的耗能及延性性能.试验过程中,防屈曲支撑可在较小加载位移时先于主体梁柱进入屈服且塑性耗能特征明显,增加了结构阻尼且耗能稳定,有效提高了结构抗震性能.

     

BRB-钢管高强混凝土结构的抗震性能分析

为了研究屈曲约束支撑-钢管高强混凝土框架结构在多遇地震和罕遇地震作用下的抗震性能,结合我国抗震规范,利用通用有限元分析软件SAP2000对设置了屈曲约束支撑的三层钢管高强混凝土框架结构进行静力弹塑性分析,得到了该结构在地震作用下的能力曲线、层间位移、顶点位移和塑性铰分布情况等相关参数,并对其抗震性能进行了分析.结果表明,框架中设置的屈曲约束支撑可有效提高钢管高强混凝土结构的抗震性能,满足结构抗震性能的要求.     

防屈曲支撑理论分析与有限元模拟

目的 研究保证防屈曲支撑稳定工作性能的问题.给出防屈曲支撑的构成要求.方法 对防屈曲支撑进行理论分析,并结合通用有限元程序,进行二次开发,对六种不用类型的防屈曲支撑的有限元模型进行分析.结果 防屈曲支撑的整体稳定的理想条件为屈曲约束比ζ大于1,通过有限元模拟分析初始缺陷对支撑稳定工作的影响,提出屈曲约束比ζ的限值应提高.屈曲约束单元内填充的砂浆或混凝土能有效防止支撑的高阶屈曲.支撑的扭转屈曲可通过控制连接段的宽厚比不超过√Ei/2(1 v)fy来防止.结论 通过理论分析给出保证防屈曲支撑稳定工作的条件,修正屈曲约束比要求以考虑初始缺陷的影响.分析中不同截面类型的支撑对屈曲约束比的不同要求是由截面尺寸不连续引起,因此对不用的支撑类型均可采用相同的屈曲约束比要求.     

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。     

基于模态缺陷的变刚度复合材料圆柱壳屈曲特性

研究了基于自动铺丝技术的变刚度复合材料圆柱壳的屈曲性能和缺陷敏感性。基于丝束剪切/重送技术,提出了可以精确模拟圆柱壳面内重叠/间隙区域的简便算法,使有限元模型更加贴近实际制造过程。开展了复合载荷作用下曲线纤维铺层方式对圆柱壳屈曲性能影响的研究,结合Kriging模型和遗传算法,对纤维角度沿环向和轴向线性变化的铺层设计方式进行了优化。最后,利用改进弧长法对不同模态缺陷条件下变刚度复合材料圆柱壳的缺陷敏感性进行了分析。结果表明:在轴压和均匀外压复合作用下,纤维角度沿轴向变化的铺层方式可以有效提高结构的屈曲性能。当带宽为25.4 mm、T₀=80、T₁=45时变刚度圆柱壳的屈曲性能最优,较基准构型和常刚度最优构型临界屈曲载荷分别提高了70.9%和34.5%。变刚度圆柱壳的抗缺陷敏感性较基准铺层方式和最优常刚度铺层方式得到了提升。因此,变刚度设计可以使复合载荷作用下的圆柱壳结构在提升结构抗屈曲性能的同时降低对几何缺陷的敏感性。     

框架-BRB结构考虑弯曲型变形的抗侧刚度及设计参数

由于目前框架-BRB结构设计方法是基于结构层间位移全部由楼层剪切型变形造成,忽视了结构弯曲型变形的影响.为了准确计算防屈曲支撑提供的层间抗侧刚度,在现有层间剪切模型分析方法基础上,讨论结构弯曲型变形对框架-BRB结构影响规律.提出考虑结构弯曲变形下的层间抗侧刚度计算公式,并通过有限元方法验证.提出了抗侧刚度变化系数,考虑结构在弯曲型变形下BRB的相关设计参数的计算,抗侧刚度变化系数可应用在等效线性化设计方法中.     

新型金属-摩擦阻尼器混凝土框架抗震性能分析

针对传统屈曲约束支撑在多遇地震下不能屈服耗能的问题,结合屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器的工作原理,提出了一种串联式受力体系的新型金属-摩擦阻尼器及其耗能减震结构,以实现结构在多遇地震下屈服耗能目的。以新型金属-摩擦阻尼器框架为研究对象,借助SAP2000软件,进行多遇和罕遇地震作用下的性能分析,并将其与无控框架和传统屈曲约束支撑框架的抗震性能进行对比分析。结果表明,对比于传统屈曲约束支撑结构,新型金属-摩擦阻尼器框架结构在多遇地震下,呈现出更小的楼层位移、层间位移角、顶层加速度和顶层位移。     

屈曲约束支撑的耗能性能分析

基于ANSYS有限元软件,对屈曲约束支撑的滞回性能进行了分析,并与普通支撑的滞回性能进行对比.采用两种地震波研究钢框架的地震响应,结果表明：相对于普通支撑而言,屈曲约束支撑能进一步提高钢框架的后期刚度和耗能能力.     

屈曲约束支撑的动力稳定性分析

屈曲约束支撑一般由内核构件和外包构件组成,使支撑构件在反复荷载作用下屈服而不屈曲。基于此原理,现提出的屈曲约束支撑包括纯钢型和混凝土型,对于这两种屈曲约束支撑型式的力学性能研究,目前主要集中在静力稳定性能,但屈曲约束支撑主要用于地震作用下的振动控制,因此利用解析法对纯钢型和混凝土型屈曲约束支撑的动力稳定性进行了研究,推导出了该支撑的临界频率和动力不稳定边界,分析了外包构件的刚度对其动力稳定性的影响,并提出了减小该支撑振动的一些措施。