双阶屈服屈曲约束支撑混凝土框架结构抗震性能研究

结合实际工程项目,提出将新型双阶屈服屈曲约束支撑应用于传统混凝土框架结构.设计一榀缩尺单层单跨双阶屈服屈曲约束支撑混凝土框架结构试件,采用低周往复试验,对双阶屈服屈曲约束支撑在混凝土框架结构中的抗震性能以及二者的协同工作性能进行试验验证.在此基础上,进一步研究双阶屈服屈曲约束支撑在钢筋混凝土框架结构体系中的抗震性能,对双阶屈服屈曲约束支撑框架结构体系进行弹塑性时程分析,并与单阶屈服屈曲约束支撑框架结构体系对比.结果 表明,双阶屈服屈曲约束支撑在小震作用下实现第一阶屈服并保持刚度,为结构提供附加阻尼,参与耗能;在中震与大震作用下发生第二阶屈服,持续耗能.与单阶屈服屈曲约束支撑相比,双阶屈服屈曲约束支撑具有更优的抗震性能.     

新型双阶屈曲约束支撑性能有限元分析研究

针对目前常见的屈曲约束支撑多为单阶屈服,且屈服点单一的问题,提出了一种新型双阶屈曲约束支撑,其核心单元由1块低屈服点芯板和2块高屈服点芯板并联而成,具有屈服点低、在不同地震荷载作用下屈曲约束支撑都能屈服耗能等优点。采用abaqus通用有限元分析软件进行模拟仿真分析设计了新型双阶屈曲约束支撑,采用abaqus接触中的生死单元模拟核心单元多阶失效的工况,分析了其耗能性能、骨架曲线、刚度等重要力学参数,并将分析结果与普通单阶屈曲约束支撑进行对比。结果表明：有限元模拟滞回曲线与试验数据贴合较好,有限元模型设计和参数设定是合理的,该屈曲约束支撑的屈服位移较小,在小位移荷载作用下具有更优越的耗能性能,能在小震荷载作用时为结构耗散更多的地震能量,同时具有更大的屈服后刚度,能为支撑提供更大的反力。     

高烈度区屈曲约束支撑钢框架设计与分析

随着装配式及消能减震技术的推广,附加消能减震技术的钢结构将会得到更大的发展空间。工程采用了屈曲约束中心支撑钢框架结构,并进行了构件性能化、小震弹性及大震弹塑性设计计算。由结果可知,通过性能化设计,屈曲约束支撑在小震下为结构主体提供了足够的刚度,大震下支撑屈服充分发挥了耗能作用,减震作用明显。文中对选用支撑产品抽检的实验参数提出了明确的要求,保证了屈曲约束支撑在大震下的变形能力,并在此基础上合理选择了支撑芯材材料,对类似项目起到一定的借鉴意义。     

双阶屈服钢连梁联肢墙的参数设计和布置研究

提出了一种应用于联肢剪力墙体系的新型钢连梁,称之为双阶屈服消能钢连梁。该新型钢连梁包含两部分;发生剪切屈服的核心板梁和发生弯曲屈服的外套箱形梁。在小震作用下,剪切屈服板梁进入塑性,发挥消能减震作用,弯曲屈服梁保持弹性从而保证结构的整体刚度。在中震及大震作用下,剪切屈服梁和弯曲屈服梁同时进入塑性,发挥更大的消能作用,使主体结构免遭过大的地震损伤。双阶屈服钢连梁联肢墙体系作为一种高性能减震结构体系,与传统的混凝土连梁联肢墙体系相比,其刚度和承载力贡献都有较大的提高,并且双阶连梁的附加阻尼比贡献率在小震、中震和大震下可以分别达到28%、44%和72%。联肢墙的耦联比体现了连梁对墙肢约束作用,不同耦联比的联肢墙结构的连梁剪力沿层高分布形式不同。针对3种不同耦联比的联肢墙分析了双阶屈服钢连梁的参数设计方法和建议的布置形式,并在这些建议布置模式下,对比了普通钢连梁结构和双阶连梁结构在小震下的附加阻尼比,大震下各连梁的延性系数等指标,体现了双阶屈服钢连梁对结构的消能贡献和损伤控制。     

双阶屈服钢连梁联肢剪力墙体系的小震消能减震设计方法

提出了一种应用于联肢剪力墙体系的新型钢连梁,称之为双阶屈服消能钢连梁,并且在此基础上提出了基于小震消能的双阶屈服钢连梁联肢剪力墙体系的抗震设计方法。该新型钢连梁由两部分并联而成,分别是发生剪切屈服的核心板梁和发生弯曲屈服的外套箱形梁。在小震作用下,剪切屈服板梁进入塑性,发挥消能减震作用,弯曲屈服梁保持弹性从而保证结构的整体刚度。在中震及大震作用下,剪切屈服梁和弯曲屈服梁同时进入塑性,发挥更大的消能作用,使主体结构免遭过大的地震损伤。在合理考虑第1阶屈服力和第2刚度与第1刚度比的基础上,提出了针对双阶屈服钢连梁联肢剪力墙体系的小震消能减震设计方法.根据该方法设计了一个20层的双阶屈服消能钢连梁联肢墙结构,最后通过弹塑性时程分析验证了该方法的合理性。     

天津某商业建筑屈曲约束支撑设计分析

天津市某商业框架采用48个屈曲约束支撑进行消能减震设计,分别采用SATWE和Perform 3D软件进行小震和中、大震分析。小震分析表明,减震结构层间位移角及框架配筋显著减小,实现“小震不坏”的目标要求。中、大震作用下,屈曲约束支撑进入屈服耗能状态,同时提供附加阻尼,能够保护主体结构抗震性能。大震分析表明,结构位移角及屈服机制满足要求,达到“大震不倒”的目标要求。     

昆明某高层建筑消能减震设计

昆明某高层建筑消能减震结构共布置84个黏滞阻尼器,阻尼器采用肘接布置形式。针对该消能减震结构的抗震性能,分别采用ETABS和Perform 3D软件对结构在小震和大震作用下的结构响应进行分析,采用两种方法对附加阻尼比进行计算。分析结果表明:消能减震结构的楼层剪力、楼层弯矩、楼层位移及层间位移角均减小20%以上,具有良好的减震效果。小震作用下,结构各响应均满足规范限值要求,附加阻尼比满足设计4%要求,能够达到"小震不坏"的设计目标。大震作用下,结构层间位移角满足规范限值要求,基底剪力和顶层位移变化稳定,屈服过程总体上符合连梁、框架梁、剪力墙和框架柱依次屈服的机制,能够达到"大震不倒"的设计目标。本工程主体结构抗震构造措施不应降低。肘接式支撑放大了阻尼器的变形,增加了阻尼器耗能效率,小震作用下阻尼器位移是层间位移的2.43倍,大震作用下阻尼器位移是层间位移的1.74倍。     

屈曲约束支撑与黏滞阻尼器的减震效果对比研究

以某钢筋混凝土框架结构工程实例为研究对象,选取与场地条件相匹配的地震动作为激励,在SAP2000程序中计算了该结构在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力反应,并在框架结构模型中分别设置屈曲约束支撑和黏滞阻尼器。通过试算确定消能减震装置的参数,使得两种消能减震结构在多遇地震作用下的位移减震率均为40%。在此条件下,对比分析了结构的层间位移角、楼层加速度、基底剪力、柱轴力、塑性铰分布和各层阻尼器的工作状态。分析表明：在多遇地震作用下,屈曲约束支撑增大了结构的加速度响应,而黏滞阻尼器能够减小结构的加速度响应;在罕遇地震作用下,二者均能有效控制楼层的加速度响应,而屈曲约束支撑的位移减震效果更好,但黏滞阻尼器对框架柱内力的减少效果更为显著。     

基于不同消能器的框架结构减震性能分析与应用

减震技术在应用过程中存在的性能量化标准单一、未考虑非线性阻尼、结构损伤判别不足等问题。为推进减震技术的发展与应用,本文依照“小震、中震不坏,大震可修”的抗震设防目标,从设立性能目标、比较弹性分析方法以及计算弹塑性性能等方面,对多层框架结构分别设置屈曲约束支撑和黏滞消能器进行对比分析。研究结果表明:设置屈曲约束支撑或黏滞消能器均能满足结构在抗震设防目标下的楼层加速度、层间位移角、层间剪力等限值要求。屈曲约束支撑提供刚度,改善原结构扭转效应,适用于刚度较小的结构;黏滞消能器耗能能力强,不提供刚度,有效减小楼层加速度和楼层剪力,适用于对楼层加速度敏感或对加速度有要求较高的建筑。     

屈曲约束支撑应用于纯框架结构加固项目的地震响应分析

对于纯框架结构的加固项目,根据原结构地震动响应特性,选取薄弱部位布置屈曲约束支撑,进行多遇地震下的反应谱法计算和罕遇地震下的时程分析,判断加固方法是否可行。分析结果表明,屈曲约束支撑在小震下保持弹性状态,为结构提供抗侧刚度;大震下进入屈服状态,发挥消能减震作用。布置支撑后,结构的扭转特性得到改善,层间位移角、变形等各项指标都满足规范要求,达到了消能减震的目的。     

用附加防屈曲支撑钢筋混凝土框架加固既有钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

利用附加防屈曲支撑（BRB）钢筋混凝土框架对既有钢筋混凝土框架结构进行减震加固。设计3榀钢筋混凝土框架,其中2榀为附加设置BRB加固框架的钢筋混凝土框架,另外1榀为纯钢筋混凝土框架以作对比。通过低周反复加载试验,验证所设计的外贴防屈曲支撑钢筋混凝土框架加固既有钢筋混凝土框架的可行性。分析既有及外贴钢筋混凝土框架的开裂、荷载 侧移滞回曲线、骨架曲线、荷载 防屈曲支撑变形曲线,以及等效黏滞阻尼比和等效刚度等特性。结果表明：所设计的附加钢筋混凝土框架、预埋件、连接构造受力可靠,附加设置BRB的钢筋混凝土加固框架具有良好的减震耗能能力;水平荷载-侧移滞回曲线圆润饱满;防屈曲支撑在小层间位移角下可屈服耗能,大位移下不失效,耗能稳定;附加框架能够显著增加既有钢筋混凝土框架结构的阻尼,有效降低地震反应,改善既有框架结构抗震性能。     

中心支撑-框架钢结构设计与研究

对人字形中心支撑-框架结构的抗震设计进行研究。在不同的支撑长细比下,支撑受压屈曲后的强度退化程度是不同的。根据我国抗震规范规定的设计支撑强度的方法,当取不同的长细比λ时,会产生不同的结构初始刚度和变幅很大的强度值,且工程设计很复杂。为此,提出一新的支撑强度设计方法,并认为人字形中心支撑的强度是由一侧杆受压后屈曲强度与另一侧杆的受拉屈服强度两部分构成。新的设计方法确保了结构初始刚度和强度不受支撑长细比影响。建议方法的优点还在于其能够较好地控制最大层间位移角。最后,深入探讨了多层钢支撑-框架结构出现薄弱层的问题。     

Pall型摩擦阻尼支撑体系试验研究

鉴于Pall型摩擦阻尼普通支撑会对框架边柱产生附加轴力,考虑采用防屈曲支撑来代替普通支撑,使支撑充分发挥作用,同时不会对边柱产生增长的附加轴力,为防屈曲支撑在Pall型摩擦阻尼支撑体系中的应用奠定基础.由于Pall型摩擦阻尼器滞回特性不受支撑屈曲力影响的特性,故采用普通钢板来代替防屈曲支撑进行Pall型摩擦阻尼支撑体系试验研究,同时对此支撑体系在考虑几何非线性情况下进行有限元AN-SYS仿真分析.对比试验结果和仿真分析结果,表明试验结果与仿真分析结果得出的Pall型摩擦阻尼器摩擦力和支撑内力的变化规律基本相同,为下一步采用防屈曲支撑体系进行试验研究奠定基础.     

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。     

带支撑胶合木框架抗震性能试验研究

针对胶合木框架侧向位移不易满足抗震要求这一问题,研究了增设人字形胶合木支撑和铝合金屈曲约束支撑的带支撑胶合木框架的抗震性能。对纯胶合木梁柱框架和3个增设支撑胶合木框架进行了低周反复加载试验,分析了4个胶合木框架试件的水平承载力、耗能能力、刚度退化、转角变形和木支撑应变。结果表明：增设人字形木支撑和铝合金屈曲约束支撑均可以显著提高胶合木框架的承载力、耗能能力和刚度;支撑端部连接形式对胶合木框架的抗震性能有一定影响;增设支撑的3个胶合木框架试件均在支撑或支撑连接处发生破坏,胶合木框架主体并未发生明显损伤,两类支撑均很好地起到了第一道抗震防线的作用,保证了主体框架的安全。胶合木框架数值模拟和木支撑截面尺寸参数分析结果表明,经柱截面尺寸修正后的有限元模型针对框架抗侧刚度和承载力具有较好的预测精度。     

北京市轨道交通指挥中心（二期）屈曲约束支撑设计及动力弹塑性分析

北京市轨道交通指挥中心项目采用了框架支撑结构体系,其中支撑采用普通支撑与屈曲约束支撑结合的布置方式,采用此种方案既有效改善了结构抗侧刚度及抗震性能,又通过优化组合降低了工程造价。构件试验及结构动力弹塑性分析表明：屈曲约束支撑在设防地震作用下可率先进入屈服状态,主体结构在罕遇地震作用下塑性变形主要发生在底部区域框架柱内型钢处,且整体结构损伤程度在安全范围;结构在罕遇地震下各项性能指标满足规范要求。     

Seismic response of steel braced frames with shape memory alloy braces

In this paper, the seismic performance of steel frames equipped with superelastic SMA braces was investigated. To do so, buildings with various stories and different bracing configurations including diagonal, split X, chevron (V and inverted V) bracings were considered. Nonlinear time history analyses of steel braced frames equipped with SMA subjected to three ground motion records have been performed using OpenSees software. To evaluate the possibility of adopting this innovative bracing system and its efficiency, the dynamic responses of frames with SMA braces were compared to the ones with buckling restrained braces. After comparing the results, one can conclude that using an SMA element is an effective way to improve the dynamic response of structures subjected to earthquake excitations. Implementing the SMA braces can lead to a reduction in residual roof displacement and peak inter-story drift compare to the buckling restrained braced frames.     

Wind‐induced vibration control of tall buildings using hybrid buckling‐restrained braces

A buckling‐restrained brace (BRB) is a system with excellent earthquake‐proof performance, but it does not dissipate energies caused by the load from weak earthquakes or winds. A hybrid BRB (H‐BRB), which improved the performance of the BRB, is a type of composite damper system consisting of a BRB and a viscoelastic damper. To explain the wind‐induced vibration control performance of H‐BRB, a 40‐story steel building was designed and used as an analysis model in this study, on the basis of the damping ratio from a structural performance test, using normal steel braces, BRB and H‐BRB. In addition, to evaluate the optimal location of H‐BRB, a time‐history analysis of four models was conducted in the study. For such time‐history analysis, wind‐load data in a 10‐year recurrence interval, which were calculated from the wind tunnel test, were used. The result of the time‐history analysis showed that H‐BRB is effective in improving both the lateral stiffness and serviceability of a building using the existing BRB. It also confirmed that it is most effective to position H‐BRBs mainly on the lower stories. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Experimental optimization studies on steel core lengths in buckling restrained braces

Concentric braced frames are commonly used in steel structures to withstand lateral forces. However, brace hysteretic behavior is asymmetric in tension and compression. These frames typically exhibit substantial strength deterioration when loaded in compression. Consequently, the concept of Buckling Restrained Brace (BRB) has been introduced to overcome this deficiency.The length of a BRB steel core could have a significant effect on its overall behavior since it directly influences the energy dissipation of the member. Furthermore, BRB could be effectively utilized as a damper to dissipate seismic input energy, particularly when used as a fuse within the brace in a frame. Modified BRBs with shorter lengths may be called damper BRBs, because they function as if a typical damper is utilized along any brace member. These damper BRBs are fabricated and tested in this study both experimentally and analytically. Useful insights into local retrofitting of core plates and connections are also provided.