设置屈曲约束支撑的斜交网筒结构延性有限元分析

斜交网筒结构具有较大的抗侧刚度,但其延性较差,通过设置屈曲约束支撑可改善斜交网筒结构延性。以30层的斜交网筒结构模型为研究对象,分别对普通斜交网筒结构和设置屈曲约束支撑斜交网筒结构进行静力弹塑性推覆（Pushover）分析。结果表明：屈曲约束支撑可有效改善斜交网筒结构延性。此外,对立面中部、立面角部、底部楼层、上部楼层共4种局部区域布置屈曲约束支撑的方案进行了结构延性分析。局部设置屈曲约束支撑斜交网筒结构的设计应确保斜柱处于弹性工作状态,屈曲约束支撑率先进入塑性耗能状态。建议采用立面中部布置屈曲约束支撑的方案,可实现在保证结构受剪承载力的前提下,较好地改善斜交网筒结构的延性,避免结构发生脆性破坏。     

支撑钢框架结构住宅支撑优选研究

针对一栋20层钢结构住宅,对其中心支撑和防屈曲支撑的组合支撑布置方案进行研究。引入中心支撑替换率的概念,设计了5种不同中心支撑替换率的结构布置方案,运用Perform 3D非线性分析软件,采用静力弹塑性分析和时程分析方法对5种设计替换率方案进行了抗震性能对比,考虑结构抗震性能与经济性因素,得出了混合支撑钢框架中防屈曲支撑的最优替换率。结果表明:综合结构最大层间位移角变化曲线及等效支撑用量变化曲线,以该结构为基础,支撑的替换率控制在35%,能够在不影响结构性能的前提下最大限度降低结构造价。     

支撑屈服后屈曲约束支撑框架损伤集中效应分析

屈曲约束支撑(BRB)屈服后刚度较低,某一层或几层BRB率先屈服会造成屈曲约束支撑框架(BRBF)进入弹塑性阶段后不同楼层间刚度的突变,框架弯矩会重分布,进而影响框架的损伤机制。为此,提出框架基于柱端弯矩比的强柱弱梁计算公式,公式表明：当框架节点下部与上部柱端弯矩同号相等时,柱梁承载力比需求最小为1;当弯矩反向相等时,需求则为无穷大;通过分析楼层间BRB刚度比对两层BRBF弯矩分布的影响,说明BRBF中某层支撑屈服会导致该层节点下部与上部柱端弯矩比发生较大的改变,节点上部柱端弯矩甚至反向增大;综上,支撑屈服后BRBF易出现层间柱铰机制。最后,通过算例验证提出的强柱弱梁计算公式和BRBF弯矩分布规律,同时表明：当BRB-框架刚度比较大或者框架柱梁承载力比较小时,BRBF损伤集中效应较为明显。     

屈曲约束支撑在古北财富中心高层钢结构中的应用研究

古北财富中心主楼结构方案综合考虑结构抗震性能、建筑的功能、设备的布置及经济性后,采用屈曲约束支撑-钢框架结构体系。柱网为9.2m×9.2m,9.2m×(14-17.8)m,结构特点为大柱距、核芯区偏心布置。支撑布置的范围由于受到建筑立面和设备的限制,只能集中在楼梯和电梯间周围。工程选择普通支撑框架和屈曲约束支撑框架两种结构方案,从抗震性能、建筑功能及经济性等方面进行了综合比较。最后就屈曲约束支撑框架在工程中的应用作了进一步阐述。     

高层钢管混凝土框架-屈曲约束支撑结构多因素减震效果研究

屈曲约束支撑的合理布置及运用后的减震效果是业内较为关注的问题,针对高层钢管混凝土框架-中心支撑结构,设计若干方案开展了平立面布置研究、不同烈度减震效果研究、不同高度减震效果研究和不同性能目标减震效果研究。结果表明:高层钢管混凝土框架-屈曲约束支撑结构中屈曲约束支撑连续布置在结构边跨中部减震效果较优,分散布置在角部减震效果较差;立面由下至上布置1/2～3/4高度楼层减震效果较优;7度、8度区较9度区减震效果较优;结构高度较高的长周期结构减震效果较优;结构性能目标等级低时减震效果较优。     

屈曲约束支撑-钢筋混凝土框架结构设计方法研究

目前屈曲约束支撑广泛用于新建和加固的钢筋混凝土框架结构中,构成屈曲约束支撑-钢筋混凝土框架结构.鉴于这种结构的设计方法未在规范中明确规定,在试验研究和设计实践的基础上,提出一些设计建议,包括设计时需根据屈曲约束支撑性能采取不同的设计方法、结构适用高度、屈曲约束支撑布置方法和要求、小震作用下屈曲约束支撑计算假定、结构楼层位移角限值、屈曲约束支撑根据不同性能需采取的不同检验要求、屈曲约束支撑与结构的连接设计和钢筋混凝土框架的抗震措施.     

天津高银117大厦巨型支撑设计与思考

天津高银117大厦结构高度为584m,高宽比为9.5,是目前国内在建的结构高度最高、最细柔的超高层建筑之一。塔楼采用钢筋混凝土核心筒-巨型框架支撑结构体系。立面巨型支撑跨多层分区布置,且与承重结构分离,底部大堂人字支撑自由长度达48m。针对巨型支撑的特殊布置形式,从概念出发,采用了屈曲约束支撑(Buckling Restrained Brace,简称BRB)代替普通支撑。优化方案解决了超长巨型支撑系统在罕遇地震作用下易屈曲失稳问题,确保了支撑筒的刚度和承载力,为塔楼提供第2道抗震防线,也间接降低了结构造价。缩尺试验结果表明,该工程低屈服强度软钢与常规合金钢混合芯材组成的BRB可以满足设计性能要求。最后,对该巨型支撑的设计要点进行了总结和思考,可为类似工程的设计提供参考。     

防屈曲约束支撑异形柱框架结构的滞回性能研究

通过对布置防屈曲约束支撑异形柱框架和普通异形柱框架的拟静力试验,对比分析防屈曲约束支撑异形柱框架结构的滞回性能。试验结果表明:对角斜置防屈曲约束支撑异形柱框架的滞回曲线呈梭形,骨架曲线呈现"台阶"形的折线形状;无撑异形柱框架的滞回曲线有明显的捏拢现象,屈服后,由"反S"形逐渐过渡到狭长的"Z"形。屈曲约束支撑框架最大能承受6倍屈服位移控制的往复加载,推迟了钢筋与混凝土之间的黏结滑移产生时间,延缓并减弱了框架的变形恢复滞后现象和结构的刚度退化速率,改变了原来异形柱结构的耗能机理,同时屈曲约束支撑改变了原有异形柱结构的延性分布规律,避免了底部发生过大的延性破坏,使结构顶层具有较大的延性来吸收地震能量。     

屈曲约束支撑在超限连体文化设施抗震中的应用

北京CBD核心区文化设施建筑功能复杂,主体结构为钢框架-支撑结构体系.由于存在竖向构件局部转换和局部抽柱形成大空间,多层楼板设较大洞口,东、西楼局部连体,以及平面不规则和竖向不规则等多项抗震超限内容,为超限项目.考虑项目结构体系特点,对项目进行了屈曲约束支撑设计,通过软件进行弹塑性时程分析对比,比较了采用屈曲约束支撑方案相比于普通支撑方案在结构上的优势.结果表明,采用屈曲约束支撑较普通支撑在基底地震力输入、顶点位移、塑性铰发展、保护关键构件等方面均起到重要的作用,优化了结构抗震能力,使普通支撑方案难以实现的结构布置得到实现.     

含有屈曲约束支撑平面框架的抗震性能试验研究

为了研究含有屈曲约束支撑结构的抗震性能,对含有屈曲约束支撑和普通支撑的平面框架进行了试验研究。结合试件破坏现象及试验结果,对屈曲约束支撑的力学性能、破坏机理以及作用效果进行了分析探讨。同时,还对试验过程进行了数值模拟分析。试验及理论分析结果表明:与含普通支撑框架相比,含屈曲约束支撑的框架在提高承载力的同时,还具有更稳定的耗能能力;经过适当的设计,可以使屈曲约束支撑先于主体结构进入弹塑性状态,提高结构的抗震性能。     

双阶屈服屈曲约束支撑框架小震参数分析

为了弥补常规屈曲约束支撑在多遇地震作用下处于弹性状态,不能发挥消能减震作用的不足,提出了一种将金属套管阻尼器与屈曲约束支撑组合形成的双阶屈服屈曲约束支撑,经试验验证其具有良好、稳定的小震及中大震下的滞回特性。在小震作用下,金属套管阻尼器屈服消能,屈曲约束芯板保持弹性承载。借助有限元软件ETABS建立了一系列双阶屈服屈曲约束支撑框架模型,通过改变支撑与框架刚度比、阻尼器与芯板的轴向刚度关系以及套管阻尼器的屈服比例,对各模型进行小震作用下的动力弹塑性分析,将各模型基底剪力和最大层间位移角与相应的常规屈曲约束支撑框架的分析结果进行对比。结果表明:双阶屈服屈曲约束支撑与支撑芯板的轴向弹性刚度比取2左右,阻尼器屈服比例取0.3左右时,可取得较好的减震效果; 双阶屈服屈曲约束支撑的参数取值改变,对降低结构地震响应的影响趋势不因支撑与框架刚度比不同而改变; 当支撑刚度贡献较大时,相较常规屈曲约束支撑,双阶屈服屈曲约束支撑的设置能降低结构的层间位移角,若要同时降低基底剪力,阻尼器屈服比例不宜高于0.3。     

高层钢结构支撑方案抗震性能对比分析

高层钢结构中框架—支撑结构是一种常用的结构形式,文中介绍了支撑结构体系的发展情况.以某实际工程为例,说明了普通钢支撑和屈曲约束支撑两种不同支撑对结构弹性性能的影响,通过静力弹塑性推覆分析对比研究了两种方案的弹塑性性能,并对屈曲约束支撑采用偏心布置形式对框架梁的影响进行了探讨.     

某屈曲约束支撑框架-核心筒混合结构静力推覆分析

兰州云天皇冠酒店为屈曲约束支撑框架-核心筒混合结构,属超限高层建筑。介绍了工程的特点及结构布置情况,针对结构平面布置不对称和高度超限的情况,对比了结构分别采用普通支撑和屈曲约束支撑时的弹塑性性能。结果表明,在小震作用下,屈曲约束支撑处于弹性状态,为结构提供支撑刚度;在罕遇地震作用下,部分屈曲约束支撑达到屈服状态,为结构提供耗能能力。通过采用屈曲约束支撑,既减轻了结构地震反应,又达到设计的预期性能目标且满足规范的要求。     

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。     

防屈曲支撑、普通和特殊中心支撑钢框架结构抗震性能分析

基于考虑人字形防屈曲支撑屈服后超强和几乎不再对被撑梁提供竖向支点作用这两个因素,本文提出了采用该种支撑的钢框架结构的设计方法,并分别对采用普通及特殊中心支撑和防屈曲支撑的框架结构的抗震性能进行了对比分析.结果表明,虽然防屈曲和特殊中心支撑框架结构的层间侧移总体上大于普通中心支撑框架结构,但前者的基底剪力却大大低于后者.罕遇地震下,三种结构中的柱子基本保持弹性,普通和特殊中心支撑出现了大幅的平面外失稳,而防屈曲支撑在拉压作用下均进入屈服耗能.三种结构中被撑梁的最大挠度在支撑屈服或失稳前后分别出现在撑点两侧和撑点位置.屈服后的防屈曲支撑几乎不产生对被撑梁竖直向下的不平衡剪力,而失稳后的普通和特殊中心支撑则对被撑梁产生较大的不平衡剪力.     

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.     

Dual‐steel frame consisting of moment‐resisting frame and shape memory alloy braces subjected to near‐field earthquakes

In this paper, concentric braced frames are combined with moment‐resisting frame (MRF) as a dual system subjected to near‐field (NF) pulse‐like and far‐field ground motions. The braced frame in this system configuration consists of steel buckling‐restrained braces (BRB model), braces with shape memory alloy (SMA model), or combination of BRB and SMA braces (COMBINED model). Some prototype structures of the proposed systems are designed according to the code recommendations. Then, the nonlinear models of the considered structures are developed in SeismoStruct software, and nonlinear time history analysis (NLTHA) is implemented. NLTHA is performed subjected to earthquake record sets at maximum considered earthquake (MCE) and design base earthquake (DBE) levels, and responses of the systems are investigated and compared with each other. Among the examined models, the SMA and COMBINED models exceed the CP level subjected to NF‐MCE record set. Therefore, more investigation is needed for using short‐segment SMA braces in the dual‐steel frames in NF area.     

屈曲约束支撑中钢芯长度的试验优化分析

当钢结构承受侧向荷载时,常采用中心支撑框架。然而,受扭和受压时支撑的滞回性能是不对称的。当受压时,这种框架的强度会持续退化,故采用屈曲约束支撑解决这个问题。屈曲约束支撑的钢芯长度对整体性能影响很大,因为它直接影响着杆件的耗能能力。屈曲约束支撑相当于阻尼,可耗散地震能量,尤其当作为支撑中的"保险"时。短的改进屈曲约束支撑可称为阻尼屈曲约束支撑,好比沿着支撑构件设置了阻尼。制作这种阻尼屈曲约束支撑,并进行试验及分析。对核心板和节点的局部改进,提出了一些建议。     

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.