屈曲约束支撑体系设计方法

依据国内外现有的一些研究成果,对防屈曲约束支撑的力学特性进行了总结,并回顾其工程应用历程。详细阐述了屈曲约束支撑体系的设计方法,内容包括屈曲约束支撑布置的基本原则、设计目标的选择、支撑选型的基本流程、计算分析的单元模型、节点和连接的设计要求等。     

Experimental investigation of hybrid buckling-restrained braces

Though a buckling-restrained brace (BRB) has good seismic performance, it cannot dissipate energy under wind loads or weak earthquakes because its core does not yield. A hybrid buckling-restrained brace (H-BRB), which is a type of hybrid damping system consisting of a BRB member and a viscoelastic damper, has been proposed to improve the wind-resisting performance of the standard BRB. In order to evaluate the wind and seismic performance of the H-BRB system, two H-BRB specimens and one BRB specimen were tested in this study. The variable for the wind performance test was the shear action mechanism of the viscoelastic damper with and without a side connection plate, and the variable for the seismic performance test was whether a separation occurred between the steel tube and a stopper after the yielding of the steel core. The wind performance test showed that H-BRB’s mechanism could be realized only when the viscoelastic damper operated with double shear action. Also, the seismic performance test demonstrated that H-BRB could satisfy the required performance when the tube and stopper were separated after the core’s yielding.     

开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑试验研究

基于核心单元局部削弱相当于其他部位加强的新型防屈曲耗能支撑设计原理,设计了开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑和普通三重钢管防屈曲耗能支撑,对7个支撑构件在轴向循环往复荷载作用下的性能进行了拟静力试验研究和有限元模拟分析,研究开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑的滞回性能、恢复力模型、破坏特征以及不同开槽数量对支撑性能的影响情况。研究结果表明:开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,其轴力-位移滞回曲线稳定、饱满,对称性和规律性好;开槽式支撑的屈服荷载和屈服位移小于不开槽支撑,具有提前屈服的功能,开槽不影响支撑的整体承载力,开槽式支撑的恢复力模型可以采用对称的双线性恢复力模型来描述;开槽可以使支撑的薄弱部位从核心钢管端部转移到开槽部位,使支撑具有定点屈服的功能,避免了支撑端部破坏。     

全钢型分离式防屈曲支撑的约束比取值研究

全钢型分离式防屈曲支撑,在两端铰接时,两个内核构件独立伸出外围约束构件后端部通过肋板连接,形成较强的端部接头,由于这种端部构造以及内核之间有一定距离,内核与外围约束构件之间相关作用较复杂。鉴于传统的约束比限值计算公式不再适用,对其约束比取值进行了研究。考虑支撑整体几何初始缺陷的影响,依据其失稳机理将其侧向变形分解为正弦型变形和余弦型变形,分别计算两种变形下的跨中侧向变形,按计算所得比例组合得到实际的跨中侧向变形,所得的轴向荷载与跨中侧向变形曲线与有限元分析结果吻合较好。利用外围约束构件截面最大受弯承载力不小于考虑二阶效应跨中弯矩的控制条件,并在常见设计参数范围内进行有限元分析与拟合,得到实用的约束比限值计算式。有限元分析结果表明,该方法可用于预测分离式防屈曲支撑在静力单调轴压作用下的受力性能。     

考虑防屈曲支撑影响的钢筋混凝土框架柱设计方法

针对防屈曲支撑-混凝土框架(RC-BRBF)体系中防屈曲支撑(BRB)对相连柱产生附加变轴力影响,提出了RC框架柱设计方法。该方法首先通过等价轴压比指标获得RC柱设计轴压比限值,保证了一级、二级以及三、四级框架柱极限侧移水平分别达到2. 7%、2. 4%以及2. 1%;然后通过体系延性水平获得柱位移延性指标,保证其延性性能。研究表明,RC柱设计轴压比限值与等价设计轴压比水平、构件受等效重力与地震作用的轴力标准值之比有关;改进后的设计方法能够有效考虑BRB对相连柱附加变轴力影响,并保证了变轴压比下柱的极限侧移水平。算例分析结果表明,该方法通过优化柱截面提高了体系经济性,同时保证体系满足"三水准"设防目标,RC柱设计轴压比限值的设定是合理的。     

屈曲约束支撑力学性能试验加载制度研究

目前,由国内的加载制度检测得到的屈曲约束支撑性能相对较小,这导致大部分满足其他国家性能要求的构件无法应用于我国工程实践中。为了推动国产屈曲约束支撑的国际工程应用,以中国规范和日本规范规定的屈曲约束支撑力学性能检验方法为基础,分析规范中对最大变形幅值、变形范围和循环次数的要求;通过OpenSees建模分析,对不同加载历程下屈曲约束支撑的拟静力反复加载试验进行模拟,采用累积非弹性变形和累积滞回耗能来评估屈曲约束支撑的性能,将滞回能量的累积分布作为评估加载制度的幅值增长规律的参数;基于中日规范中屈曲约束支撑循环试验加载制度的定义以及在两种不同加载方式下屈曲约束支撑循环试验数值模拟的结果,提出用于屈曲约束支撑性能检验试验的新加载制度(GLP)。研究结果表明,GLP具有较大的累积非弹性变形,与所参照的累积滞回耗能分布吻合较好;其最大变形幅值为30%,与日本规范要求的最大钢芯应变水平相一致。     

Component tests of buckling-restrained braces with unconstrained length

The load-resisting capacity of buckling-restrained braces (BRB) composed of an H-shaped core element and an external tube was investigated in this study by component testing. A study was carried out on the effect of the design parameters such as the thickness of the constraining tube and the length of the unconstrained length of the core ends on the maximum strength and the energy dissipation capability. The performance of the BRB was evaluated by comparing the test results with the recommended provisions for BRB. It was found that the thickness of the external tube and the unconstrained part of the core had a significant effect on the strength and hysteretic behavior of the BRB; with the correct thickness of external tube and unconstrained length, the BRB behaved stably throughout the cyclic loading history until the cumulative plastic deformation reached 330, which far exceeded the value of 200 required by the recommended provisions.     

两端刚接防屈曲支撑的受力性能及设计方法

防屈曲支撑通常采用刚接节点与框架结构相连,而内核构件端部构造形式复杂,常出现外伸屈服段与加强段等,端部构造形式复杂,由此形成的复杂边界约束条件将对防屈曲支撑的整体性能产生显著影响。通过理论推导与有限元分析,对两端刚接边界条件下端部构造形式对防屈曲支撑整体受力性能的影响进行了研究。研究表明：相比于铰接边界条件,刚接边界条件能有效防止外伸段发生过大的侧向变形,两端刚接防屈曲支撑比两端铰接防屈曲支撑表现出更好的受力性能,即使在实际框架结构中防屈曲支撑两端出现转角时亦然。基于理论推导与有限元分析,提出了内核构件端部段的简化计算模型,采用迭代算法,可用于近似确定内核构件端部外伸段转角及变形在外围约束构件两端产生的不利附加偏心距;框架结构中防屈曲支撑两端转角不同,可用等效附加偏心距系数将两端不等附加偏心距的情况等效为两端等附加偏心距的情况;考虑等效附加偏心距的影响,给出了适用于两端刚接防屈曲支撑的整体设计方法。     

防屈曲支撑加固混凝土框架设计研究

防屈曲支撑具有普通支撑和耗能元件的双重特点,分析了采用防屈曲支撑加固混凝土框架的特点。同时结合实际工程,从需求分析、支撑的布置和选择、试验构件的性能鉴定、抗震加固前后结果对比这4个方面阐述这种抗震加固方法在工程中的应用。结果表明,通过合理选择防屈曲支撑的布置方案和性能参数,能够实现防屈曲支撑不同阶段的工作状态,确保了防屈曲支撑耗能,从而达到保护主体构件的加固目标。     

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。     

State of the art of buckling-restrained braces in Asia

This paper presents a summary of buckling-restrained braces (BRBs). BRBs show the same load-deformation behavior in both compression and tension and higher energy absorption capacity with easy adjustability of both stiffness and strength. Research and developments of various types of BRBs with different configurations in Asia, especially in Japan, are introduced. Analyses and experiments are illustrated to show the conditions necessary for restraining steel braces from buckling. Some key issues of BRB configurations, such as gap and debonding processing between core braces and encasing members, contraction allowance in BRBs and necessary clearances between restraining panels and surrounding frames, BRB projection stiffening approaches to prevent it from buckling, are also described. Based on initial deflections of core braces, both stiffness and strength requirements of encasing member to prevent buckling of core brace are given. Applications for both new high-rise steel buildings and the seismic retrofit of existing buildings show good prospects of using BRBs.     

屈曲约束支撑框架设计方法与算例分析

结合国内规范体系,讨论了一套屈曲约束支撑构件布置、分析与设计方法,通过算例分析对比,研究了屈曲约束支撑框架的优势与特色,为屈曲约束支撑框架的进一步研究奠定了理论基础。     

设置BRB桥梁排架墩基于位移抗震设计方法

基于“保险丝”和“损伤控制”的抗震设计理念,提出在桥梁双柱式排架墩中通过设置屈曲约束支撑(BRB)以提高其横桥向抗震性能的构想。首先从获得“抗震能力”的角度对设置BRB桥梁排架墩的抗震设计参数进行系统性分析,推导出与剪跨比和墩柱间距与直径(边长)比相关的BRB核心段最大和最小长度取值范围|再从求解“地震需求”角度建立了设置保险丝的(SDOF)主结构体系弹塑性反应谱基本方程,分析该体系的非线性地震反应一般规律|然后,基于体系的“抗震能力”和“地震需求”,发展了设置BRB的桥梁排架墩基于位移的抗震设计方法,并结合一个具体桥梁排架墩实例说明建议设计方法的可行性。     

型钢组合装配式防屈曲支撑性能及设计方法研究

在总结现有防屈曲支撑的截面形式、构成特点以及设计理论的基础上,提出了一种新型的防屈曲耗能支撑,即型钢组合装配式防屈曲支撑。介绍了这种新型防屈曲支撑的截面形式以及连接构造,并对其基本性能和设计方法进行了研究,提出了有效约束比的确定方法、外围约束构件螺栓强度验算方法和间距控制原则、内核与外围之间空隙的控制要求。     

防屈曲支撑角部节点板与钢框架的相互作用效应

防屈曲支撑是一种高效稳定的耗能减震装置,其与框架结构一般通过焊接节点板形式连接。目前节点板连接设计方法仅考虑支撑轴力的影响,并没有直接考虑框架开合效应(梁柱在水平地震力下产生的张开/闭合变形)的不利作用,导致焊接节点板在连接处提前发生开裂。通过有限元模拟的方法,同时考虑开合效应和支撑轴力的共同影响,对防屈曲支撑钢框架与角部节点板连接的相互作用进行研究。有限元模型共5组,主要参数包括节点板尺寸、节点板与框架的连接形式以及节点板是否设置自由边加劲肋。在连接形式方面,提出了一种可减小开合效应不利影响的新型可滑移螺栓连接节点板,并与传统焊接节点板的受力性能进行比较。分析结果表明,平面尺寸较小的焊接节点板对结构的抗侧刚度影响最小,可减小设置防屈曲支撑的子框架所分担的地震剪力,相应的节点板受力性能也优于平面尺寸较大的焊接节点板|在焊接节点板上设置自由边加劲肋并不能明显改善其受力性能|所提出的新型可滑移螺栓连接节点板可有效减小节点板对结构刚度的影响,以及框架开合效应对节点板的不利影响,是一种在消能钢框架支撑体系中具有应用前景的新型节点板连接。     

碳纤维布增强钢-木屈曲约束支撑低周反复加载试验研究

为提升胶合木结构抗震耗能性能,设计一种碳纤维布增强钢-木屈曲约束支撑,通过对10个支撑试件的低周反复加载试验,研究其承载力、破坏形式和耗能能力,并分析支撑约束比、碳纤维布的约束间距和层数的影响.结果表明,约束比大于3.5、且采用3层间距50 mm的碳纤维布时,支撑的荷载-位移滞回曲线饱满,可达到200倍的塑性变形要求....     

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。     

含有屈曲约束支撑框架的振动台试验研究

通过对含有屈曲约束支撑的框架进行振动台试验,研究了屈曲约束支撑对结构地震反应的减震效果。选用3条天然波和1条人工波进行加载,记录了模型的加速度反应,分析了BRB在试验中的力学性能,并与理论计算值进行了对比,研究了台面输入加速度为0.6g和1.0g时框架底层BRB的滞回曲线。探讨了不同台面输入下输入能量在模型中的分布情况。试验及研究结果表明,当台面输入加速度小于0.6g时,屈曲约束支撑可以为结构提供稳定的侧向刚度;当台面输入加速度大于0.6g时,屈曲约束支撑通过自身塑性变形来吸收能量;当台面输入加速度为1.0g时,屈曲约束支撑可以吸收台面输入的20%~40%的能量。