预应力巨型支撑—钢框架结构侧移模式研究

基于纯钢框架结构及钢框架—支撑结构的受力特点,提出新的结构形式——预应力巨型支撑—钢框架结构体系。采用SAP2000建立不同结构尺度的二维结构模型,变化框架相对抗侧刚度,进行几何非线性有限元分析,并与纯钢框架结构、非预应力巨型支撑—钢框架结构比较,着重研究预应力巨型支撑—钢框架结构的侧移模式,结果表明预应力巨型支撑可以显著提高结构的抗侧刚度;预应力巨型支撑—钢框架结构侧移模式具有弓形特征,钢框架相对抗侧刚度越小,弓形特征越明显;高层预应力巨型支撑—钢框架结构侧移模式呈现多个弓形串联特征,串联节点正是预应力巨型支撑锚固位置所在。     

多、高层钢结构支撑的布置方式对框架侧向刚度的影响

高层钢结构的结构形式多种多样 ,其中以撑系框架最为常用。建立了典型的钢框架模型 ,通过计算支撑布置方式相同的 6层和 2 0层框架的顶点位移 ,考察竖向支撑对不同高度框架的承载能力和侧移刚度的影响 ,以及相同高度下 ,支撑方式不同对框架的承载能力和侧移刚度的影响。在此分析的基础上 ,探讨了高层钢结构支撑的布置形式对框架侧向刚度的影响规律     

钢支撑布置方案对掉层框架结构抗震性能影响研究

为了研究钢支撑不同布置方案对掉层框架结构抗震性能的影响,本文设计了一多层和一高层掉层框架结构,分别对其考虑不同的支撑布置位置和支撑与掉层框架间的抗侧刚度比,并在SAP2000中通过弹性反应谱分析和动力弹塑性时程分析进行了研究。分析结果表明合理布置的钢支撑能够使结构上接地层剪力分布更加均匀,使结构扭转位移比和层间位移角明显降低,使结构构件出铰情况得到改善。为使钢支撑充分发挥其性能,本文建议支撑在平面上宜沿掉层框架结构掉层部分外侧两个角柱的两个主轴方向分别布置,在立面上宜从下接地端开始向上连续布置到结构顺坡向和横坡向的薄弱层位置;钢支撑-掉层框架结构经济合理的抗侧刚度比范围宜取0.5～1.5。     

带跨层预应力斜支撑的高层钢框筒结构静力性能研究

对于高层钢框筒结构体系,风荷载起控制作用,结构顶层侧移、层间位移角不易控制,为提高钢框筒结构的抗侧能力,将柔性预应力索用于钢框筒结构,并运用SAP 2000有限元软件对跨层预应力支撑钢框筒结构和钢框筒结构的抗侧性能和剪力滞后效应进行分析、对比,进一步研究预应力支撑的初始预拉力、弹性模量、布置角度、截面直径和布置方式等参数对跨层预应力支撑钢框筒结构受力性能的影响。研究表明:对钢框筒结构施加预应力支撑,显著提高其抗侧能力,并改善结构局部的剪力滞后效应;跨层预应力支撑宜布置为45°左右的交叉剪刀形状;在实际钢框筒结构工程允许的范围内,预应力支撑应选取较大的弹性模量和直径。     

某多层房屋RC框架和支撑-钢框架抗震性能分析

采用结构设计软件SATWE 2010计算某建筑采用RC框架体系和支撑-钢框架结构的抗震性能,对两种结构体系在多遇地震下的参数进行比较分析。结果表明:支撑-钢框架体系侧移刚度要大过RC框架体系,位移限值较小;合理布置支撑的钢框架体系能有效抑制结构的扭转效应;支撑-钢框架体系的整体稳定性和RC框架体系相当。     

屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架抗震试验性能研究

屈曲约束支撑可以有效地提高装配式钢管混凝土组合框架的抗侧移刚度和耗能减震作用。为研究地震作用下屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能和破坏机理,进行两层单跨屈曲约束支撑单边螺栓端板连接钢管混凝土组合框架的水平低周反复荷载试验。考察柱截面类型和端板形式对结构整体抗震性能的影响。记录和研究了此类混合结构的破坏形式和水平荷载-水平位移滞回曲线,分析和评价其骨架曲线、强度和刚度退化规律、延性和耗能等。试验研究表明,在柱截面含钢率相同条件下,抗侧移体系采用屈曲约束支撑,梁柱连接采用单边螺栓端板连接方式,屈曲约束支撑方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始抗侧刚度大于屈曲约束支撑圆钢管混凝土组合框架,但是其延性和耗能能力反之。试验和分析结果表明：屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的抗震性能,较大的可变形能力和耗能能力,可以在多高层建筑结构中应用和推广。     

基于位移性能的钢框架-支撑结构连续性倒塌Pushdown分析

基于位移性能,对比分析了纯钢框架结构、钢框架-V形(跨层X形)支撑结构与钢框架-同层X形支撑结构抗连续性倒塌的力学性能。研究结果表明:钢框架-支撑结构的荷载储备系数LRR明显优于纯钢框架结构,且钢框架-同层X形支撑结构优于钢框架-V形(跨层X形)支撑结构。对纯钢框架结构及钢框架-支撑结构进一步开展了静态与考虑"去柱"动力效应的动态Pushdown分析,研究结果表明:两种分析情形下结构的倒塌模式基本一致,结构剩余承载力基本相同。但是钢框架-支撑结构存在能够显著减小"瞬间去柱"引起的突变位移幅度,减缓柱损坏时结构的动力响应,且钢框架-同层X形支撑结构优于钢框架-V形(跨层X形)支撑结构。     

Y型偏心支撑半刚性连接钢框架动力性能研究

Y型偏心支撑既能提供足够的弹性刚度,又能使结构具有很好的抗震性能;半刚性节点对钢框架结构的性能影响很大,在进行钢框架结构设计时必须要考虑半刚性的影响。将Y型偏心支撑与半刚性连接结合起来的结构形式是一种新型抗震结构体系。运用结构通用有限元软件MIDAS GEN建立不同连接刚度的半刚性连接Y型偏心支撑钢框架模型。并对其进行模态分析、多遇地震下和罕遇地震下的时程分析,得到各不同连接刚度Y型偏心支撑钢框架的自振周期、层间位移、层间位移角及顶点时程位移曲线。通过对比分析可知,半刚性连接对Y型偏心支撑钢框架的抗侧刚度有很大影响,半刚性连接可以很好地改善结构的抗震性能。Y型偏心支撑与半刚性节点都可以提高结构的抗震性能,两者相结合的结构形式有很好的应用前景。     

柔性支撑钢框架结构扭转性能研究

相比于传统框架结构形式,柔性支撑钢框架的方钢管柱可采用较小的截面,抗扭刚度主要由柔性支撑提供。考虑到柔性支撑的特殊性,有必要对该体系的抗扭性能进行研究。以单层1跨柔性支撑钢框架为基础模型,分析了柔性支撑钢框架的刚度特性,发现柔性支撑钢框架不同的支撑松紧程度对应不同的抗侧刚度,抗侧刚度具有时变性,且在某些特殊的支撑松紧状态下,刚度具有跳跃点,而且不同的支撑初始松紧状态可能引起柔性支撑钢框架初始的刚心、质心偏离,从而在地震作用下发生扭转。采用OPENSEES有限元软件,对比了7组典型支撑初始松紧状态下的柔性支撑钢框架的静力及动力响应。结果表明:支撑初始松紧程度的不同使柔性支撑钢框架具备一定的控扭能力,但当扭转变形超过支撑初始松紧状态的调控范围后,控扭能力便不再显著。另外,当所有支撑进入塑性后,支撑初始的不同松紧状态所带来的影响随之消失。最后,对柔性支撑钢框架结构形式提出了建议,柔性支撑初始均须预紧,可通过对支撑不松不紧状态的柔性支撑钢框架考虑偶然偏心后的结果进行适当修正,来消除各支撑预紧程度不同的影响。     

偏心支撑半刚接钢框架的动力特性及抗震性能试验研究

偏心支撑半刚接钢框架是一种新型抗震结构体系,为研究其动力特性及抗震性能,进行了4个三层空间框架试件的试验研究。动力特性测试表明,随着梁柱节点转动刚度的降低,结构自振频率减小,阻尼比增加。循环加载试验表明,节点刚度和承载力对偏心支撑框架结构的滞回性能有显著影响,节点刚度和承载力越高,滞回性能越好,节点刚度较低的偏心支撑框架不宜用于抗震设防区;偏心支撑显著增加了半刚接钢框架的抗侧刚度,使得节点刚度对框架刚度的影响减弱,但降低了结构延性;结构的塑性变形主要来自节点域、消能梁段及梁柱节点连接件;多层偏心支撑框架的侧移变形为剪切型,层间屈服位移角较大。     

多遇地震作用下高层钢结构支撑形式设计分析

支撑体系是钢框架结构的重要组成部分,尤其在高层结构中,支撑对提高侧向刚度作用显著。针对高层钢结构中普遍采用的几类支撑形式,分别对其进行多遇地震作用下的承载力极限状态和正常使用极限状态分析。采用的主要分析方法是有限元模型在天津波作用下的时程响应数值模拟,并对杆件应力、层间位移等重要控制变量进行对比分析。研究表明采用合适的支撑形式可有效地提高高层结构侧向刚度。在相同用钢量前提下,十字支撑和人字支撑的作用最为显著。     

横梁加强型人字撑结构的弹塑性滞回性能

人字形支撑是多高层钢结构建筑的一种常用支撑形式。在侧向荷载作用下,由于受压支撑发生屈曲,承载能力快速下降,支撑架的横梁会受到拉压支撑间的竖向不平衡力的作用,JGJ 99—98《高层民用建筑钢结构技术规程》规定需加强支撑架横梁来承受这一不平衡力的作用。静力弹塑性推覆分析的结果显示,在加载后期横梁受拉支撑屈服荷载对加强型人字撑结构抗侧能力有很大的贡献。但是,在强烈地震作用下,由于每一支撑均处于拉压交替的受力状态,因此支撑架的受力性能要复杂得多。通过对横梁加强型支撑结构在往复荷载和地震荷载作用下的抗侧性能进行研究,以更好地了解这种支撑结构的抗震性能。     

支撑布置方式对多高层钢结构抗震性能的影响分析

框架支撑体系作为多高层钢结构的一种结构形式被广泛采用。竖向支撑的布置方式对于结构的抗震性能有较大的影响。建立典型的多、高层框架模型(6层和18层),通过有限元软件ANSYS的抗震性能分析(模态分析、谱分析、时程分析,循环荷载分析),对比分析了动力荷载作用下,不同的支撑布置对结构的内力、变形以及耗能能力的影响。并在计算分析的基础上,探讨了支撑布置的影响规律。     

Lateral buckling of eccentrically braced RHS columns

Rectangular hollow section (RHS) is widely used as columns of agricultural greenhouse constructions. To enhance the resistance of these columns against the out-of-plane buckling failure, the bracing system is frequently adopted, typically composed of the bracing spans containing a two-layer x-brace at intervals of a number of spans and a horizontal bar connecting the mid-height sections of all columns of the same row. The horizontal bar provides the lateral brace to the columns between two adjacent bracing spans. Due to ease of installation and existence of glass at the outer face, the horizontal bar is usually connected to the inner face of the columns at the edges of the construction (side columns) using the overlapped joints, leading to the side columns being eccentrically braced by the horizontal bar. The present paper carried out an investigation into behavior of the eccentrically braced RHS columns, including the buckling load, failure mode, bracing eccentricity, bracing stiffness and the relationships between. Simple approximations of good accuracy are also provided for the normalized critical bracing eccentricity and buckling load, with which the hand-calculation method is only necessary in practical design. A worked example is given for side columns in greenhouse constructions following the procedure presented in this study.     

多层钢框架偏心支撑的抗震性能试验研究

偏心支撑钢框架结构是一种比较理想的多层钢结构抗侧力体系,刚度大,受力性能合理。为了研究偏心支撑钢框架在地震作用下的滞回性能,为多层钢框架偏心支撑结构体系设计提供试验依据,选用耗能梁长度为可变参数,完成了2个不同构造形式的弯曲型耗能梁-偏心支撑框架在水平低周循环荷载下的破坏试验,分析了框架的承载能力及变形特征,研究了框架的破坏模式。研究表明,偏心支撑框架在弹性阶段内具有良好的变形能力,屈服荷载和框架刚度随弯曲型耗能梁长度增加呈下降趋势;偏心支撑框架能够控制框架破坏模式,地震作用下框架在耗能梁段屈服后屈曲破坏,破坏发生在耗能梁端部翼缘和支撑与柱脚连接的节点板位置,降低了梁柱节点受力。     

拱墙结构平面外失稳机理与设计研究

拱墙是一种由拱、立柱、横梁组合而成的竖向平面结构，横梁上的竖向平面内荷载通过立柱传递到大跨度拱体中。为研究拱墙结构的失稳机理，采用有限元分析方法，对拱墙模型在弹性和弹塑性条件下的稳定性能进行了研究。分析结果表明：立柱侧向刚度及横梁侧向支撑刚度是影响拱墙稳定性能的主要因素，当横梁侧向支撑刚度小于其门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱墙整体平面外失稳；当横梁侧向支撑刚度大于其门槛刚度而立柱的侧向刚度小于其门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱体的平面外失稳；当横梁侧向支撑和立柱的侧向刚度均大于各自的门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱墙整体平面内失稳。结合某火车站站房工程，建立了横梁位置施加侧向弹簧支撑和带纵向桁架的两种拱墙模型，分析了该拱墙结构的平面外稳定承载力。结果表明，纵向桁架为拱墙横梁提供的平面外支撑刚度远大于拱墙的侧向支撑门槛刚度，提高拱墙的平面外稳定承载力需通过增大立柱的侧向刚度和加强立柱两端的可靠连接实现。     

Seismic performance of floor-by-floor assembled steel braced structures with stiffened connections

This paper presents an overview of a full-scale testing on a tension-only concentrically braced beam-through frame (TCBBF). The implementation of TCBBF facilitates the construction of low-rise industrialised residential steel houses by means of floor-by-floor assembling. This type of TCBBF system features cold-formed hollow structural section columns connected to H-section through beams by end plate with bearing-type high-strength bolts. A two-storey, four-span by one-span TCBBF subjected to vertical loads was cyclically loaded horizontally to examine the seismic behaviour. Stable behaviour was observed up to a storey drift angle of 1/10. The cyclic behaviour was characterised by a linear response, a slip range and a significant hardening response. Deteriorating pinched hysteretic behaviour was notable for cyclic loading primarily because of cyclic brace compression buckling and tension yielding. TCBBF incorporates very slender bracing members that are unable to bear much axial load when subjected to compression. Alternating brace compression buckling and tension yielding induce unrecoverable plastic deformation, which results in a sharp decrease in the lateral system stiffness of TCBBF when lateral displacement becomes zero or around zero. Additionally, bracing members and frame members share different proportions of horizontal force although the dual systems bear the lateral forces collaboratively. The variation philosophy of distribution proportion of bracing and frame members is evaluated. Pushover analysis is undertaken to duplicate the test results and develop an analytical model, which is able to predict the elastic stiffness and the strength reasonably.     

高强混凝土支撑式框架在低周反复荷载下的抗震性能试验研究与设计建议

通过一榀设置K型支撑的高强混凝土框架(UBCBF)和一榀不设支撑的高强混凝土框架(HSCMF)在低周反复荷载下的结构性能的对比试验,着重研究了高强混凝土支撑式框架的承载与变形能力、延性等抗震性能指标以及其变形刚度和破坏机制。试验结果表明,高强混凝土支撑式框架具有初始刚度大、极限承载力高,延性和耗能性能良好的特点。本文结合试验结果及其分析,给出了这种结构的抗侧力恢复力特性和抗震设计建议。     

新型梁柱节点高层钢结构抗震性能研究

结构的抗震设计一般有两类途径:主动控制和被动控制。主动控制系统复杂且成本偏高,普通的被动控制抗震结构强震后修复困难。针对上述问题,本文提出了一种新型转动摩擦耗能梁-柱节点,并基于SAP2000对采用新型梁柱耗能节点的X形支撑钢框架体系和普通X形支撑钢框架体系进行了罕遇地震作用下的时程分析,结果表明采用了该新型梁-柱耗能节点的X形支撑钢框架体系具有更好的抗震性能。