基于性能设计的高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能研究

Y形偏心支撑钢框架结构中耗能梁段置于框架梁之外,耗能梁段变形不会对主体结构和楼板造成损害,震后易于修复更换。为了保证耗能梁段充分发挥塑性变形进行耗能,非耗能构件(框架梁、框架柱)截面设计往往过大,浪费钢材且限制了偏心支撑钢框架的应用。高强钢组合偏心支撑框架结构是指耗能梁段采用普通钢材(Q345钢),而框架梁、柱等非耗能构件采用高强度钢材(如Q460),不仅有效减小构件截面,而且可以推动高强钢在抗震设防区的应用,经济效益显著。采用基于性能的抗震设计方法设计了5层、10层、15层和20层的Y形偏心支撑钢框架结构,算例模型包括高强钢组合Y形偏心支撑钢框架和传统普通钢Y形偏心支撑钢框架,通过Pushover分析和时程分析研究该结构形式的承载力、抗侧刚度、层间侧移分布及破坏模式。研究表明:相同设计条件下,高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构与普通钢Y形偏心支撑钢框架结构的承载能力相近,但抗侧刚度略低,罕遇地震作用下二者具有相似的层间侧移分布和破坏模式。     

耗能梁段腹板厚度对高强钢组合Y型偏心支撑框架受力性能的影响研究

为了研究耗能梁段腹板厚度对高强钢组合单层单跨Y型偏心支撑框架的受力性能,采用有限元软件ABAQUS分别对5个不同耗能梁段腹板厚度的高强钢组合单层单跨Y型偏心支撑框架模型进行了分析。结果表明:这种结构形式具有良好的耗能性能,耗能梁段能够充分发挥耗能的作用;耗能梁段腹板厚度对其强度、刚度和耗能性能均有较大影响,耗能梁段腹板厚度设计合理时,可满足结构在小震或中震作用下的承载力和变形要求,在大震下有良好的变形能力和耗散地震能量的能力。     

带可替换耗能段的Y形偏心支撑框架抗震性能研究

为了研究耗能段采用端板连接的Y形偏心支撑钢框架的抗震性能,设计了2个耗能段连接形式和2组结构高跨比不同的试件。采用有限元分析软件ABAQUS对试件进行滞回分析,研究耗能段连接形式和结构高跨比对试件滞回性能的影响,将试件的正向骨架曲线简化为三折线模型,确定使结构快速恢复功能而替换耗能段的结构层间侧移角的合理范围。研究结果表明:设计合理的端板连接耗能段的Y形偏心支撑钢框架的滞回性能与焊接连接耗能段的Y形偏心支撑钢框架基本相同;基于等能量原理的三折线模型适用于确定耗能段的替换范围;Y形偏心支撑框架的最大层间位移角介于1/350至1/80之间时可替换耗能梁段。     

自复位Y型偏心支撑钢框架结构滞回性能的参数分析

通过将传统Y型偏心支撑中耗能梁段制作材料更换为形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA),提出了一种具有自复位功能的新型Y型偏心支撑钢框架结构。为研究此新型自复位结构的滞回性能,采用ANSYS软件建立精细化有限元模型,并进行数值分析。通过改变钢柱截面、钢梁截面、耗能梁段腹板厚度、耗能梁段长度及支撑截面尺寸,设计了5组11个自复位Y型偏心支撑钢框架结构,考察了各参数对其自复位性能及滞回性能的影响。研究发现钢柱截面及耗能梁段腹板厚度对结构承载力、初始刚度影响显著;钢梁截面、耗能梁段长度及支撑截面尺寸对承载力、初始刚度有一定影响。此外,随着SMA耗能梁段水平剪力承担比例的增加,结构复位效果显著提高。     

Y型偏心支撑钢框架的受力性能研究

Y型偏心支撑钢框架是最近发展起来的一种新型抗侧力结构体系,具有很好的抗震性能。可以通过改变耗能梁段的截面尺寸和支撑的布置形式来优化结构的抗震性能。本文基于我国现行《抗震规范》建立三个系列的一榀Y型偏心支撑钢框架平面模型,并运用有限元分析软件sap2000对结构进行pushover分析计算,研究了Y型偏心支撑钢框架的耗能梁段长度、腹板高厚比和耗能支撑的布置形式等参数对Y型偏心支撑钢框架结构抗震性能的影响,提出了相应的抗震设计建议。     

耗能梁段长度对高强钢组合Y型偏心支撑框架受力性能影响的研究

采用ABAQUS有限元软件对高强钢组合Y型偏心支撑框架进行有限元分析,分别对5种不同长度的耗能梁段的进行单调加载和循环加载,研究耗能梁段长度对框架受力性能的影响。分析表明,高强钢组合Y型偏心支撑框架的耗能能力较强;耗能梁段长度越长,结构的耗能能力也就越强,但长度增加到一定程度时,结构的承载能力明显降低。     

V形偏心支撑钢框架耗能梁段长度研究

为了研究耗能梁段长度对V形偏心支撑钢框架滞回性能的影响,应用ABAQUS V11.0建立了8个不同长度耗能梁段的有限元模型并进行非线性分析,研究了耗能梁段长度变化对V形偏心支撑钢框架承载力、刚度、延性和耗能能力的影响。研究结果表明:V形偏心支撑钢框架具有良好的耗能能力,耗能梁段的长度对V形偏心支撑钢框架的承载力、刚度、延性及耗能性能均有较大影响。随着耗能梁段长度的增加,V形偏心支撑钢框架的刚度及承载力呈降低趋势,延性系数和功比系数先增大后降低。根据有限元分析结果,给出了V形偏心支撑钢框架耗能梁段长度的合理取值范围。     

耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架抗震性能的影响

分析了K形偏心支撑钢框架中耗能梁段的受力特性,利用非线性有限元程序探讨了耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架刚度、延性及耗能性能的影响,提出了初步设计时耗能梁段长度的取值范围.     

单斜杆型偏心支撑钢框架的地震反应分析

偏心支撑结构弹性阶段刚度大,塑性阶段耗能能力强,是适用于高烈度地震区的一种有效的抗侧力结构体系。采用梁单元与壳单元相结合的非线性有限元模型,对单斜杆型偏心支撑钢框架进行弹塑性时程分析,研究耗能梁段的长度、腹板高厚比和加劲肋间距的变化对单斜杆型偏心支撑钢框架结构抗震性能的影响,提出了相应的抗震设计建议。     

耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架抗震性能的影响

分析了K形偏心支撑钢框架中耗能梁段的受力特性,利用非线性有限元程序探讨了耗能梁段长度对K形偏心支撑钢框架刚度、延性及耗能性能的影响,提出了初步设计时耗能梁段长度的取值范围。     

含可更换剪切型耗能梁段钢框筒子结构抗震性能的数值分析

含可更换剪切型耗能梁段钢框筒利用位于裙梁跨中的耗能梁段集中塑性变形,有利于震后耗能梁段的替换和结构使用功能的快速恢复。为研究耗能梁段的构造对子结构和耗能梁段滞回性能的影响,基于某一30层原型结构的子结构,考察了耗能梁段长度、腹板高厚比、翼缘宽厚比、加劲肋间距、加劲肋单双面布置的影响。研究表明:随着耗能梁段长度的增加,子结构的承载力逐渐减小,耗能梁段的超强系数、塑性转角逐渐减小,建议耗能梁段的长度取柱距的(0.15~0.24)倍;随着腹板高厚比的增大,各子结构的承载力、累积耗能明显减小,耗能梁段的超强系数、塑性转角逐渐增大,极短型耗能梁段相比普通型耗能梁段对腹板高厚比的变化更为敏感;翼缘宽厚比的变化对子结构和耗能梁段性能的影响较小;当加劲肋间距超过限值,对极短型耗能梁段性能的影响较大,建议普通型耗能梁段的加劲肋间距可适当超过限值;极短型耗能梁段宜布置双面加劲肋,加劲肋单面布置时增加其厚度对子结构和耗能梁段性能的改善作用较小。     

型钢混凝土L形截面柱压弯剪扭的抗震性能

为研究型钢混凝土L形截面柱在压弯剪扭复合受力下的抗震性能,以配钢形式、扭弯比以及肢高肢厚比为变化参数,对12根型钢混凝土L形柱进行恒定轴力下低周反复弯-剪-扭的试验。基于试验数据,对比分析L形柱的破坏特征、滞回曲线以及延性、刚度、耗能等特征点参数;重点研究在压弯剪扭复合受力下不同配钢形式对L形柱抗震性能指标的影响。结果表明：型钢混凝土L形柱的破坏特征差异主要取决于扭弯比的大小,可分为弯曲破坏、弯剪破坏以及弯扭破坏;配钢形式对试件最终破损程度有影响。弯矩-位移、扭矩-扭转角滞回曲线均出现捏拢效应。增大扭弯比可以提高试件抗扭能力但抗弯能力变弱,刚度退化越快;减小肢高肢厚比可以提高型钢混凝土L形截面柱的延性和耗能。综合对比可知,在压弯剪扭复合受力下,空腹式T型钢混凝土L形截面柱具有较好的抗震性能。     

矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

为研究矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏特征和抗震性能, 进行了5个中节点、2个边节点和2个角节点的低周反复加载试验。观察了节点的受力过程及破坏形态, 分析了试件的荷载-位移滞回曲线、承载能力、强度和刚度退化、层间位移角和延性以及耗能能力等力学特性。结果表明: 矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的典型破坏形态是节点域腹板的剪切破坏、节点核心区腹板与柱翼缘连接的竖向焊缝断裂; 试件滞回曲线饱满,层间位移延性系数介于1.44~2.74,弹塑性极限层间位移角约为1/43~1/21;等效黏滞阻尼系数介于0.227~0.316,表明节点域的变形和耗能能力较强。当柱截面肢高肢厚比为3、4时,破坏时节点核心区的剪切角约为0.01~0.03;当柱截面肢高肢厚比为2时,破坏时节点核心区的剪切角约为0.08~0.10。     

盖板式外加强环圆钢管柱-H形钢梁节点抗震性能的有限元分析

为研究盖板式外加强环圆钢管柱-H形钢梁节点的破坏特征和抗震性能,设计了柱径厚比、柱环径厚比、柱梁径宽比及梁腹板高厚比四类参数,通过ABAQUS软件对其进行有限元分析,探讨各参数对节点破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性性能及耗能能力的影响.结果表明,该类节点破坏模态受各参数变化的影响,在节点核心区剪切破坏和梁端...     

双肢钢板剪力墙抗震性能分析

为研究双肢钢板剪力墙的抗震性能,利用ABAQUS有限元分析软件对低周往复荷载作用下内填板高厚比、高宽比以及中部连梁跨度对结构滞回性能的影响进行分析,并给出各自的滞回曲线。另外,通过骨架曲线分析3个参数对结构极限承载力、抗侧刚度及延性的影响。分析结果表明：内填板高厚比和高宽比对结构的滞回性能具有较大的影响,而中部连梁的跨度则影响较小。     

冷弯薄壁型钢C形梁受剪性能分析

为研究冷弯薄壁型钢C形梁的受剪性能,在已有试验基础上,采用ABAQUS有限元分析软件建立非线性数值模型,对比试验与有限元结果的受剪承载力、试件破坏特征、荷载 跨中挠度曲线等;进而探讨了C形梁剪跨比、腹板高厚比、腹板厚度以及钢材强度等因素对冷弯薄壁型钢C形梁受剪性能的影响。结果表明:剪跨比是影响冷弯薄壁型钢C形梁破坏特征的主要因素,当剪跨比在0.5~1.1之间时,C形梁处于纯剪切受力状态,此时破坏模式为剪切屈服;当剪跨比在1.1~2之间时,C形梁处于弯剪受力状态,此时破坏模式为弯剪破坏;随剪跨比的增加,冷弯薄壁型钢C形梁的受剪承载力及刚度均减小;当腹板高厚比在50~150之间时,冷弯薄壁型钢C形梁的受剪承载力及刚度随腹板高厚比增加而增大,跨中挠度减小;随着腹板厚度的增加,冷弯薄壁型钢C形梁受剪承载力及刚度明显提高;增加钢材强度可显著提高冷弯薄壁型钢C形梁受剪承载力,但对冷弯薄壁型钢C形梁的刚度影响较小。     

大网格混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为适应不超过6层的混凝土网格剪力墙住宅建筑的要求,研发了网格尺寸为400mm×400mm的大网格剪力墙承重体系.通过2个剪跨比为2.02和2个剪跨比为1.13的大网格剪力墙试件的拟静力试验,研究大网格剪力墙的破坏形态、滞回特性、变形能力和承载能力等.试验结果表明:试件横肢两端-竖向裂缝贯通肢高;竖肢水平开裂,端竖肢底部...     

PVA纤维增强混凝土框架柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下PVA纤维增强混凝土框架柱的抗震性能,基于有限元模拟软件Open Sees,采用纤维模型对PVA纤维增强混凝土柱和普通钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行数值模拟,从柱滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能及耗能能力方面对数值模拟结果与试验结果进行对比分析,校准采用的PVA纤维增强混凝土本构模型参数。在此基础上,重点分析了PVA纤维增强混凝土柱剪跨比、轴压比等参数对其抗震性能的影响。参数分析结果表明:随着柱剪跨比的增加,位移延性系数先增后减,在剪跨比为3时达到最大,极限位移角随剪跨比的增加而增加;随着柱轴压比的增加,位移延性系数和极限位移角均减小。     

混合联肢部分外包组合剪力墙抗震性能试验研究

为满足高层建筑对抗震性能及装配性能的要求,提出一种混合联肢部分外包组合剪力墙结构.通过对一榀三层对称双肢2/3缩尺试件的低周反复加载试验,观测混合联肢部分外包组合剪力墙结构在循环荷载作用下的破坏全过程,分析试件的滞回性能、承载力、延性、刚度退化、耗能能力及连梁转动能力.研究表明:混合联肢部分外包组合剪力墙结构的滞回曲线...     

兰州奥体中心劲性柱抗震性能的试验研究

兰州奥体中心体育场及三馆工程大量使用了高强混凝土劲性柱,开展了十六榀高强混凝土劲性柱的低周往复加载试验,掌握诸试件的裂缝开展模式及破坏形态,得到了劲性柱的恢复力特性曲线.以延性系数和等效粘滞阻尼系数定量表征高强混凝土劲性柱的变形能力和滞回耗能能力,研究了轴压比、含钢率、混凝土强度及剪跨比等因素对试件抗震性能的影响规律,...