震后替换耗能梁段对偏心支撑钢框架的抗震性能影响

螺栓连接偏心支撑钢框架可以实现工厂预制并现场安装的施工模式,与传统焊接偏心支撑相比,其震后替换耗能梁段更方便快捷.为了研究震后替换耗能梁段对偏心支撑钢框架抗震性能的影响,先对一个螺栓连接偏心支撑钢框架进行拟静力循环加载,在第一次试验的基础上,保持其他构件不变,仅替换损坏的耗能梁段进行再次试验,并从滞回曲线、承载力、延性...     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

高强钢组合偏心支撑钢框架是一种耗能梁段采用屈服点较低的钢材(Q235,Q345),其他构件采用高强度钢材(Q460,Q690)的新型结构体系。为研究其抗震性能,对4个1∶2缩尺的单层单跨高强钢组合K形偏心支撑钢框架平面试件进行了单调加载试验和循环加载试验。试验以耗能梁段长度为变化参数,研究试件的破坏模式和主要抗震性能指标。研究结果表明,高强钢组合K形偏心支撑钢框架的承载力高、延性较好、耗能能力强;剪切屈服型试件的耗能能力好于弯曲屈服型;单调加载的破坏位移远比循环加载的大,前者的承载力高于后者,但相同位移时前者的荷载低于后者;循环荷载作用下试件破坏主要集中在第一道抗震防线耗能梁段上,此时高强钢构件基本处于弹性工作状态,残余变形较小;高强钢组合K形偏心支撑钢框架是一种有利于震后修复的双重抗侧力体系。     

带端板螺栓连接可更换耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能试验研究

为了改善传统钢框筒结构抗震性能较差的问题,提出了带端板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSLs).考虑耗能梁段长度和楼板的影响,设计了 3个2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RSLs子结构试件,对这3个试件进行低周往复加载试验并进行耗能梁段的更换,研究HSS-FTS-RSLs的抗震性能和震后可更换能力.试验结果表明:带端板螺栓连接的子结构试件在地震作用下滞回曲线饱满,损伤主要集中于耗能梁段,具有良好的抗震性能;更换耗能梁段后不会影响结构的刚度和承载力以及连接处的传力性能,结构的可更换允许残余层间侧移为0.40％;楼板可以使结构的弹性刚度和承载力分别提高7.40％和5.21％,楼板损伤主要集中在耗能梁段与裙梁连接区域上方;剪切型耗能梁段在循环荷载作用下超强系数为1.63～1.81,最大塑性转角可达到0.15～0.21rad,呈现出良好的超强和变形能力;耗能梁段长度比e/(Mp/Vp)(其中e为耗能梁段长度,Mp、Vp分别为耗能梁段的塑性受弯承载力和塑性受剪承载力)越小,结构的刚度和承载力越高,耗能梁段的变形能力越强.     

带端板螺栓连接可更换耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能试验研究

为了改善传统钢框筒结构抗震性能较差的问题,提出了带端板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSLs).考虑耗能梁段长度和楼板的影响,设计了 3个2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RSLs子结构试件,对这3个试件进行低周往复加载试验并进行耗能梁段的更换,研究HSS-FTS-RSLs的抗震性能和震后可更换能力.试验结果表明:带端板螺栓连接的子结构试件在地震作用下滞回曲线饱满,损伤主要集中于耗能梁段,具有良好的抗震性能;更换耗能梁段后不会影响结构的刚度和承载力以及连接处的传力性能,结构的可更换允许残余层间侧移为0.40％;楼板可以使结构的弹性刚度和承载力分别提高7.40％和5.21％,楼板损伤主要集中在耗能梁段与裙梁连接区域上方;剪切型耗能梁段在循环荷载作用下超强系数为1.63～1.81,最大塑性转角可达到0.15～0.21rad,呈现出良好的超强和变形能力;耗能梁段长度比e/(Mp/Vp)(其中e为耗能梁段长度,Mp、Vp分别为耗能梁段的塑性受弯承载力和塑性受剪承载力)越小,结构的刚度和承载力越高,耗能梁段的变形能力越强.     

Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架的滞回性能试验

为研究Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架结构的抗震性能,通过对2榀1/3缩尺、单层、单跨损伤的混凝土框架采用Y型偏心钢支撑加固后的低周往复加载试验,系统研究Y型偏心支撑加固震损混凝土框架的滞回性能、刚度退化、延性性能、耗能能力及耗能梁段的剪切变形等。结果表明:Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架具有较高的水平承载力和抗侧刚度,并具有较强的耗能能力。随着耗能梁段腹板高度的增加,加固后试件的水平承载力有所提高,但试件的位移延性和耗能等性能略有劣化。     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的#br# 钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段 端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明：试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘 端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明:试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘-端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

可更换钢管铅芯阻尼器偏心支撑框架分析

为解决传统偏心支撑结构震后修复困难、经济性差的问题,提出了以钢管铅芯阻尼器作为耗能梁段的可更换耗能梁段偏心支撑结构方案。共设置18组试件,采用有限元软件ABAQUS对不同钢管高径比、径厚比、钢材屈服强度情况下的可更换钢管铅芯阻尼器K型、D型偏心支撑钢框架进行结构分析,考察了耗能梁段、整体框架结构的变形机制、滞回耗能能力以及局部屈曲、局部破坏形态。分析结果表明:可更换钢管铅芯阻尼器偏心支撑框架耗能性能优良、工作性能稳定,钢管铅芯阻尼器首先发生屈服,钢管与铅芯协同工作,并起到主要的耗能作用。在可更换偏心支撑结构实际工程应用中的钢管铅芯阻尼器,建议其钢管高径比宜小于3、钢管径厚比宜大于0.13、钢管钢材宜采用软钢及低屈服点钢。     

带耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能试验研究与数值分析

为了研究带可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSL)的抗震性能,设计了2∶3缩尺子结构试验试件,对其进行低周往复加载,研究其破坏模式、滞回性能及耗能梁段的可更换能力。基于OpenSees建立了HSS-FTS-RSL结构的简化数值分析模型,数值分析结果与试验结果吻合良好。建立了3种不同耗能梁段布置方式的HSS-FTS-RSL整体结构简化数值模型,对其进行非线性时程分析。结果表明:HSS-FTS-RSL子结构试件具有良好的抗震性能,在循环荷载下表现为耗能梁段的破坏;更换耗能梁段不会影响结构的抗震性能;结构在地震作用下的变形满足规范限制要求;在构件截面尺寸相同,即相同用钢量的前提下,采用高强钢可以有效降低构件的应力水平;耗能梁段最大可更换残余层间侧移角为0.41%,且在大震后整体结构残余层间侧移角为0.028%～0.148%,可以实现耗能梁段的更换;基于不同耗能梁段布置方式的HSS-FTS-RSL分析结果,建议HSS-FTS-RSL结构耗能梁段采用三跨间隔布置。     

低屈服点钢偏心支撑框架抗震性能研究

将偏心支撑框架中的消能梁段腹板替换为低屈服点钢材,形成低屈服点钢偏心支撑框架.为实现震后修复的功能,消能梁段与主体结构通过高强螺栓及端板进行连接.建立了单层支撑框架和高宽比为2的高层支撑框架,对比分析了普通钢偏心支撑框架与低屈服点钢偏心支撑框架的抗震性能.有限元分析结果表明,单层支撑框架在相同变形状态下,低屈服点钢偏心...     

预应力预制框架节点修复机理试验研究

基于工程可修复及震后快速修复的需求,提出一种新型自复位预应力预制框架节点形式(PTED节点)。为了研究PTED节点的抗震性能,进行低周往复加载试验,试验结果表明,节点的弹塑性变形集中在耗能角钢上,梁、柱构件及预应力筋基本保持弹性,卸载后节点具有良好的自复位能力,残余变形小。基于PTED节点的自复位功能及损伤集中的特点,提出PTED节点的修复机理和修复方法,即震后利用预应力筋的回弹复位功能使结构恢复到正常状态,然后更换受损角钢完成修复。为了验证修复机理的正确性和修复方法的可行性,对修复后节点重新进行低周往复加载,试验结果表明,修复后节点的抗震能力与原节点基本等同。     

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。     

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。     

加肋板D型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能分析

D型偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中常用的一种耗能形式,通过对2个1∶3比例的偏心支撑钢框架的滞回性能分析,重点研究偏心支撑极限承载力和滞回性能,为偏心支撑钢框架利用屈曲后强度及抗震设计提供依据。分析结果表明,加肋板的D型偏心支撑有良好的强度、刚度和耗能能力,其耗能梁段首先发生剪切屈服,有效地阻止了支撑的屈曲,在整个加载过程中,承载力没有降低。最后对偏心支撑的节点连接提出设计建议。     

翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架抗震性能试验研究

为实现震后快速修复，提出一种翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架，由带悬臂梁段圆钢管柱、中间梁段及两者之间的梁柱节点连接装置组成。该框架拟通过节点域翼缘盖板的塑性变形或滑移进行耗能，从而确保梁柱等主要构件保持弹性，实现框架的震后快速修复。通过对4榀框架的低周循环荷载试验，分析框架的承载能力和破坏模式、研究翼缘盖板厚度、单侧螺栓列数、初始残余变形以及加载制度等因素对框架抗震性能的影响规律。结果表明：提出的装配式钢框架具有良好的承载能力和耗能能力，加载过程中框架的塑性损伤主要集中在翼缘盖板，具备震后快速修复的必要条件；经过多次修复且带有残余变形的钢框架极限荷载较原框架降低约0.1%,总耗能量降低约1.08%,仍然具有良好的承载与耗能能力；钢框架平均单次加载循环耗能量降低约0.8%,低周疲劳性能稳定，具有良好的抵御余震能力。     

偏心支撑钢框架有限元分析

偏心支撑钢框架是近二十多年来发展起来的一种支撑结构形式，具有很好的抗震性能。为了更好地了解偏心支撑框架抗侧力性能和耗能梁段的受力特性，本文对偏心支撑钢框架进行非线性有限元分析。分析结果表明，偏心支撑中的耗能梁段在加载后期发生剪切屈服型破坏，保证了框架其他杆件不屈服，提高了结构的耗能能力和变形能力，显著地改善了钢框架的抗震性能。     

D型偏心支撑钢框架耗能梁段性能分析

D型偏心支撑是广泛应用于钢框架偏心支撑结构中的耗能形式之一。它是在中心支撑结构基础上改良的一种钢框架支撑形式,它不但继承了中心支撑钢框架抗侧移刚度和强度大的优点,还结合了抗弯钢框架结构中梁柱节点的良好的的抗弯性能;同时又解决了中心支撑框架中支撑斜杆重复压屈后抗压承载力降低从而导致延性差等问题,即通过支撑斜杆至少有一端与梁相连从而在梁端形成的耗能梁段来耗散地震能量,从而保证支撑不先发生受压屈曲。本文采用理论分析与有限元分析相结合的方法,先用虚功原理对耗能梁段与钢框架的承载力关系做出了推导,然后用ABAQUS有限元软件对8种具有不同耗能梁段长度的D型偏心支撑钢框架建立有限元模型,进行非线性有限元分析。通过偏心支撑极限承载力和滞回性能的对比分析,表明了耗能梁段的长度的最佳长度范围。耗能梁段过长或者过短都会导致整体结构的抗震性能越差。最后根据有限元分析结果提出了对耗能梁段长度的建议。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能非线性有限元分析

高强钢组合偏心支撑钢框架是耗能梁段采用屈服点较低的钢材、钢框架采用高强钢的新型双重抗侧力体系。为研究不同钢材对抗震性能的影响,在试验的基础上对5种K形组合偏心支撑钢框架的抗震性能进行非线性有限元分析。对有限元模型进行分析时仅改变钢材的强度等级,构件截面和边界约束条件与试验则完全一致,同时考率几何非线性和材料非线性。通过对各试件耗能机理、应力分布以及塑性铰力学模型的分析表明,在耗能梁段相同的条件下,适当提高框架钢材强度等级可以抵抗耗能梁段应变硬化产生的内力增大效应,从而避免因增大截面导致的用钢量上升;此时结构的延性虽有所下降,但刚度退化速率减缓,钢框架残余变形小,有利于震后修复。     

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。     

Y形偏心支撑竖向布置方式对结构抗震性能的影响

为了研究支撑竖向布置不同的Y形偏心支撑钢框架的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对3个支撑竖向布置和构造不同的试件进行模拟循环加载,分析试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性及耗能能力。研究结果表明:Y形偏心支撑钢框架是一种典型的双重抗震结构体系,具有良好的滞回性能;竖向正反交替布置的Y形偏心支撑中,与耗能梁段直接相连的框架梁跨中节点受力较大,可采用加厚腹板等方式加强,本文给出了设计方法;局部加强后,竖向正反交替布置的Y形偏心支撑钢框架具有与传统Y形偏心支撑钢框架同样良好的抗震性能,可应用于实际工程。