钢框架中可更换橡胶抗弯耗能阻尼器减震性能分析

为钢框架结构提出一种可更换橡胶抗弯阻尼器,装配于钢梁的端部,不额外占用建筑空间.阻尼器包括橡胶段与保险丝段两部分,可在地震过程中提供分段自适应的被动耗能.首先阐明了此类阻尼器的作用机理,并对其提供了简要的抗震设计方法,并介绍了橡胶材料及橡胶段的动力试验;随后,对一典型钢框架结构进行算例分析,比较使用与未使用阻尼器两种情...     

强震作用下附设粘滞阻尼器RC框架结构的 耗能机制与抗倒塌性能研究

大量震害调查结果表明强震作用下普通RC框架结构很难避免出现薄弱层的累积耗能集中,以致结构倒塌。作为一种已推广应用的耗能装置,粘滞流体阻尼器可在不改变原有结构体系刚度分布的前提下有效耗散地震输入能量,提高结构抗倒塌性能。根据中国现行抗震规范设计了三组不同高度的RC框架结构,并分别进行了附设粘滞阻尼器的消能减震设计。采用弹塑性时程分析方法对各结构进行了地震响应计算,对比了减震前后结构的累积滞回耗能分布模式和耗能机制,并且采用基于IDA的结构抗倒塌易损性分析方法,定量评价了各结构的抗地震倒塌能力和抗倒塌安全储备。结果表明,附设粘滞阻尼器可显著改善RC框架结构的耗能机制,降低主结构构件的损伤程度,有效提高结构的抗倒塌性能。     

基于刚度和位移带可更换构件RCS混合框架结构抗震设计方法

带可更换构件的RCS混合框架结构作为一种新型的可恢复功能结构,其抗震设计方法尚不明确。基于其结构受力特性及现行抗震规范中性能水准的划分,提出了正常使用、耗能构件可更换、主框架可修复、生命安全及防止倒塌等5个性能水准,明确了结构在不同性能水准下的受力状态和指标限值。将弹性刚度比和屈服位移比作为结构设计控制参数,提出了基于双参数的带可更换构件RCS混合框架结构抗震设计方法, 并给出了抗震设计的具体实施步骤和构件截面设计方法。通过非线性静力分析及动力时程分析,对一幢3层带可更换构件的RCS混合框架结构进行抗震设计。分析结果表明:结构能满足预期的不同性能水准,所提抗震设计方法是有效性的。     

双段消能摇摆结构体系的地震反应特性研究

单段消能摇摆结构体系通过刚度较大的摇摆结构,能够控制主体结构均匀变形,遏制薄弱层产生。当结构高度较高时,单段摇摆结构的抗弯刚度较难满足抗震设计需求,单段消能摇摆结构体系不适用于高层建筑。基于此,提出了将单段摇摆结构划分为双段、并于分段位置处布设位移型阻尼器的双段消能摇摆结构体系。双段摇摆机制可以抑制薄弱层产生,降低摇摆结构的抗震设计需求。阻尼器能够消耗地震能量,进一步降低结构的地震反应。以双段消能摇摆钢桁架-框架结构为对象,分析对比了支撑-框架结构、单段消能摇摆钢桁架-框架结构、单段摇摆钢桁架-框架结构以及双段摇摆钢桁架-框架结构的抗震性能。采用OpenSees软件建立弹塑性有限元分析模型,进行了弹塑性抗震分析以及增量动力时程分析。研究表明,双段消能摇摆结构体系具有良好的抗震性能与可恢复性能,相比单段消能摇摆结构体系,可以进一步减小结构地震反应和摇摆结构抗震设计需求,该体系能应用于更高的建筑。     

带“保险丝”连接板的焊接高强钢梁柱节点抗震性能试验研究

基于高强钢构件的卓越的弹性变形能力、阻尼器的耗能能力与梁端"保险丝"连接板的损伤控制性能,提出了一种大震下功能不中断或快速可恢复的高强钢框架结构体系。通过静力往复试验,对该结构体系中关键部位——带"保险丝"连接板的高强钢梁柱节点的力学性能进行了考察。试验完成了4个钢节点的测试,包括1个普通钢节点、1个高强钢节点以及2个带损伤控制"保险丝"的高强钢节点试件。试验表明,高强钢在大幅提高(至3倍左右)构件弹性变形能力方面具有良好的可行性;该文建议的"保险丝"连接板可有效的控制梁端的承载力需求,保证主体高强钢框架不屈服。     

芯筒式双法兰刚性连接平面及减震框架试验对比分析

该文提出一种芯筒式双法兰刚性连接平面钢框架及其减震框架,设计并完成了两种框架的子结构拟动力试验,通过对比分析两榀框架的滞回性能、典型部位应变变化、抗侧刚度、耗能能力等指标,研究该类框架的抗震性能。结果表明:在8度多遇及设防地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器可以提供刚度,控制层间位移角,减轻甚至避免结构塑性损伤;在8度罕遇、8度(0.30 g)罕遇、9度罕遇地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器进行滑移摩擦耗能,耗能能力稳定,有效延缓结构塑性损伤,减震框架结构刚度、耗能能力均优于平面框架,平面框架和减震框架芯筒式双法兰刚性连接节点抗震性能良好且减震框架节点抗震性能优于平面框架。     

基于性能的钢框架结构失效模式识别及优化

该文定义了损伤和滞回耗能两个性能指标,以增量动力分析(IDA)方法为基础,提出基于性能的钢框架结构失效模式识别方法,并以性能指标为目标函数,以构件截面尺寸作为变量,建立钢框架结构失效模式多目标优化方法。在多条地震波作用下,对一个20层benchmark钢框架结构进行了失效模式识别与优化分析,结果表明,以损伤和滞回耗能作为评价指标的基于性能的钢框架结构失效模式识别方法,能有效识别最不利地震作用下的结构失效模式,基于性能的失效模式多目标优化方法能够显著提高结构整体的抗震性能。     

含可更换剪切型耗能梁段-高强钢组合框筒结构静力弹塑性数值分析

提出了一种震后功能可快速恢复的新型结构体系—含可更换剪切型耗能梁段-高强钢组合框筒结构(简称HSS-SFTS)。为研究和比较HSS-SFTS与传统钢框筒结构(简称FTS)的抗震性能,给出了HSS-SFTS的初步设计方法,采用SAP2000各建立一个40层的HSS-SFTS和FTS算例结构,对有限元模型进行静力弹塑性分析。结果表明:HSS-SFTS在罕遇地震性能点处的层间侧移角小于FTS的相应值,结构延性得到有效提升。结构层间侧移角达到抗震规范弹塑性转角限值1/50时,HSS-SFTS中耗能梁段塑性铰处于LS状态,可以满足抗震规范中"大震不倒"的设计理念。承载力极限状态时,HSS-SFTS的层间侧移角沿结构高度方向分布均匀,没有出现明显的薄弱层,且其塑性变形与损伤主要集中于耗能梁段处,具有理想的整体破坏模式。新型结构体系有效改善了传统框筒结构的抗震性能,降低了水平地震作用,使得除耗能梁段外的非耗能构件受损程度减轻,此种新型高层钢结构更易于震后修复与功能的快速恢复。     

带可更换连梁的超高层结构抗震性能研究

近年来,国内外的部分学者提出了在剪力墙中设置可更换连梁,即在连梁的跨中设置一个耗能构件,称之为保险丝,通过保险丝的塑性变形耗散能量,而且震后易于对保险丝进行修复更换。本文根据之前提出的可更换连梁实用设计方法,将作者开发的一种可更换连梁保险丝安装在一个超高层Benchmark模型的部分连梁中,对带可更换连梁的结构和带传统连梁的结构分别进行地震反应分析,比较两个结构在大震下的层间位移角、基底反力以及损伤状况,研究表明：带有可更换连梁的超高层结构层间位移角会有所减小,剪力墙的损伤也会有所减轻,基底反力变化不大,而且可更换连梁的损伤集中在保险丝,易于震后修复更换。     

带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构地震易损性分析

综合利用钢-混凝土组合结构技术和耗能减震技术, 提出带耗能腋撑型钢混凝土新型转换结构, 利用耗能腋撑改善转换结构抗震性能差的问题。以普通和带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构为研究对象, 进行增量动力分析, 建立该新型转换结构地震易损性曲线方程, 研究防屈曲耗能腋撑对型钢混凝土转换结构破坏机制的影响。分析结果表明:防屈曲耗能腋撑有效降低型钢混凝土转换结构在中度、重度损伤破坏及倒塌破坏状态的超越概率, 可作为一道可靠的抗震防线。耗能腋撑的设置避免了普通型钢混凝土转换框架结构在转换层及其相邻楼层处形成层侧移机构, 减小转换构件的塑性变形, 有效地防止型钢混凝土转换结构发生整体或局部倒塌破坏。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架弹塑性状态的层剪力分布研究

高强钢组合偏心支撑钢框架结构中耗能连梁作为屈服构件采用普通钢（如Q345）,而非耗能构件采用高强度钢材（如Q460）,高强钢构件不仅有效降低了构件截面、节约钢材、降低造价,而且减弱了偏心支撑结构的刚度,使得层剪力分布状态与传统偏心支撑结构不同。为了研究这种新型结构在罕遇地震作用下的弹塑性层剪力分布状态,依据偏心支撑钢框架结构基于性能的设计方法设计了具有理想失效模式的5层、10层、15层和20层算例,并考虑了近场地震速度脉冲效应和远场地震加速度循环累计效应对结构的影响,采用动力时程分析方法计算结构在罕遇地震水准下的响应,根据结构弹塑性层剪力的平均值,提出了与我国规范相一致的弹塑性层剪力分布模式,并对比了已有的层剪力分布模式,该文建议的层剪力分布模式具有更高的精度,可为高强钢组合K形偏心支撑能量设计方法和塑性抗震设计理论提供参考依据。     

考虑支座摩擦滑移的中小跨径桥梁抗震设计方法

通过对比中国、美国、日本中小跨径桥梁结构体系, 分析中国汶川地震和美国北岭地震、日本阪神地震中桥梁震害的差异以及中国汶川地震中桥墩破坏率较低的原因, 发现美国加州桥梁结构形式主要是框架式桥墩, 日本桥梁采用钢支座为主的支承体系, 而中国中小跨径桥梁主要采用板式橡胶支座, 中国公路桥梁抗震设计中直接引用国外抗震规范存在问题;结合板式橡胶支座与铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和摩擦摆支座地震作用下耗能特点的不同, 提出中国广泛采用板式橡胶支座的中小跨径桥梁, 在抗震设计时支座可作为保险丝式单元优先损坏;参考美日两国的桥梁抗震设计方法, 给出了中国中小跨径桥梁考虑支座摩擦滑移的抗震设计方法, 建议中国中小跨径桥梁地震作用下利用板式橡胶支座摩擦耗能的特点, 通过支座摩擦滑移、最小支承长度和防落梁装置, 实现桥梁多道设防、分级耗能的抗震性能设计方法;最后给出了地震作用下桥梁纵桥向和横桥向相应的性能破坏模式, 并探讨了需要进一步研究的问题.     

短型长度系数对耗能梁抗震性能的影响试验及有限元研究EI北大核心CSCD

与传统框架结构体系相比,带可更换构件的框架结构体系能够实现震后建筑结构功能快速恢复,减少地震作用对建筑结构正常生活和生产的影响。为研究可更换耗能梁的抗震性能,共设计并制作4个试验试件,对其进行低周反复加载,研究其破坏特征、滞回性能、骨架曲线。利用ABAQUS软件建立了可更换耗能梁精细化有限元分析模型,研究短型长度系数对可更换耗能梁抗震性能的影响规律,分析建模方法的可靠性。该研究提出了剪切型可更换耗能梁抗剪承载力的计算公式,可供工程设计参考使用。研究表明:试验中可更换耗能梁发生剪切屈服型与弯剪屈服型两类破坏模式,破坏特征包括腹板-加劲肋焊缝撕裂、翼缘屈曲和端板焊缝撕裂;试件具有良好的承载力与变形能力,能够实现震后可更换;有限元分析与试验结果吻合良好,建模方法可行。随着试件长度系数的增加,耗能梁的承载力、变形、耗能能力等均减弱,试件翼缘抗剪贡献可达梁段抗剪承载力的10%以上。与Popov等的建议值1.6相比,当耗能梁的长度系数接近1.4时,试件破坏模式由剪切型破坏向弯剪型破坏模式转变。     

功能可恢复强脊框架结构抗震性能研究

基于强脊机制、损伤控制和可更换等理念,提出新型震后功能可快速恢复强脊框架结构体系。为考察功能可恢复强脊框架结构抗震性能及震后可恢复性能,运用Sap2000软件对5个结构模型进行推覆分析,重点研究强脊框架结构的损伤机制、损伤演化、变形特征、抗震性能和震后可恢复性能等。提出不同水平地震作用下结构残余变形两阶段计算分析方法,以此评估结构震后的可恢复性能。计算结果表明,强脊系统可有效控制结构侧向变形,结构的层间位移角和损伤分布均匀,有效避免薄弱层破坏机制的形成,提升结构的抗震性能和抗倒塌性能。强脊系统能有效调动整体结构部件的能力储备,使结构具有更好的整体性。设置强脊系统的框架结构刚度、承载力、耗能能力等均得到明显提升,推覆曲线未出现承载力软化行为。经合理分级损伤设计,在强脊框架中设置可更换耗能件在地震中起到第一道防线作用,有效减小主体结构损伤和残余变形,显著提升结构的震后可恢复性能。     

装配式可更换耗能铰滞回性能试验研究

提出一种可恢复功能装配式节点,由可更换耗能铰、约束节点核心区、预制梁柱等组成。可更换耗能铰为人工塑性铰,其滞回性能是装配式节点抗震性能的关键影响因素。将可更换耗能铰设置在装配式节点的预制梁与节点核心区外伸梁端之间,对其进行低周往复荷载作用下的滞回性能试验。在该试验的基础上仅更换耗能铰中破坏的金属阻尼器,进行第二次试验。考察可更换耗能铰的破坏模态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、能量耗散能力等抗震性能。通过两次试验的对比分析,揭示可更换耗能铰抗震性能的可恢复能力。结果表明:可更换耗能铰弯矩-转角滞回曲线饱满,转动能力与耗能能力强,延性良好,强度退化不明显;可更换耗能铰实现了装配式节点的损伤、破坏集中在耗能铰上,耗能铰耗散的能量占装配式节点耗散总能量的70%以上;两次试验中可更换耗能铰的各项抗震性能基本一致,说明更换破坏的金属阻尼器后,耗能铰抗震性能基本可恢复。     

基于混合消能减震技术非对称双塔连体结构抗震性能研究

以某非对称双塔连体超高层结构为研究对象,选取与建筑所在场地相匹配的地震波作为激励,通过对结构进行非线性动力时程分析,研究混合消能减震连体结构在各烈度地震作用下的消能减震效果,探讨了屈曲约束支撑(buckling-restrained brace, BRB)与黏滞阻尼悬臂桁架的位置变化对结构抗震性能的影响,同时对结构进行了全面的抗震性能评估。研究结果表明：在连体结构中、上部的加强层中布设阻尼器时,结构具有更佳的减震效果;在不同水准地震作用下,BRB与黏滞阻尼悬臂桁架耗能阶段不同且具有不同的耗能效率,混合消能减震技术可以综合不同类型阻尼器的优势作用,使连体结构具有更全面的抗震性能。在控制变形方面,其能够降低连体结构的扭转效应和层间位移角;在构件耗能方面,其减轻了主体构件进入塑性的程度,降低了结构主要受力构件的应力水平。将为混合消能减震技术在连体超高层结构中的进一步研究和应用提供借鉴。     

传统风格建筑钢-混凝土组合结构枋-柱节点力学性能及地震损伤评估试验研究

为研究传统风格建筑钢-混凝土组合结构枋-柱节点及附设黏滞阻尼器的传统风格建筑的力学性能,设计了2组共计6个试件,包括4个附设黏滞阻尼器的传统风格建筑枋-柱试件及2个未附设黏滞阻尼器的对比试件,对其在正弦波动力循环荷载作用下的恢复力特征曲线、骨架曲线、承载力及刚度退化、耗能能力、延性性能等抗震性能指标进行研究。结果表明:采用钢-混凝土组合结构的传统风格建筑抗震性能优于普通混凝土的传统风格建筑;附设黏滞阻尼器可较大幅度提升传统风格建筑抵御外荷载的能力及耗能能力,结构的整体抗震性能有大幅改善,黏滞阻尼器可在一定程度上抑制试件的刚度退化速率;附设黏滞阻尼器对双枋-柱节点试件抗震性能的改善程度高于单枋-柱节点试件。对试件采用多个地震损伤模型进行评估的结果表明,Park-Ang与Banon损伤模型可较好地反映试验试件的损伤演化规律,可用于对该类型构件损伤规律的表征。研究结果可为传统风格建筑的进一步研究及工程设计提供有益参考。     

Y形高强钢组合偏心支撑框架结构基于性能的塑性设计方法研究

Y形高强钢组合偏心支撑框架结构（YEBF）的耗能梁段采用屈服点较低的钢材,框架梁、柱采用高强度钢材,采用高强钢可有效减小构件截面,节约钢材,降低造价。现行设计规范中偏心支撑结构基于弹性理论进行设计,采用内力放大系数的方法保证结构在罕遇地震下耗能梁段进入塑性,其他构件保持弹性,结构的弹塑性变形可能过于集中而出现薄弱层。该文提出了采用基于性能设计方法（PBPD）设计剪切屈服型耗能梁段YEBF结构（S-YEBF）,以目标位移和理想的整体破坏模式为作为预测和控制结构弹塑性受力状态的性能目标,保证结构在罕遇地震作用下各层耗能梁段均能参与耗能,使结构层间侧移角分布趋于均匀,避免出现薄弱层。根据PBPD方法设计了多层S-YEBF结构,对其1/2缩尺模型进行了振动台试验以评估其抗震性能。通过非线性静力推覆分析和动力时程分析对比了分别采用PBPD方法和传统设计方法设计的10层S-YEBF结构算例的抗震性能。结果表明:采用PBPD方法设计的S-YEBF结构具有良好的抗震性能,结构呈较为理想的整体破坏模式,在罕遇地震作用下,各层耗能梁段均参与耗能,层间侧移角沿结构高度方向分布较均匀;与传统设计相比,PBPD方法设计的S-YEBF结构层间侧移角分布更均匀,并且可节省一定的钢材;PBPD设计方法可以为S-YEBF结构的工程设计提供参考。     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能对比研究

为研究不同强度组合、不同层数高强钢组合K形偏心支撑框架结构(K-HSS-EBFs)的抗震性能,设计了10层、15层和20层三组不同强度组合的K形偏心支撑框架结构算例,选取10条地震记录对其进行动力时程分析,得到各算例在不同水准地震作用下的层间位移角,耗能梁段转角和塑性应变。研究表明:K-HSS-EBFs的层间侧移角沿结构高度分布与普通钢偏心支撑框架结构一致;罕遇地震作用下,K-HSS-EBFs的层间位移角满足抗震规范的限值要求,K-HSS-EBFs具有良好的耗能能力和足够的承载能力;Q690-X承受的地震作用和耗能梁段转角更大,用规范规定的弹塑性层间位移角限值作为控制指标进行设计偏保守;基于性能的抗震设计方法能够保证EBFs在罕遇地震作用下仅耗能梁段进入塑性,其他构件保持弹性,突出耗能梁段在偏心支撑结构中的耗能作用。     

轴向拉压型金属阻尼器抗震性能测试及其应用研究

以一种轴向拉压型金属阻尼器为研究对象,介绍了轴向拉压型金属阻尼器的结构构造及其理论计算方法;进行了抗震性能测试,得到了轴向拉压型金属阻尼器的屈服位移、屈服荷载及屈服刚度,并分析了其耗能能力;研究了轴向拉压型金属阻尼器在体外预应力自复位结构中的应用。研究结果表明:轴向拉压型金属阻尼器利用腹板轴向拉压耗能,避免了连接构件的局部损坏;安装方式与黏滞阻尼器相同,安装方便、易于更换;轴向拉压型金属阻尼器具有提供结构附加刚度,控制结构位移,耗能显著的优点。