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。     

开孔钢板装配式屈曲约束支撑设计方法研究

文章结合开孔钢板装配式屈曲约束支撑研究成果和相关规范,提出开孔钢板装配式屈曲约束支撑的设计方法,给出其设计流程,并通过4个开孔钢板装配式屈曲约束支撑的拟静力试验对设计方法与流程的合理性和有效性进行验证。试验结果表明提出的开孔钢板装配式屈曲约束支撑设计方法与流程合理有效,可供实际工程使用;根据设计方法与流程得到的开孔钢板装配式屈曲约束支撑力学性能实测值与设计值吻合较好、整体与局部稳定性好,滞回性能稳定、滞回曲线饱满、耗能能力强、承载力对称性和塑性变形能力良好、抗疲劳性能稳定。     

基于位移的屈曲约束支撑混凝土框架结构抗震设计方法

采用基于位移的抗震设计方法对屈曲约束支撑混凝土框架进行抗震设计,采用线性侧移曲线,基于弹塑性位移反应谱求得结构的屈服基底剪力,对屈曲约束支撑进行设计。按照此方法分别设计5层和10层屈曲约束支撑混凝土框架结构,并对设计结果进行Pushover分析和动力时程分析。结果表明:屈曲约束支撑可有效控制结构的位移,结构的侧移模式与假定基本一致,可实现屈曲约束支撑混凝土框架的抗震性能设计。     

基于可靠度理论的屈曲约束支撑节点连接设计原则

根据同济大学采用国产低碳钢和低屈服点钢开发研制的TJI型与TJII型屈曲约束支撑的大量试验结果,应用统计分析与可靠度理论,确定了上述屈曲约束支撑节点连接设计的原则。给出了目标可靠度指标为3.2,屈曲约束支撑核心采用不同钢材时,各种节点连接形式的设计安全系数。     

屈曲约束支撑及其工程应用

屈曲约束支撑是在普通钢支撑基础上改进而成的一种受压、受拉都能屈服而不屈曲,利用软钢屈服耗能能力好、承载能力高的一类金属屈服型阻尼器。论文对屈曲约束支撑的基本构造、工作机理、主要特点、设计依据、结构设计、布置及连接、工程应用等进行了概述和讨论,为屈曲约束支撑的设计和应用提供参考。     

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。     

多段连接防屈曲支撑设计及试验研究

为解决超长防屈曲支撑易出现重力过大、屈曲失稳的问题,设计了内接约束和外接约束两种新型全钢多段连接防屈曲支撑,确定其构造设计方案,验算支撑各部分稳定性。分别加工制作两种防屈曲支撑构件并进行低周往复加载试验,试验结果表明:内接约束防屈曲支撑抗震性能良好,试验所得滞回曲线饱满且耗能性能稳定,受压承载力调整系数及累积变形能力系数均可满足相关规程要求;外接约束防屈曲支撑加工误差及连接板焊脚引起的内核钢芯与约束钢管间隙过大是支撑滞回性能未达到设计预期的主要原因。     

屈曲约束支撑-钢筋混凝土框架结构设计方法研究

目前屈曲约束支撑广泛用于新建和加固的钢筋混凝土框架结构中,构成屈曲约束支撑-钢筋混凝土框架结构.鉴于这种结构的设计方法未在规范中明确规定,在试验研究和设计实践的基础上,提出一些设计建议,包括设计时需根据屈曲约束支撑性能采取不同的设计方法、结构适用高度、屈曲约束支撑布置方法和要求、小震作用下屈曲约束支撑计算假定、结构楼层位移角限值、屈曲约束支撑根据不同性能需采取的不同检验要求、屈曲约束支撑与结构的连接设计和钢筋混凝土框架的抗震措施.     

不同构造钢板装配式屈曲约束支撑性能试验研究

设计5个钢板装配式屈曲约束支撑（Buckling-Restrained Brace, BRB）试件,对其进行低周反复试验,研究无黏结材料、约束比和加载制度等对其力学性能的影响。结果表明：无黏结材料能有效减小外约束单元与核心单元之间的摩擦力,设置无黏结材料的屈曲约束支撑滞回曲线对称、饱满,耗能性能稳定,有较强的抗疲劳能力;设置无黏结材料钢板装配式屈曲约束支撑等效黏滞阻尼比曲线呈现两阶段双线性的特征;约束比小于1的钢板装配式屈曲约束支撑发生整体屈曲失稳;先压后拉和先拉后压的加载方式对屈曲约束支撑滞回性能基本没有影响;基于屈曲约束支撑先于主体结构屈服和不发生因塑性能力不足而提前破坏的设计原则,工程设计中建议屈曲约束支撑延性系数μmax＞13,累积塑性变形CPD＞1200。     

带屈曲约束支撑的混凝土框架结构设计

屈曲约束支撑作为一种新型抗震耗能构件,应用日渐广泛。以实际工程为例,本文详细介绍了屈曲约束支撑在混凝土框架结构设计中的布置原则及计算方法,着重阐述屈曲约束支撑在混凝土框架结构设计中的诸多要点,对加设屈曲约束支撑前后结构抗震性能的变化进行对比分析。结果表明,在混凝土框架结构中设置一定数量的屈曲约束支撑,可有效改善建筑结构抗震性能。本文结果对屈曲约束支撑的推广应用具有积极的推动作用,可为相似工程的设计提供指导、借鉴。     

防屈曲耗能钢支撑设计方法的研究

介绍了防屈曲耗能钢支撑的研究和应用现状,结合现有文献和本文作者的防屈曲耗能钢支撑试验研究,分析了其受力性能及其影响参数。依据FEMA450的有关规定和我国规范,建议了防屈曲耗能钢支撑设计计算方法,包括:(1)防屈曲耗能钢支撑的布置设计要求;(2)防屈曲耗能钢支撑保证核心钢支撑强度充分发挥的整体稳定性设计条件;(3)外包约束的抗弯及抗裂设计要求,及其外包约束钢筋混凝土和外包约束钢管混凝土的计算方法;(4)根据试验研究结果,建议了无粘结层、端部间隙和节点连接构造的设计要求及构造措施。最后给出了防屈曲耗能钢支撑的设计流程。     

开孔与开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑设计方法研究

开孔与开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑是依据"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而成的。通过对核心单元局部开孔或开槽使支撑薄弱部位由端部转移到开孔或开槽部位,具有定点屈服的功能,提高了支撑的延性,是性能良好的耗能减震构件。结合国内外相关规范,通过理论分析和有限元模拟,提出开孔和开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑的设计方法,包括开孔和开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑承载力的计算方法,核心钢管和内外钢管的设计方法及支撑节点的设计方法。最后通过试验验证该方法的正确性。     

Seismic design and performance analysis of buckling‐restrained braced RC frame structures

Due to the stable hysteretic behavior, buckling‐restrained braces (BRBs) have been increasingly adopted in reinforced concrete (RC) frame structures to develop a dual structural system (BRB‐RCF). This study proposed an alternative strength‐based design approach that decomposes the dual BRB‐RCF system into two independent RC frame and BRB system using the BRB‐carrying story shear ratio. The design of RC frame is performed in an integrated manner by considering the BRB postyielding force demands. Three RC frames with five, 10, and 15 stories were employed as prototype structures, and seven story shear ratios ranging from 0.1 to 0.7 were used to generate a total of 21 structural modes. The material usage, maximum axial compression ratio of columns, and elastic interstory drift ratio were compared for different story shear ratios. Nonlinear dynamic analysis of the BRB‐RCFs subjected to 12 ground motions were carried out. The seismic response including the maximum interstory drift ratio, hysteretic energy dissipation ratio, and actual BRB‐carrying story shear ratio were systematically assessed for different design story shear ratios. Based on the considerations of material usage and seismic performance, it is suggested that the design BRB‐carrying story shear ratio should be in the range of 0.3 to 0.5.     

Multiperformance optimization design of a hybrid vibration mitigation system for super high‐rise buildings to improve earthquake resistance

A structure must meet many performance requirements to survive an earthquake. For a super high‐rise structure, the dominant control performance metric is stiffness when considering earthquake resistance because the lateral displacement of the structure often does not meet the requirements of the code even if the structure meets strength requirements. For moderate and major earthquakes, stiffness and strength play a leading role jointly. Viscous damper (VD) and buckling restraint brace (BRB) are damping devices that are commonly used in modern engineering. The efficiencies of these devices are different for different situations, and combining them can yield improved structural vibration mitigation. In this study, the performances of VD and BRB are summarized. A kind of virtual VD model with an additional damping ratio is proposed on the basis of which a VD priority placement analysis method is developed, and an optimal design is proposed. A detailed analysis of various stress states of a BRB is also performed, and a BRB arrangement method based on brace stress level analysis is proposed. The two kinds of vibration damping equipment are combined in the structure, and a practical design method for a hybrid vibration damping system is proposed. The accuracy of the proposed method is verified by considering a 10‐story plane frame. Finally, a hybrid vibration mitigation design for different objective damping ratios is performed for a super tall building project, and the design results are compared. The analysis results show that a VD can effectively increase structural damping and reduce the seismic response of the structure. A BRB is used to replace supports that experience high stress and reduce their section size, thereby reducing costs. Therefore, the proposed hybrid vibration damping structure is cost effective while providing good energy dissipation and is thus promising for engineering applications.     

屈曲约束支撑在混凝土框架结构中的工程应用

某艺术中心工程拟建的音乐厅为混凝土框架结构,中部为楼板缺失的大跨度空间,此大跨度空间采用钢网架结构。由于建筑功能以及美观要求,最终确定采取屈曲约束支撑-混凝土框架结构体系。在多遇地震下,采用SATWE软件进行计算,发现无屈曲约束支撑时,结构的抗侧刚度较弱,层间位移角不能满足规范要求;加入屈曲约束支撑后,结构抗侧力得到显著改善,各项指标均满足规范要求。在罕遇地震下,采用MIDAS软件进行计算,屈曲约束支撑可视为金属阻尼器,率先屈服耗能,成为结构的第1道防线,符合抗震性能化设计多道设防的设计理念。     

Seismic performance of pile-founded fixed jacket platforms with chevron braces

In this study, pile-founded jacket offshore structures with buckling-restrained braces (BRB) and conventional braces were designed using different methodologies such as performance-based (plastic design and displacement-based design) and strength-based (code procedure) methods, and their seismic performances for strength- and ductility-level earthquakes were compared. An analysis model of the jacket considering soil–pile structure interaction (SPSI) was developed by substituting the soil layers with equivalent nonlinear springs having pile–soil interaction characteristics. According to nonlinear static and dynamic analysis results, the application of BRB in chevron-braced jacket structures was found to enhance the seismic behaviour under ductility-level earthquakes. However, under strength-level earthquake, for which model structures mostly remained elastic, the enhancement was marginal. Among the different BRB design methods introduced, displacement-based design method produced more uniform plastic hinge distribution, while other methods provided better results in terms of maximum drift ratios. Based on the relative stiffness index and soil condition introduced in this study, it was found that for system with large ductility, simplified SPSI modelling could be used to reduce the computational cost especially for the preliminary design stage.     

山东省科技馆新馆结构设计与分析

山东省科技馆新馆为特大型科技展馆,属于特别不规则的超限高层建筑。通过方案比选,采用了"钢筋混凝土框架-屈曲约束支撑(BRB)"结构体系。通过设置BRB,既满足控制扭转需要,又使结构成为消能减震建筑,提高结构抗震性能。除基础、地下室和上部结构设计外,重点分析了BRB设置的原则、位置以及型号,并对其进行了优化设计。通过详细的抗震性能分析和构造设计,确保结构达到预定的抗震性能目标;并针对夹层的影响、BRB实际减震效果,做了专题研究论证。     

某大型会议中心防屈曲耗能支撑结构设计

某大型会议中心为2010年上海世博会较大的一个场馆,主体结构为框架-支撑结构,针对结构平面布置复杂、结构抗震要求高等特点,结构采用防屈曲耗能支撑钢框架结构体系。提出防屈曲耗能支撑的布置原则和分析方法,采用Pushover分析法追踪不同地震水平下本工程结构的抗震性能,包括水平力与变形的关系、结构塑性变形发展过程、结构的延性评价。分析结果表明:采用防屈曲耗能支撑能有效减小作用在结构上的地震力,耗散地震能量,结构整体具有较好的延性,地震作用下的破坏部位可以预见;对防屈曲耗能支撑安装前的施工阶段进行验算以说明施工阶段主体结构的安全性;通过与普通支撑结构的技术经济性比较,评价防屈曲耗能支撑结构的合理性和可行性。采用防屈曲耗能支撑既能提高结构的安全性和可修复性,又可以有效降低主体钢结构用量。     

耗能型屈曲约束支撑在结构设计中的合理应用与参数控制

针对耗能型屈曲约束支撑（BRB）在结构设计中遇到的突出问题开展理论和案例研究,讨论并整理了耗能型BRB在结构方案选型时主要考虑的因素和技术参数,对BRB屈服荷载与轴向刚度的合理匹配以及屈服变形与支撑长度的合理匹配进行分析,定义了两组参数匹配系数,并分别建议了合适的取值区间。通过案例分析了BRB屈服耗能可能对结构整体指标产生的不利影响,提出应在设计中评估设防地震及罕遇地震作用下结构可能产生的性能突变,不宜同时考虑BRB调整结构刚度和耗能双重作用的发挥,建议限制BRB在超过设防烈度地震作用以后再进入耗能阶段。通过附加阻尼比计算式的推导和参数分析,明确了BRB耗能效果的基本规律特征：附加阻尼比大小受结构自身和BRB参数双重影响,BRB分担的楼层地震剪力比例是主要影响参数,且随着地震作用的增大附加阻尼比并非一直增大,而是对应某一地震作用水平具有最大值。分析了BRB多遇地震耗能与大震变形控制问题,给出不同结构体系中保证支撑罕遇地震作用下使用安全的变形要求,并提出采用改进型BRB构造形式的建议,以满足在多遇地震耗能的同时保证罕遇地震作用下使用安全的特殊需求。研究结论为耗能型屈曲约束支撑在工程中的合理、高效应用提供理论参考。