钢框架抗震改造的支撑系统研究

评估了不同支撑系统改造的抗弯钢框架的抗震性能。采用3种结构形式:中心支撑框架、防屈曲支撑框架和巨型支撑框架。设计了一横向刚度不足的9层钢框架,满足规范对高地震灾害区域结构的侧移要求。用中心支撑、防屈曲支撑和巨型支撑改造框架,进行非弹性时程分析,评估地震作用下的结构性能。以局部变形(杆件转角)和整体变形(层间及屋顶侧移)为参数,比较改造框架非弹性性能的不同。结果表明:巨型支撑框架是最有效率的支撑系统,其最大层间侧移比抗弯框架低70%,比中心支撑框架低50%。侧移的减小量与地震特性有关,尤其是频率。防屈曲支撑的抗震性能仅稍优于巨型支撑框架,但其总质量更大。巨型支撑框架的杆件和节点用钢量比中心支撑框架低20%,既降低了费用又体现了抗震优势。     

内嵌双阶段装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构抗震性能评估

为研究新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑对装配式钢框架-支撑结构抗震性能的影响,首先采用有限元软件Perform-3D建立了普通支撑、防屈曲支撑和新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑的有限元模型,并验证了建模方式的准确性;之后在此基础上建立内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构有限元模型,并采用弹塑性时程分析方法对普通钢框架结构、钢框架-普通支撑结构、钢框架-防屈曲支撑结构、内嵌新型双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构的抗震性能展开研究。分析结果表明：Perform-3D能准确模拟普通钢支撑、普通防屈曲支撑及新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑;内嵌新型双屈服点防屈曲支撑的钢框架-支撑结构在最大层间位移角和结构顶层位移、基底剪力上均优于其他结构,新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑在地震作用下起到了重要的作用,它主要通过新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑来耗能,这说明内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构具有良好的抗震性能。     

基于抗震韧性的高强钢组合偏心支撑钢框架研究

将基于抗震韧性的设计理念引入高强钢组合偏心支撑钢框架结构.通过韧性设计,使得高强钢组合偏心支撑钢框架结构,在满足结构抗震目的的同时,结构构件参与结构抗震方式明确,主体构件不发生塑性破坏,耗能支撑或耗能梁段通过塑性变形吸收地震能量,同时,通过装配式建造,耗能构件易于更换,达到结构韧性抗震的目标.提出评价高强钢组合偏心支撑...     

屈曲约束支撑钢框架的地震反应分析

应用ANSYS软件对屈曲约束支撑钢框架（BRBFs）和普通支撑钢框架的抗震性能进行有限元数值模拟,对比分析了这两种体系大、小震的时程响应,结果表明,在小震作用下两种结构抗震性能均表现良好,但在罕遇地震作用下普通支撑钢框架刚度退化,而屈曲约束支撑钢框架则能降低结构的地震响应。     

屈曲约束支撑钢框架结构抗震性能分析与应用

天津某医院项目采用屈曲约束支撑(BRB)–钢框架结构,为进一步研究BRB对钢框架结构抗震性能的影响,分别建立屈曲约束支撑–钢框架及钢框架2种结构体系,以分析在小震作用下是否采用BRB对整体结构抗震性能的影响.采用midas Gen非线性分析软件建模,分析罕遇地震作用下屈曲约束支撑的地震响应.分析结果显示,采用屈曲约束支...     

基于混合控制的自复位支撑钢框架抗震性能研究

针对自复位结构耗能能力不足、峰值变形大、高阶振型效应显著和楼面加速度放大等关键问题,提出了基于混合控制手段的自复位结构减控方法。依据ASCE 7-10规范,设计了含三层和九层自复位支撑钢框架(SCBF)、带黏滞阻尼器的自复位支撑钢框架(SCBF+VD)、屈曲约束支撑框架(BRBF)以及屈曲约束支撑和自复位支撑组合形成的"半自复位"钢框架(BRBF+SC)等16个结构体系模型,利用OpenSees有限元软件建立体系模型,进行了静力推覆分析、非线性时程分析和增量动力分析,在此基础上得到基于最大层间位移角的倒塌易损性曲线和基于残余层间位移角的不同损伤状态易损性曲线。结果表明:附加黏滞阻尼器能够有效改善SCBF耗能能力不足的缺陷,缓解并抑制高阶振型效应,附加黏滞阻尼比为0.15时可降低SCBF的顶层层间位移角达88%,同时楼板加速度响应也得到了大幅抑制,甚至低于BRBF的。另外,与BRBF相比,半自复位钢框架可以有效降低残余变形,并且不会显著增加楼面加速度。SCBF+VD的倒塌裕度比均大于BRBF的。最大可能地震(MCE)水准下,采用附加阻尼比为0.15的三层和九层SCBF残余位移损伤状态超越...     

防屈曲支撑钢框架结构抗震性能分析

防屈曲支撑是一种新型的耗能减震构件,能够显著提高结构的抗震性能.以云南省“校安工程”中的某小学为例,通过弹性以及弹塑性分析方法研究了安装防屈曲支撑的钢管混凝土结构的抗震性能.结果表明,随着支撑刚度的增加,结构的周期和层间位移角均有所减小;在小震作用下,防屈曲支撑处于弹性状态,为结构提供支撑刚度,在中震作用下,防屈曲支撑开始屈服耗能.结构的整体屈服是一个平稳渐变的过程,破坏模式为梁铰机制.     

防屈曲支撑-摇摆钢框架抗震性能研究

为提升防屈曲支撑-摇摆钢框架(BRB-RSF)的抗震性能,提出在BRB-RSF中采用螺栓和角钢连接的半刚性节点代替刚性节点,沿框架柱中心线布置后张预应力筋,并对BRB-RSF进行了拟静力试验.同时基于OpenSees建立试验框架有限元模型,并对有限元模型的正确性进行了验证.研究结果表明:具有多道抗震防线的BRB-RSF...     

大震下防屈曲支撑钢框架弹塑性位移统计规律

通过600个弹塑性时程分析,统计了防屈曲支撑钢框架结构在罕遇地震作用下的顶层与最大层间弹塑性位移分布规律,为该结构体系的性能化抗震可靠度设计提供了参考。     

框架-支撑钢结构抗震性能的有限元分析

近年来,我国的大中城市相继出现了大批的中高层钢结构建筑。框架一支撑结构体系作为中高层的一种结构形式被广泛采用。本文运用大型通用有限元软件ANSYS,采用三维建模,对-9层框架-支撑钢结构建筑进行了抗震性能的计算分析,分析包括模态分析、反应谱分析、弹性刀单塑性时程分析,分析结构在地震作用下的横向变形和支撑随地震波的内力响应情况等。研究成果可以为类似工程提供借鉴。     

Bracing systems for seismic retrofitting of steel frames

The present study assesses the seismic performance of steel moment resisting frames (MRFs) retrofitted with different bracing systems. Three structural configurations were utilized: special concentrically braces (SCBFs), buckling-restrained braces (BRBFs) and mega-braces (MBFs). A 9-storey steel perimeter MRF was designed with lateral stiffness insufficient to satisfy code drift limitations in zones with high seismic hazard. The frame was then retrofitted with SCBFs, BRBFs and MBFs. Inelastic time-history analyses were carried out to assess the structural performance under earthquake ground motions. Local (member rotations) and global (interstorey and roof drifts) deformations were employed to compare the inelastic response of the retrofitted frames. It is shown that MBFs are the most cost-effective bracing systems. Maximum storey drifts of MBFs are 70% lower than MRFs and about 50% lower than SCBFs. The lateral drift reductions are, however, function of the characteristics of earthquake ground motions, especially frequency content. Configurations with buckling-restrained mega-braces possess seismic performance marginally superior to MBFs despite their greater weight. The amount of steel for structural elements and their connections in configurations with mega-braces is 20% lower than in SCBFs. This reduces the cost of construction and renders MBFs attractive for seismic retrofitting applications.     

Evaluating response modification factors of concentrically braced steel frames

Response modification factor is one of the seismic design parameters to consider nonlinear performance of building structures during strong earthquake. Relying on this, many seismic design codes led to reduce loads. The present paper tries to evaluate the response modification factors of conventional concentric braced frames (CBFs) as well as buckling restrained braced frames (BRBFs). Since, the response modification factor depends on ductility and overstrength, the static nonlinear analysis has been performed on building models including single and double bracing bays, multi-floors and different brace configurations (chevron V, invert V and X bracing). The CBFs and BRBFs values for factors such as ductility, overstrength, force reduction due to ductility and response modification have been assessed for all the buildings. The results showed that the response modification factors for BRBFs were higher than the CBFs one. It was found that the number of bracing bays and height of buildings have had greater effect on the response modification factors.     

抗震钢框架铸钢球支撑的屈曲控制

对新型钢结构球支撑的屈曲性能进行分析。这种支撑在两端和中心设置了铸钢件,形成具有可靠强度、刚度和变形能力的新型支撑。利用了铸造过程中的几何可变性,消除脆性破坏,使结构具有稳定的塑性变形能力。基于铸钢件的几何特性,确定屈曲强度和支撑的屈曲方向。确定铸钢件的尺寸限值,以控制屈曲方向。最后,建立了屈曲强度的计算公式。     

非均匀弯曲下钢梁的极限承载性能

钢梁的极限承载性能极大地影响着钢框架的整体性能。主要的响应参数是转动能力和极限抗弯承载力。前者来自地震作用下通过结构的整体能量耗散性能获得的对局部延性的需求,而后者则需要在抗震设计中成功运用等级标准来获取抗弯强度。因此,对于抗震设计的应用来说,根据钢构件的延性和强度来对其进行双重分类是最合适的方法。目前,现代的国际设计规范是根据型钢的分类来对结构进行塑性设计和抗震设计,但有所误导地着重以局部屈曲为主要的应变-弱化效应。即使科技文献中提供了预测非均匀弯曲下钢构件的极限承载性能的各种方法,仍应对其进行进一步研究,因为最终结果和各种横断面的形状会受到高参数的影响。因此,在科技文献中介绍了一种新的试验方案,其能通过挑选过的﹑合适的﹑局部长细比不同的试验样本进行数据集成,从而处理单调和循环加载下许多不同的横截面类型(H型截面,工字型截面,方管形管截面,矩形管截面)。最后对得到的数据结果进行研究讨论。     

防屈曲耗能支撑在铰接混凝土框架抗震加固中的应用

在我国部分地区还存在有铰接混凝土框架结构,这种结构体系在设计时未进行抗震设计,如继续使用,应进行抗震加固以使其满足抗震要求。防屈曲耗能支撑克服了普通钢支撑失稳的缺点,具有明确的屈服位移和屈服力,在多遇地震下可保持弹性状态,为结构提供刚度和抗震承载力。在设防烈度地震和罕遇地震下,防屈曲耗能支撑将屈服耗能,从而为结构提供耗能能力。结合防屈曲耗能支撑的特点,提出在铰接混凝土框架结构中的抗震加固方法,并结合实际工程实例,研究加固后结构的耗能能力。     

基于可靠度的自定心钢框架的设计及性能评价

许多分析和试验已验证了在设计基本地震作用下,自定心钢框架能消除结构损伤,并恢复初始位置。采用蒙特卡洛模拟,建立3种标准自定心钢框架的非线性模型,施加上千种合成地震波,记录峰值响应,如层间位移和节点转角。分析自定心钢框架对结构特性和几何形状的敏感性,提出改进现有设计程序的一些建议。可靠度方法可用于评价后张法预应力钢绞线达到屈服状态的可能性。对现有设计程序提出改进,并介绍改进抗震设计效果的可靠度方法。     

The seismic behaviour of steel moment-resisting frames with stiffening braces

The present paper deals with the seismic behaviour of steel structures which are designed in the attempt of exploiting the dual characteristics of moment resisting frames (MRFs) and concentrically braced frames (CBFs) as lateral force resisting systems. Three prototype frames are studied within the context of Eurocode 8 (EC8) provisions; these are MRFs which are traditionally designed, against ultimate seismic actions (ULS), without checking serviceability limit state rules (SLS-interstory drift limits). To fulfill these requirements concentrical braces are inserted in the frames, which are not considered in the collapse resistance of the structural system. The non-linear behaviour of these systems under ultimate seismic environment is studied and compared to the one of the unbraced MRFs. The influence of second order effects is also investigated.     

确保钢框架梁铰机制的多目标抗震设计方法

前期研究表明:梁铰破坏机制下,抗弯钢框架节点处的柱梁抗弯强度比应高于1.0甚至2.0。同时也指出,为了防止结构出现薄弱层,对结构的全部节点仅使用单一的柱梁抗弯强度比限值是不切实际的。因此,需要对节点处的柱梁抗弯强度比进行优化设计。给出了确保抗弯钢框架结构中梁铰机制的多目标抗震设计方法,并将其应用于著名的抗弯钢框架结构的抗震设计中。除利用约束确保梁铰机制外,通过考虑两个不同的目标函数给出了结构的建筑费用和能量耗散能力的关系式。为了在替代方法中选出用于指导结构工程师工作的最佳设计方法,以耗散能量密度(耗能能力与结构重量之比)的形式给出一种简单的方法。     

以地面运动和阻尼特性为函数研究带有或不带粘滞型阻尼器的人字型支撑钢框架的抗震性能

根据地面运动强度和频率特性以及粘滞型阻尼器的参数,比较了具有或没有粘滞型阻尼器的人字型支撑的钢框架的抗震性能。对于单层和多层设有和没有粘滞型阻尼器的人字型支撑的钢框架,进行了包括小、中等、高强度各种频率特性的地面运动的非线性时间序列分析。以单层和多层带有粘滞型阻尼器的人字型支撑的钢框架的非线性时间序列分析为基础,研究了粘滞型阻尼器的减幅率和速度指数对框架的抗震性能的作用。研究结果显示,没有粘滞型阻尼器的人字型支撑的钢框架的抗震性能低,由于支撑失稳的影响,对频率和地面运动的强度敏感。而安装粘滞型阻尼器后,由于其维持了这种结构的弹性,极大提高了它的抗震性能。此外,小速率指数和大减幅比率的粘滞型阻尼器在提高带有人字型支撑的钢框架的抗震性能上更有效,然而,减幅比率大于50%的粘滞型阻尼器,在人字型支撑的钢框架的抗震性能上没有更多的改善。