地震动特性对抗震结构滞回耗能的影响

以单自由度体系为例,研究了地震动特性对抗震结构的滞回耗能以及滞回耗能在地震动总输入能中所占比例的影响,为结构抗震的能量分析方法提供简化计算的依据。     

基于形状记忆合金的自复位摩擦耗能支撑滞回性能

针对基于形状记忆合金(SMA)的自复位摩擦耗能支撑,提出了简化分析模型,研究了其在往复荷载作用下的滞回性能.首先通过理论推导,得出了往复荷载作用下自复位摩擦耗能支撑的力-位移曲线,提出了简化的滞回模型,然后通过参数分析研究了各参数对其滞回性能的影响.结果表明:自复位摩擦耗能支撑在卸载后存在一定的残余位移,其大小仅与阻尼器元件摩擦力及SMA元件奥氏体弹性刚度有关;自复位摩擦耗能支撑的滞回性能可采用修正的FS(Flag-shaped)模型来描述;SMA元件屈服力及耗能参数对自复位摩擦耗能支撑的滞回性能影响较大,奥氏体弹性刚度及屈服后刚度系数影响较小;增加阻尼器元件的摩擦力,可显著增强自复位摩擦耗能支撑的耗能能力,但会产生残余位移.     

强震下K型偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布

选用10条远场和10条近场地震波对K型偏心支撑钢框架进行了非线性动力时程分析,探索了远场与近场地震下结构滞回能层间分布规律.研究表明,K型偏心支撑钢框架的主要耗能区域分布在耗能梁段;近场地震对结构滞回能需求及滞回能层间分布有较大影响,对各构件耗散的滞回能占总滞回耗能的比值也有很大影响.根据非线性时程分析结果,提出了K型偏心支撑钢框架滞回能层间分布系数的简化计算公式.     

多层结构能量计算的振型分解方法

提出了用等效单自由度体系代替多自由度体系的方法,以便简化计算结果滞回能与地震输入能,并对多自由义体系及其相应的简化体系进行了能量的计算与比较,所得的两种体系下的能量较好的吻合。     

冷弯薄壁型钢梁的弯矩-曲率滞回性能试验研究

以跨高比为参数,进行两组(两种典型截面)8片冷弯薄壁型简支钢梁在循环荷载作用下的试验.研究了试件的破坏形态,对其弯矩-曲率滞回曲线、骨架曲线进行分析,考察其滞回性能、延性、耗能能力等重要抗震性能指标.结果表明:冷弯薄壁型钢梁的荷载-位移滞回曲线比较饱满,没有明显的捏缩现象,具有很好的延性和耗能能力;跨高比和宽厚比会严重影响冷弯薄壁型钢梁的滞回性能和延性. 更多还原     

消能减震框架结构减震控制

针对高层消能减震框架结构的减震控制问题,根据工程经验以及不同的抗震思想,提出了顺序添加控制、最大层间位移控制和滞回耗能控制三种减震控制方法,并运用PERFORM-3D有限元软件对各种减震控制效应进行了弹塑性能量响应分析.结果表明,三种减震控制方法均可有效地将地震响应缩减到一定的范围内,实现了结构的震动控制;滞回耗能控制方法优于最大层间位移控制方法,而最大层间位移控制方法又优于顺序添加法;在结构横向及纵向空间较为复杂的情况下,采取滞回耗能控制方法更为科学合理.     

Ⅴ型偏心支撑钢框架滞回能需求层间分布影响因素

采用不同地震波对10层3跨、15层3跨、20层3跨等3种Ⅴ型偏心支撑钢框架结构进行了地震能量分析,研究了地震动特性和结构特性对滞回能层间分布及各构件耗能的影响.结果表明,地震动加速度峰值对滞回能层间分布及各构件耗能的影响较大,地震动频谱特性、持时及结构特性对滞回能层间分布的影响较小;滞回能在总输入能中的百分比受结构阻尼比的影响较大,但阻尼比不改变地震下结构总耗能的大小.     

基于台湾集集地震的结构滞回耗能影响分析

基于能量概念进行结构的地震反应分析能更清楚地揭示结构在地震动下的破坏机制,而滞回耗能被认为是最具工程意义的能量指标,是衡量结构塑性累积损伤的重要参数.利用具有极高研究价值的1999年集集地震记录到的大量地震动研究了抗震结构滞回耗能的特性,讨论了结构自振周期、阻尼比、场地条件、结构的恢复力模型等因素对抗震结构滞回耗能的影响规律,结果表明:场地条件、抗震结构的延性水平、周期、阻尼均是影响抗震结构滞回耗能的重要因素,而结构恢复力模型对滞回耗能的影响则可以忽略.     

重复荷载作用下开孔波形板连接件滞回性能的试验研究

开孔波形板连接件是一种新型剪力连接件,通过对6个开孔波形板连接件试件在重复荷载作用下的滞回性能试验,研究了开孔波形板波高、孔径、贯通钢筋直径对波形板连接件滞回性能的影响。结果表明,开孔波形板连接件较传统连接件而言,滞回曲线饱满,耗能能力强。随着波高的增大,滞回环更加饱满,耗能能力更强,且曲线下降平缓,延性得到提高;当孔径增大时,试件的延性和耗能能力同样得到一定的提高;随着贯通钢筋直径增大,试件初始弹性刚度增大,滞回环更为饱满,且具有明显的平缓下降段,延性和耗能能力增强。     

框架结构滞回耗能在结构层间分配的计算分析

为了解多自由度体系的地震破坏机理，将基于能量的抗震设计方法运用到多自由度体系结构抗震设计中，对多自由度体系的滞回耗能沿结构层间分配的规律进行了分析，探讨了结构的滞回耗能在结构层间的分配规律及其影响因素．计算表明，滞回耗能在总输入能中的百分比受结构阻尼比的影响较大，当结构阻尼比ζ=0．02时，EH／E1一般在70％～80％；当ζ=0．05时，EH／E1在50％左右；当ζ=0．10时，EH／E1大致为30％．滞回耗能在结构层间为下大上小的梯形分布规律，薄弱层易在底部形成．     

强震下人字形中心支撑钢框架滞回能需求层间分布

考虑远、近场地震动特性,采用非线性动力分析方法,对3个不同层数人字形中心支撑钢框架结构滞回能需求的层间分布规律进行了研究。分析了远、近场罕遇地震下各结构层间滞回耗能分布规律及支撑耗能与其它构件耗能的比例,框架中各构件耗能的比例;提出了远、近场地震下结构滞回能层间分布系数计算公式。为中心支撑钢框架基于能量的抗震设计方法研究提供了依据。     

钢框架—内嵌冷弯薄壁型钢复合墙体抗剪滞回性能研究

钢框架—内嵌冷弯薄壁型钢复合墙体(PF-CFSF)结构体系可适用于多、高层建筑结构。采用SAP2000有限元分析法针对PF-CFSF结构在水平低周往复荷载下的抗剪滞回性能进行分析,结果表明采用SAP2000有限元法能够较精确的模拟PF-CFSF结构的滞回性能,PF-CFSF结构由于钢框架的参与相对于冷弯薄壁型钢复合墙体耗能能力加强;随着水平位移级的增加,钢框架分担的剪力和耗能能力均相应增大。同时给出了PF-CFSF结构协同工作的抗侧承载力计算简化公式,可用于PF-CFSF结构体系抗震设计。     

抗震结构能量设计方法中阻尼耗能的研究

基于能量原理,在非线性动力时程分析的基础上,对抗震结构地震总输入能Ei(t)中的阻尼耗能Ed(t)进行了分析研究,重点探讨了不同阻尼比、不同滞回模型、地震波频谱和加速度峰值对阻尼耗能的影响.计算分析表明,阻尼比ξ对阻尼耗能影响最显著,Ed/Ei值和Ed/Eh值随阻尼比ξ而增加,当ξ=0.20时,阻尼耗能占到总耗能的80%左右.阻尼耗能可以有效地减小滞回耗能,增加阻尼比是减少结构累积损伤破坏,提高结构抗震性能的有效途径.     

椭圆形钢铅耗能器性能及振动台试验

针对工字型钢铅组合耗能器直角区域容易应力集中、过早屈服断裂退出工作的问题,提出一种由钢和铅两种材料组成的椭圆形钢铅耗能器,这种耗能器加工简便且水平两个方向都具有良好耗能性能.首先,对椭圆形钢铅耗能器中钢板的平面应力进行分析.其次,对椭圆形钢铅耗能器进行力学性能试验;利用有限元分析软件ANSYS建立椭圆形钢铅耗能器的非线性计算模型进行数值分析并与性能试验结果进行对比.最后,对一个安装和不安装椭圆形钢铅耗能器的六层钢框架结构模型进行振动台对比试验.研究结果表明:数值分析结果与性能试验结果吻合良好,本文建立椭圆形钢铅耗能器数值计算模型的方法正确;椭圆形钢铅耗能器滞回曲线饱满,具有良好耗能能力;椭圆形钢铅耗能器对多层结构的地震反应具有较好减震效果.     

干式企口梁柱节点抗震性能试验研究及有限元分析

对干式企口梁柱节点缩尺试件模型进行了拟静力加载试验,探讨了其承载力、滞回曲线、骨架曲线、钢筋应变以及延性、耗能等抗震性能。采用ANSYS有限元软件对干式企口梁柱节点试验模型进行了分析计算,并将理论与试验结果进行对比,验证理论研究分析的正确性,探讨了改变预埋钢垫板的位置对结构抗震性能的影响。结果表明:干式刚性企口梁柱节点的滞回曲线形状较为饱满,节点的延性和耗能能力较好;节点具有较高的承载力,满足原结构的设计要求;在实际工程设计中,使用结构内力计算对梁牛腿F部按常规规范法进行配筋设计,梁牛腿R部和缺口梁采用PCI手册计算配筋,节点承载力控制截面即为常规梁端部截面,简化了设计流程。     

被动消能交错桁架滞回性能试验

目的 为了提高交错桁架结构耗能能力,提出在交错桁架结构的斜腹杆上设置摩擦耗能阻尼器,构成被动消能交错桁架结构.方法 分别对1/3缩尺普通交错桁架单元和被动消能交错桁架单元进行低周反复荷载试验,分析两种交错桁架单元在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力.结果 普通交错桁架单元依靠杆件的塑性变形耗能,滞回曲线不饱满,耗能能力有限,斜腹杆屈曲后,结构的刚度和承载力迅速降低,桁架单元的延性较差.被动消能交错桁架单元主要依靠摩擦耗能器耗能,滞回曲线饱满,呈平行四边形,耗能能力较强;被动消能交错桁架单元在摩擦阻尼器滑移前,水平刚度较大,摩擦耗能器滑移后,结构刚度降低,发生内力重分配;被动消能交错桁架单元,变形能力强,延性好.结论 在桁架的斜腹杆上设置摩擦阻尼器,可以有效地提高结构的耗能能力和延性.     

屈曲约束支撑的耗能性能分析

基于ANSYS有限元软件,对屈曲约束支撑的滞回性能进行了分析,并与普通支撑的滞回性能进行对比.采用两种地震波研究钢框架的地震响应,结果表明：相对于普通支撑而言,屈曲约束支撑能进一步提高钢框架的后期刚度和耗能能力.     

地铁车站结构的地震能量反应

将地基土-地铁车站结构体系视为平面应变问题,采用Davidenkov动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,研究了中远场地震动和近断层地震动作用下地铁车站结构的能量反应特征.结果表明,地铁车站结构的阻尼耗能和滞回耗能随地震动作用时间单调增加,输入地震动特性对地铁车站结构的能量反应特征有显著影响;中柱的滞回耗能分布沿结构层间自下向上依次减少;侧墙的滞回耗能主要分布在顶层和底层;梁板的滞回耗能分布较为均匀,但顶板的耗能相对较多;中柱的滞回能量耗散最为集中,在地铁车站结构的抗震设计中应加强中柱的抗震措施.     

型钢混凝土异形柱滞回性能分析

基于试验研究,采用Open Sees系统对型钢混凝土(SRC)异形柱的滞回性能进行有限元模拟,计算结果与试验结果吻合较好.根据计算结果,获得了柱端的弯矩-曲率滞回曲线,分析了P-Δ效应的影响和耗能能力.结果表明:SRC异形柱的滞回曲线饱满对称;P-Δ效应使SRC异形柱的承载力降低3.2%~12.4%,延性变差;与钢筋混凝土异形柱相比,SRC异形柱的能量耗散系数大,耗能能力强;实腹式配钢试件的滞回性能优于空腹式配钢试件.研究为SRC异形柱的工程应用提供参考.     

屈曲约束支撑滞回性能的影响因素

为检验不同连接方式及构造方式对屈曲约束支撑滞回性能的影响，设计了螺栓连接和铰接2种连接方式，“十”字形、“T”形及“一”字形3种芯材截面形式，端部焊接型及中部切削型2种芯材制作方式，沿芯材纵向全长焊接及仅在工作段焊接2种组合方式共7个屈曲约束支撑试件。通过拟静力加载试验，分析了屈曲约束支撑的承载力、割线刚度、耗能系数及延性等变化规律。结果表明：7个试件的滞回曲线饱满稳定、耗能能力强；承载力、耗能系数及延性均随加载位移的增大而增大，割线刚度随加载位移的增大而降低，恢复力模型具有典型的双线性特征；连接方式及构造特性对屈曲约束支撑的滞回性能不产生明显影响，芯材材料性能、宽厚比、间隙与芯材厚度的比值是影响其滞回性能的主要因素。结果表明，两角钢具有协同的工作性能；提高焊接质量、增大限位卡附近过渡圆弧的曲率半径分别是增强两种类型屈曲约束支撑稳定滞回的主要工艺及构造措施。