多层屈曲约束斜撑钢框架弹塑性分析研究

以多层屈曲约束斜撑钢框架为主要研究对象,斜撑框架强度CB以及屈曲约束斜撑的水平力分担率β为主要研究参数,拟设计6个建筑模型,对各模型进行了基于塑性铰理论的二阶非线性时程分析,考察了强震作用下各模型各层的层间位移、层剪力、屈曲约束斜撑的塑性能量分布等。结果表明,各模型的强度CB值从0.3增大到0.5或屈曲约束斜撑的水平力分担率β值从30%增大到90%时,各模型的各层最大层间位移反应值中的弯曲变形反应值越大,这种情况上层部位更明显。随着斜撑框架强度CB值或屈曲约束斜撑的水平力分担率β值的增加,各模型的各层屈曲约束斜撑分担的剪力和各层最大层剪力比值也变大。     

屈曲约束斜撑钢框架弹塑性设计研究

以典型的对称屈曲约束斜撑钢框架为主要研究对象,斜撑框架强度CB以及屈曲约束斜撑的水平力分担率β为主要研究参数,通过二阶非线性静动力分析,对各模型的层间变形、层间力以及塑性能量分布等进行了比较研究。考察了各模型各层的层间位移、层剪力、屈曲约束斜撑的塑性能量分布以及层滞回曲线关系等。结果表明:屈曲约束斜撑水平力分担率β≈30%～60%时,各模型各层的层间静、动力分析结果基本吻合。     

多层屈曲约束支撑钢框架动力响应机理分析

为了研究多层屈曲约束支撑钢框架(BRBF)动力响应机理,采用国际上最常见的BRBF结构形式为研究对象,以屈曲约束支撑BRB水平力分担率β为主要研究参数,进行弹塑性动力二阶非线性分析,探讨了层损伤分布机理以及构件持有性能。结果表明:不同地震波的弹性体系能量谱曲线和结构基本周期对应关系影响多层BRBF结构的最大层间位移反应值和BRB的层最大延性比值;地震波加速度时程的随机性对多层BRBF结构动力损伤分布影响明显,尤其多层BRBF结构抗震设计时有必要考虑地震动瞬时能量影响;BRB对结构减震效果明显,随着BRB水平力分担率β值的增加,BRB最大延性比以及最大累积塑性延性比有相应减小的趋势。     

不同布置方案屈曲约束支撑-钢框架体系静力弹塑性分析

基于刚度比的屈曲约束支撑框架体系设计方法,设计了两种不同支撑布置方案框架体系与空框架对比,应用有限元软件SAP 2000对各体系进行静力弹塑性(Pushover)分析,研究其在8度罕遇地震下的塑性铰分布、层间位移角、连接滞回耗能以及框架柱轴力等。研究结果表明:各体系的最大层间位移角小于弹塑性位移角限值1/50。屈曲约束支撑能抑制体系的塑性铰发展,且布置数量越多效果越明显,但并未改变体系的薄弱层分布;同时,连接滞回耗能占比不低于20%,体现出屈曲约束支撑良好的耗能能力。在此基础上,提出一种改进的错列布置方式的屈曲约束支撑框架体系,能改善底层柱轴力集中现象,支撑用量减少了16.7%,且其抗震能力无明显改变。     

支撑屈服后屈曲约束支撑框架损伤集中效应分析

屈曲约束支撑(BRB)屈服后刚度较低,某一层或几层BRB率先屈服会造成屈曲约束支撑框架(BRBF)进入弹塑性阶段后不同楼层间刚度的突变,框架弯矩会重分布,进而影响框架的损伤机制。为此,提出框架基于柱端弯矩比的强柱弱梁计算公式,公式表明：当框架节点下部与上部柱端弯矩同号相等时,柱梁承载力比需求最小为1;当弯矩反向相等时,需求则为无穷大;通过分析楼层间BRB刚度比对两层BRBF弯矩分布的影响,说明BRBF中某层支撑屈服会导致该层节点下部与上部柱端弯矩比发生较大的改变,节点上部柱端弯矩甚至反向增大;综上,支撑屈服后BRBF易出现层间柱铰机制。最后,通过算例验证提出的强柱弱梁计算公式和BRBF弯矩分布规律,同时表明：当BRB-框架刚度比较大或者框架柱梁承载力比较小时,BRBF损伤集中效应较为明显。     

高β值的多层屈曲约束支撑钢框架结构设计层剪力分布研究

为了研究多层屈曲约束支撑钢框架(Buckling Restrained Braced Frame,简称BRBF)在屈曲约束支撑(Buckling Restrained Brace,简称BRB)分担率β值较高时,层剪力的优化分布,对β值约为0.9的框架振动模型(MF)和质点系振动模型(MS-0、MS-1和MS-2)进行弹塑性时程分析,研究其层剪力、层间位移角、最大倾覆弯矩及支撑固定柱的地震响应。研究结果如下:β值较高时,MF层响应值,中低楼层与质点系振动模型吻合较好,上部楼层接近质点系振动模型MS-1和MS-2。采用静力推倒法进行抗震设计时,修正底部剪力法的F1i和F2i模型分析结果与实际情况更吻合。用底部剪力法设计高β值的BRBF,存在结构柱的地震静力等效值被低估的可能性,有一定程度的安全隐患。在强震作用下,第2振型卓越,上部楼层层反应值较大。     

摇摆防屈曲支撑RC框架抗震性能研究

为研究摇摆防屈曲支撑钢筋混凝土框架抗震性能,利用OpenSees建立8层3跨钢筋混凝土框架(RCF)、防屈曲支撑钢筋混凝土框架(BRBF)与摇摆防屈曲支撑钢筋混凝土框架(RBRBF)有限元模型,并进行弹塑性动力时程分析,从层间位移角、最大顶层位移、最大基底剪力和最大底柱轴力等结构响应角度,研究二维和三维模型分析间关系、...     

约束屈曲支撑在多层钢框架中的应用研究

首先,提出约束屈曲支撑-框架结构（BRBF）的设计流程。其次,通过罕遏地震作用下的弹塑性时程分析,得到框架损伤量沿层分布规律。基于此规律和最大名义刚度比,可以确定结构各层应布置的约束屈曲支撑内核的截面面积。最后,对此约束屈曲支撑-框架结构进行非线性动力时程分析。分析结果表明：基于框架损伤量沿层分布规律的约束屈曲支撑分布模式,在强震作用下最大层间位移角分布比较均匀,减震效果良好。     

屈曲约束支撑与黏滞阻尼器的减震效果对比研究

以某钢筋混凝土框架结构工程实例为研究对象,选取与场地条件相匹配的地震动作为激励,在SAP2000程序中计算了该结构在多遇和罕遇地震作用下的非线性动力反应,并在框架结构模型中分别设置屈曲约束支撑和黏滞阻尼器。通过试算确定消能减震装置的参数,使得两种消能减震结构在多遇地震作用下的位移减震率均为40%。在此条件下,对比分析了结构的层间位移角、楼层加速度、基底剪力、柱轴力、塑性铰分布和各层阻尼器的工作状态。分析表明：在多遇地震作用下,屈曲约束支撑增大了结构的加速度响应,而黏滞阻尼器能够减小结构的加速度响应;在罕遇地震作用下,二者均能有效控制楼层的加速度响应,而屈曲约束支撑的位移减震效果更好,但黏滞阻尼器对框架柱内力的减少效果更为显著。     

海口机场综合交通中心钢框架-屈曲约束支撑结构抗震性能分析

采用钢框架-屈曲约束支撑结构体系以增强整体结构的抗震性能;在小震作用下,通过对钢框架和屈曲约束支撑结构进行弹性对比分析,表明屈曲约束支撑能更有效提高结构的平动、抗扭刚度;采用SAUSAGE对设屈曲约束支撑结构进行大震下的动力弹塑性分析,研究结构在大震下塑性发展过程、滞回曲线、最大层间位移角及能量消耗分布情况,表明屈曲约束支撑耗能占比较大,能有效保护主体结构;用ABAQUS对典型支撑连接节点进行有限元分析,保证节点在大震下保持弹性,表明整体结构和节点满足大震下的变形和承载力要求。     

设置屈曲约束支撑的斜交网筒结构延性有限元分析

斜交网筒结构具有较大的抗侧刚度,但其延性较差,通过设置屈曲约束支撑可改善斜交网筒结构延性。以30层的斜交网筒结构模型为研究对象,分别对普通斜交网筒结构和设置屈曲约束支撑斜交网筒结构进行静力弹塑性推覆（Pushover）分析。结果表明：屈曲约束支撑可有效改善斜交网筒结构延性。此外,对立面中部、立面角部、底部楼层、上部楼层共4种局部区域布置屈曲约束支撑的方案进行了结构延性分析。局部设置屈曲约束支撑斜交网筒结构的设计应确保斜柱处于弹性工作状态,屈曲约束支撑率先进入塑性耗能状态。建议采用立面中部布置屈曲约束支撑的方案,可实现在保证结构受剪承载力的前提下,较好地改善斜交网筒结构的延性,避免结构发生脆性破坏。     

A comparison of dynamic nonlinear behavior of ordinary and buckling restrained braced frames subjected to strong ground motion

In this paper nonlinear dynamic analyses of 4‐ to 12‐story frames with two types of bracing behavior are performed. In the first series of analyses, the bracing post‐buckling behavior is modeled using a Jain‐phenomenological model. In this model bracing buckled against compressive loading and yielded when subjected to tensile loading. In the second series, buckling restrained brace frames subjected to strong ground motion have been analyzed using elements with a bilinear behavior. The results in terms of story drifts, story shears, story shear versus drift hysteresis behavior and plastic hinge locations were compared. By comparing the response of the frame with the buckling restrained brace and the ordinary brace, better performance was observed for the buckling restrained braced frames. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于ABAQUS的全钢装配式防屈曲支撑有限元分析

防屈曲支撑受拉受压时都可以屈服,抑制了压曲现象,可获得饱满的荷载-位移滞回曲线。本研究主要探讨一种新型的装配式防屈曲支撑的滞回性能,该装配式防屈曲支撑由一组核心单元与两组约束单元利用螺栓栓接组合而成,具有组装和拆解过程简易、便于制作等优点。基于有限元分析软件ABAQUS,模拟核心钢与面板在不同间隙下的滞回性能以及各部分的应力分布,对比分析分别由理论简化计算和有限元分析得到的屈服力与屈服位移之间的差异。最后,给出核心钢与面板间隙范围的合理化建议。     

双阶屈服屈曲约束支撑框架小震参数分析

为了弥补常规屈曲约束支撑在多遇地震作用下处于弹性状态,不能发挥消能减震作用的不足,提出了一种将金属套管阻尼器与屈曲约束支撑组合形成的双阶屈服屈曲约束支撑,经试验验证其具有良好、稳定的小震及中大震下的滞回特性。在小震作用下,金属套管阻尼器屈服消能,屈曲约束芯板保持弹性承载。借助有限元软件ETABS建立了一系列双阶屈服屈曲约束支撑框架模型,通过改变支撑与框架刚度比、阻尼器与芯板的轴向刚度关系以及套管阻尼器的屈服比例,对各模型进行小震作用下的动力弹塑性分析,将各模型基底剪力和最大层间位移角与相应的常规屈曲约束支撑框架的分析结果进行对比。结果表明:双阶屈服屈曲约束支撑与支撑芯板的轴向弹性刚度比取2左右,阻尼器屈服比例取0.3左右时,可取得较好的减震效果; 双阶屈服屈曲约束支撑的参数取值改变,对降低结构地震响应的影响趋势不因支撑与框架刚度比不同而改变; 当支撑刚度贡献较大时,相较常规屈曲约束支撑,双阶屈服屈曲约束支撑的设置能降低结构的层间位移角,若要同时降低基底剪力,阻尼器屈服比例不宜高于0.3。     

两边连接屈曲约束钢板剪力墙受力机理与等效支撑模型

采用理论分析和有限元方法,针对两边连接屈曲约束钢板剪力墙的受力机理和传力规律进行研究。提出了钢板墙边缘约束区的概念并确定了边缘约束区的宽度,分析了钢板墙的屈服形状、钢板墙内各部分应力流的分布规律和钢板墙与梁连接处的受力特点等。在此基础上提出了两边连接屈曲约束钢板剪力墙等效支撑模型,对不同尺寸、不同层数的框架 屈曲约束钢板剪力墙结构和框架 等效支撑结构在水平荷载作用下的力学性能进行分析,并对两种结构的荷载 位移曲线进行了对比。分析表明,所提出的等效支撑模型在结构刚度和承载力方面具有较好的准确性,无论是单调加载还是反复加载均能准确地模拟两边连接屈曲约束钢板剪力墙结构的受力行为。     

Analytical Investigation on Seismic Behavior of Inverted V-braced Frames

An inverted V-braced frame is one of the most widely used CBFs (Concentrically Braced Frames) owing to many advantages in constructional design. The seismic behaviors of inverted V-braced frames is that brace buckling occurs due to strong motion generation, and that in turn vertical unbalanced force is created between tension brace and compression brace, resulting in an additional load onto beams. Thus, members of beams should be designed to have enough strength to ensure plastic hinge is not created. In this study, a series of finite element analysis was conducted to evaluate the earthquake-resistant performances of the methods to design the clearance distance of gusset plates in inverted V-braced frames, and to evaluate vertical unbalanced force depending on the cross-section size of beams. It was found that the results of the equation of vertical unbalanced force in the current standards were more conservative than the load generated through the real analysis model. In addition, the model of designing elliptical clearance distance showed higher earthquake-resistant performances than that of designing linear clearance distance, which requires the reconsideration and improvement of the current practices of calculating vertical unbalanced force and setting clearance distance.     

减震与隔震集成技术在钢管拱桁架体系中的应用

将隔震支座与防屈曲支撑应用于三心圆立体钢管拱桁架体系,以开展其集成减震与隔震效应研究。通过利用SAP 2000软件和几何与材料双重非线性的集中塑性铰理论,开展其在地震波作用下的动力弹塑性性能分析,分别获得原结构和减震与隔震结构的塑性铰分布、整体变形、失效形态及结构延性系数,比较并评定了原结构和减震与隔震结构的失效类型、极限承载力和变形能力。结果表明,减震与隔震结构自振周期得到延长,失效界限地震波加速度峰值相比原结构提高了131.2%,抗震性能显著提高;原结构和减震与隔震结构的失效破坏类型均为弹塑性动力失稳破坏,地震波作用下两种结构在失效界限时出现的塑性铰杆件数量均较少,但分布比较均匀;两种结构模型在两个主要受力方向均具有一定的延性性能,但其失效前的绝对变形较小,破坏前预兆性不显著。     

Overall buckling behavior of all-steel buckling restrained braces

One of the key requirements for the desirable mechanical behavior of buckling restrained braces (BRBs) under severe earthquake loading is to prevent global buckling until the brace member reaches sufficient plastic deformation and ductility. This paper presents finite element analysis results of the proposed all-steel buckling restrained braces. The proposed BRBs have identical core sections but different buckling restraining mechanisms (BRMs). The objective of the analysis is to conduct a parametric study of BRBs with different amounts of gap (between the core and the BRM) and initial imperfections to investigate the global buckling behavior of the brace. The results of the analysis showed that BRM flexural stiffness could significantly affect the global buckling behavior of a brace, regardless of the size of the gap. In addition, a minimum ratio of the Euler buckling load of the restraining member to the yield strength of the core, P_e/P_y is suggested for design purposes. This ratio is the principal parameter that controls the global buckling of BRBs.