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。     

强震下BRBF结构弹塑性静力分析

为考察BRBF结构的层间位移与层剪力的对应关系及塑性铰分布情况,文中以BRBF为研究对象,以屈曲约束支撑的水平力分担率β以及框架强度CB等主要研究参数建立6个模型,通过二阶非线性计算程序,对模型进行弹塑性静力分析。结果表明:屈曲约束支撑的水平力分担率30%～60%的模型的层间变形中低层集中,屈曲约束支撑的水平力分担率90%的模型的层间变形低层集中;模型的层间集中变形以及塑性铰分布情况不受框架强度影响。     

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。     

使用低降伏(屈服)强度阻尼装置之耐震结构设计

于抗弯矩构架之钢骨大楼内设置抗水平力效率高的低降伏(屈服)强度剪力钢板消能装置与挫屈束制(屈曲约束)斜撑构材,除可分担地震侧向力外,还可有效降低结构体之层间侧向位移角;因其具有极佳的韧性消能能力,可消散大部份的地震能量,进而保护抗弯矩构架的梁柱杆件。本文针对钢骨结构内含低降伏强度剪力钢板消能装置与挫屈束制斜撑,以地上十二层、地下三层之钢骨大楼为例,分别说明以低降伏强度剪力钢板消能装置及挫屈束制斜撑各承担大约20％～40％的楼层剪力后,结构在地震历时作用下之各项反应,另外,亦进行以了解在大地震作用下结构构材的能量分布及塑铰形成的情形。     

基于刚度比设计的屈曲约束支撑-混凝土框架抗震性能研究

为研究刚度比对屈曲约束支撑—混凝土框架结构体系的影响及其合理的取值范围,分别设计了初始层间位移角不同的三种混凝土框架结构,通过多遇与罕遇地震作用下的动力时程分析,研究了不同刚度比对框架结构层间位移角、层间剪力、支撑滞回耗能率、塑性损伤分布等抗震性能的影响。根据分析结果,给出了屈曲约束支撑与框架部分刚度比合理的取值范围。     

防屈曲约束支撑对异形柱框架结构抗震性能增强作用的试验研究

对两榀有无人字形防屈曲约束支撑的异形柱框架进行拟静力试验,研究防屈曲约束支撑异形柱框架结构的破坏形态、滞回特性、承载能力、延性性能、耗能能力等抗震性能指标。结果表明:人字形防屈曲约束支撑异形柱框架的滞回曲线呈现梭形,无撑异形柱框架的滞回曲线有明显捏拢现象,人字形防屈曲约束支撑可以使框架各层延性系数分布更加合理;有撑框架与无撑框架结构相比,有撑框架初始整体刚度提高了53.49%,极限荷载提高了1.50倍,整体极限位移角增大了近3倍。防屈曲约束支撑推迟了梁柱节点塑性铰的产生时间,改变了异形柱框架的屈服机制,使结构发生两阶段屈服,基于此提出了以人字形防屈曲约束支撑达到屈服时作为有撑异形柱框架结构的屈服点,以期更好地反映结构的抗震性能,更符合有撑框架的实际屈服机制。防屈曲约束支撑使异形柱框架结构累积损伤程度减轻,屈服阶段至破坏前,组合结构黏滞阻尼系数基本稳定在0.21左右,没有出现大幅度降低。     

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。     

地震波特性对形状记忆合金自复位支撑框架响应影响

地震作用下屈曲约束支撑框架具有较好的消能减震效果,但是支撑进入塑性后残余变形较大,影响了框架震后可修复。将形状记忆合金(SMA)与屈曲约束支撑(BRB)组合,形成了SMA自复位屈曲约束支撑(SMA-SCBRB)。为了对比普通屈曲约束支撑(BRB框架)和SMA自复位屈曲约束支撑框架(SMA-SCBRB框架)的动力特性,基于已开展的足尺振动台试验模型,选用了6条近场地震波和4条远场地震波作为地震动输入,对比两类框架的动力反应。结果表明:BRB框架结构具有较好的消能减震效果,近场地震波作用下,BRB框架的顶点位移、顶点残余位移、层间位移角和层间残余位移角均大于远场地震波作用下的结构反应;将框架中的BRB按照"等屈服力原则"替换为SMA-SCBRB,近场和远场地震波作用下BRB框架和SMA-SCBRB框架有着相近的顶点位移和层间位移角,能够保证SMA-SCBRB通过轴向变形充分耗能;BRB框架具有较大的顶点残余位移和层间残余位移角,近场地震波作用下残余变形更大;而相应的SMA-SCBRB框架的残余变形降低,特别是下部楼层降低得更为显著,且SMA-SCBRB框架各层的层间残余位移角相近,对结构震后修复更为有利。     

新型屈曲约束斜撑(RBRB)元件测试与模拟

70年代许多专家学者提出屈曲约束斜撑(Buckling Restrained Brace,BRB),成功地解决了斜撑系统在地震过程中容易屈服的缺点,同时能提供良好的消能机制。不过传统屈曲约束斜撑由于加工程序相当复杂,同时约束单元间所填充之混凝土需经过长时间的养护以达所需强度,以及材料间的界面问题,因此整体制作过程相当耗时且精度无法控制。因此,本研究中我们提出新型屈曲约束斜撑,此种斜撑仅需经由简单的切割及焊接技术即可组装完成,因此制作过程相当迅速且精度较易掌握,同时经由组件测试结果显示,新型屈曲约束斜撑拥有相当稳定之迟滞行为,同时本研究中利用增量型文氏模式进行新型屈曲约束斜撑迟滞行为的模拟,由实验及模拟结果的比较可知,增量型文氏模式能够准确地模拟新型屈曲约束斜撑在反复荷载作用下的行为。     

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。     

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。     

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、...     

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。     

带减震装置的巨型斜撑框架-核心筒超高层结构模型振动台试验研究

对8度区设置了屈曲约束支撑和黏滞阻尼器等减震措施的巨型斜撑框架-核心筒超高层结构进行了1∶35的整体缩尺模型振动台试验,首次将黏滞阻尼器应用于400m以上超高层结构整体模型振动台试验中。介绍了模型设计、试验过程及主要现象,测试了结构在8度小震、8度中震、8度大震地震波输入下的动力响应,包括结构自振特性、动力放大系数、楼层位移、层间位移角、损伤发展及阻尼器耗能。结果表明结构设计合理,减震措施有效,能满足规范及抗震设计性能目标的要求。在试验研究基础上,对结构设计提出了改进建议。     

竖向地震动对带缝RC框架抗震性能影响的数值研究

为研究竖向地震动对带施工缝RC框架结构抗震性能的影响,对7~9度区分别设计了4层规则框架结构,并对各框架结构建立考虑施工缝影响的数值模型,进行只输入水平地震波与同时输入水平和竖向地震波的非线性动力时程分析。对结构的顶点最大位移、层间位移角平均值以及塑性铰分布规律进行了对比,结果表明,竖向地震动对各烈度区带缝RC框架顶点最大水平位移的影响规律并不一致,可能使其增大或减小,主要取决于柱轴压比的变化规律。考虑竖向地震动影响会使各烈度区带缝框架的层间位移角增大,其中7度区框架的最大层间位移角超出了规范限值,9度区框架的层间位移角分布发生变化。竖向地震动会使构件端部提前出现塑性铰,并且柱端更容易出现塑性铰,梁端出铰较少。     

钢造双核心自复位斜撑发展与耐震试验:应用复合纤维材料棒为预力构件

首次发展双核心自复位斜撑,藉由两组核心受压构件与两组拉力构件,使斜撑的变形量在拉力构件相同应变下大幅增加(或在相同斜撑变形量下,斜撑的拉力构件应变量减少一半),首先说明双核心自复位斜撑力学理论,并设计及测试三组5350mm长的双核心自复位斜撑,斜撑使用的拉力构件分别为直径22mm、29mm的玻璃纤维棒与直径13mm的碳纤维棒。试验结果显示,使用预力的双核心自复位斜撑除了有稳定的能量消释及自复位能力外,耐震性能也能符合AISC(2010)规范针对挫屈束制斜撑要求的最小层间位移角2%前不破坏的原则,并可完成在1.5%层间侧位移角下15圈反复载重无破坏发生;其中两组试体更可再进一步地完成2.5%层间位移角试验而不破坏,最大斜撑轴力约1400 kN。     

带屈曲约束支撑框剪结构的减震研究

以位于8度抗震设防地区的某框架剪力墙结构为研究对象,采用屈曲约束制成对其进行减震控制设计,基于ETABS有限元分析软件,在多遇和罕遇地震作用下对该框架剪力墙结构的楼层剪力、层间位移角、(框架内力等动力响应开展了无控和有控条件下的震动控制效果对比分析。结果表明:增设屈曲约束支撑后,该框架剪力墙结构的楼层剪力和层间位移角得到有效控制,并使之满足规范1/800和1/100的限值要求,多遇地震作用下层间位移角的减震效果达到27.18%,且设置屈曲约束支撑部位的框架内力亦有效降低;罕遇地震作用下屈曲约束支撑充分发挥了耗能能力,有效改善了结构的抗震性能,并达到预期抗震设计目标。     

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。     

乌鲁木齐宝能城超高层钢结构动力弹塑性分析

通过对乌鲁木齐宝能城282.4m超高层钢结构进行动力弹塑性时程分析,研究了结构在大震下的动力响应、结构耗能分布及关键构件的塑性发展。分析结果表明:在大震作用下,结构的最大层间位移角小于规范限值;结构底部6层及三个加强层伸臂布置的屈曲约束支撑(BRB)在大震下均进入屈服,导致结构所承受的地震作用大幅下降,减小了结构的地震反应;由于在关键部位布置了BRB,给结构提供了合理的刚度,地震下整体刚度下降较慢,主要抗侧构件极少进入屈服,框架柱基本未屈服;屈曲约束支撑和框架梁是结构主要的耗能构件,其中1~6层Y向BRB及10层伸臂桁架是BRB耗能的主要区域。