高地震烈度区混凝土框架-屈曲约束支撑结构应用研究

结合某高地震烈度区工程,对混凝土框架-屈曲约束支撑结构的抗震设计方法以及相关问题进行了研究。分析了混凝土框架-屈曲约束支撑结构的最大适用高度、合理的附加刚度、适宜的层间位移角限值,并通过罕遇地震下的弹塑性时程分析考察结构的抗震性能。结果表明:混凝土框架-屈曲约束支撑结构的抗震性能优于纯混凝土结构,主体混凝土框架更容易成为"损伤可控结构",实现震后可恢复性;建议混凝土框架-屈曲约束支撑结构的最大适用高度按混凝土框架结构和框架-抗震墙结构二者最大适用高度的平均值采用;为控制主体混凝土框架的损伤,屈曲约束支撑按刚度分配的地震倾覆力矩宜大于结构总地震倾覆力矩的50%,在各层承担的楼层地震剪力不宜小于30%;建议屈曲约束支撑的附加刚度比控制在1左右,延性系数不小于3;混凝土框架-屈曲约束支撑结构相对于混凝土框架结构的层间位移角限值,在多遇地震下应根据支撑不屈服的要求做适当调整。     

带BRB的钢筋混凝土加层框架结构减震性能分析

本文对加层后抗侧刚度不足的钢筋混凝土框架结构布置屈曲约束支撑,以满足弹性位移角限值的设计要求。运用ANSYS软件对加层后的整体结构进行两种不同地震波作用下的动力时程分析,确定各楼层的层间位移角,对不满足要求的楼层布置屈曲约束支撑,然后对加支撑后的加层框架结构进行多遇地震和罕遇地震下的抗侧移验算。结果表明,加屈曲约束支撑后,结构的层间位移角满足规范要求,且具有良好的耗能减震性能。     

含屈曲约束支撑钢筋混凝土框架的弹性层间位移角限值研究

作为一种常见的耗能减震构件,屈曲约束支撑越来越广泛地应用于钢筋混凝土框架结构中,然而现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)(2016版)和《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015版)并没有明确给出这类结构的弹性层间位移角限值。基于ANSYS软件,分别对纯框架结构和含屈曲约束支撑的钢筋混凝土框架结构(简称BRB-RC框架结构)进行非线性有限元分析,结果表明BRB-RC框架结构应当考虑更为严格的水平位移控制参数,并通过静力试验验证了数值模拟的可靠性。当确定弹性层间位移角限值的建议取值时,发现若采用初裂层间位移角作为位移角限值偏于严格,无法直接用于工程实践。基于比较分析法提出了标记层间位移角的概念。通过改变支撑参数、混凝土强度和结构跨度,进行9组算例的数值计算和分析,研究这9个试件标记层间位移角与刚度比的关系,最终保守地给出了BRB-RC框架结构弹性层间位移角限值的取值公式。提出的方法能够满足工程实践的需要。     

新型钢筋混凝土框架减震体系性能分析

对高烈度区抗侧刚度不足的钢筋混凝土框架结构增加屈曲约束支撑以满足弹性位移角的设计方法研究。结合工程实例,利用底部剪力法确定各楼层的层间位移角,针对不满足要求的楼层加屈曲约束支撑。ANSYS软件模型中梁、柱采用beam4单元,屈曲约束支撑采用link8单元。应用三种不同的地震波对结构在多遇地震和罕遇地震下进行了动力时程分析。结果表明,加屈曲约束支撑后结构的层间位移角满足规范的要求,具有良好的耗能减震性能,并得出相关结论。     

BRB-RC框架弹性层间位移角限值的取值探讨

屈曲约束支撑(Buckling Restrained Brace,BRB)由于其优越的滞回性能,被广泛应用于钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)框架结构中,然而国内关于屈曲约束支撑混凝土(BRB-RC)框架结构抗震变形验算的研究较为不足。本文基于Perform-3D,通过多遇地震下的构件性能评估,研究BRB-RC框架弹性层间位移角限值的合理取值,给结构设计人员以理论参照。     

BRB钢筋混凝土框架结构罕遇、极罕遇地震弹塑性分析

屈曲约束支撑是一种新型的耗能支撑。安装屈曲约束支撑(BRB)的框架结构可以减少设计配筋,增加结构抗侧刚度,那么按多遇地震设计后能否满足"大震不倒"的抗震设防要求自然成为研究者关注的问题。本文采用有限元模拟的方法对比分析安装BRB和不安装BRB的混凝土框架结构在罕遇地震、极罕遇地震下的抗震性能,具体体现在结构在罕遇地震下的层间变形和结构耗能。选取某5层框架结构按8度抗震设防设计,并进行罕遇地震和极罕遇地震弹塑性分析,结果表明框架结构在罕遇地震作用下层间位移角还满足规范限值要求,但在极罕遇地震作用下层间位移角已大于1/50。BRB框架结构在罕遇、极罕遇地震作用下层间位移角均小于1/50,且相比框架结构层间位移角显著减小,结构的滞回曲线更加饱满,说明BRB结构的耗能能力相对较好。     

基于抗侧刚度比的防屈曲支撑钢框架住宅设计及分析

为探讨支撑钢框架结构中支撑的合理设计方法,以抗侧刚度比为控制指标,对一栋20层的钢结构住宅进行防屈曲支撑的优化设计。基于弹塑性时程分析,对比防屈曲支撑框架结构在固定抗侧刚度比与变化抗侧刚度比对结构性能的影响。研究结果表明:在防屈曲支撑总截面面积不变化的情况下,相对于固定抗侧刚度比的结构,采用变化抗侧刚度比结构的最大层间位移角均有所降低,在保证支撑用量不变的前提下,提高了结构整体抗震性能。     

防屈曲支撑框架设计方法研究

采用数值手段,研究了防屈曲支撑框架和普通中心支撑框架在性能上的差异。基于弹塑性时程分析,由大量防屈曲支撑框架算例,建立支撑框架结构在大震下的层间位移角最大值随抗侧刚度比k变化的关系曲线,按照大震不倒的要求,获得k值的合理取值范围。分别对不同k值下支撑框架结构的设计进行研究,得到相应k值下允许设计的最弱框架(即框架设计的临界点),供结构设计参考。     

销钉式防屈曲支撑在结构抗震加固中的应用研究

销钉式防屈曲支撑具有普通防屈曲支撑良好耗能的特点,本文对此支撑进行抗震加固分析。原结构存在超筋、层间位移角不满足规范限值的问题,采用非线性有限元软件SAP2000进行了加固抗震分析,对比了多遇地震作用下销钉式防屈曲支撑框架结构与普通防屈曲支撑框架结构模拟结果。结果显示装有销钉式防屈曲支撑的框架结构层间位移角与结构基底剪力减小率优于普通防屈曲支撑框架结构;罕遇地震作用下,采用Perform-3D有限元分析软件进行分析,分析结果表明:安装了销钉式防屈曲支撑的框架结构不仅能够满足抗震规范的层间位移角还有助于减小柱子所受压应变,并且销钉式防屈曲支撑耗能饱满,保证了框架结构的安全。     

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。     

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。     

屈曲约束支撑-不规则混凝土结构体系的弹塑性地震反应分析

屈曲约束支撑是一种消能减震构件,在受拉和受压两种状态下都能达到屈服。以某框架结构教学楼为研究对象,阐述屈曲约束支撑在不规则混凝土框架结构加固工程中的应用。采用ABAQUS有限元软件,对在单向、双向和三向7度罕遇地震作用下加固前后的教学楼进行弹塑性动力时程地震反应分析研究。通过对比结构加固前后的层间位移角和顶层残余位移以及BRB的滞回耗能,以评价不规则钢筋混凝土框架结构-BRB体系的抗震性能。数值结果表明,合理设置屈曲约束耗能支撑能够提升不规则结构的抗震性能。     

混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构的位移限值

将屈曲约束钢板墙作为抗侧力构件和耗能构件应用于钢筋混凝土框架结构,即形成混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构体系。目前对这类结构在水平荷载作用下的位移限值并未进行研究,规范也无相关规定。利用模型试验和数值模拟的方法,对混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构的受力性能进行了研究。分析了这种新型混合结构体系的受力过程与受力特点,并给出了弹性和弹塑性层间位移角限值的建议取值。建议混凝土框架-屈曲约束钢板墙结构的弹性层间位移角限值取为1/600,弹塑性层间位移角限值取为1/50。     

屈曲约束支撑框架层间位移及其限值的探讨

通过OpenSees对两个屈曲约束支撑框架结构算例进行分析,说明了无害位移在屈曲约束支撑框架结构层间位移中所占的比重较小,上下两层水平位移差代替层间受力位移已具有足够的精度,能够满足工程要求。根据"小震不坏、中震可修、大震不倒"的设防目标,结合屈曲约束支撑的耗能性能、变形能力和保护主体结构的作用,提出了屈曲约束支撑框架的层间位移角限值。     

屈曲约束支撑装配式钢结构减震设计

本文结合工程实际,介绍了屈曲约束支撑在上海某高层装配式商业建筑结构设计中的应用。进行了多遇地震作用下的反应谱分析、多遇地震作用下的弹性时程分析及罕遇地震下的动力弹塑性时程分析,研究屈曲约束支撑在不同地震水准作用下的性能并指导工程设计。时程分析的结果表明:多遇地震作用下,屈曲约束支撑处于弹性状态,提供了良好的抗侧刚度,结构的最大层间弹性位移角为1/558,小于1/250,满足规范要求;罕遇地震作用下,结构的最大弹塑性层间位移角为1/86,小于1/50,满足规范限值要求。屈曲约束支撑在罕遇地震作用下进入塑性状态并耗能,结构塑性变形引起的耗能仅占结构总耗能的6%左右;结构构件的损伤程度低。屈曲约束支撑工作状态良好,发挥了良好的耗能机制。     

节点刚度对预制装配框架抗震性能的影响分析

采用端部带转动弹簧的梁单元力学模型,编制相应的Fortran语言刚架计算程序,对不同节点刚度的钢筋混凝土预制装配框架结构的自振周期等动力特性进行了系统研究,并分析了不同节点刚度的钢筋混凝土预制装配框架在8度(0.20g)多遇地震作用下的层间位移和层间位移角。结果表明:混凝土预制装配框架结构的自振周期随着节点刚度的减小而不断增大,节点刚度对低阶振型自振周期影响较大、对高阶振型自振周期影响较小;层间位移和层间位移角随着节点刚度的增大而不断减小,在节点刚度较小时不满足多遇地震作用下的钢筋混凝土框架弹性位移角限值要求。     

BRB应用于混凝土框架的弹性层间位移角限值与设计建议

BRB钢支撑即屈曲约束支撑,因其具有承受轴向压力不会发生屈曲、受拉与受压承载力相当、滞回曲线饱满、耗能能力和低周疲劳性能良好等优点,在美国、日本及我国台湾等地区的建筑结构中应用较广.混凝土框架结构,是一种常见的建筑结构形式,其设计简单,施工方便,但是框架结构的抗侧刚度低,在罕遇地震下容易发生较大的侧移甚至是倒塌,而将BRB应用于混凝土框架结构,组成的框架-支撑结构体系,可以很好地解决这一问题.然而现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对钢支撑-混凝土框架的层间位移角限值的规定不尽合理,本文从结构抗震的性能目标出发,对BRB钢支撑-混凝土框架的弹性层间位移角限值进行了研究,并提出了BRB在混凝土框架结构应用中的设计建议.     

BRB在既有单跨多层混凝土框架结构加固设计中的应用

采用防屈曲支撑对某单跨多层混凝土框架结构进行了抗震加固,使用有限元分析软件SAP 2000对结构加固效果进行了验证,且对结构在多遇地震作用下的抗震性能进行了分析,对比了加固前后结构的侧向位移、层间位移角及周期比。以OpenSees有限元分析软件建立了加固框架的有限元分析模型,从美国太平洋工程研究中心(PEER)选取10条地震动记录调至设防烈度和罕遇地震水平进行了动力时程分析。结果表明:对单跨多层混凝土框架结构采用防屈曲支撑进行抗震加固,可以明显提高结构的刚度、耗能能力,有效地减小结构动力响应,降低震后加固修复费用;布置BRB后明显改善了结构抗震性能,在设防烈度水平可以有效避免结构构件的轻微损伤及非结构构件的破坏,而在罕遇地震水平不仅避免了结构层间位移角超过弹塑性层间位移角限值2.0%,而且有效避免了结构的薄弱层破坏。     

屈曲约束支撑铰接框架足尺模型模拟地震振动台试验

对屈曲约束支撑铰接框架结构体系特点和抗震性能进行分析,并进行一个足尺屈曲约束支撑铰接框架结构模型模拟地震振动台试验研究。通过试验,分析不同强度地震作用下屈曲约束支撑铰接钢框架结构的动力特性、加速度反应、位移反应和破坏特征。振动台试验和研究结果表明:在强地震作用下(加速度峰值为1.20g),屈曲约束支撑交接框架结构层间位移角为1/100,屈曲约束支撑有明显的屈服变形,但没有发生屈曲现象,且整体结构中框架梁、框架柱仍保持弹性状态。理论和试验表明:屈曲约束支撑铰接框架结构可以在地震区使用。     

上海浦东国际机场三期扩建工程卫星厅消能减震项目抗震性能化分析

上海浦东国际机场卫星厅的中央大厅结构复杂,布置有耗能型屈曲约束支撑,为获得罕遇地震下的结构性能水平以及屈曲约束支撑的耗能情况,采用动力弹塑性时程分析方法对其进行了分析计算。通过动力特性、基底剪力和顶点位移对比分析,验证了模型及计算结果的合理性。根据分析结果可知,层间位移角满足规范要求,构件损伤满足罕遇地震下结构性能设计要求。在罕遇地震下,屈曲约束支撑的耗能优异,不同地震波作用下耗能占比差异较大。将BRB耗能占比最优区间控制在合理的层间位移角范围内,可最大限度地发挥BRB耗能水平。