Experimental study on seismic performance of steel frame- K-shaped brace structure system

为实现钢结构住宅中不凸梁凸柱的建筑效果，采用小截面钢构件组成的钢框架-K形支撑结构体系，通过K形钢支撑的设置，有效减小了构件截面尺寸。为研究钢框架-K形支撑结构体系的抗震性能，选取其中典型的抗侧力单元，制作足尺模型进行拟静力试验，并采用ABAQUS软件对其抗震性能进行有限元分析。研究结果表明：该结构体系可实现多遇地震弹性、罕遇地震不倒的设计目标，当结构位移角达1/30时仍可保持承载能力，表现出良好的抗震性能；按照斜向支撑、竖杆、框架梁柱的顺序依次屈服，斜向支撑可有效保护主体框架；位移延性系数为10.0，滞回曲线饱满；当位移角为1/50时，等效阻尼比为18.9%，耗能能力优异。     

高强钢组合K形偏心支撑框架结构振动台试验研究

为研究高强钢组合K形偏心支撑框架的抗震性能,推动高强钢在我国建筑领域的应用,对一个单跨两榀三层高强钢组合K形偏心支撑钢框架进行缩尺比例为1/2的振动台试验,得到不同工况下的自振频率、阻尼比、加速度反应、位移反应及耗能梁段的应变。研究表明：随地震波峰值加速度的增大,结构的自振频率降低,阻尼比增大,加速度反应增大,动力放大系数减小。按照动力相似关系推导出原型结构的地震反应,多遇地震作用下结构最大层间位移角为1/1667,罕遇地震作用下结构最大层间位移角为1/237,均满足抗震规范变形验算的规定。综上,高强钢组合K形偏心支撑框架具有良好的抗震性能,满足“三水准”抗震设防准则。     

装配式斜支撑节点钢框架的静力弹塑性分析

为研究新型结构装配式斜支撑节点钢框架的抗震性能,采用Pushover分析方法对其进行罕遇地震作用下的弹塑性分析,并与无斜撑钢框架结构进行对比。计算结果表明:7度罕遇地震作用下,装配式斜支撑节点钢框架最大层间位移角为1/223,小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》限值1/50,满足"大震不倒"的抗震设防目标。斜支撑的布置减小了结构在罕遇地震作用下的变形,其中结构顶点位移减小33.4%~38.1%,结构最大层间位移角减小19.3%~40.1%,塑性铰大部分出现在桁架梁腹杆部位,框架柱处于弹性阶段。     

采用UHPC加固的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

为提升老旧钢筋混凝土框架结构的抗震性能,降低增大截面加固法对建筑空间的占有率,提出了基于UHPC(超高性能混凝土)的增大截面加固法,对钢筋混凝土框架柱进行加固。以某需要加固改造的钢筋混凝土框架结构为例,对采用UHPC加固后的整体结构进行了多遇地震下的反应谱分析和罕遇地震下的动力弹塑性分析,并与采用传统增大截面法加固后结构的抗震性能进行对比。分析结果表明,UHPC加固法与传统增大截面法对结构地震响应的影响规律一致,加固后结构的抗侧刚度增大,层间位移角显著降低,罕遇地震下结构构件的损伤状态得到了有效控制。相比传统增大截面的加固法,在保证整体结构具有相同抗震性能的前提下,UHPC加固法可降低本项目中框架柱截面尺寸30%以上,减小构件加固对使用空间的占有率,并提升现场施工效率。     

新型梁柱节点高层钢结构抗震性能研究

结构的抗震设计一般有两类途径:主动控制和被动控制。主动控制系统复杂且成本偏高,普通的被动控制抗震结构强震后修复困难。针对上述问题,本文提出了一种新型转动摩擦耗能梁-柱节点,并基于SAP2000对采用新型梁柱耗能节点的X形支撑钢框架体系和普通X形支撑钢框架体系进行了罕遇地震作用下的时程分析,结果表明采用了该新型梁-柱耗能节点的X形支撑钢框架体系具有更好的抗震性能。     

偏心BRBFs的抗震性能分析

为了解偏心屈曲约束支撑钢框架（BRBFs）的抗震性能,运用pkpm设计软件设计门架式偏心BRBFs和人字形偏心BRBFs两种结构,基于大型有限元软件ANSYS对两种结构进行有限元数值模拟,分析了两种结构在基本烈度作用下的各层位移反应及层间位移角,结果表明,两种结构变形受低阶振型影响较大,沿高度呈倒三角地形分布,结构变形为弯剪形,各层位移及层间位移角均满足规范要求,体现出良好的抗震性能。构件产生塑性变形而耗能时,可以将结构构件等效为结构阻尼进行分析,介绍了等效阻尼比的求解方法。通过对罕遇地震作用下的两种结构的最大层间位移角、层间剪力及顶层位移时程的研究进一步评估两种结构的抗震性能,研究表明,在罕遇地震作用下,人字形偏心BRBFs的抗震性能较好。     

巨型钢框架-拉索支撑结构的三种抗震分析方法比较

针对新型巨型钢框架-拉索支撑结构体系的抗震性能,采用Pushover分析、振型分解反应谱分析及时程分析三种方法,分别研究典型巨型钢框架-拉索支撑结构在8度多遇地震作用下的底部剪力和层间位移角。结果表明,三种不同抗震分析方法得到的底部剪力和层间位移角最大值由小到大的顺序均为:Pushove分析、反应谱分析、时程分析。由于时程分析法能更好地反映巨型钢框架-拉索支撑结构顶部的地震作用响应,在评估其抗震性能时应作为其他两种方法的补充。     

云南某工程购物中心南区Pushover静力弹塑性分析

采用静力弹塑性方法对云南某工程购物中心南区（钢框架结构体系）在罕遇地震作用下的抗震性能进行了分析。结果表明,在罕遇地震作用下,该结构的最大弹塑性层间位移角小于规范的限值;钢框架结构的塑性铰主要出现在梁端;绝大部分钢框架柱处于弹性,只有极少数钢框架柱出现了塑性铰,通过调整设计使得全部框架柱都不出现塑性铰。该工程的设计达到了预定的抗震设防目标。     

某多层房屋RC框架和支撑-钢框架抗震性能分析

采用结构设计软件SATWE 2010计算某建筑采用RC框架体系和支撑-钢框架结构的抗震性能,对两种结构体系在多遇地震下的参数进行比较分析。结果表明:支撑-钢框架体系侧移刚度要大过RC框架体系,位移限值较小;合理布置支撑的钢框架体系能有效抑制结构的扭转效应;支撑-钢框架体系的整体稳定性和RC框架体系相当。     

加腋钢框架结构的静力弹塑性性能研究

运用SAP2000对普通钢框架和对其进行加腋后的框架进行Pushover分析,得出两类钢框架在多遇和罕遏地震作用下性能点的基底剪力和顶点位移,然后分别以第一次Pushover分析得到的性能点的顶点位移为监测位移再进行Pushover分析,得到多遇和罕遇地震作用下两类钢框架的层位移、层间位移角和各杆件的塑性铰数量及塑性铰出现的顺序。分析结果表明：加腋后钢框架在多遇和罕遇地震下的层位移减小;加腋措施使得钢框架在多遇地震下的层间位移角有减小的趋势,而在罕遏地震下的层间位移角有增大的趋势,但这种影响的幅度不大;加腋措施显著地改善了钢框架在罕遇地震下结构杆件出现的塑性铰数量和塑性铰顺序;加腋后的首层柱底达到极限承载力,为薄弱构件,加腋设计时需要注意。     

广州琶洲PZB1301项目抗震性能设计

基于性能的抗震设计方法是现代工程抗震理论发展的重要方向.本工程采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,辅以钢斜撑传递悬挑结构内力.设计中立足于承载力和变形能力的综合考虑,针对框架梁柱、钢斜撑、转换梁、核心筒、节点等不同构件的受力情况,采用基于性能的抗震设计方法,通过小震弹性、中震弹性以及大震弹塑性分析,结构整体及各构件的抗...     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能对比分析

为研究不同强度组合的高强钢组合K形偏心支撑框架结构的抗震性能,设计了一组不同强度(Q345、Q460、Q690钢材)组合的5层K形偏心支撑框架结构算例Q345-5、Q460-5和算例Q690-5,选取10条地震动记录对其进行动力时程分析,得到各算例在不同水准地震作用下的耗能梁段转角和层间位移角。研究表明：8度罕遇地震作用下,高强钢组合K形偏心支撑框架的层间位移角比传统K形偏心支撑钢框架大,各算例耗能梁段全部进入塑性变形阶段;塑性层间位移角到达规范限值时,算例Q460-5框架梁开始进入塑性变形阶段,算例Q690-5框架柱、框架梁和支撑均处于弹性变形阶段,还可以承受更大的地震作用;达到定义的极限状态时,与传统偏心支撑钢框架相比,算例Q460-5能够承受的地震作用和耗能梁段转角更小;算例Q690-5承受的地震作用和耗能梁段转角更大。     

低延性中心支撑钢框架结构振动台试验

中心支撑钢框架结构是一种典型的双重抗侧力体系，强震作用下支撑失效会引起结构承载力和刚度的折减，支撑失效后，结构剩余部分作为储备体系能够继续承担地震作用。为深入了解低延性中心支撑钢框架结构在地震作用下的非线性反应，研究在支撑失效后结构储备体系的抗震性能，开展了3层中心支撑钢框架结构模型的振动台试验。模型结构为3榀2跨结构，中间榀布置一跨低延性人字形中心支撑(截面宽厚比超出我国规范限值)，模型长度缩尺比为1∶6.5，分别采用硬土、软土场地的地震波单向激励，峰值加速度逐级增加。结构在7度罕遇地震作用下发生底层支撑失效，储备体系避开了硬土场地地震波的卓越周期，加载至超过9度罕遇地震后依然未出现明显损伤。储备体系对软土场地地震波(宁河波)更为敏感，在8度罕遇地震作用下濒临倒塌。结构2、3层支撑始终未发生屈曲和破坏。研究结果表明，当储备体系设计合理时，低延性中心支撑钢框架结构具有良好的抗震性能和抗倒塌能力。     

兰州红楼时代广场超限高层结构设计

兰州红楼时代广场地下3层,地上56层,结构高度245.60m,采用"矩形钢管混凝土柱-钢梁-钢筋混凝土楼板-钢骨混凝土核心筒"结构体系。通过对比分析,裙房和塔楼之间不设缝,设置2道加强层,伸臂桁架和腰桁架均采用普通钢支撑。采用SATWE,ETABS和MIDAS/Gen等软件进行了小震弹性计算,并比较了安评报告与规范不同的动参数取值所对应的不同结果。结果表明,结构的周期比、层间位移角、楼板舒适度等均满足规范要求。进行弹性动力时程分析时选用七条地震波。核心筒与外框架之间沉降差异会在平面梁中产生较大的附加应力。对屋顶斜柱的三种典型节点进行了的有限元分析结果表明,节点应力较小,没有出现应力集中现象。     

Seismic performance of Y‐type eccentrically braced frames combined with high‐strength steel based on performance‐based seismic design

In the Y‐type eccentrically braced frame structures, the links as fuses are generally located outside the beams; the links can be easily repairable or replaceable after earthquake without obvious damage in the slab and beam. The non‐dissipative member (beams, braces, and columns) in the Y‐type eccentrically braced frames are overestimated designed to ensure adequate plastic deformation of links with dissipating sufficient energy. However, the traditionally code design not only wastes steel but also limits the application of eccentrically braced frames. In this paper, Y‐type eccentrically braced steel frames with high‐strength steel is proposed; links and braces are fabricated with Q345 steel (the nominal yield stress is 345 MPa); the beams and columns are fabricated with high‐strength steel. The usage of high‐strength steel effectively decreases the cross sections of structural members as well as reduces the construction cost. The performance‐based seismic design of eccentrically braced frames was proposed to achieve the ideal failure mode and the same objective. Based on this method, four groups Y‐type eccentrically braced frames of 5‐story, 10‐story, 15‐story, and 20‐story models with ideal failure modes were designed, and each group includes Y‐type eccentrically braced frames with ordinary steel and Y‐type eccentrically braced frames with high‐strength steel. Nonlinear pushover and nonlinear dynamic analyses were performed on all prototypes, and the near‐fault and far‐fault ground motions are considered. The bearing capacity, lateral stiffness, story drift, link rotations, and failure modes were compared. The results indicated that Y‐type eccentrically braced frames with high‐strength steel have a similar bearing capacity to ordinary steel; however, the lateral stiffness of Y‐type eccentrically braced frames with high‐strength steel is smaller. Similar failure modes and story drift distribution of the prototype structures designed using the performance‐based seismic design method are performed under rare earthquake conditions.     

三层足尺分层装配支撑钢框架结构的振动台试验研究

为探究分层装配支撑钢框架体系在真实地震动力作用下的响应与性能,以某3层足尺房屋钢框架结构为研究对象,输入不同水准下的3条地震波进行振动台试验,分析了结构动力分步损伤行为、主（余）震层间变形、残余位移响应及其柔性支撑的可修复性。研究结果表明,结构满足我国规范对于抗震安全性的要求。在罕遇地震作用下,结构损伤集中于柔性支撑而主框架基本保持弹性,表现出损伤控制的特征,且震后基本无残余位移。未对支撑进行修复的结构在余震作用下的位移响应有所放大,但对支撑进行简易修复之后,结构抗震性能基本完全恢复。在超大地震作用下,主框架作为第二道抗震防线发展局部塑性变形,但震后残余位移仍然很小。柔性支撑初始是否张紧对结构初始刚度和层间位移分布有较大影响。支撑在动力作用下的突然张紧对结构产生了冲击效应,而支撑的延性可有效缓解此效应的影响。研究总体表明分层装配支撑钢框架体系应用于低多层建筑时具有优良的抗震性能与震后可恢复性。     

Shaking table test of a steel frame with replaceable curved knee braces

为实现钢框架结构的震后快速修复，提出了一种配置可更换弧形角撑和高强钢构件的抗弯钢框架结构。在目标水准地震作用下，结构塑性变形集中在弧形角撑上，高强钢构件基本保持弹性以降低震后残余变形，震后可通过更换弧形角撑快速修复结构。为研究所提出结构体系的抗震性能以及更换弧形角撑的可操作性，设计了1个带混凝土楼板的1/2缩尺模型进行振动台试验。试验结果表明：该模型实现了预定的损伤控制机制，能够满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的最大层间位移角限值要求；由于该模型在超罕遇水准的地震作用下可以保持较大的屈服后刚度，因此其残余层间位移角很小(不超过0.028%)，震后弧形角撑易更换；更换弧形角撑后，模型得到了一定程度的修复，但混凝土楼板开裂使得模型刚度未能完全恢复;在重复强震作用下，模型的最大层间位移角未发生显著变化，弧形角撑耗能稳定，但部分弧形角撑的最大变形有所增大，损伤在模型各局部呈现出不均匀发展的趋势。     

配置可更换弧形角撑的钢框架结构振动台试验研究

为实现钢框架结构的震后快速修复,提出了一种配置可更换弧形角撑和高强钢构件的抗弯钢框架结构。在目标水准地震作用下,结构塑性变形集中在弧形角撑上,高强钢构件基本保持弹性以降低震后残余变形,震后可通过更换弧形角撑快速修复结构。为研究所提出结构体系的抗震性能以及更换弧形角撑的可操作性,设计了1个带混凝土楼板的1/2缩尺模型进行振动台试验。试验结果表明：该模型实现了预定的损伤控制机制,能够满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的最大层间位移角限值要求;由于该模型在超罕遇水准的地震作用下可以保持较大的屈服后刚度,因此其残余层间位移角很小(不超过0.028%),震后弧形角撑易更换;更换弧形角撑后,模型得到了一定程度的修复,但混凝土楼板开裂使得模型刚度未能完全恢复;在重复强震作用下,模型的最大层间位移角未发生显著变化,弧形角撑耗能稳定,但部分弧形角撑的最大变形有所增大,损伤在模型各局部呈现出不均匀发展的趋势。