高层建筑基于性能的粘滞耗能支撑结构抗震加固设计

根据我国79系列规范设计的某钢筋混凝土高层建筑,由于使用功能的改变需要对结构进行抗震评估和加固。引入基于性能的抗震评估与加固方法,以结构层间位移和构件承载力需求作为性能目标,通过基于地震加速度记录的非线性快速时程积分(FNA)方法进行结构分析。论证了该既有钢筋混凝土高层建筑在控制加固费用的前提下采用增设粘滞耗能支撑的方法,加固后结构满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防目标。     

防屈曲耗能支撑加固钢筋混凝土框架抗震效果分析

以一幢抗震性能未满足抗震规范的4层钢筋混凝土框架结构为算例,对其采用增设防屈曲耗能支撑的方法进行抗震加固,并对原有结构及加固后结构进行了小震、中震下反应谱及地震波时程的抗震效果对比分析。分析结果表明,防屈曲耗能支撑能够有效地提高结构的抗震性能。在小震作用下,防屈曲耗能支撑处于弹性状态,为结构提供抗侧刚度;在中震作用下,防屈曲耗能支撑逐渐进入非线性状态,作为结构第一道防线消耗地震能量。     

厦门新机场结构耗能减震设计研究北大核心CSCD

结合厦门新机场航站楼指廊工程,研究在复杂框架结构中,通过采用防屈曲支撑减震设计方案来满足结构的抗震性能目标的方法。介绍了本工程的结构体系特点、采用防屈曲支撑的必要性以及防屈曲支撑框架的设计方法。防屈曲支撑框架结构的设计包括构件设计和防屈曲支撑框架结构整体抗震性能分析两大部分内容。作为消能减震构件,防屈曲支撑既能在弹性阶段为主体结构提供抗侧刚度,又能在中震、大震阶段通过自身的滞回耗能为主体结构提供附加阻尼比,减小地震能量。从小震、中震和大震三个阶段,深入分析了防屈曲支撑框架的抗震性能,验证了防屈曲支撑在复杂框架结构中良好的减震效果。     

厦门新机场结构耗能减震设计研究

结合厦门新机场航站楼指廊工程,研究在复杂框架结构中,通过采用防屈曲支撑减震设计方案来满足结构的抗震性能目标的方法。介绍了本工程的结构体系特点、采用防屈曲支撑的必要性以及防屈曲支撑框架的设计方法。防屈曲支撑框架结构的设计包括构件设计和防屈曲支撑框架结构整体抗震性能分析两大部分内容。作为消能减震构件,防屈曲支撑既能在弹性阶段为主体结构提供抗侧刚度,又能在中震、大震阶段通过自身的滞回耗能为主体结构提供附加阻尼比,减小地震能量。从小震、中震和大震三个阶段,深入分析了防屈曲支撑框架的抗震性能,验证了防屈曲支撑在复杂框架结构中良好的减震效果。     

加固工程中防屈曲耗能支撑的弹塑性分析

某栋6层钢筋混凝土框架结构,因进行1层轻钢加层后未满足抗震性能要求,需要采用防屈曲耗能支撑进行减震加固。利用有限元软件SAP 2000分别对原结构及加固后的结构进行弹塑性分析,从结果可知:在弹性阶段,防屈曲耗能支撑提供有效的侧向刚度,改善结构抗扭转性能,控制层间位移;在塑性阶段,防屈曲耗能支撑能发挥减震耗能性能,成为结构抗震消能的第一道防线。     

BRB减震技术在某火电厂主厂房中的应用研究

防屈曲支撑(BRB)作为一种金属屈服耗能支撑构件,克服了普通支撑受压屈曲的缺点,在地震中具有良好的耗能能力和延性。为了研究防屈曲支撑某大型火力发电厂结构中的减震效果,本文采用大型通用有限元软件ABAQUS对设置防屈曲支撑和未设防屈曲支撑的主厂房结构进行了罕遇地震作用下的对比分析,分析结果表明:设置防屈曲支撑以后,构件的损伤程度明显减轻,主厂房结构的抗震性能显著提高,各类构件的抗震性能均满足设计要求,整体结构能够满足规范"大震不倒"的要求。     

某加屈曲约束支撑框架结构的弹塑性时程分析

某具有4项超限的大跨混凝土框架结构扭转效应明显,没有加防屈曲约束支撑(BRB)时,结构扭转周期比大于限值0.90(第一扭转周期/第一平动周期),最大扭转位移比大于限值1.4。不符合规范要求,故需要在结构中加入防屈曲约束支撑限值扭转。为验证加防屈曲约束撑后结构的的可靠性,对结构进行弹塑性时程分析,得出结构层间位移角及支撑屈服情况。结果表明结构在加入屈曲约束支撑后是可靠地,屈曲约束支撑不仅控制了结构的扭转,而且在大震下充分耗能,保证了结构的安全性。     

钢筋混凝土建筑结构的抗震性能评估及其加固工艺浅析

依据当前我国正处于实际运用状态的《建筑结构抗震规范》(修订版),不管是已建成建筑结构的抗震评估与加固,还是处于初步规划阶段的建筑抗震设计,均通过小震弹性承载力对抗震延性构造进行计算,基于此措施,实现"大震不倒、中震可修及小震不坏"的抗震设防目标。针对抗震延性构造措施不符现行规范的既有建筑结构,对其实施评估工作,如若仅开展小震弹性承载力计算,则难以实现"大震不倒"的既定目标。通过以结构构件变形与结构层间位移作为抗震的性能目标,基于定量层级实现既有钢筋混凝土建筑结构,对其抗震性能实施综合评估,并分析具体加固工艺。     

昆明某超高层钢结构减震设计与分析

俊发城一期10号地块超高层办公楼结构高度195.1m,为高度和高宽比均超限的乙类建筑,结构采用双重抗侧力钢框架-中心支撑(部分屈曲约束支撑)结构体系。基于抗震性能的设计方法,采用YJK,ETABS软件对结构进行了小震作用下的弹性分析,采用SAP2000软件对结构进行了中震及大震作用下的弹塑性分析。结果表明,小震下屈曲约束支撑(BRB)均未屈服,轴力设计值满足设计承载力的要求,中震、大震下BRB均能先于主体结构屈服,且在大震下BRB耗能效果明显,结构的最大层间位移角小于规范限值。在构件设计与验算方面,介绍了BRB与支撑框架处钢梁抗剪连接件的设计方法与验算结果。     

防屈曲耗能支撑在铰接混凝土框架抗震加固中的应用

在我国部分地区还存在有铰接混凝土框架结构,这种结构体系在设计时未进行抗震设计,如继续使用,应进行抗震加固以使其满足抗震要求。防屈曲耗能支撑克服了普通钢支撑失稳的缺点,具有明确的屈服位移和屈服力,在多遇地震下可保持弹性状态,为结构提供刚度和抗震承载力。在设防烈度地震和罕遇地震下,防屈曲耗能支撑将屈服耗能,从而为结构提供耗能能力。结合防屈曲耗能支撑的特点,提出在铰接混凝土框架结构中的抗震加固方法,并结合实际工程实例,研究加固后结构的耗能能力。     

北京市轨道交通指挥中心（二期）屈曲约束支撑设计及动力弹塑性分析

北京市轨道交通指挥中心项目采用了框架支撑结构体系,其中支撑采用普通支撑与屈曲约束支撑结合的布置方式,采用此种方案既有效改善了结构抗侧刚度及抗震性能,又通过优化组合降低了工程造价。构件试验及结构动力弹塑性分析表明：屈曲约束支撑在设防地震作用下可率先进入屈服状态,主体结构在罕遇地震作用下塑性变形主要发生在底部区域框架柱内型钢处,且整体结构损伤程度在安全范围;结构在罕遇地震下各项性能指标满足规范要求。     

某三维空间刚架结构抗震及稳定性能分析

介绍——采用五边形空间刚架的工程,考虑建筑功能的需要,钢柱沿建筑外围布置并与底层钢筋混凝土框架柱铰接,为了增加结构抗扭刚度和满足层间位移角的要求,在柱间设置支撑.屈曲约束支撑在小震下能够为结构提供适当的侧向刚度,在中震和大震下具有良好的耗能减震性能.阐述了屈曲约束支撑的设计计算方法,并比较分析了屈曲约束支撑在常遇地震、罕遇地震作用下抗震性能以及竖向荷载作用下的稳定承载力.     

五层梁柱式胶合木结构振动台试验研究

为研究多层胶合木结构的抗震性能,设计制作了一个1:2缩尺的五层梁柱式胶合木结构模型,并对增设屈曲约束支撑和木支撑前后的结构模型开展了振动台试验。试验结果表明：纯框架模型抗侧刚度过低,在7度多遇地震作用下纵、横向的最大层间位移角分别达到1/145和1/175,不宜在地震区采用;增设支撑后,模型的基频大幅提高、位移响应显著降低,在7度多遇、基本和罕遇地震作用下的层间位移均满足《多高层木结构建筑技术标准》（GB/T 51226-2017）中弹性和弹塑性位移角限值要求;增设木支撑的横向框架在8度罕遇地震作用下,绝大多数木支撑发生断裂破坏,最大层间位移角达到1/11,但结构并未发生倒塌且梁、柱及节点无明显损伤;增设屈曲约束支撑的纵向框架在8度罕遇地震作用下主体结构无明显损伤,仅在支撑连接板处出现了少量局部的平面外屈曲。屈曲约束支撑和木支撑起到了第一道抗震防线的作用,有效保证了胶合木结构主体框架的安全;在合理设计的基础上,梁柱-木支撑和梁柱-屈曲约束支撑的梁柱式胶合木结构体系均可满足8度区抗震设防要求。     

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。     

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。     

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。     

钢筋混凝土框架结构防屈曲支撑加固振动台试验研究

为验证某多层钢筋混凝土框架结构采用防屈曲支撑加固后在地震作用下的抗震性能,以实际工程为背景,对未加固结构及采用防屈曲支撑加固结构进行了1/5比例缩尺模型振动台试验,主要研究了模型结构的动力特性、阻尼比、地震反应、防屈曲支撑的耗能能力及震后防屈曲支撑的性能变化。试验结果表明：未加固模型结构在地震输入下未能实现规范的“三水准”抗震目标,采用防屈曲支撑加固后的模型结构改柱铰机制为梁铰机制,地震反应得到有效控制,最大位移降低率达97%;防屈曲支撑在多遇地震作用下仅增加结构抗侧刚度,分担地震剪力约占地震总剪力的34%~49%,设防及罕遇地震作用下防屈曲支撑屈服变形明显,有效提高结构阻尼,耗散的能量占地震输入总能量的25%~51%;不同型号防屈曲支撑震后性能变化有较大差异,防屈曲支撑结构体系的破坏形态为防屈曲支撑首先断裂失效,进而梁柱破坏。     

含屈曲约束耗能支撑的高层建筑地震作用效应分析

本文以威盛大厦为例,对含屈曲约束耗能支撑的高层建筑钢结构的地震作用效应及抗震性能进行了分析.分析表明:(1)本工程的结构破坏模式为:X方向梁铰机制,Y方向柱铰机制;结构的抗震性能满足设计要求,(2)在小震作用下,屈曲约束耗能支撑处于弹性状态,为结构提供支撑刚度;中震作用下,部分屈曲约束耗能支撑达到屈服状态,为结构提供耗能能力.     

Research and development of an innovative self‐centering energy dissipation brace

Innovative self‐centering energy dissipation braces (SCBs) with super‐elastic shape memory alloy wires are designed and tested on a uniaxial MTS 810 hydraulic servo‐controlled fatigue testing machine. This type of SCB is modeled using finite element method and analyzed by ANSYS software. The test and analysis results show that this type of innovative SCB possesses energy dissipation capacity and self‐centering ability. This paper also describes the multistage working mechanism of the SCBs and exhibits the mechanical behaviors of the braces. The hysteretic behavior of steel frame structures with conventional braces, the buckling‐restrained braces, and the SCBs are compared by conducting low‐frequency cyclic loading. Nonlinear dynamic analyses of steel frame structures with the conventional braces, the buckling‐restrained braces, and the SCBs under frequently occurred earthquake, design basis earthquake, and rare earthquake, respectively, are also performed to compare the seismic responses of steel structures with different braces. The seismic behaviors of these frames are investigated by comparing the peak acceleration, the maximum interstory displacement angle, and the maximum base shear. The results show that the innovative SCB possesses excellent energy dissipation capacity as well as self‐centering ability. Additionally, the innovative SCBs can effectively control the seismic response of the steel frame structure.     

江西省博物馆超限结构抗震性能设计

以目前在建的江西省博物馆超限高层建筑为例,结合基于性能的抗震设计理论和方法,根据建筑物的重要性合理确定结构的抗震性能目标及构件在各设防地震烈度下的性能水准。使用PKPM,MIDAS,YJK软件进行多遇地震作用下弹性计算分析、设防地震作用下弹性和不屈服分析,采用SAUSAGE软件进行罕遇地震弹塑性分析。通过弹塑性时程分析方法验算罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角等指标是否满足规范要求,并对结构的损伤程度进行分析,确定结构薄弱部位(薄弱层及薄弱构件),根据分析结果提出抗震加强措施以确保结构在各设防烈度下满足预期的抗震性能目标。