空腹式延性桁框结构探讨

在桁框结构的桁架跨中设置空腹式消能段是一种延性桁框结构。针对该结构体系,首先推导了消能段的极限抗剪承载力,然后提出了桁框结构的简化计算模型,并根据我国抗震设计准则给出了确定消能段长度的计算方法和构造要求。采用此方法确定的消能段可以精确控制延性桁框结构的屈服时刻和破坏模式,并实现水平地震作用下各楼层同步屈服,充分耗能。最后采用有限元方法进行了单向和循环加载分析与验证,结果表明:合理的消能段长度可以显著提高延性桁框结构的延性、耗能能力、承载能力和安全储备,使其抗震性能明显优于普通桁框结构。提供的计算方法具有较高的精度,可以在确保消能段耗能的前提下实现结构的优化设计。     

X形弱腹杆式延性桁框结构探讨

X形弱腹杆式延性桁框结构是一种新型抗震结构体系，针对该结构体系，推导消能段的受剪承载力，提出结构简化计算模型，并根据我国抗震设计准则给出确定X形弱腹杆截面和消能段长度的计算方法及构造要求。采用上述方法确定的消能段可以精确控制延性桁框结构的屈服时刻和破坏模式，并实现水平地震作用下各楼层同步屈服，充分耗能。最后采用有限元分析方法进行单向和循环加载分析与验证，结果表明：合理的消能段长度可以显著提高桁框结构的延性、耗能能力、承载能力和安全储备，抗震性能明显优于普通桁框结构；弱腹杆截面和消能段长度的计算方法具有较高的精度，可以在确保消能段耗能的前提下实现结构的优化设计。     

可更换剪切型耗能梁段-高强钢框筒结构抗震性能分析

传统钢框筒结构(FTS)耗能能力较差,震后难以快速恢复。为了提高传统钢框筒结构的耗能能力、经济性以及实现震后快速恢复,结合剪切型耗能梁段良好的塑性变形能力、高强钢强度高节省钢材的优势以及钢框筒结构较大的抗侧刚度,提出可更换剪切型耗能梁段-高强钢框筒结构(HSS-FTS)。为了研究和对比HSS-FTS与传统FTS的抗震性能,设计了2个不同耗能梁段布置方式的HSS-FTS算例结构以及1个FTS结构算例,采用SAP2000软件建立其有限元模型,通过推覆分析和非线性动力时程分析对有限元模型的抗震性能进行分析和对比。结果表明:结构的设计指标均能满足规范要求;在推覆过程中,HSS-FTS的耗能梁段均先屈服形成塑性铰,然后裙梁梁端逐渐屈服形成塑性铰,最后底层柱端形成塑性铰,结构达到极限状态,具有理想的屈服模式; FTS的塑性铰集中在中下部楼层的裙梁端部和个别柱端,增加了结构倒塌的风险;在大震作用下,所有算例结构的层间侧移角满足规范限值要求,且HSS-FTS比FTS具有更好的延性和耗能能力; HSS-FTS的塑性铰集中在耗能梁段,其余构件保持弹性,震后仅需更换损伤严重的耗能梁段即可实现结构功能的快速恢复。     

大跨度特殊延性桁架式框架抗震性能分析

特殊延性桁架式框架(STMF)是美国规范采纳的一种高延性钢结构体系。首先分析其在国内鲜有应用的限制因素,推导出考虑轴力及次弯矩影响的消能段极限抗剪承载力,然后根据预设性能目标、极限状态下非消能段满足弹性验算的要求推导消能段长度L;选取的有效范围,最后根据我国抗震设计准则,对大跨度STMF案例进行弹性设计及静力推覆分析,探讨STMF体系应用于国内工程的设计方法,论证现有研究成果在超大跨度(L>20m)工程中的适用性。研究结果表明:根据推导结果可以快速确定合理的消能段长度,实现极限状态下塑性变形集中在消能段,而非消能段桁架和框架柱仍处于弹性状态的设计理念;美国规范规定消能段范围不得有显著竖向荷载布置、跨度L≤20m、上下弦应取相同截面,充分考虑消能段弦杆承受的轴力及次弯矩影响时,STMF结构可以适当突破上述限制,且其抗震性能依旧良好。     

大跨度特殊延性桁架式框架抗震性能分析

特殊延性桁架式框架(STMF)是美国规范采纳的一种高延性钢结构体系.首先分析其在国内鲜有应用的限制因素,推导出考虑轴力及次弯矩影响的消能段极限抗剪承载力,然后根据预设性能目标、极限状态下非消能段满足弹性验算的要求推导消能段长度Ls选取的有效范围,最后根据我国抗震设计准则,对大跨度STMF案例进行弹性设计及静力推覆分析,...     

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。     

高位转换耗能减震框剪结构拟静力分析

结合高位转换结构体系已有的拟静力试验结果,开展高位转换耗能减震框剪结构体系拟静力分析研究,了解高位转换耗能减震框剪结构布置位移耗能减震装置对结构刚度、位移和延性变化情况,确定高位转换耗能减震框剪结构体系延性系数可能存在的范围。研究结果表明:高位转换耗能减震框剪结构体系在拟静力作用时的滞回曲线饱满,具有较大的耗能能力;高位转换耗能减震框剪结构体系相比于普通高位转换结构体系,其承载力能得到提高;高位转换耗能减震框剪结构的延性随着阻尼器初始刚度、屈服力和屈服后刚度比变化不是十分敏感;采用高位转换耗能减震框剪结构能够提高结构的耗能能力;高位转换耗能减震框剪结构体系的延性能够得到提高;高位转换耗能减震结构体系框剪结构的延性和耗能能力随着阻尼器初始刚度的增加而减小。     

高强钢组合K形偏心支撑结构的结构影响系数和位移放大系数研究

高强钢组合K形偏心支撑结构是指耗能梁段采用普通钢材(如Q345钢),而框架梁、柱采用高强度钢材(如Q460钢)的结构.耗能梁段在大震作用下剪切屈服耗散能量,而梁柱构件基本处于弹性受力状态,保证地震作用下的塑性变形仅集中于耗能梁段.结构影响系数R是基于性能的抗震设计方法中至关重要的部分,尺取值合理是结构抗震性能设计的关键...     

“类十字”双阶屈服屈曲约束支撑理论研究及数值分析

屈曲约束支撑是一种承载和耗能相结合的双功能抗震构件,被广泛应用于工程结构中。然而,传统屈曲约束支撑在多遇地震作用下处于弹性状态,不耗散地震能量,且不能够适应不同等级水平的地震作用。基于此,提出一种新型"类十字"双阶屈服屈曲约束支撑(DYBRB),其在小震下进入屈服耗散地震能量并为结构提供刚度,大震下耗能能力进一步提高。通过构造设计及工作原理,详细说明了DYBRB两阶段耗能的机理;通过理论分析建立了DYBRB的力学模型,给出了DYBRB支撑刚度、承载力、屈服位移的计算公式及其简化设计方法;并采用ABAQUS软件建立了DYBRB数值模型,模拟分析其抗震性能。研究结果表明:DYBRB具有更小的屈服位移和明显的分阶段耗能特征,滞回曲线饱满,能够在不同等级地震作用下为结构提供相应水平的耗能。     

含可更换耗能梁段的钢框筒结构滞回性能研究

传统钢框筒结构(SFTSs)的裙梁跨深比较小,梁端往往先于柱端形成塑性铰,使得结构的延性和耗能能力较差。针对这一问题,提出在裙梁跨中设置易于更换的剪切型耗能梁段,即含可更换耗能梁段的钢框筒结构(SFTS-RSLs)。设计了30层的SFTS和SFTS-RSL算例结构,从中选取子结构进行精细化有限元分析,研究结构的滞回性能,并对整体算例结构进行非线性静力和动力分析,研究结构的整体抗震性能。分析结果表明:SFTS和SFTS-RSL具有相同的初始弹性刚度;相较于SFTS,SFTS-RSL具有较低的屈服荷载和极限荷载,较高的延性和耗能能力;设置耗能梁段可以减小结构的层间侧移,且不会加剧结构的剪力滞后效应;SFTS-RSL的损伤主要集中于耗能梁段,其余构件始终保持弹性状态。研究结果表明SFTS-RSLs是一种性能优良的双重抗侧力结构体系,可以通过更换耗能梁段实现震后结构功能的可快速恢复。     

带钢管混凝土延性柱耗能器的底框砌体结构抗震性能分析

为改善普通低剪力墙的抗震性能,提出带钢管混凝土延性柱耗能器的底框砌体结构方案,并与带钢管混凝土耗能低矮剪力墙底框砌体结构以及普通底部框剪砌体结构的抗震性能进行了对比分析,探讨了三者的动力特性、加速度响应、层间位移、层最大位移、基底剪力以及耗能能力。结果表明,带钢管混凝土延性柱耗能器的底框砌体结构的耗能能力明显提高,大约提高了1.25～1.5倍,耗能器可以消耗更多的地震能量,从而保护主体结构免遭严重破坏,提高了建筑物的抗震性能。     

框架-核心筒结构耗能减震层的减震效果分析

本文提出了耗能减震层的概念,对比分析了在地震作用下普通框筒结构、带加强层的框筒结构和带耗能减震层的框筒结构的抗震性能和构件的内力变化.计算结果表明,在对结构位移控制效果接近的情况下,采用加强层的结构不仅增大了基底剪力和弯矩,而且框架柱的内力在加强层附近产生突变,而采用耗能减震层能有效地减小这些变化,与前者相比,大大提高了结构的抗震性能.     

华强金廊城市广场某转换斜墙结构弹塑性时程分析

华强金廊城市广场(一期)3#楼为框架-双核心筒结构体系,框支柱采用型钢混凝土柱,6层为转换层。采用PERFORM-3D软件对华强金廊城市广场(一期)3#楼超高层结构进行弹塑性时程分析,并对转换梁方案和转换斜墙方案进行分析对比,通过层间位移角、楼层剪力、构件耗能和构件损伤等计算结果得出,转换梁方案的框支剪力墙在大震作用下出现剪切破坏,转换框架的屈服程度和范围较大;转换斜墙方案的斜墙在大震作用下未出现剪切破坏,避免了由于刚度突变使斜墙过早出现破坏,转换框架的屈服程度和范围较小,满足抗震性能要求。     

钢支撑-混凝土框排架结构抗震性能试验及有限元分析

以某600MW级火力发电厂主厂房为背景,通过试验和有限元分析研究了钢支撑-钢筋混凝土框排架的抗震性能,同时研究了混凝土柱构造设计的改进对结构抗震性能的影响.以某钢支撑较少的横向框排架为研究单元,以1:10比例设计缩尺模型,通过拟静力低周反复加载试验,观察结构试验现象、破坏机制,并绘制滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等.试验结果表明:结构滞回曲线呈饱满梭形,结构具有良好的抗震性能,结构的耗能能力、阻尼比与延性较高.钢支撑受压弯可屈服,存在P-△效应,在结构由第一道抗震防线转入第二道抗震防线过程中提供了抗侧刚度和抗剪承载力,并具有耗能能力.使用ABAQUS有限元软件建立了实体模型,模拟了结构模型的滞回曲线、骨架曲线以及混凝土损伤状态,与试验结果吻合良好.     

单向荷载下带延性连接件防屈曲支撑的钢框架力学性能分析

传统的结构设计中,防屈曲支撑和钢框架采用焊接节点板进行连接,然而焊接节点板处焊缝在往复地震作用下易发生脆断,迫使防屈曲支撑提前退出工作,影响结构的安全可靠.为此,将延性连接件引入防屈曲支撑的设计构造中,采用Abaqus有限元分析软件探究了不同设计参数对结构在单向荷载作用下的延性、承载能力、耗能性能、应力分布及刚度退化等抗震性能的影响规律,并依据其中一榀有限元模型进行了试验验证.研究结果表明,延性连接件的引入可明显缓解梁柱节点域的应力集中,部分节点域应力在设计弹塑性层间位移角下仍维持在弹性范围内.延性连接件成功实现将结构的塑性变形集中在耗能段部位的目标,并形成耗能段可先进行屈服耗能,防屈曲支撑后续进行补充屈服耗能的两阶段耗能机制,为防屈曲支撑连接节点的设计提供参考.     

带弯剪屈服耗能梁段的K形偏心支撑钢框架滞回性能研究

基于削弱耗能梁截面尺寸的原理,提出了一种新型带弯剪屈服耗能梁段的K形偏心支撑钢框架结构。为验证其抗震性能,完成了1个1∶2.6缩尺的单层、单榀、单跨模型的拟静力试验。结果表明,试验模型的塑性变形基本局限在耗能梁段上,且主要通过耗能梁端部上、下翼缘和中部的腹板耗散能量,试件表现出较好的耗能能力和延性。为进一步研究其抗震性能,在试验模型的基础上改变了中部剪切型耗能梁(简写为SL)的长度l_m,采用ABAQUS有限元软件建立了8个数值模型并对之进行了滞回性能分析,分析了滞回曲线、承载力、刚度及耗能能力等随l_m/e(e为耗能梁整体的长度)的变化规律,并给出了l_m/e的设计建议。总体上,提出的新型带弯剪屈服耗能梁段的K形偏心支撑钢框架结构具有较好的抗震性能,建议实际工程中采用。     

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.     

设置屈曲约束柱的摇摆钢框架结构抗震性能研究

为避免钢框架结构产生损伤集中效应,提高结构的耗能能力,采用屈曲约束支撑(BRB)替换普通钢支撑框架底层边柱,形成设置屈曲约束柱(BRC)的摇摆钢框架(RSFB).罕遇地震作用下BRC率先屈服耗能,钢框架其余构件保持弹性并绕中柱底部转动以控制结构变形.对1榀RSFB模型进行了拟静力试验,试验现象及分析结果表明:由于平面外约束失效,导致钢框架及BRC伸入段出现较大平面外变形;BRC受压时性能无法充分发挥,结构滞回曲线出现捏缩;但受拉侧BRC仍可正常工作,结构并未完全丧失承载力.建立了多尺度RSFB有限元模型,并通过试验数据进行了验证.在此基础上研究理想平面外约束的RSFB结构(RSFB-FOR)的抗震性能.模拟结果表明:RSFB-FOR结构在往复荷载作用下的滞回曲线饱满,结构层间位移分布均匀,结构塑性变形主要集中于BRC耗能段,表明所提出RSFB结构抗震性能良好.最后,探讨了BRC截面强轴方向对RSFB试验模型抗震性能的影响,结果表明:将BRC截面强轴旋转90°后能提高RSFB结构的稳定性和耗能能力.     

设置屈曲约束柱的摇摆钢框架结构抗震性能研究

为避免钢框架结构产生损伤集中效应,提高结构的耗能能力,采用屈曲约束支撑(BRB)替换普通钢支撑框架底层边柱,形成设置屈曲约束柱(BRC)的摇摆钢框架(RSFB).罕遇地震作用下BRC率先屈服耗能,钢框架其余构件保持弹性并绕中柱底部转动以控制结构变形.对1榀RSFB模型进行了拟静力试验,试验现象及分析结果表明:由于平面外约束失效,导致钢框架及BRC伸入段出现较大平面外变形;BRC受压时性能无法充分发挥,结构滞回曲线出现捏缩;但受拉侧BRC仍可正常工作,结构并未完全丧失承载力.建立了多尺度RSFB有限元模型,并通过试验数据进行了验证.在此基础上研究理想平面外约束的RSFB结构(RSFB-FOR)的抗震性能.模拟结果表明:RSFB-FOR结构在往复荷载作用下的滞回曲线饱满,结构层间位移分布均匀,结构塑性变形主要集中于BRC耗能段,表明所提出RSFB结构抗震性能良好.最后,探讨了BRC截面强轴方向对RSFB试验模型抗震性能的影响,结果表明:将BRC截面强轴旋转90°后能提高RSFB结构的稳定性和耗能能力.     

短肢剪力墙结构抗震性能及改善方法研究

短肢剪力墙结构由于布置灵活,能充分发挥墙肢的承载力,从而节约材料,特别适用于高层住宅建筑,但短肢剪力墙结构抗震性能较差。采用Nosa CAD软件对短肢剪力墙结构进行弹塑性时程分析,研究其在7度罕遇地震作用下的抗震性能,并通过提高墙身配筋率及采用耗能连梁改善结构抗震性能。分析结果表明:在罕遇地震作用下,提高墙身配筋率能明显减轻剪力墙的损伤;采用耗能连梁,结构基本动力特征几乎不变,耗能连梁可以耗散结构部分能量,大幅减少结构中屈服和压碎梁的数量,且耗能连梁的损伤集中于可更换的连梁阻尼器部位,便于震后修复更换。