防屈曲支撑钢筋混凝土框架滑移连接节点抗震性能分析

防屈曲支撑是一种高性能的耗能装置,目前已广泛应用于工程结构当中。但由于支撑框架节点的开合效应,节点板可能在大震下提早破坏,从而限制防屈曲支撑抗震性能的发挥。为此,本文首先总结了防屈曲支撑框架节点的现行设计方法,分析了节点失效模式和应对方法。在此基础上提出了一种滑移连接节点板形式,以减小节点的开合效应。通过建立混凝土框架有限元模型,对比分析节点连接形式对框架抗震性能的影响。     

基于滑移连接的防屈曲支撑钢框架节点抗震性能研究

防屈曲支撑（BRB）是一种拉压均可全截面屈服耗能而不屈曲的金属阻尼器,在建筑结构的抗震减震设计中得到广泛应用。然而,由于大变形下支撑框架节点存在显著开合效应,在罕遇地震作用下易出现节点板和相邻梁柱构件的提早断裂现象,限制了BRB抗震性能的充分发挥。为此,在总结BRB钢框架节点的现行设计方法及节点失效模式基础上,提出了可释放节点开合效应的滑移连接节点板,采用低摩擦材料减小接触面摩擦力。建立有限元模型,通过与传统焊接节点板对比,分析两种不同连接对节点板、梁柱和BRB受力性能的影响。以此为基础,设计该类节点足尺试验模型,对其进行拟静力试验,分析其在往复荷载下的抗震性能。研究结果表明：所提出的滑移连接可有效释放节点板与梁柱之间的切向约束和开合效应,显著降低了节点板的塑性损伤,实现了罕遇地震作用下节点板弹性的性能目标;梁塑性铰由节点板端部移至梁柱交界面处,降低了梁柱构件的剪力水平和塑性损伤;在层间位移角4%下各关键构件仍具有饱满稳定的滞回性能,显著提高了BRB钢框架的抗震性能。     

滑移连接的防屈曲支撑RC框架节点抗震性能试验研究

防屈曲支撑(BRB)与框架之间采用的传统焊接节点会约束梁柱开合变形,在强震作用下易使框架先于支撑发生破坏。为释放传统焊接节点对梁柱的刚性约束,提出滑移连接的BRB框架节点,通过对预埋入混凝土内部的连接钢板表面进行无黏结处理,以抗拔不抗剪的方式传递BRB轴力。在滑移节点的工作原理、设计方法和施工流程基础上,对2个基于滑移连接的足尺BRB-框架梁柱组合体开展拟静力试验研究,并与1个传统焊接节点的破坏模式、滞回性能和节点应力进行比较。试验结果表明:当层间位移角达到1/33时,滑移节点的层剪力与传统焊接节点相比降低了34%,有效避免了框架发生剪切破坏;滑移节点的应力水平显著焊接节点的显著降低;在滑移节点与框架梁端设置的附加纵筋可更有效地减小节点区的开合效应和发挥BRB的耗能作用;滑移节点中BRB的滞回性能与传统节点的滞回性能接近。     

防屈曲支撑与节点板的有限元分析

与传统支撑相比,防屈曲支撑具有受压不易屈曲,耗能性能稳定,减震效果明显等优点,因此防屈曲支撑正逐渐成为结构消能减震的重要选择.与螺栓连接相比,焊接连接构造简单、施工便利.论文对设置了防屈曲支撑的框架结构进行了SAP2000有限元分析,以此为据,对焊接连接构造所设计的节点板度进行了屈曲分析和静力分析,对优化连接构造提出了建议.     

屈曲约束支撑与钢框架节点板连接的抗震性能#br# 试验与分析研究

屈曲约束支撑作为耗能减震构件,其与钢框架连接形成屈曲约束支撑钢框架结构体系。然而目前对于屈曲约束支撑与节点板不同连接形式的抗震性能和破坏模式尚缺乏研究。为了获悉不同连接形式对屈曲约束支撑钢框架结构抗震性能和破坏机理的影响,进行5榀屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的水平低周往复荷载试验,观察试验现象和破坏特征,考察屈曲约束支撑与节点板两端采用销轴连接、螺栓连接、焊接连接和混合连接对钢结构抗震性能的影响,研究屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标,探讨屈曲约束支撑与钢框架节点板转动变形和关键部位的应变规律,分析结构的破坏模式和各构件屈服顺序。结果表明：屈曲约束支撑的芯板先于梁、柱和节点板屈服,试件滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能和延性。文章研究成果以期为屈曲约束支撑钢框架结构设计和应用提供科学依据。     

防屈曲支撑节点板的屈曲分析

防屈曲支撑是一种新型耗能减震构件,其在受拉和受压时均可屈服但不发生屈曲.但传统的防屈曲支撑多采用螺栓连接等连接方式.这种连接方式很容易使节点板失稳,从而导致防屈曲支撑屈曲.介绍一种新型的连接方式-铰接,并用ABAQUS对节点板进行屈曲分析,根据分析结果给出防止节点板失稳的合理化建议.     

连续Z字形布置防屈曲支撑RC框架结构拟静力试验研究

提出一种新型的连续Z字形布置防屈曲支撑钢筋混凝土框架结构体系,并对该新型结构体系的1/2缩尺的子结构试件进行拟静力试验。每个子结构试件包括由钢筋混凝土梁、柱构成的钢筋混凝土部分和两个防屈曲支撑。试验结果表明,防屈曲支撑连接部位的竖向抗力与水平向抗力是相对独立的,防屈曲支撑在该新型结构体系中工作性能良好。同时通过试验发现,防屈曲支撑节点板相对于钢筋混凝土梁柱节点可能会发生一定的转动,导致为节点板提供水平抗力的预应力螺栓受力不均,还可能使为节点板提供竖向抗力的钢筋混凝土剪力键受到一定的拉力作用。这些不利因素需要在连接部分的设计中予以考虑。     

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.     

钢板装配式屈曲约束支撑RC框架平面#br# 外力学性能试验研究

框架平面外方向的层间侧移在一定程度上影响框架中屈曲约束支撑抗震性能的发挥。为了研究框架平面外的层间侧移作用下,节点板加边肋和屈曲约束支撑端部加强对带屈曲约束支撑钢筋混凝土框架平面外方向力学性能的影响,对3榀安装了钢板装配式屈曲约束支撑的钢筋混凝土框架试件在平面外方向进行拟静力试验。研究了带钢板装配式屈曲约束支撑的钢筋混凝土框架平面外力学性能,节点板加边肋和BRB端部加强对其自身在平面外方向的受力与变形特征。结果表明：钢板装配式屈曲约束支撑对钢筋混凝土框架平面外方向的承载能力影响很小;框架平面外变形引起屈曲约束支撑轴向变形非常微小;在框架平面外层间位侧移作用下,带节点板的BRB呈“C”形的变形模式,节点板加边肋与屈曲约束支撑端部加强的设计能减小BRB轴力对其在平面外方向变形的影响。     

半刚性端板连接节点性能的非线性有限元分析

采用三维接触单元来模拟端板与柱翼缘的接触面,预应力单元来模拟螺栓的预拉力,对半刚性端板连接节点性能进行了非线性有限元分析。计算结果的比较分析表明,节点域加劲肋、端板加劲肋、端板厚度、螺栓预拉力、应力集中等因素对半刚性端板连接节点域的受力性能均有较大影响。建议在设计中采取相应构造措施,考虑端板节点半刚性的不利影响。     

Effect of gusset connection configurations on frame–gusset interaction in steel buckling‐restrained braced frame

Although buckling restrained braces (BRBs) are commonly applied in seismic buildings to mitigate structural damage, their performance was often limited by rupture of the corner gusset connections due to additional frame action. This issue may be resolved by alternative gusset connections to mitigate the frame–gusset interaction. In this study, commonly used procedures for design of the traditional gusset connection are reviewed, followed by a case study on the effect of frame action on the structural behavior of these gusset connections in steel frames with BRBs. Inspired by these analysis, two different strategies, aiming at releasing frame–gusset shear interaction using sliding gusset connection or reducing normal interaction using dual gusset plates, are tried to mitigate the frame action effects. Finite element analysis is conducted on steel frame subassemblages with/without BRBs to examine the effect of different gusset connections on the structural behavior of these framing systems. It shows that the sliding gusset connection shows beneficial effect in reducing the frame action, having much smaller stress responses on the gusset interfaces, as well as smaller shear force and plastic responses on the framing system. Thus, it becomes a promising gusset connection for improved seismic performance of the steel framing system with brace‐type dampers.     

屈曲约束支撑装配式混凝土框架结构抗震性能试验研究

消能减震技术能有效地提高装配式混凝土结构的整体抗震性能,改善其破坏模式。然而,目前对屈曲约束支撑装配式混凝土框架结构尚缺乏试验研究。为了获悉屈曲约束支撑装配式混凝土框架的抗震性能和破坏机理,文章进行3榀屈曲约束支撑装配式混凝土框架和1榀现浇混凝土框架的低周反复荷载试验。研究了地震作用下采用整体式和暗牛腿式预制混凝土梁柱节点的屈曲约束支撑装配式混凝土框架抗震性能,观察和记录试验现象和破坏特征,对各试件的滞回曲线、刚度退化、耗能能力、骨架曲线和延性系数等进行对比分析。试验结果表明：屈曲约束支撑装配式混凝土框架具有良好的耗能能力和延性,能量耗散系数E=1.464?1.759,延性系数?=3.02~3.61,屈曲约束支撑可以有效地提高装配式混凝土框架的抗震性能,改善其失效模式;研发的支撑与梁柱连接节点的连接构造可以有效地实现屈曲约束支撑与装配式混凝土框架在地震作用下的协同受力。文中研究成果将为屈曲约束支撑在多高层装配式混凝土结构中的设计和应用提供科学依据。     

Compressive behavior of central gusset plate connections for a buckling-restrained braced frame

Buckling-restrained braced frames (BRBFs) are used as lateral-load resisting systems in seismic design. The braces in BRBFs are connected to beams and columns by gusset plate connections, and can yield in both tension and compression instead of buckling. Although tests of buckling-restrained braces (BRBs) have demonstrated their ability to withstand significant inelastic axial deformation, large-scale BRBF tests have exhibited central gusset plate buckling before BRBs develop the ultimate compressive strength. To extend and better understand the experimental work, this paper presents an analytical study of the compressive behavior for BRBF central gusset plate connections using the finite element computer program ABAQUS. A model of a previously tested BRBF is conducted to predict experimental buckling load of the central gusset plate and verify the accuracy of a simple model of a central gusset plate connection including a beam and part of the BRB. The out-of-plane deformation of the central gusset plate resembles the buckled shape of a gusset plate with low bending rigidity provided by the BRB end. The experimental buckling load of the central gusset plate cannot be predicted based on the AISC-LRFD approach with an effective column length factor of 1.2. Therefore, a parametric study on the compressive strength of BRBF central gusset plate connections is conducted with various gusset plate dimensions and free-edge stiffeners. An inelastic plate buckling equation together with coefficient charts is proposed to predict ultimate load. For gusset plates with sufficient free-edge stiffener rigidity, the yield load can be developed and increased to the post-yield strength level. A required free-edge stiffener size is also recommended for BRBF central gusset plates to develop compressive yield load.     

含挫屈束制消能斜撑构架效应之接合板耐震设计与试验分析

本研究主要探讨挫屈束制消能斜撑构架中梁柱效应及斜撑轴力效应对接合板耐震行为影响,利用一层楼挫屈束制消能斜撑构架试验及非线性有限元素分析,研究接合板在斜撑构架下的受力行为。本研究考虑接合板在同时承受构架效应(梁及柱剪力效应)及斜撑轴力下的影响,提出等效支撑概念计算接合板在受构架开合(梁及柱剪力)下的力量,如此将接合板的受力分为由构架及斜撑分别提供,再由有限元素分析观察的梁与接合板及柱与接合板界面应力分布,计算接合板端部应力值,以设计接合板及加劲板尺寸。藉由试验及有限元素分析所量测的梁、柱及斜撑力量,配合本研究提出的理论计算接合板在受梁柱开合效应下及斜撑力量下的受力模式,比对试验与分析下接合板端部的应力极值,验证此理论准确性,并建议设计准则,以确保接合板在达到设计层间侧位移角时无破坏产生。     

耦合框架平面外变形钢板装配式屈曲约束支撑#br# 钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为了研究双向地震作用下屈曲约束支撑（Buckling-restrained brace,BRB）钢筋混凝土框架平面内抗震性能以及BRB与钢筋混凝土框架在平面外方向的相互作用,考虑框架平面外变形、节点板平面外刚度和屈曲约束支撑外伸段平面外刚度的影响,对4个钢板装配式屈曲约束支撑钢筋混凝土框架及1个钢筋混凝土空框架进行了平面内拟静力试验研究。研究结果表明：①耦合框架平面外变形的BRB钢筋混凝土框架和无框架平面外变形的BRB钢筋混凝土框架平面内层间剪力与层间位移滞回曲线饱满稳定,具有良好的抗震性能;②框架平面外变形在一定程度上减小了钢板装配式BRB钢筋混凝土框架平面内初始水平刚度和承载力,增大了钢板装配式BRB和节点板平面外变形量;③节点板面外刚度的提高增加了框架节点平面外作用力;④钢板装配式BRB面外刚度的增加能减小自身平面外变形,减小其对钢筋混凝土框架平面外作用力。     

不同刚度比下防屈曲支撑钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究不同刚度比防屈曲支撑(buckling-restrained brace,BRB)钢筋混凝土框架的抗震性能,设计并制作了3榀BRB水平刚度与主体框架抗侧刚度比值分别为3、5、7的减震框架,通过低周往复荷载试验,对比研究其耗能减震能力、破坏形态、BRB连接节点及节点板性能、BRB转动变形性能、BRB端部附加弯矩产生机制等,探讨与BRB连接的梁、柱构件设计方法。研究结果表明：3榀框架滞回曲线饱满,耗能能力稳定,随着刚度比的增加,屈服荷载及极限荷载提高,BRB连接节点破坏越严重;BRB连接节点板的存在使框架柱塑性铰位置由柱端移至节点板趾部附近区域;水平荷载作用下,各框架中BRB端部由于转动变形产生附加弯矩,转动变形与层间位移角近似呈线性变化关系;加强消能子结构的延性构造措施是实现大变形下BRB充分耗能的有效途径。