装配式防屈曲支撑构件及框架设计理论

防屈曲构件作为一种性能优越的消能减震构件,在很多国家得到广泛应用。一种新型的装配式防屈曲支撑构件,解决了传统防屈曲支撑由混凝土外围约束构件所导致的加工精度控制困难及湿作业等诸多问题,而且现场组装更加快捷。提出了多种创新型的装配式防屈曲支撑构件形式,其外围约束构件多采用常用型钢或钢板组合而成,外围多个约束构件之间通过螺栓连接并形成捆绑作用。这种装配式防屈曲支撑的设计除了满足一般防屈曲支撑构件的约束比限值要求外,还要对外围约束构件间的"捆绑作用"进行计算以设计螺栓连接,保证多个外围约束构件满足变形协调而作为一个整体构件参与工作。还对一种由防屈曲支撑衍生出的屈曲延迟性构件的计算方法进行了介绍,其在加固改造工程中有很大应用空间。最后对防屈曲支撑框架的抗震性能与设计理论进行了探讨,并对未来研究工作进行了展望。     

双一字内芯全钢防屈曲支撑的力学性能分析

防屈曲支撑主要由内芯和外围约束构件两部分组成.双一字内芯全钢防屈曲支撑作为双核心全钢防屈曲支撑中的一种,具有构造简单、重量轻和连接长度短等优点.本文通过对双一字内芯全钢约束防屈曲支撑进行有限元分析,给出了支撑内芯宽厚比的取值范围和不同初弯曲下支撑宽厚比的取值范围,以供支撑设计人员参考.     

湖北省科技馆混合减震巨型结构动力弹塑性时程分析

湖北省科技馆采用巨型钢框架-支撑结构体系,存在尺寸突变、扭转不规则、楼板不连续等不规则项,属于超限结构.为改善结构抗震性能,采取混合减震措施,在结构内布置屈曲约束支撑和防屈曲耗能钢板墙2种消能减震器.采用ABAQUS软件对结构进行施工模拟分析及动力弹塑性时程分析,研究罕遇地震作用下屈曲约束支撑和防屈曲耗能钢板墙混合减震效果,并给出定量评估,包括结构位移响应、构件损伤、能量耗散分布等.分析结果表明:2种消能减震器布置于结构薄弱位置,在提供结构刚度的同时,罕遇地震作用下作为结构第一道抗震防线,防屈曲耗能钢板墙产生良好的屈服塑性变形,屈曲约束支撑滞回耗能显著,有效保护了主体结构.     

H型钢防屈曲支撑抗震性能试验研究

提出一种H型钢防屈曲支撑（HBRB）以便于对结构中既有H型钢构件进行抗震加固,同时可避免传统H型钢防屈曲支撑中过早发生内芯局部屈曲破坏的现象发生。该支撑的耗能内芯采用H型钢,约束构件由2个U形钢和2块钢板通过高强螺栓拼接而成。为了研究HBRB的抗震性能,对3个试件进行拟静力试验,结果表明,构造合理的HBRB具有稳定的滞回耗能能力。通过分析试件破坏模式发现：将端部加劲肋布置在翼缘两侧有利于避免H型钢防屈曲支撑内芯应变集中及约束构件局部鼓曲破坏的发生;端部加劲肋和外部约束构件之间的间隙过大会导致加劲肋和H型钢内芯焊缝撕裂;采用低电流、多道焊缝施焊有利于提高防屈曲支撑的疲劳性能。在轴向荷载作用下,H型钢内芯除了发生整体弯曲变形外,腹板和翼缘作为板件还会分别发生自身的高阶屈曲;翼缘和腹板在屈曲后与约束构件接触,相当于对H型钢增加额外的侧向约束,使其整体稳定承载力明显提升。     

双一字内芯全钢防屈曲支撑的力学性能分析

防屈曲支撑主要由内芯和外围约束构件两部分组成。双一字内芯全钢防屈曲支撑作为双核心全钢防屈曲支撑中的一种,具有构造简单、重量轻和连接长度短等优点。本文通过对双一字内芯全钢约束防屈曲支撑进行有限元分析,给出了支撑内芯宽厚比的取值范围和不同初弯曲下支撑宽厚比的取值范围,以供支撑设计人员参考。     

两边连接屈曲约束钢板墙边缘构件的受力规律

利用理论分析和有限元方法对两边连接屈曲约束钢板墙边缘构件（梁）的受力规律进行研究,提出了两边连接屈曲约束钢板墙与边缘构件的传力模型和边缘构件内力计算方法。利用等效支撑模型对所提出的边缘构件内力计算方法进行了验证,对不同层数和跨数的框架 屈曲约束钢板墙结构和框架 等效支撑结构进行分析,对梁、柱构件的内力进行了对比,分析了屈曲约束钢板墙布置方式对边缘构件内力、变形的影响。结果表明:所提出的方法能够准确计算屈曲约束钢板墙边缘构件的内力;建议屈曲约束钢板墙的宽度宜设计成大于跨度的1/3,并将屈曲约束钢板墙布置在跨度中间;如果屈曲约束钢板墙的宽度只能小于跨度的1/3,则宜布置在靠近梁端部。     

双套管防屈曲支撑的抗震性能研究

双套管防屈曲支撑是由内核与套筒组合而成的结构体系,其中内核承受轴向压力,套筒只提供内核侧向支撑并约束内核的屈曲变形。本文主要对其3个主要设计参数约束比、间隙和内核突出段长度进行了试验研究,得出3种不同参数的变化对防屈曲支撑抗震性能的影响程度。     

钢制防屈曲约束支撑的开发

作为消能减震部件,要求防屈曲约束支撑的滞回曲线稳定.开发了两块腹板式钢制防屈曲约束支撑SUB-H和螺栓组装式钢制防屈曲约束支撑SUB-X.结合开发试验,提出了SUB的结构设计公式.静态和动态荷载试验证明,SUB具有较高的安全性和精度,大型试验证明SUB在高轴力状态下也具有良好的滞回性能.     

局部削弱型防屈曲约束支撑有限元数值分析

为实现防屈曲约束支撑定点屈服并兼具可装配的功能,文中提出一种新形式的装配式局部削弱型防屈曲约束支撑。为研究该新型防屈曲约束支撑的性能,采用ABAQUS有限元软件对试件进行数值模拟。研究结果表明,局部削弱可以实现定点屈服,但开孔不宜过大,否则出现严重的局部屈曲。间隙和较小的初始缺陷对构件性能基本无影响。随着加劲肋的增多,构件的滞回曲线越饱满。内芯构件的屈服点越低,耗能系数越大。     

一字形全钢防屈曲支撑耗能性能试验研究

对一种新型防屈曲支撑进行性能试验研究。该种防屈曲支撑（以下称一字形全钢防屈曲支撑）的内核为一字形钢板,外约束单元为双腹板工字形钢,中间用薄橡胶作为无黏结材料。通过对8个一字形全钢防屈曲支撑试件进行轴向循环往复加载试验,研究了防屈曲支撑的耗能性能以及不同芯材特性、支撑长度对其耗能性能的影响。结果表明：一字形全钢防屈曲支撑的构造合理,所有试件的滞回曲线稳定饱满;芯材特性和支撑长度对于该种防屈曲支撑的耗能性能均有较大影响;以SLY225为芯材的防屈曲支撑,其耗能性能、低周疲劳性能与塑性变形能力均明显优于以SN490B为芯材的防屈曲支撑;SLY225能提供45%以上的附加有效阻尼比;增加支撑长度,防屈曲支撑的塑性变形能力与低周疲劳性能均有所下降。     

装配式防屈曲支撑设计理论的研究进展

介绍了近年来各国学者提出的几种装配式防屈曲支撑形式;在此基础上,阐述了内核构件与外围约束构件的相互作用机理,外围约束构件刚度折减等装配式防屈曲支撑设计理论问题;讨论了保证外围约束构件整体工作对螺栓强度和螺栓间距的要求;最后对防屈曲支撑框架节点性能的研究现状进行了总结.     

北京冬季奥运村人才公租房项目结构抗震性能分析

为研究采用钢框架-防屈曲钢板墙结构的北京冬季奥运村人才公租房项目的 抗震性能,建立了反映两边连接防屈曲钢板墙受力特点的简化模型——等效交叉支撑模型,介绍了等效交叉支撑模型中初始刚度、单根支撑的等效截面面积、支撑屈服强度等关键参数的计算方法.选取典型户型结构,建立钢框架-防屈曲钢板墙结构整体精细化有限元计算模型,研究该双重抗侧力体系的变形特点、构件失效顺序、塑性发展模式、内力分配关系以及结构刚度退化过程;对防屈曲钢板墙在结构中的消能减震能力进行评价.通过该类结构抗震性能的研究分析表明,结构满足"大震不倒"的抗震设防目标.     

槽钢加劲钢板剪力墙受力性能研究

竖向槽钢加劲钢板剪力墙由内嵌钢板、边缘构件和墙板两侧对称布置的竖向槽钢加劲肋组成。槽钢加劲肋具有较高的抗弯、抗扭刚度,可为墙板提供有效的面外约束和轴向支撑作用。利用有限元分析软件ABAQUS对槽钢加劲钢板墙进行屈曲分析和静力弹塑性分析,研究槽钢距边缘构件距离、钢板宽厚比、高厚比、肋板刚度比和柱刚度对钢板墙及边缘构件力学性能的影响。结果表明,槽钢加劲肋至边缘构件的距离主要影响钢板墙的平面外变形,对钢板墙屈曲应力和承载力的影响较小。槽钢加劲肋可以有效提高墙板的屈曲应力。随着宽厚比和高宽比的减小,结构的承载力和刚度均显著提高。增大肋板刚度比可提高钢板墙的初始刚度和屈曲应力,肋板刚度比应大于20。为避免边框柱变形过大或过早破坏,边框柱应具有足够的刚度,增大柱刚度可以提高钢板墙的初始刚度,减缓墙板刚度的退化。     

防屈曲支撑对芯板局部屈曲的约束条件

防屈曲支撑广泛应用于地震区的支撑构件中,该支撑设计中较为关键的极限状态控制是预防其弯曲屈曲。然而,当钢管的壁厚相对于芯板的横截面尺寸小到一定程度时,芯板局部屈曲的约束条件相对于防屈曲支撑的稳定和强度便显得非常关键了。利用了具有各种不同形状的管状约束对防屈曲支撑进行了往复加载试验和数值分析,以研究这种约束的局部屈曲对防屈曲支撑强度和延性的影响。     

螺旋箍筋约束防屈曲支撑设计方法及滞回性能研究

基于钢套筒约束防屈曲支撑的设计理论,给出了适用于螺旋箍筋约束防屈曲支撑的设计方法。设计制作了两种钢芯截面的螺旋箍筋约束防屈曲支撑构件,通过低周往复试验验证设计方法的合理性,研究此类支撑的滞回性能。试验结果表明:按照所建议的设计方法制作的螺旋箍筋约束防屈曲支撑构件具有稳定的滞回耗能性能,可以用于实际工程。     

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.     

带防屈曲支撑的钢框架减震分析

防屈曲支撑既能提供侧向刚度,又可以增加结构的耗能,作为一种优良的耗能构件被广泛应用于建筑结构振动控制。文中采用有限元软件OpenSEES分析了防屈曲支撑在钢框架结构中的减震效果。研究表明,增设防屈曲支撑可有效减小结构位移,提高结构的抗震能力,但应注意与防屈曲支撑相邻构件的设计。     

新型全钢防屈曲支撑滞回性能的数值分析

普通全钢防屈曲支撑(BRB)通常采用的一字形钢板作为内芯,在纵向容易出现局部屈曲,为此一种新型全钢BRB应运而生以缓解上述不利影响,该装置采用两块T型钢板作为次要约束构件,取代传统混凝土或砂浆在纵向对内芯的约束作用。为探究内芯初始缺陷、内芯与T型板之间的摩擦系数与间隙、内芯的宽厚比等因素对装置滞回性能影响,借助非线性有限元软件,对该新型全钢BRB展开数值模拟分析,通过模拟结果与试验结果的对比表明,该有限元模型能够很好重现全钢BRB的力学响应,建模方式可以作为全钢BRB参数化分析途径;通过上述相关因素的参数化分析表明,经过合理设计的新型全钢BRB可展现出诸多优势并具有良好的抗震性能。     

基于构件损伤的屈曲约束支撑钢框架结构地震倒塌易损性分析

构件参与结构抗震的贡献不同,传统结构地震易损性评价指标不能反映此特点,亦不能准确合理评价结构在地震作用下的抗倒塌能力。地震作用下,防屈曲支撑钢框架结构各构件参与抗震方式不同,防屈曲支撑通过轴向变形耗散地震能量,梁端通过弯曲变形耗散地震能量,框架柱通过适当变形保证结构不失稳倒塌。为此,针对防屈曲支撑钢框架整体结构提出基于构件损伤的易损性分析评价指标和方法。通过定义结构极限状态,对比基于不同评价指标的防屈曲支撑框架结构地震易损性分析结果。结果显示:基于单一评价指标的评价方法不能准确评价结构抗倒塌能力,防屈曲支撑钢框架结构虽然由于防屈曲支撑的优越变形能力使得结构耗能能力提升,但梁端仍可能发生破坏。     

型钢组合装配式防屈曲支撑性能及设计方法研究

在总结现有防屈曲支撑的截面形式、构成特点以及设计理论的基础上,提出了一种新型的防屈曲耗能支撑,即型钢组合装配式防屈曲支撑。介绍了这种新型防屈曲支撑的截面形式以及连接构造,并对其基本性能和设计方法进行了研究,提出了有效约束比的确定方法、外围约束构件螺栓强度验算方法和间距控制原则、内核与外围之间空隙的控制要求。