带屈曲约束支撑的V型偏心支撑钢框架抗震性能分析

偏心支撑钢框架主要通过耗能梁段发生剪切屈服变形来耗散地震能量,其支撑斜杆必须不发生屈曲才能保证耗能梁段能够耗能。对于跨度较大的结构,支撑斜杆为了满足稳定性与轴压比限值的要求,截面需要很大,结构经济性不好,同时也导致地震作用下内力增大。将偏心支撑钢框架的支撑斜杆换成屈曲约束支撑,进行有限元分析,结果表明:罕遇地震作用下,带屈曲约束支撑的V型偏心支撑钢框架侧向位移比普通支撑钢框架最大减小22.15%,有效地控制了结构的侧移;能量时程图表明:屈曲约束支撑消耗了大部分地震能量,屈曲约束支撑和耗能梁段能够同时参与耗能,建立起结构抗震的多重防线。     

某大型会议中心防屈曲耗能支撑结构设计

某大型会议中心为2010年上海世博会较大的一个场馆,主体结构为框架-支撑结构,针对结构平面布置复杂、结构抗震要求高等特点,结构采用防屈曲耗能支撑钢框架结构体系。提出防屈曲耗能支撑的布置原则和分析方法,采用Pushover分析法追踪不同地震水平下本工程结构的抗震性能,包括水平力与变形的关系、结构塑性变形发展过程、结构的延性评价。分析结果表明:采用防屈曲耗能支撑能有效减小作用在结构上的地震力,耗散地震能量,结构整体具有较好的延性,地震作用下的破坏部位可以预见;对防屈曲耗能支撑安装前的施工阶段进行验算以说明施工阶段主体结构的安全性;通过与普通支撑结构的技术经济性比较,评价防屈曲耗能支撑结构的合理性和可行性。采用防屈曲耗能支撑既能提高结构的安全性和可修复性,又可以有效降低主体钢结构用量。     

昆明某超高层公寓建筑钢结构减震设计

某超高层建筑结构高度为299.8m,位于8度地震高烈度区,采用钢框架-钢支撑筒体系。介绍了该高层建筑的减震结构体系、地基基础和钢柱脚节点设计。为改善结构的抗震性能,采用了防屈曲支撑和钢连梁作为耗能构件。采用了PERFORM-3D软件分别对减震模型和非减震模型进行了罕遇地震下弹塑性时程分析。结果表明,防屈曲支撑既起到了耗能作用,又维持了支撑筒内各支撑框架的刚度(相对于普通支撑),有利于发挥钢连梁的耗能作用;罕遇地震下消能构件耗散了大量能量,减轻了主体结构的损伤,达到了预期的抗震性能设计目标。     

基于能量平衡的梁柱刚接防屈曲支撑钢框架设计方法

针对梁柱刚接的防屈曲支撑钢框架,根据能量平衡的概念提出基于能量的抗震设计方法,使结构在罕遇地震作用下满足给定的目标位移。设计方法以钢框架与防屈曲支撑在目标位移下耗散的能量之和等于地震输入能量为准则进行能量分配。地震输入能量以原钢框架的地震输入能量为基准,计入结构周期和延性变化的影响进行调整后得到,并以结构在位移幅值下循环1周耗能作为总耗能。建立防屈曲支撑的耗能需求曲线和目标位移下的耗能能力曲线,求得防屈曲支撑的截面面积。应用此方法设计3跨5层的防屈曲支撑钢框架结构,采用ANSYS软件建立有限元模型,对所设计的钢框架结构进行罕遇地震作用下的时程分析,结果表明：应用此方法设计的梁柱刚接防屈曲支撑框架在地震作用下最大层间位移角与给定的设计目标较为一致,所设计的结构安全可靠。     

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.     

考虑填充墙影响的防屈曲支撑-钢框架抗震性能分析

按照7度设防标准设计一20层平面钢框架,采用层刚度比方法布置防屈曲支撑,通过计算分析选出合理的刚度比例。采用Wael三撑杆模型、改进的Atkinson和Yan本构关系曲线模拟填充墙,并建立含填充墙的20层防屈曲支撑-钢框架模型。采用增量动力分析(IDA)方法并结合ATC委员会的提出的倒塌储备系数(CMR)评价方法,对防屈曲支撑-钢框架和含有填充墙的防屈曲支撑-钢框架进行了抗震性能对比研究。结果表明,填充墙可以显著提高结构的抗侧刚度,并能增强结构在罕遇地震下的抗倒塌能力,通过合理的布置防屈曲支撑可使7度设防钢框架基本实现8度"大震不倒"的设防目标,同时表明CMR抗震性能评估方法在长周期结构中的应用需进一步研究。     

基于抗震韧性的高强钢组合偏心支撑钢框架研究

将基于抗震韧性的设计理念引入高强钢组合偏心支撑钢框架结构.通过韧性设计,使得高强钢组合偏心支撑钢框架结构,在满足结构抗震目的的同时,结构构件参与结构抗震方式明确,主体构件不发生塑性破坏,耗能支撑或耗能梁段通过塑性变形吸收地震能量,同时,通过装配式建造,耗能构件易于更换,达到结构韧性抗震的目标.提出评价高强钢组合偏心支撑钢框架的评价指标.     

昆明国家开发银行大楼混合减震分析

昆明开发银行办公楼处于高烈度区,且建筑平面为"凹"形,对结构抗震不利,钢框架及钢框架—支撑结构体系不能满足设计要求。为改善结构的抗震性能,采用了钢框架+防屈曲耗能支撑+黏滞阻尼器的混合减震结构体系,实现了各地震作用下设定的抗震设计性能目标。该混合减震结构的减震特点是在小震时,防屈曲支撑处于弹性变形阶段,以黏滞阻尼器耗能为主;在中震时,部分防屈曲耗能支撑开始耗能,黏滞阻尼器的阻尼力仍随速度增长而变大,黏滞阻尼器与防屈曲耗能支撑都对结构进行耗能减震;在大震时,大部分防屈曲耗能支撑发挥耗能作用,形成饱满的耗能滞回曲线,对结构的整体耗能占主导作用。     

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。     

混合防屈曲支撑框架

在建筑规范中,可以在大地震水平作用下根据严格的性能目标(如生命安全)来设计结构体系。然而,并不能完全确定小地震水平作用下的建筑性能。最佳的结构抗震性能设计应考虑系统的稳定性、延性及耗能能力的影响。介绍一种称为混合防屈曲支撑框架(BRBF)的新型钢结构体系。"混合"指在支撑核心使用不同钢材料如低碳钢(A36)、高性能钢(HPS)和低屈服强度钢(LYP)的混合防屈曲支撑框架。对各种防屈曲支撑框架模型进行非线性静力Pushover分析和非线性增量动力分析,从而比较标准防屈曲支撑框架和混合防屈曲支撑框架体系的抗震性能。在损害程度方面,混合防屈曲支撑框架明显优于标准的防屈曲支撑框架,如能显著降低在标准防屈曲支撑框架中存在的残余位移。     

防屈曲支撑对大跨度悬挑框架结构的抗震影响

不规则建筑在实际生活中应用较为广泛,但其结构的不规则对抗震性能极为不利。文章以某银行金融服务中心营业大厅为例,选用防屈曲支撑作为悬挑支撑,通过SAP2000有限元软件的计算,分析对比了原结构和加设了防屈曲支撑的减震结构在地震作用下的层间位移角以及防屈曲支撑对地震能量的耗散能力,分析对比了防屈曲支撑对抗震性能的影响。结果显示:与原结构相比,在大跨度悬挑框架结构中合理布置防屈曲耗能支撑能有效控制地震作用。     

钢框架抗震改造的支撑系统研究

评估了不同支撑系统改造的抗弯钢框架的抗震性能。采用3种结构形式:中心支撑框架、防屈曲支撑框架和巨型支撑框架。设计了一横向刚度不足的9层钢框架,满足规范对高地震灾害区域结构的侧移要求。用中心支撑、防屈曲支撑和巨型支撑改造框架,进行非弹性时程分析,评估地震作用下的结构性能。以局部变形(杆件转角)和整体变形(层间及屋顶侧移)为参数,比较改造框架非弹性性能的不同。结果表明:巨型支撑框架是最有效率的支撑系统,其最大层间侧移比抗弯框架低70%,比中心支撑框架低50%。侧移的减小量与地震特性有关,尤其是频率。防屈曲支撑的抗震性能仅稍优于巨型支撑框架,但其总质量更大。巨型支撑框架的杆件和节点用钢量比中心支撑框架低20%,既降低了费用又体现了抗震优势。     

兰州云天皇冠假日酒店主楼混合结构设计

兰州云天皇冠假日酒店主楼为高度151.80m的高层建筑,平面和竖向均不规则,结构设计采用了"钢管混凝土混合框架+钢筋混凝土核心筒+防屈曲支撑"混合结构体系,进行了小震、大震作用下的结构计算分析,并运用性能设计方法进行结构设计,加强了关键部位的抗震能力,实现了多道抗震防线的理念,分析表明:结构在小震作用下具有足够的强度和刚度,在大震作用下防屈曲支撑和剪力墙连梁率先屈服耗能,充分地耗散地震能量,使结构在大震作用下不发生倒塌。     

钢框架抗震改造的支撑系统研究

评估了采用不同支撑系统改造的抗弯钢框架的抗震性能。共采用3种结构形式:中心支撑框架、防屈曲支撑框架、巨型支撑框架。设计了一横向刚度不足的9层钢框架,满足规范对高地震灾害区域结构的侧移要求。用中心支撑、防屈曲支撑和巨型支撑改造框架。进行非弹性时程分析,评估地震作用下的结构性能。以局部变形(杆件转角)和整体变形(层间及屋顶侧移)为参数,比较改造框架非弹性性能的不同。结果表明:巨型支撑框架是最有效率的支撑系统,其最大层间侧移比抗弯框架低70%,比中心支撑框架低50%。侧移的减小量与地震特性有关,尤其是频率。防屈曲支撑的抗震性能仅稍优于巨型支撑框架,但其总质量更大。巨型支撑框架的杆件和节点用钢量比同心支撑框架低20%,既可降低费用又具有抗震优势。     

主余震作用下防屈曲支撑框架结构联合易损性分析

针对防屈曲支撑在主余震作用下可能发生疲劳破坏,引起其所在楼层刚度发生突变,导致结构倒塌的问题,对考虑支撑疲劳性能的防屈曲支撑框架,采用峰值层间位移角和残余峰值层间位移角作为联合指标,进行增量动力分析和地震易损性分析。结果表明,主余震作用下防屈曲支撑框架的抗倒塌能力明显降低,且随着地震作用的增加,结构易损性概率显著加大。此外,通过分段积分的方式确定了2种指标对结构易损性概率的影响,结果表明,结构性能受结构残余变形影响较大。因此,在进行防屈曲支撑框架设计时有必要考虑主余震组合作用对防屈曲支撑疲劳和变形的影响,对其性能提出更高要求。     

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.     

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。     

钢框架结构连续倒塌的能量流

给出多层建筑物基于能量的连续倒塌评估方法,从能量流的角度分析钢框架结构的连续倒塌。该文引入基于能量的构件评估方法,并与传统的荷载-变形方法进行比较;讨论了能量流分析法在解释地震事件中的优势。从整体看来,只有当动能通过结构全部耗散时,建筑物才不会倒塌,达到稳态构型。否则,残余动能会导致结构继续倒塌。传统建筑物中,动能通过转化为结构构件的变形能而耗散,构件在失稳前能够消耗一定的能量。与地震作用相比,动力荷载作用下柱的变形能能够更好地作为稳定性指标。能量流分析法可用于典型钢结构的倒塌评估。     

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。     

内嵌双阶段装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构抗震性能评估

为研究新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑对装配式钢框架-支撑结构抗震性能的影响，首先采用有限元软件Perform-3D建立了普通支撑、防屈曲支撑和新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑的有限元模型，并验证了建模方式的准确性；之后在此基础上建立内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构有限元模型，并采用弹塑性时程分析方法对普通钢框架结构、钢框架-普通支撑结构、钢框架-防屈曲支撑结构、内嵌新型双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构的抗震性能展开研究。分析结果表明：Perform-3D能准确模拟普通钢支撑、普通防屈曲支撑及新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑；内嵌新型双屈服点防屈曲支撑的钢框架-支撑结构在最大层间位移角和结构顶层位移、基底剪力上均优于其他结构，新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑在地震作用下起到了重要的作用，它主要通过新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑来耗能，这说明内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构具有良好的抗震性能。