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。     

屈曲约束支撑方钢管高强混凝土框架力学性能有限元分析

屈曲约束支撑（BRB）与框架结构的连接型式对框架结构体系的抗震性能有较大的影响,为了更深入地研究屈曲约束支撑焊接连接的钢管高强混凝土框架的力学性能,在前期试验研究的基础上,运用ABAQUS软件,按照试验框架进行等比例建模,分析了在轴压比、混凝土强度、梁柱线刚度比和BRB屈服承载力等参数发生改变时,单层单跨BRB焊接连接框架模型的破坏机制、承载能力等力学性能。分析结果表明：框架柱轴压比的改变对框架的承载力有较大的影响;BRB的屈服承载力是影响框架抗侧刚度和承载能力的主要因素;柱子混凝土强度的增加对框架承载力的提高贡献很小;梁抗弯刚度的增加能小幅度地提高框架的承载能力,梁柱的线刚度比应控制在合理的范围内。因此,在进行BRB焊接连接框架设计时,应充分考虑框架柱轴压比、梁柱线刚度比、混凝土强度、BRB与框架的抗侧刚度比等参数影响。     

基于增量动力分析的梁贯通式支撑钢框架地震易损性研究

为了得到梁贯通式支撑钢框架节点刚度及承载力设计方法,基于增量动力分析(IDA)方法,研究了节点性能对多层梁贯通式支撑钢框架地震易损性的影响,得到了不同节点刚度和承载力设置下四种模型(刚接、全强度半刚接、半强度半刚接和铰接模型)的易损性曲线,定量评价了各模型超越各极限状态的概率和倒塌储备系数。研究结果表明：无论节点刚度和承载力如何设置,在8度罕遇地震(地面峰值加速度为0.4g)作用下,该结构发生倒塌的概率均小于1%,能够满足规范规定的“大震不倒”的要求。当节点刚度达到4倍相邻柱线刚度时,无论节点设置为柱端达到全截面屈服或部分屈服,结构在罕遇地震下的地震易损性相差不大,倒塌储备系数均高于FEMA P695中的建议水平;而铰接结构模型的抗倒塌能力则明显低于其他三种结构模型。基于分析结果,建议梁贯通支撑钢框架梁柱节点刚度应不小于相邻柱线刚度的4倍,节点承载力需不小于柱端全截面屈服弯矩的50%。     

高β值的多层屈曲约束支撑钢框架结构设计层剪力分布研究

为了研究多层屈曲约束支撑钢框架(Buckling Restrained Braced Frame,简称BRBF)在屈曲约束支撑(Buckling Restrained Brace,简称BRB)分担率β值较高时,层剪力的优化分布,对β值约为0.9的框架振动模型(MF)和质点系振动模型(MS-0、MS-1和MS-2)进行弹塑性时程分析,研究其层剪力、层间位移角、最大倾覆弯矩及支撑固定柱的地震响应。研究结果如下:β值较高时,MF层响应值,中低楼层与质点系振动模型吻合较好,上部楼层接近质点系振动模型MS-1和MS-2。采用静力推倒法进行抗震设计时,修正底部剪力法的F1i和F2i模型分析结果与实际情况更吻合。用底部剪力法设计高β值的BRBF,存在结构柱的地震静力等效值被低估的可能性,有一定程度的安全隐患。在强震作用下,第2振型卓越,上部楼层层反应值较大。     

屈曲约束支撑铰接混凝土框架节点受力性能研究

节点是框架结构中受力较为复杂的区域,也是装配式结构需要解决的核心,合理确定节点区的受力性能,对预测结构破坏形式有重要意义。基于混凝土框架,论文提出一种梁柱铰接形式及一种带屈曲约束支撑(BRB)的梁柱铰接框架体系(BRBF),分析在水平荷载下,梁-柱-支撑节点区的受力性能及传力途径,运用SAP2000,采用Pushover分析方法对结构进行非线性分析,得到BRB在不同连接位置对连接部位的受力影响,并给出节点内力的计算公式。分析表明:在BRBF中,BRB仅与梁连接对节点更有利,BRB与梁连接时,其水平分力向梁跨内传递,竖向分力向梁端传递。     

柱端弯矩放大系数对“强柱弱梁”实现的影响

为探究柱端弯矩放大系数对实现"强柱弱梁"的影响,本文采用ABAQUS有限元软件,建立了不同柱端放大系数的9个钢筋混凝土(RC)框架结构梁杆单元模型,通过动力弹塑性分析,分析了不同弯矩放大系数下结构层间位移角和塑性铰的变化与分布情况。结果表明:随着柱端弯矩增大系数ηc的增大,最大层间位移角显著降低,但ηc达到一定值时变化趋于平稳;柱端弯矩系数的增大改变了梁柱节点的破坏形态,不同节点和不同楼层实现"强柱弱梁"破坏形式的难易程度不同,角节点和地震动方向上的边节点较中柱所在节点和与地震动垂直方向的边节点容易产生强柱弱梁型节点,顶层较底层和中间层容易产生强柱弱梁型节点。结果可供RC框架结构抗震设计参考。     

多层屈曲约束支撑钢框架动力响应机理分析

为了研究多层屈曲约束支撑钢框架(BRBF)动力响应机理,采用国际上最常见的BRBF结构形式为研究对象,以屈曲约束支撑BRB水平力分担率β为主要研究参数,进行弹塑性动力二阶非线性分析,探讨了层损伤分布机理以及构件持有性能。结果表明:不同地震波的弹性体系能量谱曲线和结构基本周期对应关系影响多层BRBF结构的最大层间位移反应值和BRB的层最大延性比值;地震波加速度时程的随机性对多层BRBF结构动力损伤分布影响明显,尤其多层BRBF结构抗震设计时有必要考虑地震动瞬时能量影响;BRB对结构减震效果明显,随着BRB水平力分担率β值的增加,BRB最大延性比以及最大累积塑性延性比有相应减小的趋势。     

环梁连接的RC梁-钢管混凝土柱框架试验研究

介绍了一个采用钢筋混凝土 (RC)环梁连接的 2层 2跨RC梁 -钢管混凝土 (STCC)柱框架的拟动力试验和静力试验。为了研究环梁在地震作用下的破坏形态 ,大部分节点设计成“弱环梁、强框架梁” ,即环梁屈服先于框架梁 ;少量节点设计成“强环梁、弱框架梁” ,即框架梁屈服先于环梁。试验表明 :小震时 ,框架的刚度降低很少 ;中震时 ,刚度降低约 3 0 % ;大震时 ,层间位移角小于 1 10 0 ;即使弱环梁已经破坏、层间位移角达 1 3 4,框架的承载力仍未下降 ;能够实现“强柱弱梁”和实现塑性铰形成于框架梁端的“强连接、弱构件”的抗震设计概念。RC环梁与STCC柱之间局部范围的缝隙不影响框架的整体抗震性能 ;环梁与柱之间几乎无相对竖向滑移。采用RC环梁连接的RC梁 -STCC柱框架具有良好的抗震性能。     

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。     

关于钢筋混凝土框架抗震设计的几个问题

就钢筋混凝土框架抗震设计的强柱弱梁、柱轴压比、楼层屈服强度及节点设计等问题进行了讨论，并提出了相应的改进建议。     

双管式挫屈束制(屈曲约束)支撑之耐震行为与应用

挫屈束制(屈曲约束)支撑一般是由十字型或一字型钢板构成之核心单元加上钢管混凝土构成之束制(约束)单元所组成。由于单核心断面之挫屈束制支撑在与构架接合时每一端需使用八片续接板及两套的螺栓，造成接合部分较长且易发生挫屈(屈曲)，为了改善此种挫屈束制支撑与接合，相关研究已发展出以双T型核心配双钢管或双钢板核心配双钢管而组成之双钢管型挫屈束制支撑构件，并已成功地在台大完成一系列之试验，本研究进一步针对大尺寸之单层挫屈束制支撑构架进行试验。研究目的包括：(1)探讨支撑具不同核心长度比例构架之试验与解析行为；(2)研究挫屈束制支撑核心应变与楼层侧位移角之关系；(3)提供含挫屈束制支撑构架之分析与设计建议。由i组V型双钢板双钢管挫屈束制支撑构架之试验显示，支撑核心之极限应变可利用楼层的最大侧位移角需求，以简单的几何关系及支撑核心长度与工作点间长度之比值计算而得，试验结果亦显示，在构架产生最大侧位移角时支撑之核心拉应变会大于相邻支撑之核心压应变，显示两相邻支撑之轴拉力与轴压力在试体巾有互相平衡之趋势，而不会发生最大轴压力显著大于最大轴拉力的现象。     

屈曲约束支撑体系的应用与研究进展(Ⅰ)

屈曲约束支撑框架体系(BRBF)是新近发明并逐渐得到应用的一种抗震框架体系。因为屈曲约束支撑(BRB)在受拉和受压时都可屈服而不屈曲,因此克服了传统支撑体系的缺点。本文分两部分,第一部分主要介绍其基本原理和各组成部分的概况、BRBF的特点,还简要介绍了该体系在各国家和地区应用和研究的进展情况。     

防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构基于能量平衡的抗震塑性设计

为确定防屈曲支撑在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了基于能量平衡的防屈曲支撑 钢筋混凝土框架结构抗震塑性设计方法。构建了结构的“强柱弱梁”整体屈服机制,采用侧力比将总结构体系离散为防屈曲支撑体系和纯框架体系,并建立了结构的双线性能力曲线。基于能量平衡方法计算结构的设计基底剪力并分别得到支撑体系和框架体系的设计侧向力,进而完成支撑的截面设计。按照塑性内力分配机制和考虑支撑屈服后性能,计算梁柱构件内力需求。以一幢5层结构为例,分别设计了不同侧力比的14个结构模型,对比了基底剪力、防屈曲支撑面积和梁柱钢筋用量等。通过22条地震波下的弹塑性时程分析,研究了不同侧力比结构的最大层间位移角、屈服机制、楼层剪力比、支撑最大位移延性、累积位移延性和结构残余层间位移角。分析结果表明：所提出的方法能实现结构的预期失效模式,并满足结构的抗震性能要求,并建议设计侧力比选取在0.3~0.5之间。     

屈曲约束支撑和普通支撑的混合布置研究

为了满足降低造价的需求,通过算例分析考察了屈曲约束支撑和普通支撑混合布置方式的经济性和结构合理性。针对一个八层典型学校建筑,设计了20个结构方案,其中采用了抗弯框架、中心支撑框架、屈曲约束支撑框架和下部楼层屈曲约束支撑、上部楼层普通支撑的混合框架等四种结构体系。比较了这些方案的结构综合造价以及由弹塑性时程分析得到的强震反应,结果表明:屈曲约束支撑框架和混合框架在7度以上烈度地区比抗弯框架和中心支撑框架更经济;对于混合布置方案,地震烈度越高,更多楼层安装屈曲约束支撑将更经济;在混合布置方案中,上部楼层的普通支撑可能加大下部楼层的柱轴力,使其过早破坏,因而这些柱的截面有必要适当加大;合理设计的混合布置方案与屈曲约束支撑框架在抗震性能上相接近。     

屈曲约束支撑体系的应用与研究进展(Ⅱ)

屈曲约束支撑框架体系(BRBF)是新近发明并逐渐得到应用的一种框架体系。因为屈曲约束支撑(BRB)在受拉和受压时都可屈服而不屈曲,因此克服了传统支撑体系的缺点。第二部分简要介绍了SEAOC-AISC提出的反复加载试验要求,介绍了BRB各组成部分、BRB构件本身及BRBF体系的性能。以及BRBF的设计方法。     

含有屈曲约束支撑平面框架的抗震性能试验研究

为了研究含有屈曲约束支撑结构的抗震性能,对含有屈曲约束支撑和普通支撑的平面框架进行了试验研究。结合试件破坏现象及试验结果,对屈曲约束支撑的力学性能、破坏机理以及作用效果进行了分析探讨。同时,还对试验过程进行了数值模拟分析。试验及理论分析结果表明:与含普通支撑框架相比,含屈曲约束支撑的框架在提高承载力的同时,还具有更稳定的耗能能力;经过适当的设计,可以使屈曲约束支撑先于主体结构进入弹塑性状态,提高结构的抗震性能。     

Seismic design and performance analysis of buckling‐restrained braced RC frame structures

Due to the stable hysteretic behavior, buckling‐restrained braces (BRBs) have been increasingly adopted in reinforced concrete (RC) frame structures to develop a dual structural system (BRB‐RCF). This study proposed an alternative strength‐based design approach that decomposes the dual BRB‐RCF system into two independent RC frame and BRB system using the BRB‐carrying story shear ratio. The design of RC frame is performed in an integrated manner by considering the BRB postyielding force demands. Three RC frames with five, 10, and 15 stories were employed as prototype structures, and seven story shear ratios ranging from 0.1 to 0.7 were used to generate a total of 21 structural modes. The material usage, maximum axial compression ratio of columns, and elastic interstory drift ratio were compared for different story shear ratios. Nonlinear dynamic analysis of the BRB‐RCFs subjected to 12 ground motions were carried out. The seismic response including the maximum interstory drift ratio, hysteretic energy dissipation ratio, and actual BRB‐carrying story shear ratio were systematically assessed for different design story shear ratios. Based on the considerations of material usage and seismic performance, it is suggested that the design BRB‐carrying story shear ratio should be in the range of 0.3 to 0.5.     

含有屈曲约束支撑框架的振动台试验研究

通过对含有屈曲约束支撑的框架进行振动台试验,研究了屈曲约束支撑对结构地震反应的减震效果。选用3条天然波和1条人工波进行加载,记录了模型的加速度反应,分析了BRB在试验中的力学性能,并与理论计算值进行了对比,研究了台面输入加速度为0.6g和1.0g时框架底层BRB的滞回曲线。探讨了不同台面输入下输入能量在模型中的分布情况。试验及研究结果表明,当台面输入加速度小于0.6g时,屈曲约束支撑可以为结构提供稳定的侧向刚度;当台面输入加速度大于0.6g时,屈曲约束支撑通过自身塑性变形来吸收能量;当台面输入加速度为1.0g时,屈曲约束支撑可以吸收台面输入的20%~40%的能量。     

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。     

Energy dissipation and damping effect analysis of rocking truss-BRB-steel frame system

在摇摆桁架-BRB-钢框架体系中设置BRB构件,以增强结构体系的耗能能力,控制并减轻结构的地震损伤。基于大震作用下的时程分析,对BRB构件的耗能量、能量时程曲线、累积位移系数以及结构层间位移集中系数进行了分析。结果表明：摇摆界面上的BRB构件滞回环饱满,在地震作用下能稳定地发挥耗能能力,各层BRB构件的屈服顺序以及耗能量的大小对该层的耗散地震能量的先后和大小影响较大,BRB构件累积位移系数随楼层数的增加而增大;摇摆桁架-BRB-钢框架体系侧向变形和结构损伤较原钢框架结构更加均匀,同时,BRB构件的耗能减震作用可提高结构体系抵抗地震损伤的可恢复性。