多层高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能研究

高强钢组合偏心支撑是指耗能连梁采用普通钢材(Q345),而框架梁、柱等非耗能构件采用高强度钢材(Q460)的偏心支撑结构,这种结构体系不仅有效降低了构件截面,而且有助于高强度钢材的应用推广。为了研究其抗震性能,对1∶2缩尺比例的三层高强钢组合K形偏心支撑钢框架整体试件进行了低周往复加载试验,耗能连梁均为剪切屈服型。试验结果表明:高强钢组合K形偏心支撑结构具有较高的承载能力、良好的位移延性和耗能能力,二层耗能连梁的腹板受剪撕裂是试件破坏的标志,导致整体结构的承载力下降。试件最终破坏时,非耗能构件基本处于弹性受力状态,耗能连梁的弹塑性变形消散了大部分地震能量。另外,高强钢组合K形偏心支撑结构的延性指标受耗能连梁长度(e)与框架梁长度(L)比值影响,也与耗能连梁的转动能力有关,e/L越大,耗能连梁越接近于弯曲破坏,延性性能越好。     

基于性能设计的高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能研究

Y形偏心支撑钢框架结构中耗能梁段置于框架梁之外,耗能梁段变形不会对主体结构和楼板造成损害,震后易于修复更换。为了保证耗能梁段充分发挥塑性变形进行耗能,非耗能构件(框架梁、框架柱)截面设计往往过大,浪费钢材且限制了偏心支撑钢框架的应用。高强钢组合偏心支撑框架结构是指耗能梁段采用普通钢材(Q345钢),而框架梁、柱等非耗能构件采用高强度钢材(如Q460),不仅有效减小构件截面,而且可以推动高强钢在抗震设防区的应用,经济效益显著。采用基于性能的抗震设计方法设计了5层、10层、15层和20层的Y形偏心支撑钢框架结构,算例模型包括高强钢组合Y形偏心支撑钢框架和传统普通钢Y形偏心支撑钢框架,通过Pushover分析和时程分析研究该结构形式的承载力、抗侧刚度、层间侧移分布及破坏模式。研究表明:相同设计条件下,高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构与普通钢Y形偏心支撑钢框架结构的承载能力相近,但抗侧刚度略低,罕遇地震作用下二者具有相似的层间侧移分布和破坏模式。     

高强钢组合K型偏心支撑框架抗震性能数值分析

对一个单层单跨剪切屈服型高强钢组合K型偏心支撑框架试件的滞回性能进行了低周往复循环试验研究,并且建立了多个层数不同的高强钢组合K型偏心支撑框架和Q345钢K型偏心支撑框架有限元模型,对其滞回性能进行了非线性数值分析,对两种结构的承载力、强度退化、刚度退化、延性、耗能能力以及用钢量进行了对比。研究表明:在满足抗震要求的前提下,高强钢组合K型偏心支撑框架的抗震性能良好,略差于相同设计条件下Q345钢K型偏心支撑框架的,但是构件截面较小,可以节省钢材、降低造价,具有较高的经济效益。     

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...     

高强钢组合K形偏心支撑框架抗震性能对比分析

为研究不同强度组合的高强钢组合K形偏心支撑框架结构的抗震性能,设计了一组不同强度(Q345、Q460、Q690钢材)组合的5层K形偏心支撑框架结构算例Q345-5、Q460-5和算例Q690-5,选取10条地震动记录对其进行动力时程分析,得到各算例在不同水准地震作用下的耗能梁段转角和层间位移角。研究表明：8度罕遇地震作用下,高强钢组合K形偏心支撑框架的层间位移角比传统K形偏心支撑钢框架大,各算例耗能梁段全部进入塑性变形阶段;塑性层间位移角到达规范限值时,算例Q460-5框架梁开始进入塑性变形阶段,算例Q690-5框架柱、框架梁和支撑均处于弹性变形阶段,还可以承受更大的地震作用;达到定义的极限状态时,与传统偏心支撑钢框架相比,算例Q460-5能够承受的地震作用和耗能梁段转角更小;算例Q690-5承受的地震作用和耗能梁段转角更大。     

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.     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能非线性有限元分析

高强钢组合偏心支撑钢框架是耗能梁段采用屈服点较低的钢材、钢框架采用高强钢的新型双重抗侧力体系。为研究不同钢材对抗震性能的影响,在试验的基础上对5种K形组合偏心支撑钢框架的抗震性能进行非线性有限元分析。对有限元模型进行分析时仅改变钢材的强度等级,构件截面和边界约束条件与试验则完全一致,同时考率几何非线性和材料非线性。通过对各试件耗能机理、应力分布以及塑性铰力学模型的分析表明,在耗能梁段相同的条件下,适当提高框架钢材强度等级可以抵抗耗能梁段应变硬化产生的内力增大效应,从而避免因增大截面导致的用钢量上升;此时结构的延性虽有所下降,但刚度退化速率减缓,钢框架残余变形小,有利于震后修复。     

耗能梁段长度对高强钢组合Y型偏心支撑框架受力性能影响的研究

采用ABAQUS有限元软件对高强钢组合Y型偏心支撑框架进行有限元分析,分别对5种不同长度的耗能梁段的进行单调加载和循环加载,研究耗能梁段长度对框架受力性能的影响。分析表明,高强钢组合Y型偏心支撑框架的耗能能力较强;耗能梁段长度越长,结构的耗能能力也就越强,但长度增加到一定程度时,结构的承载能力明显降低。     

多层高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

为研究高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构的抗震性能,进行了一个1∶2缩尺模型的三层结构试件的低周往复加载试验,从结构的承载能力、刚度退化、位移延性、耗能能力及破坏模式等方面评价了结构的抗震性能,试验采用三质点倒三角形比例加载。研究结果表明：高强钢组合Y形偏心支撑结构具有较高的承载能力、较好的位移延性和耗能能力,屈服强度较低的耗能连梁的弹塑性变形耗散了大部分地震能量,而高强钢非耗能构件基本处于弹性受力状态,保证了极限状态下结构的完整性。框架梁与耗能连梁连接节点处受力复杂、应力集中严重,加之楼板对框架梁的约束,该节点处变形较大,使得试件最终在此位置破坏。     

K形可替换耗能梁偏心支撑钢框架拟静力试验研究

为研究K形偏心支撑半刚性连接钢框架的抗震性能,采用较低屈服点的可替换耗能梁段作为耗能单元,对一个单层单跨平面内钢框架模型进行低周循环加载试验.通过试验分析了框架的变形特性、塑性发展情况及破坏模式,分析了框架的强度、刚度、滞回性能、耗能特性.在连接节点处的高强螺栓上粘贴应变片,并观察高强螺栓的应变发展情况.试验结果表明:破坏主要发生在耗能梁处且耗能梁先于框架屈服并消耗能量;梁柱节点处在加载过程中始终没有屈曲破坏;由于框架梁和耗能梁在加载过程中的相互错动,造成滞回曲线出现捏缩效果,高强螺栓出现松动.     

震后替换耗能梁段对偏心支撑钢框架的抗震性能影响

螺栓连接偏心支撑钢框架可以实现工厂预制并现场安装的施工模式,与传统焊接偏心支撑相比,其震后替换耗能梁段更方便快捷.为了研究震后替换耗能梁段对偏心支撑钢框架抗震性能的影响,先对一个螺栓连接偏心支撑钢框架进行拟静力循环加载,在第一次试验的基础上,保持其他构件不变,仅替换损坏的耗能梁段进行再次试验,并从滞回曲线、承载力、延性...     

偏心支撑钢框架有限元分析

偏心支撑钢框架是近二十多年来发展起来的一种支撑结构形式，具有很好的抗震性能。为了更好地了解偏心支撑框架抗侧力性能和耗能梁段的受力特性，本文对偏心支撑钢框架进行非线性有限元分析。分析结果表明，偏心支撑中的耗能梁段在加载后期发生剪切屈服型破坏，保证了框架其他杆件不屈服，提高了结构的耗能能力和变形能力，显著地改善了钢框架的抗震性能。     

Y形偏心支撑竖向布置方式对结构抗震性能的影响

为了研究支撑竖向布置不同的Y形偏心支撑钢框架的抗震性能,采用有限元分析软件ABAQUS对3个支撑竖向布置和构造不同的试件进行模拟循环加载,分析试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性及耗能能力。研究结果表明:Y形偏心支撑钢框架是一种典型的双重抗震结构体系,具有良好的滞回性能;竖向正反交替布置的Y形偏心支撑中,与耗能梁段直接相连的框架梁跨中节点受力较大,可采用加厚腹板等方式加强,本文给出了设计方法;局部加强后,竖向正反交替布置的Y形偏心支撑钢框架具有与传统Y形偏心支撑钢框架同样良好的抗震性能,可应用于实际工程。     

酸性大气环境下多龄期钢框架节点抗震性能试验研究

为研究酸性大气环境下钢材力学性能及钢框架节点抗震性能随锈蚀程度加剧的退化规律,分别对不同锈蚀程度的24个标准钢材材性试件、12个焊接梁柱节点试件进行了单向拉伸试验、低周往复加载试验。基于材性试验数据,建立了钢材屈服强度、抗拉强度、弹性模量和伸长率等基本力学性能指标与失重率之间的线性回归关系,分析了不同锈蚀率及加载制度对钢框架节点试件荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度和承载力退化、变形能力、滞回耗能等的影响,获得锈蚀钢框架节点试件承载力、刚度以及耗能能力随锈蚀程度加剧的退化规律。研究结果表明：锈蚀对钢框架节点的破坏形态有着显著影响,随着锈蚀程度的增加,钢框架节点试件的耗能能力逐渐减小,加载后期的承载力急剧下降,而且脆性断裂现象表现得愈发明显;随着水平位移幅值及循环次数的增加,钢框架节点试件的塑性变形累积、刚度与承载力退化明显;在相同锈蚀程度下,试件在变幅加载下的耗能能力最大,混合加载下的次之,等幅加载下的最小。研究成果可为在役钢框架结构地震易损性研究提供试验支撑。     

震后可替换耗能梁偏心支撑钢框架拟静力试验研究

近年来,抗震设防目标逐渐从保护生命安全转向震后快速修复,可替换耗能梁段半刚性连接偏心支撑钢框架体系在震后通过替换新耗能梁,能够快速恢复其使用功能,因而得到了广泛关注。为了研究震后修复的偏心支撑钢框架的抗震性能及论证震后替换耗能梁段方法的可行性,首先对1个1∶2缩尺偏心支撑钢框架进行低周往复加载试验,然后更换新的耗能梁,再次对其进行低周往复加载试验。试验结果表明：修复替换后的试件与原试件相比,其滞回性能、承载力、延性系数、抗侧刚度和耗能性能虽不及原试件,但仍保留一定的承载力和良好的耗能性能;通过对层间位移角和耗能梁转角的分析,表明修复后的模型的整体变形能力以及其耗能梁转动能力依旧很好;对框架的失效模式和关键部位应变的分析,验证了更换耗能梁修复方法的可行性。     

V形偏心支撑钢框架耗能梁段长度研究

为了研究耗能梁段长度对V形偏心支撑钢框架滞回性能的影响,应用ABAQUS V11.0建立了8个不同长度耗能梁段的有限元模型并进行非线性分析,研究了耗能梁段长度变化对V形偏心支撑钢框架承载力、刚度、延性和耗能能力的影响。研究结果表明:V形偏心支撑钢框架具有良好的耗能能力,耗能梁段的长度对V形偏心支撑钢框架的承载力、刚度、延性及耗能性能均有较大影响。随着耗能梁段长度的增加,V形偏心支撑钢框架的刚度及承载力呈降低趋势,延性系数和功比系数先增大后降低。根据有限元分析结果,给出了V形偏心支撑钢框架耗能梁段长度的合理取值范围。     

高强钢组合K形偏心支撑框架结构振动台试验研究

为研究高强钢组合K形偏心支撑框架的抗震性能,推动高强钢在我国建筑领域的应用,对一个单跨两榀三层高强钢组合K形偏心支撑钢框架进行缩尺比例为1/2的振动台试验,得到不同工况下的自振频率、阻尼比、加速度反应、位移反应及耗能梁段的应变。研究表明：随地震波峰值加速度的增大,结构的自振频率降低,阻尼比增大,加速度反应增大,动力放大系数减小。按照动力相似关系推导出原型结构的地震反应,多遇地震作用下结构最大层间位移角为1/1667,罕遇地震作用下结构最大层间位移角为1/237,均满足抗震规范变形验算的规定。综上,高强钢组合K形偏心支撑框架具有良好的抗震性能,满足“三水准”抗震设防准则。     

高强钢组合型连柱钢框架体系子结构抗震性能有限元分析

高强钢组合连柱钢框架是一种双重抗侧力无支撑框架结构,其耗能连梁采用低屈服点的钢材、抗弯钢框架采用较高屈服点的钢材。为了研究不同钢材对连柱钢框架子结构抗震性能的影响,文章设计6组子结构试件。利用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,仅改变抗弯框架部分的钢材等级,分析子结构在循环荷载作用下的破坏模式、滞回性能、刚度退化和延性系数等参数。研究结果表明:高强钢组合的连柱钢框架体系子结构具有良好的变形能力和耗能能力。随着钢材强度等级的提高连柱钢框架体系子结构的承载能力、刚度逐渐增大,但是耗能能力、延性明显下降。     

Y形偏心支撑高强钢框架结构抗震性能

在Y形偏心支撑高强钢框架结构抗震性振动台试验的基础上,建立了试验试件的有限元模型,并验证了分析的正确性。设计了一个9层的Y形偏心支撑高强钢框架结构,以耗能梁段长度、耗能梁段腹板高厚比、高跨比为参数,对9层结构进行了非线性动力时程分析,研究了以上参数对结构抗震性能的影响。研究结果表明,改变耗能梁段长度、高跨比对结构层间侧移、耗能梁段性能、框架柱弯矩、耗能能力均有不同程度的影响,对框架柱轴力、基底剪力无显著影响;改变耗能梁段腹板高厚比对结构耗能能力有影响,对结构层间侧移、耗能梁段性能、框架柱受力、基底剪力无显著影响,并给出了相关设计建议。     

钢网格剪力墙力学性能试验研究及有限元分析

为解决现有加劲钢板剪力墙现场安装难度高、焊接工作量大等问题,提出了装配式钢网格剪力墙结构。为考察该抗侧力体系的静力性能和抗震性能,对2个缩尺模型进行了单调水平加载和低周往复加载试验。基于ABAQUS建立有限元分析模型,验证钢网格剪力墙有限元模型的准确性。研究结果表明：在单调荷载或低周往复荷载作用下,试验与有限元分析结果较为一致,试件均表现出良好的抗侧刚度、延性和耗能能力;其破坏过程为中间位置的T形钢构件首先出现全截面屈服,随着位移荷载的增大,靠近梁柱节点位置的较短T形钢构件开始局部屈服,最终所有T形钢构件均达到了全截面屈服,试件破坏形式为中部T形钢构件拉断,失效模式较为合理;试件破坏时的层间位移角均达到了3.6%以上,延性系数达到5.35以上,试件在每级荷载循环后的强度退化系数均在0.92以上,受力性能稳定。