脱层材料与槽接式挫屈束制支撑的性能研究

挫屈束制支撑耐震性能优劣与否与脱层材料性能有密切关系,首先提出了一种估算脱层不完全因子的方法,利用4组分别使用不同脱层材料的挫屈束制支撑进行构件试验;研究结果表明以黏性橡胶作为脱层材料具有可靠性、经济性与优良的施工性。特别介绍了地震工程研究中心近期所研发的槽接式挫屈束制支撑,并通过3组实尺寸构件试验验证了其耐震性能;测试构件包含一组长度为12.5m,最大抗压强度超过16800kN,核心消能段应变量达3.5%的构件。试验结果表明,新研发的槽接式挫屈束制支撑经济效益极高,迟滞消能行为良好稳定,具有优良的耐震性能,各组试体于试验停止前所累积的总非线性变形量皆超过400倍斜撑屈曲位移量;研究亦显示,非线性结构分析软件PISA3D可准确预测其受力与变形反应。     

含三角形加劲阻尼装置框架之设计方法与应用

为使结构耐震设计更趋经济,建筑结构必须有效地吸收并消释大震输入能,采用三角形钢板之加劲阻尼装置可增加结构劲度和迟滞阻尼。本文按参数研究的结果提出适当之耐震参数与含三角形加劲阻尼装置框架的设计程序,并以六层楼结构作为新建结构的设计实例,分析结果显示即使在强震下,加劲阻尼装置可适度降低框架位移且使梁、柱构件保持在弹性范围。     

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。     

钢板剪力墙抗震行为与设计

本研究主要目的在于针对未束制型钢板剪力墙的使用性与消能特性加以改良,并研发束制型钢板剪力墙试体,共规划四座试体,3cm厚之低降伏LYS钢板为墙体:一座完全不加束制构件,另两座试体分别在LYS钢板墙体之两面以矩型钢管束制之,第四座则以钢筋混凝土板(简称为CP板)束制LYS钢板墙,于地震工程研究中心进行试验,同时并研究钢板剪力墙的分析模型,包括精准的Strip Model供研究者应用,与较简易的等效斜撑模型供工程实务应用。试验结果显示,束制型钢板剪力墙,LYS钢板挫屈所产生之声响减小,且平面外侧向挫屈变形也随之减少,而消能效果也明显增加。束制与未束制钢板剪力墙之分析模型采用Strip Model,皆可以准确仿真出试验所得之迟滞循环。在单向侧推分析中,采用等效层斜撑模型仿真束制型钢板剪力墙的初始劲度以及强度与试验结果接近。     

BRB应用于混凝土框架的弹性层间位移角限值与设计建议

BRB钢支撑即屈曲约束支撑,因其具有承受轴向压力不会发生屈曲、受拉与受压承载力相当、滞回曲线饱满、耗能能力和低周疲劳性能良好等优点,在美国、日本及我国台湾等地区的建筑结构中应用较广.混凝土框架结构,是一种常见的建筑结构形式,其设计简单,施工方便,但是框架结构的抗侧刚度低,在罕遇地震下容易发生较大的侧移甚至是倒塌,而将BRB应用于混凝土框架结构,组成的框架-支撑结构体系,可以很好地解决这一问题.然而现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对钢支撑-混凝土框架的层间位移角限值的规定不尽合理,本文从结构抗震的性能目标出发,对BRB钢支撑-混凝土框架的弹性层间位移角限值进行了研究,并提出了BRB在混凝土框架结构应用中的设计建议.     

多楼层钢板剪力墙之耐震设计研究

现有钢板剪力墙耐震设计规范对于多楼层钢板剪力墙边界梁柱的容量设计并无清楚交代,本研究的目的在于研发方便且有效的多楼层钢板剪力墙的耐震分析与容量设计方法。探讨不同原理的钢板剪力墙底层边界柱容量设计法,研究如何避免底层柱顶塑性铰的产生,并以ABAQUS有限元模型证实所提设计方法可以有效地避免柱顶塑性铰的发生,而避免侧向变形集中在底层时的软弱层现象。本研究采用美国洛杉矶市反应谱分别设计了6层以及20层的钢板剪力墙建筑结构,并用结构非线性分析软件PISA3D建立双向板条模型进行非线性时程分析,依SAC计划中20组475年回归期的地震分析统计结果讨论钢板剪力墙结构在强烈地震下的反应。由构架动力分析反应和所估计的最大静态需求比较,可观察到钢板对边界柱的最大累积拉力的静态估计值会随着楼层位置越低时有越高估的趋向。此外,边界梁端的最大剪力在上下层钢板厚度相同处,静态估计值有严重低估的情形发生,因此会造成边界梁端的最大累积剪力静态估计值随着楼层位置越低时有越低估不保守的趋向。最后依时程分析结果给出不同楼层数的钢板剪力墙边界柱轴力需求的估算方式建议,依此建议可设计出安全且经济的边界柱。     

两岸建筑抗震设计规范比较

本文对大陆的《建筑抗震设计规范》与台湾地区的《建筑物耐震设计规范》进行了详细比较,主要内容涉及:(1)设计总原则;(2)地震水平划分标准;(3)设计反应谱;(4)地震力的计算方法;(5)底部剪力法;(6)振型分解反应谱法;(7)时程分析法中的相关规定;(8)结构构件验算方法;(9)结构位移验算的相关规定,等。重点介绍了台湾《建筑物耐震设计规范》中设计地震力的求解方法与地震作用折减系数R的取值。通过一个简单算例表明了两种规范在结构弹性设计中的主要区别,分别采用两种抗震规范设计了同一场地、相同荷载情况的屈曲约束支撑钢框架结构,并分析了用钢量存在差异的主要原因。     

钢骨箱形柱内横隔板采用改良型电热熔渣焊细部及梁翼板高程差对梁柱接合抗震性能的影响

电热熔渣焊(Electro-slag Welding,ESW)为钢骨箱形柱制作柱内横隔板最有效率的焊接方法之一,因此台湾钢骨建筑结构的箱形柱构件广泛采用ESW作为柱内横隔板与柱板连接的焊接方法。由过去实尺寸梁柱接合试验研究成果发现,箱形柱内横隔板采ESW与柱板连接的梁柱接合抗震性能可靠度不佳,在未发展充分非弹性变形前发生破坏的几率较高。进一步针对ESW焊道制作与质量检测的相关研究也显示,传统ESW焊道的制作与检测质量仍有改善空间,并提出喇叭形扩大孔的ESW熔池改良细部。该研究共进行4组实尺寸梁翼盖板式增强型梁柱接合试验,研究参数包括梁翼板与箱形柱内横隔板的偏心、ESW焊接熔池细部与荷载历时。试验结果显示,若梁翼板未偏心且ESW焊道制作良好的试件,可提供5%rad层间位移角的变形容量。当梁翼板与柱内横隔板高程偏心1倍梁翼板厚度时,采用传统矩形ESW熔池细部的梁柱接合试件,其层间位移角约降至3%rad;箱形柱板与内横隔板连接的ESW采用改良喇叭形熔池细部的梁柱接合试件,具有5%rad以上层间位移角的抗震性能,甚至可高达8%rad而不会发生断裂。     

超高层支撑钢框架结构改建和耗能减震加固设计与试验验证

针对一座超高层支撑钢框架结构建筑的改建工程,进行耗能减震加固设计,其中针对其梁柱连接提出梁端侧板补强的方案,针对提升结构整体抗震性能提出增设屈曲约束支撑的方案,并进行梁柱连接补强试验以及屈曲约束支撑构件性能试验。对改建前现场取样所得两组梁柱连接进行的反复加载试验结果显示,未补强梁柱连接试件在加载至AISC(2005)规定的层间位移角限值0.04 rad前断裂破坏,而补强连接试件的变形能力较好,均达到并超过了AISC(2005)规定的层间位移角限值0.04 rad的要求,且未发生梁柱连接焊缝断裂。屈曲约束支撑构件性能试验结果显示了其稳定良好的耗能减震能力。整体结构的有限元弹性分析表明,在地震及风荷载作用下,结构楼层的侧向位移满足台湾地区抗震及抗风规范的要求。根据试验及分析结果提出的加固设计方案,可供工程界有关既有高层建筑加固设计参考。