可更换剪切钢板阻尼器偏心支撑框架分析

针对偏心支撑框架体系耗能梁段震后修复难度大、经济性差的问题,提出了采用剪切钢板阻尼器作为可更换耗能梁段的偏心支撑结构体系。采用ABAQUS有限元软件对国外已完成的可更换耗能梁段偏心支撑试验进行结构分析,验证了有限元建模的正确性,分别对不同腹板宽厚比、腹板钢材屈服强度、腹板加劲肋设置情况下的剪切钢板阻尼器K型、D型偏心支撑钢框架进行结构分析,研究了耗能梁段的变形机制、滞回耗能能力以及局部失稳、局部破坏形态。分析结果表明:剪切钢板阻尼器作为耗能梁段是可行的,阻尼器首先发生屈服,起到了主要耗能作用,在实际工程应用中建议剪切钢板阻尼器腹板宽厚比宜小于30,腹板钢材宜采用软钢及低屈服点钢,采用加劲肋来保证阻尼器不发生平面外屈曲。     

耗能段腹板高厚比对Y型偏心支撑钢框架滞回性能影响的试验研究

Y型偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中抗震耗能的结构形式之一,为了研究Y型偏心支撑钢框架中耗能梁段腹板高厚比对结构滞回性能的影响,进行了2榀1/3缩尺Y型偏心支撑钢框架的低周反复荷载试验.本文主要介绍了试验过程,分析了Y型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力.试验结果表明:Y型偏心支撑钢框架延性好、耗能能力强,耗能梁段腹板高厚比的改变对Y型偏心支撑钢框架强度、刚度以及耗能能力具有较大的影响.耗能梁段腹板高厚比设计得合理,Y型偏心支撑钢框架侧向刚度较大,可以满足在小震或中震作用下的结构变形要求,在大震作用下提供良好的变形能力和耗散地震能量的功能.     

高强钢组合偏心支撑框架抗震性能研究

高强钢组合K型偏心支撑框架耗能梁段和支撑采用Q345钢,其余构件采用Q460钢,不仅能有效减小构件截面、节约钢材、降低造价,而且有助于推广高强钢的应用。为了比较高强钢组合K型偏心支撑框架与Q345钢K型偏心支撑框架的抗震性能,在试验研究的基础上,设计两组共8个不同层数的高强钢组合K型偏心支撑框架与Q345钢K型偏心支撑框架,并分别对其进行非线性静力推覆分析和动力时程分析,对比分析两种结构形式的承载力、刚度、延性以及地震作用下层间变形能力和耗能梁段。结果表明:在满足抗震性能要求的前提下,相同设计条件下高强钢组合K型偏心支撑框架变形略差于Q345钢K型偏心支撑框架,但是其构件截面较小,可以节省钢材,降低工程造价,具有较高的经济效益。     

扩孔螺栓连接型消能梁段的力学模型及参数研究

当前国家对建筑结构的抗震性能和震后功能恢复能力提出了更高要求。基于短剪切型消能梁段的受剪屈服特性和剪切扩孔型螺栓连接的受剪滑移性能,提出一种新型扩孔螺栓连接型消能梁段,可有效增大消能梁段的延性和耗能能力并同时减小消能梁段的损伤,使带扩孔螺栓连接型消能梁段的新型Y形偏心支撑结构更好地适应当前要求。采用有限元方法详细分析扩孔螺栓连接型消能梁段的滞回性能、破坏模式和耗能机理,由此得到其骨架曲线和力学模型,并阐述其力学模型的影响参数,为相应偏心支撑结构的设计和分析提供理论依据。     

高强钢组合D型偏心支撑框架抗震性能分析

高强钢组合偏心支撑结构是梁柱采用高强钢材,耗能梁段采用普通钢材的新型结构体系。采用ABAQUS有限元软件建立了9个不同层数与钢材强度组合D型偏心支撑框架有限元模型,进行了滞回性能分析。通过与普通钢D型偏心支撑框架结构对比,表明虽然高强钢组合D型偏心支撑的滞回性能略差,但随着结构层数的增加,其延性、耗能能力与普通钢偏心支撑结构的差距逐渐减小,且具有结构承载力高和刚度退化慢的优点,适用于高层结构。同时,由于高强钢构件截面较小,可以大大减少结构用钢量,因此有较高的经济效益。综合各因素考虑,建议在设计9层至14层D型偏心支撑结构时采用高强钢,钢材宜采用Q460。     

不同支撑形式高强钢组合偏心支撑抗震性能研究

耗能梁段作为偏心支撑结构的耗能元件,在大震作用下通过弹塑性变形吸收地震能量,保护主体结构处于弹性受力状态。现行规范基于强度的设计理论,为了保证耗能梁段进入塑性或破坏,梁柱构件需要进行放大内力设计,导致截面过大,而且基于强度的设计方法很难保证结构的整体破坏状态。目前,抗震设计越来越重视基于性能的设计思想,该方法能够评估结构的弹塑性反应。对于高强钢组合偏心支撑,其中耗能梁段和支撑采用Q345钢,框架梁柱采用Q460或者Q690高强度钢材,高强钢不仅带来良好的经济效益,而且能够推广高强钢在抗震设防区的应用。利用基于性能设计方法设计了4种不同形式的高强钢组合偏心支撑钢框架,包括K形、Y形、V形和D形,考虑4层、8层、12层和16层的影响。通过Pushover分析和非线性时程分析评估该结构的抗震性能,研究结果表明:4种形式的高强钢组合偏心支撑钢框架具有类似的抗震性能,在罕遇地震作用下,几乎所有耗能梁段均参与耗能,而且层间侧移与耗能梁段转角沿高度分布较为均匀。其中:D形偏心支撑具有最大的抗侧刚度,但延性较差,而Y形偏心支撑的抗侧刚度最弱,但延性最佳。     

基于OpenSees的空心钢管混凝土柱恢复力计算公式研究

采用OpenSees建立基于纤维截面的空心钢管混凝土柱有限元模型,对空心钢管混凝土柱的滞回性能进行计算。在该有限元模型基础上,考虑轴压比、长细比、截面空心率、截面含钢率、混凝土强度和钢材强度等因数对骨架曲线恢复力模型的影响,结合正交试验设计方法,对骨架曲线恢复力计算公式进行回归分析。研究结果表明：1数值计算结果与试验结果吻合良好;2得到的空心钢管混凝土柱骨架曲线恢复力计算公式在一定设计参数范围内具有较高的计算精度。     

钢结构抗侧力体系抗震性能对比

常见的钢结构抗侧力体系包括抗弯钢框架、偏心支撑钢框架和钢板剪力墙结构,它们的耗能构件分别为框架梁、耗能梁段以及内填钢板。现行规范采用基于强度的设计方法,不能保证结构的整体破坏模式,无法对各抗侧力体系进行横向比较。采用近年来的性态设计方法,设计了3组10层抗弯框架、偏心支撑钢框架和钢板剪力墙模型,进行了静力弹塑性分析和动力弹塑性分析,对比了各抗侧力体系的承载能力、抗侧刚度、延性、层间侧移分布、破坏模式以及用钢量。对比结果表明:抗弯钢框架承载力和刚度最小,偏心支撑钢框架的延性最好,钢板剪力墙虽然承载力最高,但是延性却是最低。     

D型耗能器偏心支撑结构的抗震性能试验研究

偏心支撑结构是一种高烈度地震区高层建筑钢结构合理的抗侧力体系,本文针对目前偏心支撑结构存在的不足,提出一种新型的框架支撑形式——耗能器偏心支撑;并将该单斜杆(D型)耗能器偏心支撑与支撑斜杆上不加设耗能器的D型偏心支撑结构进行了对比试验。验证了该新型框架支撑形式不仅可以减少耗能梁段吸收的地震能量,而且可以减小耗能梁段的破坏程度,从而减少震后修复工作量;它具有很好的变形能力和足够的抗侧移能力。文中同时给出了设计方法,并提出了改进措施。     

钢框架加劲肋壁板结构的受力失稳性能研究

钢框架壁板由于在宏观上参与了整体建筑结构的受力,为钢框架构件承担部分外荷载,使得壁板结构在受力性能方面需要进一步改善。加劲肋壁板可以保证其与外框架的连接状况较好,改善整体构件的受力性能。为此,提出钢框架加劲肋壁板结构的受力失稳性能研究。采用动力学分析方法计算壁板结构位移值,依照位移值大小判断壁板结构是否处于稳定状态,获取壁板结构稳定性。利用实例测试分析钢框架加劲肋壁板结构的受力失稳性能,发现滞回曲线形状拥有梭形滞回曲线的特点,整个结构受力后具有塑性变形性能与抗震性能;骨架曲线反映出实验试件承载力支持第一阶段壁板结构弹性设计所需且提供第二阶段弹塑性抗震设计所需以及延性要求,本文检测模型能够判断钢结构建筑壁板结构失稳性。     

Energy dissipation behaviour of shear panels made of low yield steel

This paper presents the results of a pilot test conducted for evaluating the energy dissipation behaviour of shear panels made of low yield steel whose 0.2 per cent offset yield stress is 120 MPa. A total of six full-scale shear panels were tested with the loading condition, stiffener spacing, and magnitude of axial force as test variables. The shear panels tested yielded at a shear force that is approximately 1/3 of the yield shear force of equivalent shear panels made of common mild steel. Shear panels with proper stiffener arrangement exhibited stable hysteresis, thus ensuring large energy dissipation capacity. Sufficient strain hardening was observed in the shear panels tested, with their energy dissipation capacity about 1.5 times larger than that of an equivalent linear-elastic and perfect-plastic system. Plate buckling did not lead the shear panels to immediate degradation in their energy dissipation capacity. Post-buckling resistance was found to be a subject that requires further studies for quantifying the performance of shear panels made of low yield stress steel as hysteretic dampers.     

低周反复荷载下高性能混凝土震损框架的抗震性能

基于预应力与非预应力高性能混凝土震损框架的低周反复荷载试验，对其受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、恢复力模型、变形恢复能力、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行较为深入的研究与分析。研究表明：高性能混凝土震损框架的抗震性能较震损前有明显的降低，但仍具有一定的抗震能力。     

钢筋砼摩擦耗能支撑框架结构的单元刚度和力学模型分析

为研究钢筋砼摩擦耗能支撑框架结构的动力反应性能 ,对其中的摩擦耗能器单元和框架杆单元的单元刚度和力学模型做了分析。钢筋砼摩擦耗能支撑单元由支撑杆单元和钢板—橡胶摩擦耗能器单元组成 ,支撑单元可取空间杆单元 ,摩擦耗能器单元为平面应力矩形单元。摩擦耗能器单元的剪切恢复力曲线为理想的弹塑性曲线 ,根据耗能器单元的力学模型 ,可确定其在每一时刻的刚度 ;框架结构空间杆单元的恢复力模型采用双线型模型 ,根据杆单元的力学模型 ,可确定其在每一时刻的刚度。并利用所编制的程序对十层单榀两跨空间普通框架和摩擦耗能支撑框架在地震作用下进行了弹塑性反应时程分析 ,结果表明耗能支撑框架的顶层最大位移明显小于普通框架     

隔板贯通式梁柱节点抗震性能试验研究

设计了低周反复荷载作用下3个十字形足尺隔板贯通式梁柱节点试件(其中2个节点的柱子浇筑了混凝土,1个为空钢管)的拟静力试验。通过研究拟静力试验所得的滞回曲线求得该节点的等效阻尼比,衡量它的耗能能力。从恢复力特性曲线得到了和一次加载相接近的骨架曲线,节点的初始刚度和刚度退化等参数。通过这些从强度、变形和能量等三方面判别和鉴定隔板贯通式梁柱节点的抗震性能,并得出了一些具有参考价值的结论。     

钢管混凝土框架骨架曲线研究

以钢管混凝土统一理论为基础,从截面层次的恢复力模型出发,钢管混凝土柱构件选用三线型弯矩~曲率滞回模型;钢梁采用双线型弯矩-转角滞回模型;钢筋混凝土梁选用三线型弯矩-转角滞回模型。使用非线性分析程序IDARC分析钢梁-钢管混凝土柱和钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱两类框架结构的骨架曲线,程序结果和试验结果吻合良好。并进一步研究了轴压比、含钢率、混凝土强度和钢材强度等对结构骨架曲线的影响。研究结果不仅为钢管混凝土框架结构的应用推广提供了必要的理论基础,而且对钢管混凝土抗震设计具有较好的参考价值。