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。     

平齐端板连接半刚性框架-十字加劲钢板剪力墙抗震性能试验研究

对1榀单跨2层的平齐端板连接的半刚性框架—十字加劲钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验研究,从耗能能力、承载力、延性和刚度退化等方面分析该结构体系的抗震性能和耗能机理。结果表明,该体系既可以发挥钢板剪力墙的刚度,又充分利用了半刚性框架的延性,有较高的水平承载力和良好的耗能能力,钢框架与钢板墙的协同工作良好。     

梁柱节点刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响

为了研究不同梁柱节点刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响,利用ABAQUS有限元软件建立了不同梁柱节点连接刚度的六层两跨平面钢框架模型,并对其滞回性能进行了非线性数值分析,对比分析了各模型的承载力、侧向刚度、延性、耗能能力等特性。结果表明:随着节点刚度的增大,各模型的屈服荷载、极限荷载、抗侧刚度、延性系数逐渐增大。Y形偏心支撑半刚接钢框架节点刚度越接近理想刚接情况,其抗震性能越好。倒三角水平循环荷载作用下,各模型均为耗能连梁首先屈服,且按照由底层到顶层的顺序逐渐屈服,中间底层柱在受力过程中应力较大,设计时应重点考虑。     

新型CS-MRF-BCSPSW体系性能的有限元分析

提出一种新型斜拉索-钢抗弯框架-梁连接钢板剪力墙(简称CS-MRF-BCSPSW)抗侧力体系。CS-MRF-BCSPSW体系综合了钢抗弯框架(MRFs)、钢板剪力墙(SPSWs)和斜拉索(CS)的各自优点,能有效地提升钢抗弯框架-梁连接钢板剪力墙(BCSPSWs)体系的抗侧力能力。CS-MRF-BCSPSW体系具有双重抗震防线和自复位能力,且BCSPSWs具有耗能能力。首先,阐述了CS-MRF-BCSPSW体系的组成及其ABAQUS有限元模型;接着,数值研究了CS-MRF-BCSPSW体系的抗侧力能力。具体地,数值研究了BCSPSWs的高厚比和宽高比、拉索截面面积、拉索倾角和拉索预应力对CSMRF-BCSPSW体系弹性刚度和抗侧力的影响和BCSPSWs的高厚比和宽高比和拉索预应力对CSMRF-BCSPSW体系滞回性能的影响。数值结果表明:CS-MRF-BCSPSW是一种新型的高性能抗震结构体系。     

铰接隅撑钢框架抗震性能研究

传统抗弯钢框架的梁柱节点通常设计为刚性连接,这种刚性节点具有很大的抗弯刚度,然而节点延性不足,罕遇地震作用导致节点脆性断裂。研究学者提出了多种解决该问题的思路,例如半刚性连接节点、节点加强或削弱方法使塑性铰外移等。本文提出了一种简化的梁柱节点连接方式-铰接连接,改变梁柱节点的传力方式,在节点处设置隅撑提供框架的抗侧刚度,控制结构的失效模式。本文设计了三组抗弯钢框架和铰接隅撑钢框架,分别为3层、5层和8层结构,通过Pushover分析和非线性动力时程分析,对比二者之间的承载力、刚度、延性和层间侧移等抗震性能。研究结果表明:铰接隅撑钢框架具有和传统抗弯钢框架相似的抗侧刚度,且承载能力略高。罕遇地震作用下,铰接隅撑钢框架的层间侧移较小。传统抗弯钢框架失效模式为梁端出现塑性铰,而铰接隅撑钢框架的塑性区域转移至隅撑与梁连接部位。     

薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

通过4个薄钢板剪力墙和1个钢筋混凝土框架的试验，研究了薄钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的刚度、承载力、延性和耗能性能。试验表明，利用薄钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的刚度、承载力、延性和耗能性能。试验表明，利用薄钢板剪力墙作为抗侧力构件是可行的。在钢筋混凝土框架中设置薄钢板可有效地增加刚度，承载力和耗能性能。     

钢框架-钢板剪力墙结构抗震性能研究

基于等效拉杆理论,对3组不同高度的钢框架-钢板剪力墙结构进行动力时程分析,研究了结构的层间侧移角、塑性铰出现顺序和外框架与支撑架的剪力分配等指标。结果表明:设计合理的钢框架-钢板剪力墙结构符合双层抗侧力体系设计原则。钢板剪力墙进入弹塑性状态后其支撑架的刚度并不明显退化,结构在各级地震下的外框架与支撑架的剪力分配比例较为稳定。另外,其剪力分配比例受其结构失稳类别的影响,一般情况下,外框架分配的剪力随结构高度的增加而增加。     

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。     

竖波钢板组合剪力墙震损修复研究

钢板组合剪力墙在强震作用下受损严重,震损修复问题较为突出。现设计一片以方钢管作为边缘约束构件的竖波钢板组合剪力墙,在最大弹塑性层间位移角时的震损情况进行分析:竖波钢板组合剪力墙边缘约束方钢管刚度较大,与墙体不匹配,最终发生方钢管从地梁拔动的脆性破坏模式。对竖波钢板组合剪力墙进行震损修复,得到墙趾可更换竖波钢板组合剪力墙,然后进行拟静力试验。试验结果表明:（1）在震损后的竖波钢板组合剪力墙的墙趾处安装阻尼器,其抗震性能基本得到恢复。（2）修复后的竖波钢板组合剪力墙承载力较修复前降低了23%,但延性和耗能能力显著提升。（3）改变了竖波钢板组合剪力墙的破坏模式,由脆性破坏转化为延性破坏。借助有限元软件详细讨论了内嵌竖向波形钢板厚度和波角、轴压比、阻尼器腹板数量对修复后竖波钢板组合剪力墙抗剪承载力的影响,结果表明:改变内嵌竖向波形钢板厚度对试件抗剪承载力影响较大,而改变内嵌竖向波形钢板波角、轴压比和阻尼器腹板数量对试件抗剪承载力影响较小。结合有限元算例,提出修复后竖波钢板组合剪力墙抗剪承载力的计算公式,可为工程实际提供参考。     

半刚接框架-斜加劲钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

对一榀单跨两层半刚接框架-斜加劲钢板剪力墙结构进行了低周反复荷载试验,分析结构破坏模式和耗能机理,得到了承载力、延性、刚度、耗能能力等指标.结果表明:该种结构具有良好的延性和耗能性能,安全储备高;半刚框架和墙板协同工作良好;斜加劲肋的设置缓解了钢板沿拉力带方向的面外变形,提高了墙体的弹性屈曲倚载及初始刚度,减轻了滞回曲...     

抗弯框架-钢板剪力墙结构体系抗震性能研究

基于等效拉杆理论和静力弹塑性分析法,对8层钢板剪力墙结构进行了静力推覆分析,在节点铰接和刚接连接形式下,分析了结构层间剪力分配、荷载-位移曲线、塑性铰出现顺序等指标,研究了节点刚度变化对结构整体性能的影响.结果表明:三跨刚接模型中,剪力墙承担约65％水平剪力,钢框架承担约35％,梁柱铰接后承载力降低29％左右.单跨刚接模型中,剪力墙承担约80％水平剪力,钢框架承担约20％,梁柱铰接后承载力降低9％左右.梁柱刚接为双重抗侧力体系,相邻跨框架能提供有效刚度,节点连接形式对结构承载力的影响不容忽视.     

钢框架-带缝钢板剪力墙结构受力性能分析

本文对4种钢框架、6种带缝(两排)钢板剪力墙片(四周与构件无连接)和6种固接的钢框架-带缝钢板剪力墙结构在3种不同竖向荷载作用下的抗侧能力和往复荷载下的滞回性能进行了研究,并对比分析。结果表明:前两种结构的侧移刚度、抗侧能力相对较低,屈曲后刚度退化快;钢框架-带缝钢板剪力墙结构的侧移刚度、抗侧能力和耗能能力比前两种结构有明显的提高,说明钢框架与带缝钢板剪力墙片固接后工作协调性能良好。带缝钢板剪力墙片与钢框架-带缝钢板剪力墙结构的整体设计参数宽高比W/H,开缝设计参数开缝墙肢的高宽比h/b、宽厚比b/t、开缝墙肢与剪力墙的高宽比h/H对结构的抗侧能力和滞回性能有很大影响。W/H增大,结构的抗侧能力增强,滞回性能降低;h/b、b/t、h/H增大,结构的抗侧能力降低,滞回性能提高。     

内藏钢桁架混凝土组合低剪力墙抗震性能试验研究

进行了3个1/3缩尺的低剪力墙的抗震性能试验研究,包括1个普通混凝土低剪力墙、1个内藏钢框架混凝土组合低剪力墙和1个内藏钢桁架混凝土组合低剪力墙。在试验研究基础上,对比分析了各剪力墙的刚度及其衰减过程、承载力、延性、滞回特性、钢筋应变、耗能能力及破坏特征。试验表明:内藏钢框架和内藏钢桁架混凝土组合低剪力墙的抗震性能比普通混凝土低剪力墙明显提高。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架震后修复试验研究

高强钢组合K形偏心支撑钢框架通过低屈服点耗能梁段的弹塑性变形耗散能量,结构破坏主要集中于此,可通过更换耗能梁段完成结构修复。为研究替换构件法修复这种结构的可行性和修复后结构的抗震性能,先对1榀单层单跨1/2缩尺的高强钢组合K形偏心支撑钢框架进行循环加载试验;将已加载破坏的试件进行更换耗能梁段修复,再对修复后的试件进行循环加载试验。试件破坏模式和主要抗震性能指标的分析结果表明:采用替换耗能梁段法修复这种结构是可行的,且修复工作量小,有利于尽快恢复正常;修复后的极限承载力与原试件相当,但延性系数略有降低;相同层间位移角下二者耗散能量差别不大,但修复后的耗能梁段转动能力不及原试件。     

钢管混凝土边框内藏钢板-钢撑低矮剪力墙抗剪性能分析

提出了钢管混凝土边框内藏钢板-钢撑组合剪力墙。为研究这种新型组合剪力墙的抗剪性能,在已有相关低矮剪力墙抗震性能试验基础上,进行了2个新的不同构造低矮剪力墙模型低周反复荷载试验。比较分析了两个试件的滞回特性、承载力、刚度、耗能和破坏特征,提出了抗剪承载力计算公式,计算与实测符合较好。研究表明:钢管混凝土边框,对墙体主斜裂缝发展有明显约束作用;不同构造剪力墙,墙体裂缝开展与损伤过程有明显差异;边框、钢板-钢撑和墙体的设计参数应合理匹配,以提高剪力墙的延性和抗震耗能能力。     

开洞薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

薄板墙的滞回曲线在零位移附近有零刚度现象,存在明显的捏缩效应,常规方法是直接采用中厚板或通过强大的加劲体系将薄板转化成中厚板,但这将降低薄板墙的经济性。通过两片开洞薄钢板墙低周反复荷载试验,系统地研究了开洞钢板墙的破坏过程和破坏机理,得到了承载力,侧移刚度,延性和耗能能力等指标。试验结果表明,开洞钢板墙有较高的承载力和侧移刚度,延性和耗能能力很好。开洞不仅可以满足门窗洞口等建筑需求,而且可以减小内填板宽度,调节内填板与框架的刚度比,避免薄板墙的捏缩效应,使构件有更高的安全储备,开洞钢板墙是一种理想的水平抗侧力构件。     

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。     

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。     

基于OpenSees的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架数值模拟

提出了一种既有钢筋混凝土框架结构的抗震加固方法,该法采用防屈曲支撑提高框架结构体系的水平承载力和耗能能力,利用外包钢进一步提高柱子的抗弯和抗剪承载力。采用开源有限元程序OpenSees,分别建立空钢筋混凝土框架和防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的分析模型,对2榀钢筋混凝土框架的抗震性能进行模拟。防屈曲支撑采用了弹塑性桁架单元模型,加固框架柱混凝土考虑了外包钢的约束作用。将分析结果与拟静力试验结果进行比较,以检验分析模型的准确性,以及研究防屈曲支撑和外包钢对混凝土框架抗震性能的影响。分析结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好,验证了基于OpenSees建立的数值模型的准确性;外包钢有效改善了框架柱的抗弯承载力和变形能力;防屈曲支撑显著提高了加固框架体系的水平刚度、水平承载力和耗能能力。