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。     

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。     

屈曲约束支撑半刚性连接框架弹塑性地震位移简化计算

研究屈曲约束支撑半刚性连接框架弹塑性位移计算方法,为这种结构抗震设计提供依据.推导了屈曲约束支撑半刚性连接框架结构侧移刚度计算方法,通过计算屈曲约束支撑和半刚性连接在罕遇地震作用下的有效阻尼比,修正弹性设计反应谱,再利用修正后的设计反应谱进行结构弹塑性层间位移简化计算.通过与弹塑性时程分析对提出的计算方法进行验证.基于有效阻尼比的思想给出的弹塑性位移的简化计算方法可进行屈曲约束支撑半刚性连接框架罕遇地震下的抗震设计.     

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。     

自复位中心支撑钢框架结构抗震性能分析

为了研究自复位中心支撑钢框架（SC-CBF）结构的抗震性能,对一四层SC-CBF结构进行了静力弹塑性分析、低周往复加载分析和动力弹塑性时程分析,并与中心支撑钢框架（CBF）结构进行对比,探究了不同GAP单元刚度和预应力筋截面积对SC-CBF结构自复位性能及抗震性能的影响规律。结果表明:与传统CBF结构相比,SC-CBF结构的抗侧能力强,地震作用下基底剪力小,卸载后的残余变形较小,具有良好的延性性能;在极罕遇地震作用下SC-CBF结构的位移响应大,耗散的能量多,层间位移角大而残余位移小,表现出良好的自复位性能和抗震性能;GAP单元刚度对预应力筋的受力性能影响较为明显,对结构的整体受力性能和延性性能影响较小,但结构的整体受力性能和延性性能受预应力筋截面积影响显著。     

高层高强钢组合偏心支撑框架抗震性能简化分析

高强钢组合偏心支撑钢框架是一种新型的抗震结构体系,为分析其抗震性能,利用ABAQUS有限元软件建立了简化分析模型。在验证该简化模型合理有效的基础上,建立了某十层算例的整体模型,施加竖向荷载的同时施加水平倒三角形循环荷载作用,进而分析了该算例的滞回性能。研究表明:本文提出的简化分析模型不仅可以较准确的模拟该结构体系的延性和抗侧刚度,还可以有效预测结构的变形分布和非线性性能。     

消能支撑框架结构设计方法探讨

本文提出了一种新的消能支撑框架结构设计方法，该方法能够实现罕遇地震下结构的目标位移控制，其主要设计思路是框架主体结构按非抗震设计或降低烈度进行抗震设计，消能支撑则由罕遇烈度地震下满足给定层间位移角限值的优化计算来确定。本文还给出了一个15层框架结构的设计算例，并把本文方法的设计结果与按常规方法的设计结果进行了比较。     

交错桁架多层钢结构推倒分析方法研究

随着基于性能的抗震设计思想的发展,推倒分析开始成为罕遇地震下多、高层结构抗震设计的有力工具。本文以交错桁架多层钢结构为例,采用推倒分析对其在E l Centro波作用下的地震反应进行研究,分别采用位移系数法和能力谱法确定结构目标位移,同时进行结构在相同地震动下的弹塑性时程分析。研究表明,推倒分析能准确地评价交错桁架多层钢结构的抗震性能,采用位移系数法和能力谱法确定的结构顶点侧移均与弹塑性时程分析吻合较好,对层间位移及塑性铰分布的预测,能力谱法比位移系数法更为准确。     

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。     

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。     

基于IDA的多龄期钢排架结构地震易损性分析

针对钢材锈蚀导致结构抗震性能退化的现象,需对多龄期结构进行抗震性能评估。基于酸性大气环境下不同锈蚀程度钢材材性试验结果,以SAP2000为平台建立不同服役龄期(30年、40年、50年、60年)钢排架结构数值模型。选取PGA为地震动强度指标,最大层间位移角为地震需求参数对模型进行增量动力分析(IDA),建立结构地震需求模型,基于地震需求模型建立多龄期钢排架结构厂房地震易损性曲线和震害矩阵。研究成果可为城市多龄期建筑地震风险评估提供依据。     

基于零阶和一阶优化算法的建筑结构抗震优化设计

针对第三水准“大震不倒”的抗震设防目标,提出一种建筑结构的抗震优化设计方法,依据“用相同的投资获最好的设计”的设计理念,建立了在强烈地震波的作用下,以建筑结构最大的层间相对位移最小化作为优化目标,同时满足体积约束的优化数学模型,并采用动力有限元分析模型和高效的显式动力分析方法进行结构分析获得最大的层间相对位移,采用零阶和一阶优化算法分别求解优化数学模型,在显式动力分析软件ANSYS／LS—DYNA的基础上进行二次开发,实现了一个三维框架结构的抗震优化设计。数值结果表明该方法能获得较高质量的解,经优化设计后建筑结构的抗震性能得到了很大的改善。     

Probabilistic seismic performance evaluation of SMA-braced steel frames considering SMA brace failure

This study explores seismic performance of steel frame buildings with SMA-based self-centering bracing systems using a probabilistic approach. The self-centering bracing system described in this study relies on superelastic response of large-diameter cables. The bracing systems is designed such that the SMA cables are always stressed in tension. A four-story steel frame building characterized until collapse in previous research is selected as a case-study building. The selected steel frame building is designed with SMA bracing systems considering various design parameters for SMA braces. Numerical models of these buildings are developed by taking into account the ultimate state of structural components and SMA braces as well as the effect of gravity frames on lateral load resistance. Nonlinear static analyses are conducted to assess the seismic characteristics of each frame and to examine the effect of SMA brace failure on the seismic load carrying capacity of SMA-braced frames. Incremental dynamic analyses (IDA) are performed to compute seismic response of the designed frames at various seismic intensity levels. The results of IDA are used to develop probabilistic seismic demand models for peak inter-story and residual inter-story drifts. Seismic demand hazard curves of peak and residual inter-story drifts are generated by convolving the ground motion hazard with the probabilistic seismic demand models. Results show that steel frames designed with SMA bracing systems provide considerably lower probability of reaching at a damage state level associated with residual drifts compared to a similarly designed steel moment resisting frame, especially for seismic events with high return periods. This indicates reduced risks for the demolition and collapse due to excessive residual drifts for SMA braced steel frames.     

西昌市某高层剪力墙结构隔震设计与分析

针对西昌市某高层钢筋混凝土剪力墙结构进行了橡胶支座隔震设计和抗震性能分析。西昌市抗震设防烈度为9度,历史上曾发生过7.5级地震。该工程场址地质构造较复杂,东侧区域有一条隐伏断层,属则木河断裂带次生断层。则木河断裂带是川西主要发震断裂带之一,至今仍是一条活动较强烈的大断裂。按照《建筑抗震设计规范》(2016版)要求,取近场影响系数1.5,以提高结构的安全度;选取Ⅱ类场地5条天然地震波和2条人工模拟地震波,共计七条符合规范要求的地震波;基于SAP2000软件对结构进行了隔震设计,中震作用下结构层间剪力和倾覆弯矩减震系数最大值为0.24,比非隔震结构地震响应减小显著,罕遇地震下隔震支座的面压、水平位移能够满足规范要求。采用ABAQUS对结构进行了罕遇地震动力弹塑性时程分析,结果表明结构能够满足"大震不倒"的抗震设防目标。     

基于小波变换的层间隔震结构地震响应分析

利用小波多分辨率分析将地震动加速度分解为多频段小波分量,并运用复模态方法推导其计算层间隔震体系在地震作用下的动力响应公式,讨论各频段地震信号及结构响应的能量分配。同时利用小波时频工具分析地震动能量在时频域内的分布对层间隔震结构响应的影响,进而为考察地震动非平稳性对层间隔震结构非线性分析的影响提供方法。利用小波分析的以上优势,对一典型层间隔震结构分别进行弹性和弹塑性分析,结果表明弹性体系在地震作用下的响应可由该地震波各小波分量的响应叠加而得,地震动能量在时间上的集中会对层间隔震结构响应产生不利影响。     

多龄期钢框架时变损伤模型研究

对3种不同厚度的钢材标准试件进行酸性大气环境气雾加速腐蚀试验,并对锈蚀后的试件进行单向拉伸试验,得到钢材力学性能随失重率的衰变规律。同时考虑构件截面削弱与材料力学性能降低,建立不同锈蚀程度下的钢框架有限元分析模型,利用非线性静力推覆分析得到锈蚀钢框架结构的整体初始刚度随锈蚀程度增大的退化规律,以表征结构因锈蚀造成的损伤。提出同时反映最大变形效应和累积耗能效应的双参数结构整体地震损伤模型,并在此损伤模型的基础上集合钢材材性试验结果及有限元分析结果,提出适用于锈蚀钢结构的"时变"损伤模型。对比分析以层间位移角及时变损伤模型为性能指标建立的不同龄期钢框架结构的地震易损性曲线,结果表明:随着锈蚀程度的增加,在相同地震动强度下结构超越某一极限状态的失效概率均增大。     

设计变截面交叉柔性力学的模型在装配式钢构建筑梁柱预应力中的分析

为了提高装配式钢构建筑梁柱的抗震性能,设计一种变截面交叉柔性力学模型进行截面抗震性的预应力评估。方法中采用极限承载力约束进行抗震性分析,引入抗弯刚度软化系数进行误差修正,求出钢构建筑梁柱的荷载作用力矩,通过应力评估和结构解耦性设计,实现钢构建筑梁柱的抗震性评估。构建以钢材强度、延性指标和钢框架地震易损特征为约束参量的抗震性能分析函数,建立装配式钢构建筑梁柱开裂初始预应力预测方法,实现装配式钢构建筑梁柱预应力的准确评估。试验结果表明,所提模型能够对装配式钢构建筑梁柱的应力应变关系、屈服强度以及极限承载力进行准确计算,提高配式钢构建筑梁柱的抗震性能。     

考虑楼板作用的SRC柱-钢梁混合框架动力时程分析

为了解楼板空间作用对型钢混凝土(SRC)柱-钢梁混合框架抗震性能的影响,利用有限元软件ABAQUS分别建立带有楼板和不带楼板的两跨三层SRC柱-钢梁框架,选取2组天然波和1组人工波对其进行弹塑性分析,对比2种框架结构的型钢应力分布、混凝土板损伤、层间相对位移角以及框架基底剪力,分析楼板在结构抗震中的影响规律。结果表明:增加楼板可以有效增加框架抗侧刚度,最大可使层间位移角降低38.7%;同时可以减小核心区梁端塑性区域的面积,减缓型钢上翼缘应力发展速度;而且楼板的存在可使最大基底剪力提升60.7%,有利于减小结构损伤和提高抗震性能。