基于多水准的高强钢框架-D形偏心支撑结构层剪力分布研究

高强钢框架GD形偏心支撑结构中耗能梁段采用Q355钢,非耗能构件(即框架梁和柱)采用高强度钢材,形成一种新型结构体系.耗能梁段在结构遭遇罕遇地震时充分发挥塑性变形耗能,保护高强钢框架处于弹性受力状态,高强钢框架GD形偏心支撑结构由于在塑性状态下结构刚度发生改变,其层剪力分布模式不再符合基于强度的设计理论,因此,本文研究了高强钢框架GD形偏心支撑结构在多水准地震动状态下的层剪力分布模式.本文设计了四种不同层数(4层,8层,12层和16层)和三种不同耗能梁段长度(900mm,1000mm和1100mm)的高强钢框架GD形偏心支撑结构,输入40条近场脉冲地震和40条远场地震记录,得到结构在多遇地震、设防地震、罕遇地震以及极罕遇地震下的层剪力分布模式,并对罕遇地震下的层剪力分布模式进行参数标定,获取塑性状态下结构的弹塑性侧向力分布状态.

钢框架-偏心支撑结构消能梁暗置侧向支撑设计

在钢框架-偏心支撑结构中,针对钢结构住宅等建筑中不能接受常规消能梁侧向支撑的情况,设计了一种在消能梁段端部的楼板内设置型钢连接件及暗梁组成的暗置侧向支撑。有限元模拟分析表明,在规范规定的消能梁段下翼缘侧向水平荷载的作用下,该消能梁暗置侧向支撑能显著减小消能梁的扭转变形和侧向弯曲变形;在考虑消能梁上局部楼板失效的情况下,暗置侧向支撑也能提供消能梁合适的扭转约束刚度。通过某工程的原位静荷载试验,验证了该暗置支撑对消能梁发挥的预期侧向支撑作用。

带竖向连杆的偏心支撑钢框架结构抗震性能评估

带竖向连杆的偏心支撑钢框架结构通过在耗能梁两端增设竖向连杆,以改善传统偏心支撑钢框架结构中耗能梁非弹性变形不均匀的问题。本文分别根据考虑高阶振型影响的设计方法和原有设计方法,设计了带竖向连杆的偏心支撑钢框架算例,并增加传统K形偏心支撑钢框架结构对比算例,通过增量动力分析和易损性分析,从结构的破坏状态概率、易损性指数和抗倒塌储备系数三个方面对比结构的抗震性能。结果表明,3种结构均可满足我国抗震规范中“小震不坏”“中震可修”和“大震不倒”的抗震设计要求。由于竖向连杆的变形调节作用,带竖向连杆的偏心支撑钢框架结构出现软弱层的概率更低,其发生较重程度损伤的概率也更低,具有更好的抗倒塌性能。在地震动强度较大时,考虑高阶振型影响的设计方法设计的带竖向连杆的偏心支撑钢框架结构整体参与耗能,各层耗能梁塑性发展更加均匀,抗震性能更好。

连梁可更换的Y型偏心支撑组合框架力学性能试验研究

为研究连梁可更换的Y型偏心支撑组合框架(简称“Y型V-EBCF”)的力学性能,设计制作了一榀Y型V-EBCF试件,其中可更换式连梁由低屈服点钢加工并通过高强螺栓与周边构件相连。对Y型V-ECBF试件和拆卸了连梁后的试件分别进行了拟静力试验,分析了试件的失效模式、荷载-位移曲线和残余位移角,试验结果表明:在连梁失效前,结构具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力;当拆卸失效连梁后,结构在组合框架的不平衡内力下恢复至原位,残余变形角为0.002 rad,小于规范限值(0.005 rad)及最大可更换残余位移角限值(0.0023 rad),且余下试件再加载时的滞回曲线依旧饱满稳定,表明Y型V-ECBF体系具有良好的震后恢复能力;采用现行AISC360-16规范相关公式可以准确计算低屈服点钢连梁的承载力,但超强系数建议取3.0以防止周边构件的破坏;Y型V-ECBF体系的刚度和承载力等于偏心支撑中连梁和组合框架的刚度与承载力之和。此外,Y型V-EBCF中的连梁会引起框架梁跨中承担额外的弯矩,导致跨中混凝土板的开裂,该文给出了计算跨中混凝土板裂缝宽度的公式。

脱硝工程中偏心支撑钢结构的应用

脱硝钢结构的框架-中心支撑抗侧力体系有足够抗风需要的结构弹性刚度,在地震作用下,支撑设计不致屈曲则地震力过大,导致结构内力和基础反力过大,结构和基础总体造价偏高。如允许支撑在设防烈度及罕遇地震时屈曲降低地震作用,则支撑屈曲后性能退化,影响它的耗能能力使得结构缺失必要的抗侧刚度,结构有倒塌的安全问题。本文通过脱硝工程框架-偏心支撑体系在钢结构中的应用,论证了该结构体系弹性阶段满足多遇地震下的抗侧刚度和变形能力需求,罕遇地震下其消能梁段在结构中发挥了“保险丝”作用,在主体结构发生屈服前耗散大量的地震能量,避免支撑发生屈服,实现了罕遇地震下主体结构必要的安全要求。偏心支撑体系允许耗能梁段屈曲耗能,较大的减小了设防烈度和罕遇地震下结构的内力和支座反力,可在造价较低下满足结构安全性和经济性需求,说明了在高烈度地区偏心支撑技术在脱硝钢结构上有较好的推广价值。

带竖向连梁的偏心支撑组合框架理论研究

带竖向连梁的偏心支撑组合框架具有良好的力学性能,是一种高效的耗能减震结构体系,但由于试验研究的数量有限,仅从单个构件试验并不能完全证明该结构体系的优越性和适用性。该文对带竖向连梁的偏心支撑组合框架展开理论研究,详细分析了各设计参数对结构抗震性能的影响。首先,该文建立该结构体系的结构力学理论模型,推导侧向荷载作用下结构的内力分布结果与变形分布结果,并提出该结构的理论骨架曲线,给出理论骨架曲线关键点的计算方法,与试验结果吻合良好。根据该文建立的理论模型,可计算出在不同侧向荷载作用下,结构的内力分布与变形模式。此外,理论模型分析的结果显示,在引入偏心支撑构件后,原组合框架的梁端和柱端的内力增加,跨中框架梁内力增加,混凝土板的损伤增加,结构的侧向刚度明显提升,与试验结果分析得到的结论完全一致,进一步验证理论模型的准确性。

耗能梁段腹板厚度对高强钢组合Y型偏心支撑框架受力性能的影响研究

为了研究耗能梁段腹板厚度对高强钢组合单层单跨Y型偏心支撑框架的受力性能,采用有限元软件ABAQUS分别对5个不同耗能梁段腹板厚度的高强钢组合单层单跨Y型偏心支撑框架模型进行了分析。结果表明:这种结构形式具有良好的耗能性能,耗能梁段能够充分发挥耗能的作用;耗能梁段腹板厚度对其强度、刚度和耗能性能均有较大影响,耗能梁段腹板厚度设计合理时,可满足结构在小震或中震作用下的承载力和变形要求,在大震下有良好的变形能力和耗散地震能量的能力。

两种偏心支撑钢框架的抗震性能比较分析

偏心支撑钢框架是近30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钢框架抗侧力性能和耗能梁段的受力特性,对D型偏心支撑和K型偏心支撑钢框架进行了对比分析。通过非线性有限元分析,得出K型偏心支撑钢框架具有更优异的耗能能力和变形能力,能够显著地改善钢框架的抗震性能。

两种偏心支撑钢框架受力性能对比分析

建立了空间Y型与K型偏心支撑钢框架有限元模型,对两种模型框架进行了单向加载和循环加载试验,对比分析了两种空间偏心支撑框架的屈服强度、极限承载力、侧向刚度、延性和耗能能力等方面受力性能的差异,为工程设计提供参考。

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。

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。

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。

偏心支撑钢框架在水平力作用下的试验研究和极限分析

本文通过一榀单跨三层偏心支撑钢框架在往复水平力作用下的试验,研究了偏心支撑框架的抗震性能;用一阶刚塑性倒塌机构和虚功原理,建立了单斜杆偏心支撑钢框架的极限分析方法,并对试件作了极限分析,与试验结果吻合较好。

Y形偏心支撑耗能段长度对结构抗震性能的影响

目的研究Y形偏心支撑耗能段长度对结构的刚度、承载能力以及滞回性能的影响.方法对2榀改变耗能段长度的Y形偏心支撑框架进行循环加荷试验.介绍了试验方案和试验过程,对比分析了试件的承载能力、位移延性、耗能能力以及Y形偏心支撑框架塑性机构.结果耗能段长度对Y形偏心支撑框架强度、刚度以及耗能能力影响较大;耗能段长度越短,Y形偏心支撑框架强度和刚度越大;结构主要由耗能段进入塑性形成塑性机构耗散地震能量;耗能段与支撑之间的连接破坏导致结构失效;试件的位移延性系数为3.62～4.44,结构的位移延性较好.结论 Y形偏心支撑耗能段长度选取合理,结构抗侧刚度高、抗震性能好.

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能分析

为了合理评估高强钢组合K形偏心支撑框架(K-HSS-EBFs)的抗震性能,首先建立了振动台试验试件的有限元模型,验证了有限元分析方法的适用性。设计了一个10层K-HSS-EBF结构,选取10条地震记录对其进行增量动力分析(IDA)。探讨了在强震作用下结构的薄弱部位、耗能梁塑性区的形成和发展、基底剪力和最大层间位移的关系,得到了结构概率分位值为10%、50%和90%的IDA曲线以及位移延性系数,结合定义的性能参数评估了结构的抗震性能。研究表明:随着地震动峰值加速度的增加,各层耗能梁先后进入塑性,并逐渐发展,吸收地震能量;K-HSS-EBFs的易损曲线能很好地反映其抗震性能;按《建筑抗震设计规范》设计的高强钢组合K形偏心支撑框架偏保守,能承受远大于设防烈度的地震作用,造成结构设计的浪费。

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。

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。

偏心支撑钢筋混凝土框架的试验研究与极限分析

通过对 4榀具有同一外形尺寸及配筋而具有不同形式的带有偏心角钢支撑的钢筋混凝土框架和 1榀相同尺寸及配筋的钢筋混凝土框架的对比性试验 ,研究了上述试件的抗侧刚度、极限承载力及结构的耗能等各项指标 ,探讨了偏心角钢支撑钢筋混凝土框架结构的受力特点 。

K形偏心支撑钢框架的弹性抗侧刚度与极限承载力

为了明确K形偏心支撑的传力路径和内力分配,便于计算层间侧移和耗能连梁转角,依据结构力学基本假定,给出了K形偏心支撑框架各构件在侧向力作用下的内力表达式,进而推导出K形偏心支撑弹性抗侧刚度的近似计算公式,通过试验数据和ANSYS有限元分析,验证了公式的精确性,并提出了K形偏心支撑构件的简便设计方法;基于虚功原理和小变形假定,当已知外力分布时,依据偏心支撑达到极限状态时的典型屈服机制,推导出K形偏心支撑极限承载力公式,利用SAP2000对10层算例进行推覆分析,验证了极限承载力公式,为工程设计提供参考依据.

高强钢组合K型偏心支撑框架耗能梁段长度研究

建立了多个耗能梁段长度不同的高强钢组合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,研究了耗能梁段长度对高强钢组合K型偏心支撑框架承载力、强度退化、刚度退化、延性和耗能能力的影响规律.结果表明:耗能梁段长度不同,相应的高强钢组合K型偏心支撑框架抗震性能差异较大.最后,结合承载力、强度、刚度、延性及耗能能力,给出了高强钢组合K型偏心支撑框架相关设计建议,为工程设计提供参考.