高强钢组合Y形偏心支撑钢框架静力性能

为研究高强钢组合Y形偏心支撑钢框架在水平荷载作用下的承载能力、抗侧刚度、延性和破坏模式,对一个1/2缩尺的3层结构试件进行了静力推覆试验,试验采用三质点倒三角比例加载,并采用OpenSees软件建立了相应的数值模型进行模拟。研究结果表明:试件在水平荷载作用下,随着顶点位移的逐渐增大,耗能梁段开始屈服,结构的刚度逐渐降低;试验过程中,结构2层的耗能梁段塑性变形最为明显,层间位移最大,层间侧移角达到了0.0433 rad;结构在最终破坏时,表现为框架梁与耗能梁段连接处节点的破坏,框架梁柱仍处于弹性状态;OpenSees建模时耗能梁段与框架梁连接处采用刚性连接加刚性段的方式,该建模方法得到的推覆曲线模拟结果与试验结果吻合较好,表明数值模型可用于整体结构的抗震性能模拟分析;参数分析结果表明,剪切屈服型耗能梁段抗侧刚度和承载力均优于弯剪屈服型耗能梁段。

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。

Y型偏心支撑钢框架受力性能有限元分析

对5个具有不同耗能梁段长度的Y型偏心支撑钢框架的滞回性能与耗能梁段的耗能性能进行了非线性有限元分析。研究表明:Y型偏心支撑钢框架具有良好的耗能性能和延性,耗能梁段能够充分发挥耗能和变形的作用;耗能梁段的长度对Y型偏心支撑钢框架的强度、刚度、延性和耗能性能均产生明显的影响,耗能梁段越短,其塑性变形越大,Y型偏心支撑钢框架的承载力越高,耗能梁段过长钢框架的抗震性能越差。

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。

基于功能平衡原理和能量耗散系数的Y形偏心支撑结构设计方法

根据功能平衡原理和预先选定的目标位移与屈服机制,可得到Y形偏心支撑结构的基底剪力和各楼层剪力值。结合《建筑抗震设计规范》、短剪切型消能梁段的能量耗散系数和框架梁的耗能折减系数,可得到各楼层消能梁段的塑性剪力和塑性弯矩。详细研究支撑与短剪切型消能梁段的刚度比对Y形偏心支撑结构侧移的影响,可明确刚度比和支撑刚度的合理取值,并提出相应的结构设计方法。基于所提出方法对某6层Y形偏心支撑框架进行设计,并采用静力弹塑性分析法进行验正。算例结果表明:该方法无需进行复杂的计算和迭代,就能使所设计Y形偏心支撑结构满足多遇地震和罕遇地震下的屈服机理和层间位移等要求。

Y形偏心支撑钢框架耗能段长度研究

为研究耗能段长度对Y形偏心支撑钢框架滞回性能的影响,应用ABAQUS 13.0建立了8个不同耗能段长度的Y形偏心支撑钢框架模型并对其进行了数值分析,研究了耗能段长度变化对Y形偏心支撑钢框架承载力、刚度、耗能能力和延性的影响。结果表明:Y形偏心支撑钢框架具有良好的滞回性能,耗能段长度变化对Y形偏心支撑钢框架的承载力、刚度、耗能能力及延性均有较大影响;随着耗能段长度的增大,Y形偏心支撑钢框的承载力及刚度呈降低趋势,功比指数和延性系数先增大后降低。此外,根据有限元分析结果确定了Y形偏心支撑钢框架耗能段长度的合理取值。

带扩孔螺栓连接型消能梁段的Y形偏心支撑结构抗震性能研究

地震作用下,Y形偏心支撑结构需有效增大消能梁段的延性和耗能能力、减小消能梁段的变形,以使其满足"多遇地震、设防地震下无损伤,罕遇地震下损伤较小且震后功能可快速修复"的抗震设防目标。基于短剪切型消能梁段和剪切扩孔型螺栓连接的力学性能,提出一种用于Y形偏心支撑结构中的新型扩孔螺栓连接型消能梁段;采用校正的数值仿真分析法对短剪切型消能梁段、剪切扩孔型螺栓连接、扩孔螺栓连接型消能梁段进行研究,以明确扩孔螺栓连接型消能梁段的力学性能和耗能模式。经对某合理设计的带扩孔螺栓连接型消能梁段的Y形偏心支撑结构分析表明,多遇地震和设防地震下消能梁段无明显变形和损伤,罕遇地震下通过剪切扩孔型螺栓连接和短剪切型消能梁段双重耗能机制,有效提高偏心支撑结构的抗震性能和减小消能梁段的损伤,为偏心支撑结构的抗震设计提供新的思路和方法。

Y型偏心支撑框架结构滞回性能数值模拟

考察ANSYS软件进行Y型偏心支撑钢框架的滞回性能的数值模拟的可行性.根据已有Y型偏心支撑钢框架滞回性能试验,分别建立梁壳模型、全壳模型、全实体模型进行数值分析.对比数值模型与试验的滞回性能曲线,分析数值模拟与试验得出的承载力、初始刚度、卸载刚度、刚度退化及耗能能力的差异.研究表明,在模拟承载力及刚度退化时采用全实体模型更为合适,模拟初始刚度、卸载刚度及耗能能力时采用梁壳模型更为合适.

装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构体系抗震性能研究

将短剪切型耗能段和Y形偏心钢支撑引入全装配式混凝土框架结构中,并结合装配整体式混凝土框架结构,可得到一种装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构体系,以更好适应当前抗震要求。为将损伤集中在耗能段和装配式混凝土梁上,提出并研究一种基于弯剪分离的全装配式混凝土梁-耗能段组合节点、一种全装配式混凝土梁柱-钢支撑组合节点。设计某12层装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构体系,并采用弹塑性时程分析方法研究其抗震性能。结果表明,在保证各关键节点性能的前提下,该结构在不同地震下均能满足要求,且耗能段率先剪切屈服耗能,随后不带Y形偏心钢支撑的框架梁发生弯曲屈服,与预期抗震性能相符。另外,带Y形偏心支撑的框架梁-梁间采用铰接连接,可有效降低全装配式混凝土梁柱-钢支撑连接节点的受力,防止框架梁产生塑性铰,使结构具有抗震性能好和震后功能可恢复等特点。

Y型偏心钢支撑加固弱柱RC框架的滞回性能试验

为研究Y型偏心支撑加固弱柱RC框架的滞回性能,进行了2榀、1/3缩尺的Y型偏心钢支撑加固RC框架的低周往复加载试验,其中1榀试件的RC框架为强梁弱柱型,另外1榀对比试件为强柱弱梁型。重点研究采用Y型偏心钢支撑加固强、弱柱RC框架结构的破坏过程及破坏特征,分析了两类加固框架的滞回性能、延性、刚度退化、耗能等抗震性能。试验结果表明采用Y型偏心钢支撑加固弱柱框架后,仍可获得较高的水平承载力、抗侧刚度,以及良好的变形和耗能能力。

带可替换耗能段的Y形偏心支撑框架抗震性能研究

为了研究耗能段采用端板连接的Y形偏心支撑钢框架的抗震性能,设计了2个耗能段连接形式和2组结构高跨比不同的试件。采用有限元分析软件ABAQUS对试件进行滞回分析,研究耗能段连接形式和结构高跨比对试件滞回性能的影响,将试件的正向骨架曲线简化为三折线模型,确定使结构快速恢复功能而替换耗能段的结构层间侧移角的合理范围。研究结果表明:设计合理的端板连接耗能段的Y形偏心支撑钢框架的滞回性能与焊接连接耗能段的Y形偏心支撑钢框架基本相同;基于等能量原理的三折线模型适用于确定耗能段的替换范围;Y形偏心支撑框架的最大层间位移角介于1/350至1/80之间时可替换耗能梁段。

交叉形和Y形耗能支撑钢框架滞回性能分析

为避免Y型耗能支撑钢框架在地震作用下由于耗能梁段对钢梁及楼层产生的不利影响,提出了一种改进的交叉形耗能支撑钢框架结构。采用ABAQUS6.11有限元分析软件对交形耗能支撑钢框架结构进行了滞回性能分析,并与传统Y形耗能支撑钢框架结构从水平承载力、抗侧刚度和耗能能力三方面进行了对比分析。研究表明:在设计合理的情况下,交叉形耗能支撑钢框架具有较大的抗侧刚度和良好的耗能能力,并且其强度、刚度、耗能能力均优于传统Y形耗能支撑钢框架结构。

遗传算法在Y型偏心支撑组合框架抗震性能优化中的应用研究

该文针对Y型偏心支撑组合框架抗震性能优化展开研究,共选择5层、10层和15层高的三类典型钢-混凝土组合框架作为研究对象,采用考虑楼板空间组合效应的高效全杆系纤维模型对研究对象进行数值模拟。提出了适用于Y型偏心支撑组合框架的遗传算法程序,包括染色体编码方法、适应度计算方法、进化终止条件以及在遗传过程中的选择、交叉与变异法则,对偏心支撑的布置位置和力学参数分别进行了优化设计。结果表明:遗传算法程序能够迅速找到Y型偏心支撑组合框架抗震性能优化问题的最优解,收敛性良好,相比于传统枚举遍历算法,在求解中层、高层结构偏心支撑布置位置的优化问题时,计算成本明显降低。根据不同参数下遗传算法计算成本的分析,遗传算法中种群规模、淘汰比例和变异概率的最优取值随着楼层数目的增加而略有增加,对于布置位置优化问题,种群规模宜取4~12,淘汰比例和变异概率宜取10%~20%;对于力学参数优化问题,种群规模宜取4~8,淘汰比例宜取20%~30%,变异概率宜取10%~20%。

外撑内拉支撑体系在Y型墩施工中的应用研究

在水流湍急、地质较差的条件下进行桥梁工程施工时,为缩短Y型墩施工工期、尽量减少对环境的破坏,需对传统支撑体系进行改进与创新。提出了一套劲性骨架与外撑内拉支撑体系相结合的施工方法,并结合其工艺原理及施工过程采用有限元方法对其进行了数值模拟验证,得到了拉杆张拉力及伸长量与施工阶段的对应关系,同时对Y型墩施工过程中的线形与裂缝控制关键技术进行了总结。工程实践表明,该支撑体系具有施工操作简单、施工速度快、整体结构刚度大、适用性强等特点,可为今后类似工程施工提供借鉴。

交叉形与Y形耗能支撑加固RC框架滞回性能的对比分析

为改善Y形耗能支撑加固RC框架的抗震性能,提出了一种新型的交叉形耗能支撑。基于ABAQUS软件对采用Y形偏心支撑、交叉形耗能支撑加固RC框架进行了非线性有限元分析,并同未加固RC框架进行了对比分析,探讨了交叉形耗能支撑加固RC框架的受力机理、水平承载力、抗侧刚度和耗能能力。研究结果表明:交叉形耗能支撑加固的RC框架在水平承载力、抗侧刚度、耗能能力等方面均优于Y形偏心支撑加固的RC框架。此外,交叉形耗能支撑加固方式对原RC框架损伤小,且施工简便。

轴心压力对Y型偏心支撑钢框架抗震性能的影响

偏心支撑钢框架是在支撑钢框架的基础上改进的一种新型抗侧力体系,该体系结合了中心支撑钢框架强度、刚度高和抗弯框架延性、耗能性能好的优点,是适用于高烈度地震区的一种有效的抗侧力结构体系。同时,由于多高层钢框架的广泛应用,其层数不同将会导致柱轴心压力的不同。本文通过应用ANASYS有限元程序对其在不同轴心压力下的受力性能进行分析。

三种支撑钢框架性能的比较分析

基于Pushover方法,分析了K形偏心支撑、Y形偏心支撑、Y形隅撑支撑等三种支撑钢框架耗能梁段长度和截面刚度对结构抗震性能的影响,从刚度、延性和耗能三方面比较了三种支撑钢框架的结构性能。结果表明,在合理设计的情况下,Y形隅撑支撑钢框架可同时达到最好的刚度和延性;K形偏心支撑钢框架耗能最好;Y形偏心支撑钢框架的刚度和耗能最差,延性介于前两者之间。

Y形偏心支撑高强钢框架整体结构抗震性能分析

Y形偏心支撑高强钢框架结构中耗能梁段竖向布置,与框架梁是独立的两个构件,截面设计更加灵活,且塑性变形对框架梁和楼板影响较小,易于震后修复。结构设计中耗能梁段设计为屈服点低于345 MPa的普通钢材,以保证整体结构具有较好的延性与耗能;框架梁、柱等非耗能构件设计为高强度钢材,如Q460或Q690,在保证非耗能构件的弹性受力状态基础上降低构件截面尺寸。耗能梁段长度和结构层数(结构高度)是影响该结构性能的主要因素,考虑两种因素的影响,通过性能化设计方法设计了8,12,16层三组Y形偏心支撑高强钢框架原型结构,每组耗能梁段长度包括700,900,1 100 mm,共计9个模型。通过Pushover分析和动力弹塑性分析,研究了耗能梁段长度和结构层数对结构的破坏模式、刚度、层间侧移角分布、耗能梁段转角变形等影响。研究结果表明:耗能梁段越长,结构的抗侧刚度越弱;所有结构的层间侧移角和耗能梁段转角变形具有类似的分布模式。

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。

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。