人字形中心支撑钢框架静力推覆试验与有限元分析

为研究中心支撑钢框架在水平荷载作用下的抗侧刚度、延性、极限承载力及破坏模式,对一缩尺人字形中心支撑钢框架进行静力推覆试验.并分别采用SAP2000和ANSYS有限元程序对试验进行模拟.结果表明:受压支撑的屈曲会导致结构抗侧刚度的显著降低,但结构的水平承载力并无显著降低;受压支撑屈曲后,结构还具有较好的延性;规范中认为受压支撑杆屈曲后只有30%的承载能力,且据此来验算横梁的做法偏于保守.

用增量动力分析方法确定人字形中心支撑钢框架的结构影响系数和位移放大系数(Ⅱ)——算例

基于增量动力分析方法计算了6个人字形中心支撑钢框架的结构影响系数R和位移放大系数Cd。结果表明:对于不超过12层的人字形中心支撑钢框架,层数和跨数对各系数的影响都很小;结构超强系数RΩ所占的比重要明显大于结构延性折减系数Rμ。建议取Rμ=1.19,RΩ=3.98,R=4.71,Cd=5.55。

远场地震下人字形中心支撑钢框架基于能量的性态设计方法

结构在远场地震作用下的损伤与地震动的循环效应密切相关,基于标准化滞回耗能谱、累积延性比谱,提出了人字形中心支撑钢框架基于能量的性态设计方法。该方法给出了各构件累积滞回耗能的计算公式及各构件截面的设计方法。采用该方法设计了一个10层人字形中心支撑钢框架,选取了15条远场地震记录,采用Pushover分析方法和非线性时程分析方法对设计结构的抗震性能进行了评估。分析结果表明:结构在罕遇地震下出现了理想的屈服机构;在多遇地震和罕遇地震下,结构层间侧移角均满足建筑抗震设计规范的要求;结构层间变形比较均匀,各层累积滞回耗能分布比较平均,证明了所提出设计方法的可靠性。

强震下人字形中心支撑钢框架滞回能需求层间分布

考虑远、近场地震动特性,采用非线性动力分析方法,对3个不同层数人字形中心支撑钢框架结构滞回能需求的层间分布规律进行了研究。分析了远、近场罕遇地震下各结构层间滞回耗能分布规律及支撑耗能与其它构件耗能的比例,框架中各构件耗能的比例;提出了远、近场地震下结构滞回能层间分布系数计算公式。为中心支撑钢框架基于能量的抗震设计方法研究提供了依据。

人字形中心支撑钢框架近场地震下层剪力分布

为研究人字形中心支撑钢框架(CBSF)弹塑性状态下层剪力分布,设计了6个具有理想屈服模式的CBSF结构,采用非线性动力时程分析法获得了结构在近场地震下的层剪力分布,提出了层剪力分布模式,并同已有的层剪力分布模式进行了对比。分析表明,近场速度脉冲效应对CBSF结构层剪力分布影响较大;提出的层剪力分布模式在精度上优于已有的层剪力分布模式。

人字形中心支撑钢框架的结构影响系数研究

阐述了结构影响系数的定义及计算方法,采用典型的地震动记录对按照我国规范要求设计的一人字形中心支撑钢框架结构进行增量动力分析并得到其结构影响系数。结果表明,结构影响系数受分析方法、极限状态及破坏准则、有限元模型等影响较大,需要在这些方面作大量的研究工作。

有速度脉冲近场地震下人字形中心支撑钢框架性态设计方法

结构在近场地震作用下的破坏往往与强速度脉冲所携带的瞬时输入能量相关,根据5条近场地震波构造了屈服点谱(YPS)。基于结构屈服位移的稳定性,采用能力方法设计一榀人字形中心支撑钢框架结构。非线性静力分析和动力时程分析结果验证了用YPS法对中心支撑钢框架进行性态设计的可行性。

人字形中心支撑钢框架抗地震倒塌富余度研究

为了对人字形中心支撑钢框架的抗地震倒塌安全性进行评价,本文基于结构影响系数设计了7度抗震设防的5个结构算例;以倒塌富余度为衡量指标,采用FEMA P95抗地震倒塌安全性评估体系对其进行了研究。结果表明:7度抗震设防人字形中心支撑钢框架具有足够的抗地震倒塌能力,能提供足够安全的使用空间;进一步的研究表明,结构具备比"大震不倒"更强的抗地震倒塌能力,能够"特大地震不倒",对结构抗震性态设计有一定参考价值。

强震下人字形中心支撑钢框架滞回能需求层间分布影响因素

考虑不同地震动参数和结构参数,采用非线性动力分析方法,对3个不同层数的人字形中心支撑钢框架结构滞回能需求的层间分布规律进行了研究。分析了加速度峰值、地震波持时、结构阻尼比、切线模量、楼层数、支撑长细比等对结构层间滞回能需求的影响;为中心支撑钢框架基于能量的抗震设计方法研究提供了依据。

近场地震下人字形中心支撑钢框架地震反应

按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010),对处于发震断裂两侧5 km以内结构采用近场地震作用放大系数1.5,设计了10、15、20层人字形中心支撑钢框架;选取了16条近场地震记录,采用弹塑性时程方法分析了结构在近场地震波下的反应;同时,对规范考虑近场地震作用放大系数方法的可行性进行评价。结果表明:近场多遇地震下15、20层结构的层间位移角不满足规范要求;近场罕遇地震下15、20层结构均出现较大变形,不满足规范层间侧移角限值要求;时程分析得到的结构基底剪力也大于规范振型分解反应谱法计算值。

支撑长细比对人字形中心支撑钢框架结构影响系数的影响

为考察支撑长细比对中心支撑钢框架结构影响系数的影响,设计支撑长细比不同的4个人字形中心支撑钢框架并通过增量动力分析计算其结构影响系数。结果表明,对于按照我国规范设计的普通中心支撑钢框架,随着支撑长细比的增加,结构影响系数R逐渐减小;而对于欧美规范中的特殊中心支撑钢框架则并非如此。

基于不同构造形式半刚性节点的人字形中心支撑钢框架低周往复荷载试验研究

为研究装配式中心支撑半刚接钢框架结构的抗震性能,选取三种便于装配化施工的半刚性梁柱螺栓节点,即带腹板耳板的顶底角钢连接、外伸端板连接和T形钢连接,设计了3榀人字形中心支撑半刚接钢框架试件,进行低周往复荷载试验,对结构的滞回曲线、承载能力、耗能性能和刚度退化进行了研究,并对比分析不同半刚性节点钢框架的性能优劣。试验结果表明:试件滞回曲线饱满,抗侧承载力高,具有稳定可靠的耗能性能和塑性变形能力;结构在水平往复荷载作用下有明显的屈服和破坏过程,整体呈现延性破坏的特征;结构的塑性变形和损伤破坏主要集中在支撑体系,钢框架梁、柱残余变形小,半刚性节点没有产生塑性变形,结构具有两道抗震防线;半刚接钢框架和中心支撑体系协同工作性能良好;经综合对比分析结构采用外伸端板连接时具有较优良的抗震性能。

近场地震下人字形中心支撑钢框架基于能量的性态设计方法

在基于能量的性态设计中,不能以结构的累积滞回能作为设计依据,应该以引起结构瞬间破坏的那部分有效能量作为设计依据。介绍了近场地震的特征及最大有效滞回耗能(MECE)谱的概念,提出了近场地震下人字形中心支撑钢框架基于MECE谱的性态设计方法;设计了一个人字形中心支撑钢框架;采用Pushover和时程分析方法评估了该结构的地震反应及能量分布,并证明了设计方法的可信性。

人字形中心支撑钢框架基于屈服点谱的性态抗震设计方法

屈服点谱(Yield Point Spectra,YPS)是一种新的位移-加速度反应谱的表述形式。基于结构屈服位移的稳定性,根据性态目标得出延性限值,通过YPS结构屈服强度,采用能力方法设计了1榀人字形中心支撑钢框架结构,通过非线性静力分析和动力时程分析,结果表明运用屈服点谱对中心支撑钢框架进行性态设计具有可行性。

人字形中心支撑钢框架的结构影响系数

利用ANSYS有限元软件,采用增量动力时程分析(IDA)法,研究人字型中心支撑钢框架(CBSF)的结构延性折减系数Rμ、结构超强系数RΩ和结构影响系数R,分析了结构层数、跨数、跨度、高跨比、周期和支撑跨数等参数对它们的影响,给出了人字型中心支撑钢框架R建议值。

基于能量方法设计的人字形中心支撑钢框架抗近场地震倒塌能力研究

近年来国内外学者提出了各有特色的性态的设计方法,但其设计结果是否满足结构抗倒塌安全储备的基本要求,尚需进行研究。依据美国FEMAP695的结构抗地震倒塌性能评估体系,采用增量动力时程分析法,对近场地震下按文献[1]基于MECE谱能量设计方法设计的人字形中心支撑钢框架进行了抗强震倒塌富余度及易损性分析,以评估此能量设计方法的可行性。结果表明:基于文献[1]方法设计的人字形中心支撑钢框架的抗震倒塌富余度CMR值及易损性指标均满足要求,文献[1]的设计方法是可信的。

三种中心支撑不同布置对平面钢框架抗侧性能影响分析

本文通过分析不同中心支撑布置对结构单元抗弯、抗剪刚度的影响,针对支撑布置水平夹角对结构单元抗剪刚度的影响,提出支撑与水平方向的夹角宜控制在30°~50°;针对三种不同中心支撑类型不同布置对结构抗侧性能的影响进行对比分析,结合SAP2000结构分析软件,计算了三种中心支撑不同布置位置下的结构最大侧移,研究了中心支撑布置对钢框架结构抗侧刚度的影响,为钢框架结构的设计提供参考。

高层钢框架—中心支撑结构设计研究

对高层钢框架-中心支撑结构设计过程中的跃层柱计算、拉链杆设计、钢框架节点计算、钢筋混凝土梁与钢柱连接节点设计等问题进行分析探讨,提出解决方案。同时,结合实际工程案例,证明解决方案的合理性,所得结果可供工程设计参考。

人字形延性中心支撑钢框架的抗震设计与分析

讨论美国钢结构抗震设计规程中人字形延性中心支撑钢框架的抗震设计和分析。在强震作用下的基本设计理念为:钢支撑框架中的塑性变形集中于支撑上,通过支撑受拉屈服和受压屈曲来消耗能量,其他结构构件需保持弹性。结合1栋9层支撑钢框架,阐述美国钢结构抗震设计规程的相关具体规定,并得到设计建议:支撑截面的选择受到局部宽厚比的限制;框架梁截面的尺寸由强度控制,主要考虑由于支撑受拉屈服和受压屈曲所形成的竖向不平衡力的作用;框架柱截面的尺寸由考虑所有受压支撑移去时的结构模型控制。

基于预选屈服机制的钢框架中心支撑结构抗震性能化设计

以1栋9层钢框架中心支撑结构为背景,采用YJK软件建立有限元模型并进行了弹塑性分析,对塑性铰分布、可能出现的塑性耗能区和拟设定的塑性耗能区进行对比研究。结果表明:塑性铰的开展机制和预设吻合较好。设计时构件的实际性能系数满足最小性能系数,能够满足塑性耗能区应具有的延性。钢框架中心支撑结构体系整体在高烈度区滞回曲线不饱满,底层支撑破坏后,刚度退化较大,导致底层柱的损伤累计效应较大,破坏较严重。