偏心支撑钢框架滞回耗能需求预估的可信性研究

建筑结构进行抗震设计至关重要。基于能量的抗震设计方法概念清晰,有利于全面评估结构抗震性能。如何确定能量需求实为首要问题。本文按照我国现行规范、标准设计偏心支撑钢框架算例后利用有限元软件进行弹塑性时程分析。分析表明:时程分析得到的累积滞回耗能需求小于本文预估值,安全储备充足。

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。

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形偏心支撑钢框架SAP2000非线性分析模型

为研究Y形偏心支撑钢框架结构的弹塑性性能,根据剪切耗能梁段恢复力特性和钢框架的力学性能,提出符合抗震规范的耗能梁段独立剪切铰参数的定义方法,建立Y形偏心支撑钢框架SAP2000非线性塑性铰分析模型.通过3个模型试件在循环荷载下的骨架曲线和有限元分析的PUSHOVER曲线的对比,论证模型的合理性.结果表明,本文提出的改进塑性铰模型能够较为合理地反映Y形偏心支撑钢框架结构的非线性性能.

偏心支撑钢框架在循环荷载作用下非线性有限元分析

偏心支撑是高层钢结构中一种有效的抗震耗能的结构形式 ,针对这种结构形式 ,对变形大、进入塑性的耗能梁段采用退化曲壳单元 ,其余部分采用梁单元的非线性有限元分析模型 ,以此来分析偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的耗能性能 ,并编制了相应的计算程序。算例分析表明 ,此计算模型精确。

K型偏心支撑钢框架支撑的设计研究

为研究不同支撑刚度K型偏心支撑钢框架的抗震性能,对5个具有不同支撑截面的试件进行了非线性有限元分析。结果表明:为保证耗能梁段先行剪切屈服而支撑不屈曲,支撑应具有足够的刚度;支撑长细比较小的试件滞回性能较好,而长细比过小则会降低结构的延性和耗能性能;对于长细比较小的支撑,其翼缘宽厚比应严一些,而腹板高厚比则可适当放宽;支撑斜杆与横梁的连接焊缝发生断裂破坏的可能性较大,在施工中应对该处焊缝的焊接质量进行严格控制。并根据有限元模拟结果提出了设计和施工建议。

直接基于位移设计的高强钢组合K形偏心支撑钢框架的抗震性能研究

K形高强钢组合偏心支撑(K-HSS-EBF)是指耗能连梁和支撑采用Q345钢,而框架梁、框架柱采用高强度钢(如Q460)。为研究其在罕遇地震作用下的抗震性能,在试验研究的基础上,采用直接基于位移的抗震设计方法设计了5层、8层和12层算例,分别进行静力推覆分析和动力弹塑性分析,研究高强钢组合偏心支撑钢框架在罕遇地震作用下层间侧移分布和破坏模式。研究结果表明:直接基于位移的抗震设计方法设计的算例在罕遇地震作用下,结构的层间侧移满足我国现行抗震规范的要求,结构呈理想的渐进式梁铰屈服机构,并证明该设计方法的合理性和可靠性。

Y形偏心支撑钢框架结构的抗倒塌性能评估

按结构影响系数R=3.4设计了4个不同层数的Y形偏心支撑钢框架结构算例,利用ATC推荐的44条远场地震波,用增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)方法对各算例进行了抗震易损性分析,采用基于结构抗倒塌富裕度(collapse margin ratio,CMR)的性能评估方法,评估了结构在罕遇地震和特大地震下的倒塌概率.研究发现:按结构影响系数R=3.4设计的Y形偏心支撑钢框架的倒塌富裕度CMR随结构总层数的增加呈增大趋势,所有算例在罕遇地震下的倒塌概率不超过10%(在5%~10%之间),Y形偏心支撑钢框架基于性态设计时结构影响系数R可取3.4.

偏心支撑钢框架延性抗震设计探讨

偏心支撑钢框架结构体系是一种非常适合强震地区的抗震结构体系。国内外许多高层建筑采用了该结构体系,尤其在美国与日本的高地震烈度地区。国内外现行规范对该体系的设计均未能充分体现其良好的延性与耗能能力,但只有通过结构的延性设计才能使结构真正具有耗能能力。本文从不同支撑类型的刚度、高跨比、延性和双重体系探讨了支撑类型的选择与布置形式,分析了耗能梁长度与截面设计以及耗能梁与支撑、柱的连接形式对偏心支撑钢框架结构体系延性和耗能能力的影响,提出了偏心支撑钢框架结构体系延性抗震设计的建议与思路,为规范修订和工程应用提供一些参考。

K形偏心支撑钢框架耗能段长度对其抗震性能的影响

为研究耗能段长度变化对K形偏心支撑钢框架(下称KEBSF)抗震性能的影响,基于相关试验研究,应用有限元软件ABAQUS建立6个KEBSF模型并对其进行非线性数值分析,研究耗能段长度变化对KEBSF承载力、刚度、耗能能力和延性的影响.结果表明:KEBSF具有良好的滞回性能,随着加载位移比(加载位移与屈服位移的比值)和耗能段长度的增大,KEBSF刚度、承载力均逐渐降低;随着耗能段长度的增大,KEBSF耗能能力和延性均呈先增强后减弱趋势.根据有限元分析结果,给出K形偏心支撑钢框架耗能段长度的合理取值范围的确定方法.

基于IDA的Y形偏心支撑钢框架地震反应折减系数和超强系数

按我国现行抗震规范设计了12个不同层数和不同跨度的Y形偏心支撑钢框架算例,利用基于IDA(incremental dynamic analysis)分析的能力谱方法确定了各算例的地震反应折减系数R和超强系数Ω,分析了结构总层数和楼层高跨比对各系数的影响.研究结果表明Y形偏心支撑钢框架的设计地震作用可在我国现行抗震规范的基础上降低20%左右.

K形、V形偏心支撑钢框架抗震性能对比研究

K形、V形偏心支撑钢框架在设计、制作、用钢量等方面都较为接近,但结构特性有所不同。设计了K形、V形偏心支撑钢框架典型算例各20个,采用显式有限元工具建立数值模型,利用基于位移模式的Pushover方法对结构进行推覆分析,对比了两种体系在极限水平变形、耗能能力和极限承载能力方面的不同并分析了原因,得出了V形偏心支撑钢框架性能优于K形偏心支撑钢框架的结论,建议在设计中优先选用V形偏心支撑钢框架。

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。

K形偏心支撑钢框架抗地震倒塌概率研究

采用增量动力分析方法基于FEMA P695抗地震倒塌安全性评估体系,对按我国现行规范设计的8度抗震设防K形偏心支撑钢框架的抗地震倒塌能力进行了研究。结果表明:8度抗震设防K形偏心支撑钢框架,在"大震"作用下,其个体结构倒塌概率小于20%,群体结构(结构类型)倒塌概率小于10%,可提供安全的使用空间,并且结构的CMR随结构层数(高度)增加而减小,因而对高层结构的抗地震倒塌安全性应引起重视,采取更有力的措施防止其在强烈地震下发生倒塌。

K型偏心支撑钢框架的地震反应分析

偏心支撑结构弹性阶段刚度大,塑性阶段耗能能力强,是适用于高烈度地震区的一种有效的抗侧力结构体系。采用梁单元与壳单元相结合的非线性有限元模型,对K型偏心支撑钢框架进行弹塑性时程分析,研究耗能梁段的长度、腹板高厚比和加劲肋间距的变化对K型偏心支撑钢框架结构抗震性能的影响,提出了相应的抗震设计建议。

剪切屈服型多耗能梁K形偏心支撑钢框架抗震性能研究

为了解决偏心支撑钢框架结构延性导致的地震作用取值偏大等问题,研究了剪切型多耗能梁偏心支撑结构的抗震性能。在试验模型的基础上,基于耗能梁腹板受剪面积基本不变的前提下,把耗能梁段的截面设计成多耗能梁模式,采用ABAQUS有限元软件建立了8个数值模型,分别进行单调加载和循环加载,分析了破坏模式、滞回曲线、承载力、刚度及耗能能力随耗能梁个数变化的情况。结果表明,耗能梁段塑性变形发展充分,有效保护了其他的非耗能构件;结构的承载力、屈服位移及耗能能力要好于单耗能梁模型;每个多耗能梁模型的初始刚度相差较小(4%以内),均小于单耗能梁模型,但多耗能梁模型能够延缓结构刚度的退化速率。所提模型能提高结构的抗震性能,对实际工程应用有一定的参考价值。

V形偏心支撑钢框架耗能梁段长度研究

为了研究耗能梁段长度对V形偏心支撑钢框架滞回性能的影响,应用ABAQUS V11.0建立了8个不同长度耗能梁段的有限元模型并进行非线性分析,研究了耗能梁段长度变化对V形偏心支撑钢框架承载力、刚度、延性和耗能能力的影响。研究结果表明:V形偏心支撑钢框架具有良好的耗能能力,耗能梁段的长度对V形偏心支撑钢框架的承载力、刚度、延性及耗能性能均有较大影响。随着耗能梁段长度的增加,V形偏心支撑钢框架的刚度及承载力呈降低趋势,延性系数和功比系数先增大后降低。根据有限元分析结果,给出了V形偏心支撑钢框架耗能梁段长度的合理取值范围。

K型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的力学性能分析

根据偏心支撑钢框架结构在水平荷载作用下耗能梁段发生剪切破坏的特点,在耗能梁段上加了斜加劲肋,设计了5组长度不同的耗能梁段试件,应用分析软件ABAQUS分析了加与不加斜加劲肋的两种情况在循环荷载作用下的滞回性能.结果表明,耗能梁段的长度与Mp/Vp的比值较小时,加斜加劲肋后,框架的弹性位移增大,滞回曲线变得更饱满,耗能能力有所提高.但随着比值的增大,弹性位移减小,耗能能力变差.

偏心支撑钢框架抗震性能的试验研究

偏心支撑钢框架抗震体系在轻微和中等侧向荷载情况下刚度比较大 ,在超载情况下具有很好的延性 ,能吸收和消耗大量的地震能量 ,表现出良好的抗震性能。

偏心支撑钢框架能力设计方法研究

结合国内外偏心支撑钢框架结构的最新研究成果以及相关设计规范的规定,对偏心支撑钢框架结构的性能进行分析,介绍偏心支撑钢框架结构的能力设计方法,对我国规范相对落后的部分进行补充,为工程设计提供一些参考。着重阐述耗能梁段,耗能梁段外的梁、支撑、柱和耗能梁-柱节点的设计,同时总结了偏心支撑钢框架结构设计中应注意的问题。