内嵌双阶段装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构抗震性能评估

为研究新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑对装配式钢框架-支撑结构抗震性能的影响,首先采用有限元软件Perform-3D建立了普通支撑、防屈曲支撑和新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑的有限元模型,并验证了建模方式的准确性;之后在此基础上建立内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构有限元模型,并采用弹塑性时程分析方法对普通钢框架结构、钢框架-普通支撑结构、钢框架-防屈曲支撑结构、内嵌新型双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构的抗震性能展开研究。分析结果表明:Perform-3D能准确模拟普通钢支撑、普通防屈曲支撑及新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑;内嵌新型双屈服点防屈曲支撑的钢框架-支撑结构在最大层间位移角和结构顶层位移、基底剪力上均优于其他结构,新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑在地震作用下起到了重要的作用,它主要通过新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑来耗能,这说明内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构具有良好的抗震性能。

装配式防屈曲支撑的研究进展及工程应用

防屈曲支撑(BRB)是一种具有普通支撑和金属阻尼器双重功能的支撑形式,它既是一种具有优秀抵抗轴向拉压力的构件,又是一种应用广泛的建筑支撑结构。本文简要介绍了防屈曲支撑的组成和工作原理,以及近年来出现的一些新型装配式防屈曲支撑,以及装配式防屈曲支撑在实际工程中的一些应用。通过总结防屈曲支撑的发展趋势,展望其未来发展前景。

装配式防屈曲支撑设计理论的研究进展

介绍了近年来各国学者提出的几种装配式防屈曲支撑形式;在此基础上,阐述了内核构件与外围约束构件的相互作用机理,外围约束构件刚度折减等装配式防屈曲支撑设计理论问题;讨论了保证外围约束构件整体工作对螺栓强度和螺栓间距的要求;最后对防屈曲支撑框架节点性能的研究现状进行了总结。

采用碳纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑试验

为方便装配式防屈曲支撑拆解修复和提高抗腐蚀能力,提出了采用碳纤维包裹约束的新型装配式防屈曲支撑.一方面,通过剖开纤维材料分离外包约束构件来替换受损内核单元可实现构件震后的快速修复,另一方面,碳纤维布作为外包材料解决了外包钢管耐腐蚀性差的问题.通过4个新型防屈曲支撑构件在往复荷载作用下的拟静力试验,研究了防屈曲支撑在不同加载制度下,不同约束比下的性能.试验结果表明:在循环变形过程中试件基本没有发生刚度与强度的退化,且延性与耗能能力都很好.碳纤维布成功地起到连接装配式防屈曲支撑两部分外包约束单元的作用,并可有效抵抗来自内核单元施加的侧向推力.采用碳纤维包裹约束的新型防屈曲支撑受压时,内核单元会产生多波屈曲现象,使得约束单元中的包裹材料发生变形,最终使得构件的滞回曲线表现为力的"跳动",多波屈曲现象更为显著试件的滞回耗能能力略差.新型装配式防屈曲支撑具有良好的滞回性能,为防屈曲支撑实现可装配式提供了新途径.

双屈服点一字形全钢防屈曲支撑数值模拟分析

对一种双屈服点一字形全钢防屈曲支撑的耗能性能进行了研究。双屈服点一字形全钢防屈曲支撑的内核单元采用两块低屈服点钢LY100与一块高屈服点钢SN490重叠制成,采用双腹板工字钢作为约束单元,薄橡胶作为无黏结材料。通过有限元软件ABAQUS对该双屈服点一字形全钢防屈曲支撑进行数值模拟,研究其耗能性能。研究结果表明:该双屈服点一字形全钢防屈曲支撑的滞回曲线形状饱满、稳定,具有明显的分阶段耗能特征,能够适应不同等级的水平地震作用,实现多性能水准目标,具有广阔的应用前景。

防屈曲支撑内核单元特性分析与设计理论研究

根据芯材多波屈曲理论并基于边缘屈服准则,考虑芯材初弯曲以及外包钢刚度,通过理论推导出防屈曲支撑间隙值以及边缘屈服极限应力通用计算公式,分别针对"十字型"和"一字型"芯材截面,针对初弯曲大小、屈曲半波数、芯材长度、芯材宽度和芯材厚度进行影响性分析.根据边缘屈服极限应力增加值推导出屈曲半波数估计值并利用约束比概念提出新的外包钢最小约束刚度.结果表明,文章提出的防屈曲支撑设计公式可以合理解释实验和有限元模拟结果,为防屈曲支撑的设计提供理论依据.

抗震构件防屈曲支撑的研究进展以及应用开发

本文详细介绍了近年来国内外学者在防屈曲支撑的研究进展,从防屈曲支撑的构造(核心单元、约束单元、滑动机制单元)及工作原理出发,重点讨论了国内外学者针对传统防屈曲支撑所提出的问题,以及有效的应对措施,既优化了抗震性能,又让防屈曲支撑的应用范围不断拓展。基于目前的研究现状,新型双阶段防屈曲支撑应运而生,也为改善传统防屈曲支撑提供了参考价值,有良好的应用前景。

双矩管装配式防屈曲支撑设计理论研究

装配式防屈曲支撑的外围约束构件主要通过高强螺栓连接。由于连系螺栓布置呈一定离散性,因此需要对各外围约束构件形成的整体约束刚度进行一定程度的折减;此外,螺栓的离散布置使得螺栓间外围分肢构件的局部受力影响更为突出,此二者均应在装配式防屈曲支撑设计方法中予以考虑。为此,该文首先对传统铰接防屈曲支撑设计理论进行介绍,而后对双矩管装配式防屈曲支撑约束刚度折减系数的求解思路及方法进行论述,最后结合装配式防屈曲支撑所特有的受力特点,考虑多波变形时挤压力的局部影响,提出了一整套适用于双矩管装配式防屈曲支撑的设计方法,并采用数值分析验证了2个支撑设计算例的可靠性。在理论推导中考虑了内外核之间的间隙、铰接接头长度、内核外伸段长度、外围构件长度、强度、刚度及初始缺陷、螺栓尺寸及布置等诸多设计参数的影响。

双矩管装配式防屈曲支撑约束刚度取值研究

装配式防屈曲支撑的外围约束构件之间通过高强螺栓连接,其连系螺栓的离散性布置对各外围约束构件形成的整体约束刚度有不利的影响,需要在外围构件约束刚度计算中考虑。该文对一种双矩管装配式防屈曲支撑的外围约束刚度取值进行了研究,在理论推导中首先假定外围约束构件为"空腹桁架模型"来考虑离散螺栓连接,而后运用"连续连杆法"将螺栓的离散作用连续化以便于考虑这种不利作用。通过研究"空腹桁架模型"的变形特性考虑外围约束构件约束刚度的折减,最后结合对外围构件受力机理的分析及数值手段,推导并拟合出约束构件分肢间连系刚度,进而完善了外围约束刚度取值的相关理论。提出的方法也得到了数值分析的验证。

双矩管装配式防屈曲支撑螺栓设计理论研究

装配式防屈曲支撑的外围约束构件主要通过高强螺栓连接形成整体,螺栓的布置及直径选取直接关系到外围构件是否能有效约束内核构件的侧向变形。为此,该文在双矩管装配式防屈曲支撑外围约束构件刚度取值及其设计方法较完善的前提下,通过考虑外围约束构件的螺栓布置间距、内核多波变形波长以及因外围约束构件板件局部变形引起的撬力影响来确定跨中螺栓内力;此外,还提出了端部螺栓的内力计算公式及端部螺栓加强方案,完善了双矩管装配式防屈曲支撑螺栓设计理论。

消能减震技术在装配式钢-混组合主次结构中的应用

为研究消能减震技术对装配式钢-混组合主次结构抗震性能的影响,以深圳长圳公共住房及附属工程项目6号楼为依托,采用佳构STRAT有限元软件分析屈曲约束支撑(BRB)和防屈曲钢板剪力墙(BRW)布置在主结构不同高度楼层位置对整体结构的抗震性能影响。结果表明:消能减震构件可大幅提高结构耗能能力,降低结构构件损伤;BRB和BRW设置于结构的中高楼层部位的减震效果优于设置于结构低层位置,在中部楼层和高位楼层同时设置效果更优。

型钢组合装配式防屈曲支撑性能及设计方法研究

在总结现有防屈曲支撑的截面形式、构成特点以及设计理论的基础上,提出了一种新型的防屈曲耗能支撑,即型钢组合装配式防屈曲支撑。介绍了这种新型防屈曲支撑的截面形式以及连接构造,并对其基本性能和设计方法进行了研究,提出了有效约束比的确定方法、外围约束构件螺栓强度验算方法和间距控制原则、内核与外围之间空隙的控制要求。

玄武岩纤维包裹约束装配式防屈曲支撑性能试验研究

采用玄武岩纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑不仅震后易于拆解修复,而且外包纤维布解决了外包钢管耐腐蚀性差的问题。对4个该类防屈曲支撑进行了拟静力试验研究,分析结果表明:玄武岩纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑具有良好的滞回性能,在循环加载过程中基本未出现刚度与承载力的退化现象,且延性与耗能能力良好。防屈曲支撑受压时内核单元发生多波屈曲,内核单元施加的侧向推力导致约束单元中起包裹约束作用的玄武岩纤维发生变形,由于内核单元与约束单元之间的间隙增加,从而进一步加剧内核单元的多波屈曲,在防屈曲支撑滞回曲线上表现为受压阶段曲线的"跳动"。试件的最终破坏发生在内核单元屈服段的中间部位或屈服段与非屈服段的连接处;玄武岩纤维布约束效果良好,通过包裹纤维布可以将装配式防屈曲支撑两部分约束单元进行很好的组装。

端部配置延性铸造件的装配式防屈曲支撑抗震性能试验研究

中心支撑钢框架结构(CBFs)中支撑与框架梁柱连接时,采用传统焊接连接方式容易发生脆性破坏,使支撑不能发挥应有的作用。为此,设计了一种可与框架结构采用螺栓连接的端部配置延性铸造件的装配式防屈曲支撑,并对6个支撑完成了低周往复加载试验,研究了其破坏模式、应力分布、滞回性能等。结果表明,端部配置延性铸造件的装配式防屈曲支撑具有较高的承载力和良好的耗能性能,实现了将非弹性变形先后定位于延性铸造件和防屈曲支撑(BRB)的目的,形成了在结构层间位移角1/100之前铸造件耗能,之后BRB补充耗能的"两阶段"耗能特点,结构最大层间位移角达到1/39。通过延性铸造件,框架结构与支撑采用螺栓连接的方式有效地改善了梁柱节点区域的应力分布,同时实现了防屈曲支撑与框架结构的可装配和震后易更换的目标。

装配式钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

针对装配式框架结构抗震性能不足问题,提出采用防屈曲约束支撑和自复位防屈曲约束支撑两种减震装置对结构进行保护。通过室内模型试验,对两种装置的减震效果进行了对比研究,得出自复位防屈曲约束支撑不仅具有良好的减震性能,而且还具有较好的自复位变形性能,可大大降低震后结构的损伤和减震装置的更换频率,可在建筑工程中予以合理应用。

销钉位置对双管式防屈曲支撑的性能影响分析

采用ANSYS有限元软件,对双管式防屈曲支撑的性能进行模拟分析。通过模态分析和拟静力加载分析对比这两个方案的优劣性。结果表明:双管式防屈曲支撑是一种优良的耗能构件,该构件在实际应用中将销钉安装于内管中间位置效果良好,起到了固定外管位置的作用而且不影响支撑的应力分布,保持了良好的滞回耗能能力。