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。

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。

组合碟簧自复位防屈曲支撑滞回性能试验

为控制防屈曲支撑(BRB)的残余变形,采用碟簧自复位系统(DS)和BRB并联形成自复位防屈曲支撑(SBRB)。通过拟静力试验考察组合碟簧刚度、端部连接、复位比率等对SBRB滞回性能的影响。结果表明:与BRB相比,SBRB的残余变形大幅降低;SBRB表现出旗型的滞回曲线,试验后期钢板支撑受拉断裂,其他部件保持完好;SBRB试件中DS部分和BRB部分分别是承载力和累积耗能的主要来源;由于组合碟簧间的摩擦等作用,DS部分的耗能占整个SBRB耗能的23%~36%;其他构造相同时,采用组合碟簧刚度较大的DS部分启动后承载力增幅较多,且DS部分启动力较大的复位比率也较大,残余变形更小。总体上,端部连接形式对残余变形影响不大,刚接SBRB试件因承受额外的端部弯矩,钢板支撑断裂更早,铰接SBRB试件表现出更好的耗能能力。随复位比率增大,SBRB的残余变形逐渐减小,为有效地控制支撑残余变形,同时避免对DS部分要求过高,复位比率宜取0.7~0.9。

装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构抗震性能研究

将屈曲约束支撑应用于装配式钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构(简称装配式RCS组合框架结构)中,若处理不当将会产生开合效应并导致相邻梁柱破坏。为有效减轻框架开合效应造成的破坏,提出基于梁端铰接的装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构。在保证关键连接节点力学性能的前提下,设计某9层装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构,采用基于OpenSees软件的动力弹塑性时程分析方法研究结构的抗震性能。结果表明,钢梁腹板开洞的装配式RCS节点、装配式混凝土柱-钢梁-屈曲约束支撑组合节点具有高承载、可装配和震后损伤小等特点,装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构满足抗震规范要求,具有优良的抗震性能;梁-梁间的铰接连接不会影响屈曲约束支撑的耗能效果,且可以改变梁柱屈服机制,保证整体结构高效装配的同时减轻结构塑性损伤,有助于实现结构的功能可恢复。

基于装配式预应力型钢组合支撑的基坑分层开挖过程模拟分析

以黄木岗综合交通枢纽为依托,设计提出了一种装配式预应力型钢组合支撑体系,构建了基坑分层开挖与支护过程的有限元模型,分析了不同工况下基坑、土体与型钢组合支撑的力学特性,验证了型钢组合支撑的稳定可靠性,并探究了不同开挖方式与开挖厚度对支护结构和土体受力特性的影响规律。结果表明:①地连墙的水平位移在基坑深度为4~6 m时达到峰值,整体变形呈“鼓肚型”,且均在安全范围内;②基坑周边地表最大沉降量仅为-2.48 mm,远小于规范限值12 mm,且在基坑开挖3倍坑深的范围之外趋于稳定;③型钢组合支撑以受压为主,最大轴压应力为50 MPa,支撑体系受力合理;④分层开挖厚度2 m方案的地连墙变形、地表沉降峰值以及支撑结构内力均最小,但分层开挖厚度4 m方案的内力与变形增量不大,考虑到施工进度与经济性,因此建议选择分层开挖厚度4 m的方案。

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.

装配式混凝土柱-钢梁-屈曲约束支撑组合节点抗震性能研究

将屈曲约束支撑(BRB)引入装配式混凝土柱-钢梁(RCS)组合结构中,提出一种装配式混凝土柱-钢梁-屈曲约束支撑(P-RCS-BRB)组合结构连接节点,以适应当前抗震设计的更高要求。该节点不仅能实现全装配,还能有效降低支撑所带来的开合效应影响。采用经验证的有限元模拟分析方法,对此节点的抗震性能进行分析,结果表明:该节点具有高承载、可装配、震后无损伤等特点,满足强节点连接的设计要求和大震弹性的抗震目标,有助于实现结构的震后功能可恢复。

装配式H型钢防屈曲支撑的疲劳寿命计算方法

为了给实际工程结构中装配式H型钢防屈曲支撑检修和更换周期的制定提供理论依据,基于已有试验结果结合理论分析,提出了装配式H型钢防屈曲支撑的疲劳寿命计算方法。研究发现设置截面均匀过渡的中间限位装置能够显著提高装配式H型钢防屈曲支撑的疲劳寿命,采用文中所提的疲劳寿命计算公式及损伤累积法则可以较为准确地预测装配式H型钢防屈曲支撑的疲劳寿命。

屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架抗震试验性能研究

屈曲约束支撑可以有效地提高装配式钢管混凝土组合框架的抗侧移刚度和耗能减震作用。为研究地震作用下屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能和破坏机理,进行两层单跨屈曲约束支撑单边螺栓端板连接钢管混凝土组合框架的水平低周反复荷载试验。考察柱截面类型和端板形式对结构整体抗震性能的影响。记录和研究了此类混合结构的破坏形式和水平荷载-水平位移滞回曲线,分析和评价其骨架曲线、强度和刚度退化规律、延性和耗能等。试验研究表明,在柱截面含钢率相同条件下,抗侧移体系采用屈曲约束支撑,梁柱连接采用单边螺栓端板连接方式,屈曲约束支撑方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始抗侧刚度大于屈曲约束支撑圆钢管混凝土组合框架,但是其延性和耗能能力反之。试验和分析结果表明:屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的抗震性能,较大的可变形能力和耗能能力,可以在多高层建筑结构中应用和推广。

钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构体系在装配式钢结构住宅中的应用

首钢二通厂南区棚改定向安置房项目1#住宅楼(24层)采用钢框架(钢管混凝土柱+H型钢梁)+防屈曲钢板剪力墙装配式钢结构体系,选择的结构抗侧力构件分别为防屈曲钢板剪力墙、中心支撑以及组合钢板剪力墙的结构体系,并对其进行了计算分析,对比了不同结构体系的关键技术指标。同时通过有限元模型研究了与防屈曲钢板剪力墙相连梁的刚度变化对钢板剪力墙受力性能的影响,针对防屈曲钢板剪力墙对钢梁的局部作用提出了加强措施。结果表明:与其他结构体系相比,钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构体系结构布置更加灵活,材料成本更低,并且防屈曲钢板剪力墙的布置对结构的抗扭转更有利;实际工程中防屈曲钢板剪力墙按照规范设计能够满足承载力和安全性的设计要求;设置局部加劲肋和加强框架梁腹板厚度能够延缓钢梁的应力增大,减小钢板剪力墙对钢梁局部的影响。

装配式张弦梁钢支撑在深基坑中施工工艺探讨

作为一种新型的钢结构内支撑系统,装配式张弦梁钢支撑克服了传统钢管内支撑在使用过程中的稳定性问题,其桁架式结构结合张弦梁结构,形成了一套具有刚度大、变形小、安全性高等特点的基坑支护系统。张弦梁结构可使施工空间更大,加快出土速度,节约工期。本文结合深圳市某深基坑工程,对装配式张弦梁钢支撑的施工工艺进行探讨。

组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑的性能研究

防屈曲耗能支撑(BRB)作为一种新型的支撑构件,具有良好的耗能减震作用,目前已经运用到一些实际工程中。组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑是一种新型的支撑,该支撑的内核单元由钢管混凝土构成。文章采用Ansys有限元软件,施加反复荷载,通过非线性屈曲分析模拟支撑的破坏形态和抗震耗能性能,并研究了该支撑内核突出段长度和内、外核之间的间隙对支撑耗能能力的影响。结果表明,所研究的组合钢管混凝土防屈曲耗能支撑构造合理、工作可靠、耗能能力强、抗震性能优越,解决了全钢型防屈曲支撑在大长度时难以满足稳定性的问题。

防屈曲支撑的研究进展及其工程应用

简要介绍了防屈曲支撑的组成及工作机理,详细介绍了防屈曲支撑的发展和近年来中国学者在理论研究和类型创新方面取得的研究成果;着重讨论了三重钢管、端部铰式、中部接触环式等新型防屈曲支撑的性能;最后给出了防屈曲支撑在中国的应用情况。研究结果表明:防屈曲支撑以其良好的耗能性能会有很好的发展潜力;防屈曲支撑应该向着低屈服点设计、适用于大跨结构、便于安装等方向发展,并在实际工程中推广应用。

深基坑组合型钢内支撑构件平面内稳定分析

深基坑组合型钢内支撑构件平面内受力特性相当于具有多道弹性支撑杆的钢柱,弹性支撑杆的刚度为托架水平抗侧移刚度,该刚度一般小于支撑的门槛刚度,刚度贡献在设计时常被忽略。采用能量法对设有2至10道弹性支撑杆的轴压钢柱的平面内稳定性能进行分析,推导对应不同屈曲半波数的弹性临界荷载与支撑杆刚度之间的通解,在此基础上进一步得出不同屈曲半波数转折点对应的支撑刚度。与传统曲线拟合公式相比,计算精度有一定提高。分别对长度120 m,下设9道托架、长度60 m,下设4道托架的2个组合型钢内支撑构件进行平面内稳定分析。研究结果表明:当托架采用排架形式时,组合型钢内支撑构件计算长度系数降低5.6%~15%,但当托架采用刚架形式时,内支撑构件的计算长度系数可降低28%~50%,充分利用托架的水平抗侧移刚度可产生明显的经济效益。

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.

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。

装配式张弦梁钢支撑在某深基坑工程中的应用

装配式张弦梁钢支撑是一种新型的组合钢结构内支撑系统,该系统在江西、江苏、福建等地已有较多成功应用案例。深圳某科技大厦基坑工程项目是该系统在深圳地区的首次应用。装配式张弦梁钢支撑系统,颠覆了传统的钢支撑体系,采用桁架结构结合张弦梁结构,主要具有以下特点:刚度大、形变小、安全性高、施工空间大。结合项目应用,提出了相应的施工要点,并在节点构造上提出了改进措施。

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。

型钢组合支撑的工程应用与有限元分析

基坑工程往往会在人口密集的城市出现,其自身结构施工难度系数大,一旦发生安全质量事故,则会造成重大的人员伤亡和经济损失,后果不堪设想。基坑工程的内支撑轴力是决定其稳定性的最重要因素之一,传统钢筋混凝土支撑体系对环境污染大,不可重复利用,单杆钢内支撑具有整体性差的特点,装配式H型钢组合内支撑作为一种新型水平内支撑体系,具有可循环利用,对环境污染小,且刚度比较大,明显缩短工期等优点。主要根据现场实测数据和MIDAS GTS三维开挖模拟有限元分析对装配式型钢组合支撑稳定性进行研究,并且通过现场数据验证三维开挖模拟有限元分析的准确性。