某高烈度区矩形钢管混凝土框架结构屈曲约束支撑减震性能分析

钢结构具有抗震性能好,大部分构件均在工厂加工,现场吊装施工快,材料可以回收利用,与国家绿色环保节能、大力发展装配式建筑的理念相适应,因此近年来我国的钢结构建筑逐渐增多。钢结构支撑体系为常见的结构形式,支撑往往采用普通钢支撑,随着经济的发展,加强房屋的抗震性能是必然趋势。与普通支撑相比,屈曲约束支撑(BRB)可以在小震下提供刚度,中大震时屈曲耗能,抗震性能相对更加优异。本工程一层需要停放消防车,层高达到6m,最大柱跨为10.4m,为增强结构的整体刚度,钢框架柱内部浇筑不低于C40的混凝土,消能减震部件选用屈曲约束支撑(BRB)。

基于BRB屈曲约束支撑的5层框架结构减震设计

BRB屈曲约束支撑可以有效解决普通钢支撑的失稳破坏问题,保持钢支撑拉压性能基本一致,提高钢材利用率。BRB屈曲约束支撑延性好、耗能能力强、施工进度快、质量可靠,能够提高结构刚度和承载力,对建筑采光及内部空间的影响较小。BRB屈曲约束支撑在消能减震结构中得到广泛应用,可以控制结构在不同地震烈度下的预期变形,达到抗震设防目标。文章将BRB屈曲约束支撑作为耗能构件应用到实际工程当中,对结构进行减震设计,为结构主体的安全提供有力保证。

浅谈BRB屈曲约束支撑安装施工技术

在现代建筑工程项目施工建设中应用BRB屈曲约束支撑安装施工技术,能够强化提升结构的抗扭刚度,实现消能减震的理想目标。文中基于建筑工程设计工作中的难点内容进行阐释,希望能够为建筑行业现代化发展提供一些帮助。

屈曲约束支撑(BRB)消能减震控制分析

高烈度区(Ⅷ度及以上)结构采用传统的延性抗震设计方法往往存在以下主要问题:采用传统的框架结构体系,在小震作用下难以满足1/550的层间位移角要求,采用框架-剪力墙体系,结构刚度太大,吸收的地震力大大增加,剪力墙超配筋现象严重,且建筑功能上很多时候限制了剪力墙的布置位置;通过加大结构截面、增加配筋来抵抗地震,结果是断面越大,刚度越大,地震作用也越大,往往给设计带来了很大难度。采用屈曲约束支撑方案,既能给结构提供小震作用下的附加阻尼比,小震时,屈曲约束支撑仍处于弹性状态,具有足够侧向刚度保证结构满足使用要求,当发生中、强地震时,随着结构侧向变形的增大,屈曲约束支撑率先进入非弹性状态,提供较大阻尼,大量消耗输入结构的地震能量,从而保护主体结构及构件在强震中免遭严重破坏,确保结构安全。本文分析了某工程在大震作用下的弹塑性变形性能、层间位移角,大震作用下的塑性铰出现顺序和位置、薄弱环节及破坏机制等,同时分析了防屈曲耗能支撑结构在大震作用下的屈服特性。

含屈曲约束支撑铰支墙抗震有限元分析

文章为了实现墙底免损伤设计意图,进一步削弱墙底约束,形成一种底部含屈曲约束支撑(buckling-restrained braces,BRB)的铰支墙;以传统剪力墙约束边缘构件强度为基准,采用能力设计方法,确定BRB设计参数,建立传统剪力墙、含BRB剪力墙和含BRB铰支墙3种对比构件;对3种构件分别建立ABAQUS数值模型,利用已有试验数据校准钢筋混凝土模型参数,对比分析了构件地震作用下的受力性能和损伤特征。结果表明,含BRB剪力墙底部损伤较为严重,文中提出和设计的含BRB铰支墙刚度和强度会降低,但其具有稳定的滞回性能、预期的集中损伤机制及较好的震后功能可恢复性。

基于RST族的屈曲约束耗能支撑构件的参数化建模

族的国内BIM标准的滞后阻碍了结构专业的BIM的应用;RST提供的开放的图形辅助编译功能可以实现以直观的图形关联方式驱动、关联和传递模型的参数,特别是结构构件的构造尺寸与性能关系尺寸之间的函数关系也可以通过植入编程公式得以实现;通过创建屈曲约束耗能支撑(BRB)构件族,探索基于RST的特殊结构构件族的BIM设计方法及其参数驱动控制技术。

矩形钢管柱框架-屈曲约束支撑结构分析与设计

为满足国家推进装配式建筑工作,同康医院项目是该地区首座须满足装配式要求的医疗建筑。通过对结构体系及各个结构体系装配率、经济性及实用性等比选,最终采用矩形钢管柱框架-屈曲约束支撑结构。介绍了屈曲约束支撑(BRB)设计模拟方法及在小震下如何判断支撑布置是否合理。采用佳构STRAT软件对大震下结构总体指标及结构出铰情况分析;屈曲约束支撑(BRB)首先进入屈服耗能,框架梁轻微损坏,框架柱基本完好,抗震性能明显提高。

屈曲约束支撑在超高层建筑中的施工工艺研究

以江苏省苏州市某项目桁架层屈曲约束支撑(BRB)系统为研究对象,针对屈曲约束支撑加工制作及安装过程中的关键问题,如零件组装及焊接技术、密闭空腔内的混凝土浇灌施工工艺、成品构件吊装工艺等展开研究,探索总结屈曲约束支撑系统施工的关键技术。由此保证现场屈曲约束支撑与主体结构的可靠连接,发挥构件自身的性能优势。这些可给类似工程提供参考。

长周期地震下大跨RC轻柔拱桥BRB横向减震研究

为了提升长周期地震下轻柔拱桥的横向抗震性能,可在排架墩间设置屈曲约束支撑(BRB)。以某新型高墩大跨RC拱桥为研究对象,说明其结构体系的特殊之处,分析不同脉冲周期的近场地震动、远场长周期、近场无脉冲及远场普通地震动下,BRB对全桥墩柱的减震效果与损伤状态变化趋势。研究结果表明:轻柔拱桥在长周期地震动下的地震需求更高;BRB能够有效降低排架墩的变形与弯矩需求,但会在一定程度上增加设置BRB墩柱的底部剪力;在近场脉冲地震动的永久位移效应与远场长周期地震动的丰富低频分量下,应用于轻柔体系拱桥的位移相关型BRB减震效果较佳,耗能突出;而由于近场无脉冲与远场普通地震动的位移谱值始终较低,在该2类地震下会普遍出现响应放大的情况;BRB改变了排架墩的传力路径,将部分弯矩转化为连接处的剪力与轴力,同时高墩高阶振型的影响加大,导致其弯矩包络沿墩身存在突变;能有效避免未设BRB墩柱的破坏,而由于高阶振型的影响,大部分高墩截面损伤降低程度不显著;设置BRB的墩柱顶部截面损伤会降低,因立柱与拱肋的振动耦合作用,其底部截面在小震下损伤也会缓解,而过渡墩底部截面的损伤反而会增大。位移耗能型BRB在长周期地震下能有效提升轻柔体系拱桥的横向抗震性能。

BRB结构幕墙、网壳双层金属屋面设计与施工

针对异形复杂体育场馆幕墙设计及施工难的问题,分析洛阳市奥林匹克中心游泳馆项目的概况,介绍幕墙、金属屋面的设计与施工方法。结果表明,框架-屈曲约束支撑(BRB)体系的幕墙设计应充分考虑主体钢结构对玻璃幕墙设计的影响,尤其应注意相邻场馆间连廊的龙骨、面材的顺滑衔接,以及BIM技术的应用。

约束屈曲支撑(BRBs)在单层柱壳振动控制中的应用研究

采用有限元分析程序ANSYS,对单层柱面网壳(包括带约束屈曲支撑(Buckling-Restrained-Brace)的结构及不带BRBs的结构)进行了动力时程响应分析,从柱壳的位移减震率,内力减震率及支撑的耗能情况综合研究BRBs在四边支撑单层柱面网壳结构中的适用性,总结出对工程设计有价值的结论和数据,主要包括如何选用BRBs,如何布置BRBs,BRBs减震性能及影响因素。

BRB对火力发电主厂房钢筋混凝土框架柱抗震性能的影响

对两个七层火力发电厂房按8度二类抗震等级来设计计算,其中一个为钢筋混凝土框排架结构,另一个为在此基础上布置了屈曲约束支撑(BRB)的结构。对这两个结构分别进行了弹塑性时程分析,主要分析对比了两种结构体系的框架柱轴压比,层间位移角和M2、M3与轴方向滞回曲线。分析结果显示,结构经过合理布置BRB后,结构柱轴压比稍微增大,但仍然满足规范轴压比限值与抗震性能要求,BRB滞回饱满,参与耗能显著,柱参与耗能减小,主体结构安全得到保证。发现柱轴方向发生受拉情况,塑性变形容易发生,这都是构件在受集中力与跨度较大时所影响,尤其在X形BRB布置情况下较为显着,BRB在屈服前后对柱有着明显的差异。建议结构在X形BRB布置下,集中力与跨度较大和空旷时柱轴压比取值宜较保守,改善结构体系布置,适当增加柱截面也同时减小BRB截面,K形BRB布置则在屈服前后较一致,对柱轴压比影响不大。根据分析结果得出框架—BRB结构是适用于8度二类场地的建设而纯框架结构则不符合此抗震性能要求。

基于SMA特性的可更换BRB设计方法研究

目的利用形状记忆合金(SMA)的超弹性和新型约束部件组装形式,提出一种基于SMA的新型BRB构件,以解决传统屈曲约束支撑(BRB)可恢复功能差和不可更换的问题。方法利用特征值理论研究新型BRB构件整体稳定性,并设计约束部件,并且利用提出的设计方法进行了一榀多层平面钢框架的算例分析。结果在目标层间位移角α≥1/50、构件与框架刚度比β=1的条件下,提出的设计方法在构件层面可以指导基于SMA的新型BRB构件设计,且构件的各项性能可以满足强度要求。结论可以利用基于刚度比的设计方法对新型BRB构件的核心部件进行设计,并完成对新型BRB约束部件强度的校核。

基于BRB的铁路双柱式超高墩连续梁桥横向减震研究

为提升双柱式超高墩桥梁的横向抗震性能,可将屈曲约束支撑(buckling restrained brace,BRB)用于双肢墩身。通过某铁路超高墩大跨连续钢桁梁桥非线性时程分析,研究了罕遇(PGA=0.227g)和极罕遇(PGA=0.640g)地震下BRB的参数影响规律、作用机理及减震效果,探讨了高阶振型对BRB墩身地震响应的影响。结果表明:BRB能够改变墩身传力路径,在一定参数范围内可将原有墩身部分弯矩转化为支撑点的轴力和剪力;罕遇地震下BRB未充分发挥耗能作用,地震响应随芯材面积A;增加而不断接近X撑方案;极罕遇地震下设置BRB可明显减小墩顶位移和墩身轴力响应;BRB会适当增加墩身弯矩响应,但截面PM滞回并未超过等效屈服包络;由于高阶振型效应,BRB墩身中部的剪力、弯矩响应包络图凹凸交替变化;随着墩高的降低,高阶振型的影响减弱,墩身剪力、弯矩包络图近似双折线;采用BRB可有效抑制超高墩的高阶振型,同时提升极罕遇地震下桥墩的耗能能力、增强横桥向抗震性能。

悬索桥BRB中央扣的减震性能研究

为了解采用屈曲约束支撑(BRB)作为悬索桥中央扣对悬索桥抗震性能的影响,以某主跨485 m双塔简支外张空间缆索悬索桥为背景,研究BRB中央扣的减震效果。采用SAP 2000软件建立全桥动力模型,计算不同屈服力BRB中央扣桥梁模型的地震响应,对比整体较优屈服力BRB中央扣与刚性中央扣、柔性中央扣及无中央扣桥梁模型的地震响应,并基于IDA分析和易损性方法进行桥塔地震易损性分析。结果表明:BRB中央扣屈服力不宜过大或过小,选取时应综合考虑两岸桥塔、支座、梁端的地震响应,对于背景桥梁屈服力为2000 kN时具有较优的整体减震效果;相比无中央扣模型,常规中央扣可能会放大塔底纵向内力响应,采用合理屈服力BRB中央扣能充分发挥其限位耗能功效,减震效果整体优于常规中央扣;上述4种模型中,BRB中央扣模型桥塔在各级地震作用下发生损伤的概率均最低。

框架-支撑芯筒结构体系的耗能机制研究

为研究框架-支撑芯筒结构在罕遇地震下的耗能机制,对框架-支撑芯筒结构进行弹塑性时程分析,观察结构的耗能分布,并与框架-核心筒结构进行对比,分析设置屈曲约束支撑(BRB)后框架-支撑芯筒结构体系耗能的变化。结果表明:(1)两种结构体系耗能的不同之处在于框架-核心筒结构塑性耗能主要集中在连梁上,而框架-核心筒结构塑性耗能分散在各类构件上,由于钢支撑在罕遇地震下不易屈服,耗能能力未充分发挥。(2)采用BRB等截面替换支撑芯筒的钢支撑,框架-支撑芯筒结构的耗能机制基本保持不变。(3)适当缩小BRB的芯材截面,降低BRB的屈服力,不仅能够降低总体能量输入,而且能够将提高BRB的耗能占比,降低其他构件的塑性耗能,有效地保护了其他构件。可见,理想的框架-支撑芯筒结构宜设置部分或全部采用BRB替代钢支撑。

屈曲约束支撑在火力电厂主厂房钢筋混凝土框排架结构中的应用研究

在钢筋混凝土框排架结构中引入新的耗能构件——屈曲约束支撑(BRB),以使8度抗震设防地区电力主厂房有一种新的可选结构体系。以某实际工程为背景,按照8度Ⅱ类场地采用屈曲约束支撑-钢筋混凝土框排架结构方案进行了设计。采用非线性分析软件Perform 3D,建立了含支撑和不含支撑的有限元模型,进行了大震下弹塑性时程分析。结果表明,采用了BRB以后,可以消耗大量原本由柱消耗的能量,从而避免底部发生薄弱层破坏,满足大震不倒的抗震设计要求,是一种性能优越的抗震结构体系。

屈曲约束支撑在天津现代城酒店裙房中的应用与研究

结合天津现代城酒店项目,对屈曲约束支撑(BRB)体系中的设计关键问题进行了研究,包括BRB在裙房中的布置,BRB特性,BRB杆件及节点的承载力设计,BRB支撑等效截面刚度,BRB中心芯材材质选择以及BRB产品的试验要求。天津现代城酒店采用了裙房与塔楼不设缝的设计方案,分析表明,在裙房远端设置BRB可以有效控制位移比,BRB支撑比普通支撑有更好的抗震性能。裙房BRB支撑设计不但要满足承载力设计要求,而且BRB中心芯材等效截面刚度需要满足设计要求。BRB支撑等效截面刚度可以由材料力学中提出的串联刚度得出。

招商银行总部大厦核心筒偏置超高层结构设计与关键技术研究

招商银行总部大厦是一栋387m高的超高层建筑,采用框架-偏心筒-环带桁架-伸臂桁架结构体系,核心筒偏置于建筑北侧,设5个伸臂桁架加强层。采用合理设计核心筒剪力墙厚度、增设环带桁架等措施,减小了核心筒偏置对结构的不利影响。在伸臂桁架中通过设置屈曲约束支撑(BRB),提高了整体结构的抗震性能。利用屋顶水箱设置调谐液体阻尼器(TLD),减轻了结构风振效应。大跨楼盖跨中增设钢次梁,减小了楼盖人致振动加速度。同时展开了结构整体稳定性、墙体受拉应力控制、长期荷载下的水平位移控制等多项研究,确保了该核心筒偏置的超高层结构的安全,所采取的设计方法和措施可供同类工程参考。

屈曲约束支撑在某装配式项目中的应用研究

屈曲约束支撑在装配式结构中的应用是装配式结构抗震设计的一种新思路。以某带屈曲约束支撑的装配式整体混凝土框架结构的商务酒店为例,结合带屈曲约束支撑的消能减震技术,从抗震指标、经济性及工业化预制效率、建筑功能等多方面进行结构体系对比。采用MIDAS Gen软件对带屈曲约束支撑的装配式框架结构进行大震作用下抗震性能分析,并结合预制构件间的连接和屈曲约束支撑安装施工精度等因素,采用节点核心区预制的方案,随后对节点及构件接缝进行大震作用验算,计算结果满足规范要求。将屈曲约束支撑的消能减震技术和装配式结构结合,为提高装配式结构的抗震性能提供一种有效的技术选择。