内嵌钢板及边缘框架相互作用对带连梁低屈服点钢板剪力墙结构受力性能的影响

为满足快速发展的高层建筑结构对抗震性能及空间灵活性的要求,将高耗能能力、高延性的低屈服点钢材与带连梁钢板剪力墙组合成新型带连梁低屈服点钢板剪力墙结构体系。采用有限元软件ABAQUS建立带连梁钢板剪力墙结构模型,结合国内外已有的典型试验结果验证数值方法的有效性。在此基础上,设计5个不同耦合度的低屈服点钢板剪力墙结构模型进行单调和循环加载,对比分析其损伤机制、承载性能及滞回耗能能力,探讨内嵌钢板与边缘框架的相互作用对结构及构件受力性能的影响,给出设计建议。结果表明:带连梁低屈服点钢板剪力墙结构内嵌钢板与边缘框架相互作用能够有效提高整体结构承载力、承载效率以及耗能能力。综合考虑材料利用率、承载能力及耗能能力,建议连梁耦合度控制在0.45以内。随着连梁耦合度的提高,边缘框架分担剪力多至60%,内部框架柱的轴力显著减小,连梁转角不断减小。因此,在带连梁低屈服点钢板剪力墙结构设计过程中应充分考虑内嵌钢板与边缘框架的相互作用,适当减小内嵌钢板设计厚度及边缘框架截面尺寸,提高材料利用率及设计经济性。同时,与纯框架抗侧性能相比,内嵌钢板与边缘框架的相互作用有效提高了边缘框架的初始抗侧刚度及承载力。

基于增量动力分析法的低屈服点钢板剪力墙抗震性能分析

基于两种设计理念分别设计了10层3跨的分析案例。通过增量动力分析法研究设计案例的底部剪力-顶点位移时程曲线、塑性铰分布、层间位移角,以此来评估结构的抗震性能。结果表明:同一条地震波的峰值加速度调幅到不同地震等级下得到的结构反应时程曲线,不仅数值大小不同,而且曲线的形状也不相同,表现为结构响应的峰值点出现的时刻不同;所设计结构的最大层间位移角均满足要求;对每个案例在各震级下框架塑性铰分布和墙板壳层应力进行分析,得出结构的破坏过程,通过对比分析发现,墙板先于框架屈服,符合抗震设计理念。按屈曲前屈服理论设计的案例在罕遇地震下只有墙板屈服,抗震性能很好。

强震下半刚性框架-密肋框格防屈曲钢板剪力墙弹塑性时程分析

为研究半刚性框架-密肋框格防屈曲钢板剪力墙结构的抗震性能,对一个1/3缩尺的钢框架-防屈曲剪力墙模型进行了弹塑性时程分析.重点分析其在Taft波、EL-Centro波及人工地震波作用下的动力特性、加速度反应、位移反应和剪力分布等.结果表明:多遇地震作用下,结构的刚度退化不明显;罕遇地震作用下,结构表现出强烈的非线性和明显的刚度退化;结构的弹性和弹塑性层间位移角分别为1/1 016和1/149,均满足我国现行抗震规范对层间位移角限值的规定和"两阶段,三水准"的抗震设防要求.密肋框格的设置改善内填钢板的受力性能,并实现了防屈曲的目标.研究为该类结构的抗震设计及其在抗震设防区的应用提供参考.

方钢管铅芯阻尼器性能研究

针对方钢管更具适应性、节点构造简单、施工方便等特点,本文提出方钢管铅芯阻尼器.采用有限元方法对方钢管铅芯阻尼器的力学性能进行分析,并与圆钢管铅芯阻尼器进行对比研究.结果表明,与圆钢管铅芯阻尼器相比,方钢管铅芯阻尼器的延性和屈服剪力略低、屈服后刚度略高、初始刚度与耗能性能相近.因此,方钢管铅芯阻尼器能够满足耗能减震的作用.

近断层地震动作用下铅芯橡胶隔震体系的参数优化

以铅芯橡胶隔震支座耗散的地震能量最大为目标函数,以隔震层最大位移和顶层加速度峰值最小为主要约束条件,对近断层地震动作用下LRB隔震体系的参数进行优化。研究表明,在近断层地震动作用下LRB隔震体系屈服剪力系数的最优取值范围为0.1～0.14,最佳屈服剪力系数随着第二隔震周期的增大而减小,屈服位移较高时最佳屈服剪力系数也较大。屈服前刚度与屈服后刚度比的最优取值范围为16～35,但最优刚度比随屈服位移的减小呈比例增大,刚度比随屈服剪力系数的增大也略有增大。

变厚钢剪切板阻尼器及其性能研究

当宽高比和宽厚比在一定范围时,传统的(等厚)钢剪切板阻尼器(SPD)应力状态可视为纯剪切状态;而且,由于应力集中,SPD中板的四角点先屈服,再向对角方向发展(即呈X型对角线发展)。为改进SPD的减震行为,提出了一种新型的变厚钢剪切板阻尼器(VTSPD)。VTSPD的中间截面厚度最小,往上、下两边方向厚度呈二次抛物线变化。基于有限元数值分析,发现VTSPD的广义屈服剪力更接近于纯剪切板的理论值,截面塑性发展更优越,且具有更强的变形能力。进一步,对VTSPD的最大与最小厚度比T/t(称为截面变异系数)和宽厚比b/t取值进行了研究。通过位移加载下VTSPD的数值分析,发现当宽厚比在20<b/t<50和截面变异系数T/t≥1.8时,VTSPD具有最优的力学性能。

低屈服点钢板剪力墙抗侧刚度及抗剪承载力研究

在水平荷载作用下,低屈服点钢板剪力墙的边缘框架与内填钢板协同工作,共同参与抵抗水平力。边缘框架类似于纯抗弯框架,内填钢板会对边缘框架产生附加作用。考虑内填钢板对边缘框架的附加作用,对边缘框架和内填低屈服点钢板剪力墙钢板的抗侧性能分别进行理论分析,得到低屈服点钢板剪力墙的抗剪承载力及各阶段的抗侧刚度。利用ANSYS分析不同宽厚比低屈服点钢板剪力墙在单调水平荷载作用下的抗侧性能,并与理论分析结果对比,证明理论推导公式具有较好的准确性。

并联基础隔震体系的参数优化

以耗能比例因子最大为目标函数,同时考虑隔震层最大滑移位移、残留位移和最大基底剪力系数等约束条件,分别输入不同场地不同幅值的地震波,探讨了屈服剪力系数和第二隔震周期的最优取值范围。研究表明:屈服剪力系数的最优取值范围因不同场地不同幅值的地震波而不同;对Ⅰ类―Ⅳ类场地,隔震体系在低幅值和高幅值罕遇地震作用下,四个体系地震反应指标对第二隔震周期的变化规律大致相同,建议第二隔震周期取4s―6s为宜。