柱脚耗能摇摆钢支撑结构滞回性能分析

柱脚耗能摇摆钢支撑结构是一种具有可恢复功能的结构形式,具有良好的耗能能力,柱脚破坏后易于替换修复。采用ABAQUS有限元分析软件建立柱脚耗能摇摆钢支撑结构模型,耗能柱脚采用两种不同的构造形式,分析了结构在低周往复荷载作用下的滞回性能。分析结果表明:柱脚耗能摇摆钢支撑结构滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。耗能柱脚依靠耗能剪切板孔间短柱进入塑性耗能,剪切板孔间短柱端部为薄弱部位,加载过程中最先发生断裂;耗能柱脚耗能板孔间短柱宽度越大,耗能柱脚剪切板宽度越小、结构的跨度越大,构件的耗能能力越好,分析了柱脚耗能摇摆钢支撑结构的典型屈服机制,基于小变形假定,推导了屈服承载力计算公式,与有限元分析结果比较吻合较好,能较好地为实际工程提供依据。

摇摆钢支撑快速建筑信息模型建模技术及其Revit模块开发

近年来,由于政府引导和行业需求,建筑信息模型(building information modeling,BIM)技术及应用迅猛发展,已取得了良好的社会和经济效益。为了进一步拓展BIM在土木工程新技术中的应用,针对新型摇摆钢支撑,基于Revit平台开发了快速建模功能模块。首先,梳理了Revit软件平台二次开发的基本方式,确定了模块开发所用技术,提出了摇摆钢支撑快速建模功能模块开发的整体架构。随后,利用C#语言作为程序开发基础语言,针对新型摇摆钢支撑的各个部件,分别开发了相应的子模块,并介绍了各自的功能和实现路径,集成了摇摆钢支撑快速建模功能模块。最后,以某小学教学楼抗震加固项目为例,实现了新型摇摆钢支撑的BIM快速建模,从而在既有建筑模型的基础上形成了三维可视、信息共享的建筑模型,为新型摇摆结构加固既有建筑的BIM建模提供了新的方法。研究结果提升了摇摆钢支撑在BIM软件中的建模效率,拓展了BIM在土木工程新技术上的应用。

摇摆钢支撑结构滞回性能与极限承载能力分析

摇摆钢支撑框架结构是一种可恢复功能的结构形式,具有耗能能力强、破坏模式理想、震后修复方便等优点。本文采用ABAQUS有限元分析软件建立摇摆钢支撑框架结构模型,对模型进行低周往复加载,分析其破坏模式,并考虑了耗能连梁长度与支撑跨跨度等设计参数对结构滞回性能的影响。分析结果表明:摇摆钢支撑滞回曲线为饱满的梭形,耗能能力良好,破坏模式合理。随着耗能连梁长度的增加,结构在相同侧移比下的承载力和刚度下降,耗能能力呈现先下降再略微上升趋势,耗能连梁长度取值范围在(0.9~1.41) Mp/Vp之间比较合理;跨度的改变对结构影响很大,随着支撑跨度的增加,结构的承载力、刚度、耗能能力显著增加。最后分析了摇摆钢支撑结构在极限状态的典型屈服机制,基于小变形假定和虚功原理,推导出极限承载力计算公式,利用有限元软件对公式结果进行对比验证,结果吻合较好,可为工程应用提供参考。

摇摆钢支撑框架结构抗震性能分析

中心支撑钢框架抗侧效率高,但在设防地震作用下,中心支撑杆容易受压失稳,耗能性能劣化。为了提高中心支撑钢框架结构的耗能能力,提出了摇摆钢支撑框架结构体系。采用ABAQUS有限元分析软件对比分析了摇摆钢支撑结构与中心支撑结构的抗震性能,以及在支撑与框架不同刚度比、非耗能段采用不同钢材强度等级影响下的摇摆钢支撑结构滞回性能,确定了耗能段替换的层间侧移角范围。分析结果表明:摇摆钢支撑结构主要通过耗能段耗散能量,支撑未发生屈曲时,破坏模式比中心支撑结构理想,耗能机制合理;随着支撑与框架刚度比的增加,结构的整体位移曲线逐渐趋于线性,层间位移角趋于一致,支撑与框架的刚度比大于2时效果明显;提高摇摆钢支撑结构非耗能段钢材等级可以提高结构的极限承载力和剩余刚度,减轻结构的破坏程度,结构延性会有所降低;将结构正向骨架曲线简化为三折线模型能够准确确定耗能段替换的层间侧移角范围,结构刚度比和钢材强度等级增加能够提高耗能段替换的层间侧移角范围上限。

连柱摇摆钢支撑抗震性能研究

为了提高连柱摇摆钢支撑的耗能能力,提出了支撑跨柱脚采用开椭圆孔截面的新型构造措施。采用有限元分析软件ABAQUS建立连柱摇摆钢支撑框架结构模型,进行了低周往复加载,对比分析了耗能连梁长度、框架跨度、框架高度等不同设计参数对结构抗震性能的影响。分析结果表明:连柱摇摆钢支撑主要由耗能连梁及耗能柱脚进入塑性来耗散能量,结构具有合理的破坏模式;连柱摇摆钢支撑结构具有较好的耗能能力,滞回曲线为饱满的梭形;结构的极限承载能力随着耗能连梁长度的增加呈现出先增大后减小的趋势,结构的累积滞回耗能能力也逐渐降低;耗能连梁应宜采用剪切屈服型,建议耗能连梁长度的取值范围为(1.2~1.5)Mp/Vp;增大框架跨度和减小框架高度等可以显著提升结构的耗能能力、刚度和承载能力。基于小变形假定和虚功原理,分析了连柱摇摆钢支撑结构在极限状态的典型屈服机制,推导出极限承载力计算公式,与有限元计算结果比较吻合,验证了公式的合理性,可为工程应用提供参考。

基于OpenSees摇摆防屈曲支撑钢框架抗震性能分析

为研究摇摆防屈曲支撑钢框架抗震性能,采用Open Sees有限元软件,基于防屈曲支撑钢框架(BRBSF)和摇摆防屈曲支撑钢框架(RBRBSF)拟静力试验建立试验框架数值模型,采用多细分基于刚度法的梁柱单元模拟钢梁与钢柱,梁端削弱截面处用零长度截面单元模拟塑性铰出现,并采用缝(Gap)单元与桁架(Truss)单元模拟摇摆柱脚,对比模拟结果与试验结果,验证模型正确性,并进一步分析RBRBSF响应,结果表明:模型能准确预测BRBSF和RBRBSF抗震性能,摇摆柱脚可减轻主体框架损伤风险。

摇摆防屈曲支撑钢框架抗震性能分析

基于防屈曲支撑钢框架(BRBSF)和摇摆防屈曲支撑钢框架(RBRBSF)拟静力试验,建立BRBSF和RBRBSF的有限元模型,利用OpenSees有限元软件对试验框架中采用的梁端削弱截面(RBS)进行分析,研究RBS对BRBSF和RBRBSF性能影响,并基于有限元模型进一步分析BRB参数对RBRBSF的影响.研究结果表明,梁端设置RBS可减小BRBSF梁柱节点弯矩,实现塑性铰外移,但对RBRBSF梁柱节点弯矩影响较小,BRB参数的改变对RBRBSF屈服荷载和承载能力有一定影响,但对框架柱轴力影响较小.

防屈曲支撑-摇摆钢框架抗震性能研究

为提升防屈曲支撑-摇摆钢框架(BRB-RSF)的抗震性能,提出在BRB-RSF中采用螺栓和角钢连接的半刚性节点代替刚性节点,沿框架柱中心线布置后张预应力筋,并对BRB-RSF进行了拟静力试验。同时基于OpenSees建立试验框架有限元模型,并对有限元模型的正确性进行了验证。研究结果表明:具有多道抗震防线的BRB-RSF抗震性能较好,BRB和摩擦阻尼器参与耗能,同时角钢能实现可更换;有限元模型适用于BRB-RSF非线性分析;后张预应力筋减小柱底板与底梁间滑移的同时导致柱中轴力增大,但其对框架柱整体稳定性和承载力设计影响较小;半刚性节点的设置可减轻主体框架的损伤,并能实现震后可更换,但半刚性节点对BRB-RSF中BRB耗能能力有较大影响。