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.

用防屈曲支撑改进钢框架-支撑结构抗震性能的设计方法

为了提高钢框架-支撑结构的抗震性能,在对防屈曲支撑和钢框架-支撑结构研究的基础上,采用防屈曲支撑改进普通钢框架-支撑结构,实现在不增加用钢量的前提下,使钢框架-支撑结构的抗震性能达到中震下主体结构保持弹性的效果.提出了这种改进方法的步骤和关键问题,并结合算例,合理设计防屈曲支撑,采用手算和有限元分析软件对其进行抗震验算和动力非线性时程分析,证明了这种改进方法的可行性和有效性.

防屈曲支撑钢框架抗地震侧向倒塌能力分析

以OpenSees为分析平台,建立一个9层钢框架结构Benchmark模型的有限元模型,并设计两种屈曲支撑布置方案。通过静力Pushover分析和时程分析,得到防屈曲支撑与钢框架结构的合理刚度匹配原则,分析防屈曲的最优布置方式和布置原则。通过防屈曲支撑钢框架与纯钢框架结构的整体超强系数RS与整体延性折减系数Ru的对比,研究防屈曲支撑提高钢框架结构整体稳定性能和抗地震侧向倒塌能力的作用。基于增量动力分析,比较钢框架与防屈曲支撑钢框架的倒塌中位值,分析防屈曲支撑提高钢框架结构抗震承载能力和塑性变形能力(整体延性)的作用以及合理的防屈曲支撑布置方式。

基于构件损伤的防屈曲支撑钢框架易损性分析

为研究防屈曲支撑钢框架在地震作用下的结构损伤程度,首先建立框架柱、框架梁与防屈曲支撑各构件的损伤模型,通过加权系数法合理地考虑各构件的权重系数与重要性系数,建立楼层损伤模型,考虑楼层权重系数,最终建立了能够反映构件损伤、楼层损伤及整体结构损伤的防屈曲支撑钢框架结构地震损伤模型,并给出了防屈曲支撑钢框架的损伤状态及相应的损伤指数范围;同时考虑地震动不确定性与结构不确定性对防屈曲支撑钢框架进行IDA分析,对比不考虑结构不确定性与考虑结构不确定性时结构不同损伤程度的易损性曲线;最后对比了采用以结构最大层间位移角与所建立的结构损伤指标为评价指标时结构的易损性曲线。结果表明:在非倒塌状态下,二者区别不大;在倒塌状态下,考虑结构不确定性时对数标准差明显增大。

防屈曲支撑在某钢框架结构加固设计中的应用

采用防屈曲支撑对某钢框架结构进行抗震加固,对加固后结构的抗震性能进行了研究。采用弹性分析和弹塑性时程分析得到结构在多遇和罕遇地震下的反应。对比了加固前、后结构的侧向位移、层间位移角及塑性铰发展情况。讨论了防屈曲支撑的滞回特性,介绍了构件和节点的加固设计方法。分析结果表明对钢框架结构增设防屈曲支撑可以有效地减小结构地震反应,提高结构的抗震性能,减少加固工作量及大震后的修复工作。为类似的钢框架结构抗震加固工程提供参考。

防屈曲支撑在偏心钢框架中的减震控制研究

运用有限元分析软件SAP2000对某偏心钢框架和在原框架基础上设置防屈曲支撑的3种方案进行了模态分析和时程分析,比较了它们的周期比、位移比及层间位移等.结果表明:合理地设置防屈曲支撑可以有效的控制偏心结构的扭转效应,并减小结构的侧向水平位移和层间位移;在大震下,能够降低结构的加速度反应,耗散大部分地震能量,保护主体结构.

碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑滞回性能

为解决传统自复位防屈曲支撑变形能力不足的问题,提出一种碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑(Disc Spring-Steel Tendon Self-centering Buckling-restrained Brace,DT-SCB).DT-SCB采用串联的钢绞线及碟簧组成的复位系统提供复位能力,通过两个并联的一字型内芯耗散地震能量.介绍了DT-SCB构造、各阶段工作机理及恢复力模型.建立有限元模型,研究复位比率αsc、钢绞线与碟簧组刚度比K1、复位元件与耗能系统刚度比K2等参数对支撑滞回性能、自复位效果及耗能能力的影响.研究结果表明:提出的DT-SCB恢复力模型与模拟结果吻合较好,所有DT-SCB支撑在最大加载位移(2.5%轴向应变)内未发生明显破坏,支撑滞回曲线呈旗帜型特征,且具有稳定的耗能能力.相比于传统基于钢绞线的自复位防屈曲支撑,DT-SCB具有更强的变形能力.DT-SCB最大残余变形随复位比率αsc提高显著减小,而刚度比K1的增加会削弱复位比率对支撑残余变形的控制效果.钢绞线与碟簧组刚度比过大(K1≥2.0)会导致碟簧组提前被压平,进而降低支撑的变形能力.DT-SCB耗能能力受刚度比K2影响较大,其等效黏滞阻尼比随刚度比K2的增大而降低.罕遇地震下支撑-框架结构非线性时程分析结果表明,DT-SCB可以有效减少结构的最大层间位移角及残余层间位移角,提高结构抗震性能.

摇摆防屈曲支撑RC框架抗震性能研究

为研究摇摆防屈曲支撑钢筋混凝土框架抗震性能,利用Open Sees建立8层3跨钢筋混凝土框架(RCF)、防屈曲支撑钢筋混凝土框架(BRBF)与摇摆防屈曲支撑钢筋混凝土框架(RBRBF)有限元模型,并进行弹塑性动力时程分析,从层间位移角、最大顶层位移、最大基底剪力和最大底柱轴力等结构响应角度,研究二维和三维模型分析间关系、BRB和摇摆柱脚单向与双向布置方式对结构性能的影响,给出二维模型分析代替三维模型分析转化系数建议值。结果表明:双向布置时框架层间位移角沿楼层均匀分布,避免了层屈服破坏;RBRBF对BRBF带支撑底柱轴向拉力最大降低率达62%-79%,提高了结构抗震性能。

碟簧-钢绞线自复位防屈曲支撑力学性能分析与数值模拟

介绍了碟簧-钢绞线自复位防屈曲支撑及其受力特性,通过有限元软件Abaqus建立数值模型,研究支撑滞回性能、自复位特性以及耗能能力。研究结果表明:碟簧-钢绞线自复位防屈曲支撑具有较好的滞回性能、耗能能力及自复位特性,该支撑的自复位性能随着复位比及刚度比的增加而提高,耗能能力随复位比及刚度比的增加而减少。

防屈曲支撑钢框架结构中被撑柱抗震设计探讨

通过3个算例,对采用人字形和V字形的无粘结内藏钢板支撑剪力墙(即人字形和V字形防屈曲支撑)的防屈曲支撑钢框架结构的抗震性能进行分析。重点考察大震下,支撑的轴力分布和对被撑柱所受轴力的影响。分析表明,采用结构在一阶振型下的支撑轴力分布来设计被撑柱的做法,适用于多层的防屈曲支撑钢框架结构;而对于高层的防屈曲支撑钢框架结构,高振型影响较显著,上述设计方法对被撑柱的设计较保守,有必要考虑高振型参与下的支撑轴力分布来设计被撑柱。

钢框架防屈曲支撑体系研究与分析

通过对某钢框架钢板剪力墙体系和钢框架防屈曲支撑体系结构进行结构性能对比分析,采用有限元软件进行分析,研究了该钢框架结构在两种体系下的层间位移角对比、柱截面尺寸对比、结构总重量对比和经济分析对比等。结果表明:经反应谱分析,结构弹性阶段明显提高了的抗侧刚度,位移满足规范要求;经弹塑性时程分析,中震、大震下支撑拉压屈服,表现出良好的滞回性能,提高了结构的耗能能力。

防屈曲支撑角部节点板与钢框架的相互作用效应

防屈曲支撑是一种高效稳定的耗能减震装置,其与框架结构一般通过焊接节点板形式连接。目前节点板连接设计方法仅考虑支撑轴力的影响,并没有直接考虑框架开合效应(梁柱在水平地震力下产生的张开/闭合变形)的不利作用,导致焊接节点板在连接处提前发生开裂。通过有限元模拟的方法,同时考虑开合效应和支撑轴力的共同影响,对防屈曲支撑钢框架与角部节点板连接的相互作用进行研究。有限元模型共5组,主要参数包括节点板尺寸、节点板与框架的连接形式以及节点板是否设置自由边加劲肋。在连接形式方面,提出了一种可减小开合效应不利影响的新型可滑移螺栓连接节点板,并与传统焊接节点板的受力性能进行比较。分析结果表明,平面尺寸较小的焊接节点板对结构的抗侧刚度影响最小,可减小设置防屈曲支撑的子框架所分担的地震剪力,相应的节点板受力性能也优于平面尺寸较大的焊接节点板;在焊接节点板上设置自由边加劲肋并不能明显改善其受力性能;所提出的新型可滑移螺栓连接节点板可有效减小节点板对结构刚度的影响,以及框架开合效应对节点板的不利影响,是一种在消能钢框架支撑体系中具有应用前景的新型节点板连接。

考虑填充墙影响的防屈曲支撑-钢框架抗震性能分析

按照7度设防标准设计一20层平面钢框架,采用层刚度比方法布置防屈曲支撑,通过计算分析选出合理的刚度比例。采用Wael三撑杆模型、改进的Atkinson和Yan本构关系曲线模拟填充墙,并建立含填充墙的20层防屈曲支撑-钢框架模型。采用增量动力分析(IDA)方法并结合ATC委员会的提出的倒塌储备系数(CMR)评价方法,对防屈曲支撑-钢框架和含有填充墙的防屈曲支撑-钢框架进行了抗震性能对比研究。结果表明,填充墙可以显著提高结构的抗侧刚度,并能增强结构在罕遇地震下的抗倒塌能力,通过合理的布置防屈曲支撑可使7度设防钢框架基本实现8度"大震不倒"的设防目标,同时表明CMR抗震性能评估方法在长周期结构中的应用需进一步研究。

抗侧刚度比对防屈曲支撑钢框架结构地震响应和能量分配的影响

针对防屈曲支撑钢框架结构,建立了合理的弹塑性分析模型,选取了抗侧刚度比这一能够同时反映防屈曲支撑和框架结构特性的参量,分别对处于弹性状态及进入弹塑性状态的防屈曲支撑钢框架结构,进行了非线性时程分析并计算了结构的各项能量响应,同时还系统研究了抗侧刚度比对其能量输入和能量分配及地震响应的影响规律,并分析了抗侧刚度比的合理取值.

一种抗震性能化设计方法及在防屈曲支撑钢框架结构中的应用

该文围绕防屈曲支撑钢框架结构提出了一种新的抗震性能化设计方法。在选取性能目标时,为了兼顾建筑中结构主体和非结构成分的地震安全,该方法选取了峰值层间位移角、峰值楼面加速度和残余层间位移角共同作为性能目标。以等效单自由度体系的弹塑性时程分析计算结果进行参数分析,掌握防屈曲支撑钢框架结构随基本周期和强度折减系数变化的地震响应规律;根据结构动力学理论将单自由度体系的计算结果推广至多自由度体系;基于此发展出一种新的抗震性能化设计方法。为演示和论证该方法的有效性,该文选取了一栋六层防屈曲支撑钢框架结构的基准模型进行抗震设计,并开展一组地震动作用下的弹塑性时程分析。抗震性能评估的结果表明:由该方法设计的结构能够较好地同时满足多个设计目标的要求。该文的设计方法对于其他类型结构的抗震设计也具有一定的借鉴价值。

内嵌式防屈曲支撑钢框架加固既有混凝土框架结构抗震性能分析

针对既有混凝土框架结构存在承载力、抗震性能不足等问题,本文在内嵌钢框架-防屈曲支撑加固既有框架的试验基础上,对两榀经该方法加固的框架-支撑结构、一榀纯框架结构进行有限元非线性分析,以便深入研究合理的加固参数。用ABAQUS建模,钢材采用硬化弹塑性模型,混凝土采用塑性损伤模型,采用单调水平加载位移增量控制方式进行有限元模拟分析,得出骨架曲线并与试验结果比对。在此基础上分析结构内部受力过程,内力重分配规律,研究钢框架-支撑及节点连接处工作状态,为以后采用类似加固方法进一步改进内部配置、优化结构设计提供科学依据。

防屈曲支撑对钢框架结构抗震性能影响的研究

防屈曲支撑通过在杆件外围设置约束元件抑制受压时的屈曲,具有更好的耗能效果。为深入研究防屈曲支撑对钢框架结构抗震性能的影响,运用SAP2000有限元结构软件,对某钢框架在防屈曲支撑、普通中心支撑以及无支撑3种形式下的整体模型进行模态和时程分析。结果显示:采用防屈曲支撑钢框架的周期、层间位移角较纯框架均得到降低;在罕遇地震作用下,防屈曲支撑钢框架的顶层最大位移值、顶层加速度较普通支撑钢框架均有很大幅度的减小。表明采用防屈曲支撑可以明显提高钢框架结构的刚度,同时大幅度提高钢框架结构的抗震性能,耗能减震效应明显。

防屈曲支撑钢框架结构耗能性能分析

指出耗能支撑是钢结构及钢筋混凝土结构的重要组成部分,防屈曲支撑作为一种新的耗能支撑,在国内外研究和工程应用中日趋增多,通过SAP2000有限元软件对设有防屈曲支撑的多层钢框架进行了耗能减震性能分析,结果表明:防屈曲支撑具有良好的耗能减震性能,是结构抗震设计的一种新方案。

远场强震下人字形防屈曲支撑钢框架滞回能需求层间分布规律影响因素分析

为了将基于能量的设计方法运用到人字形防屈曲支撑钢框架结构中,在远场地震下,利用ABAQUS动力隐式功能,采用不同的地震波对8种人字形防屈曲支撑钢框架结构进行能量分析,研究不同地震波参量和结构参量对人字形防屈曲支撑钢框架滞回能需求层间分布和支撑耗能的影响。研究结果表明:防屈曲支撑滞回耗能占结构总滞回耗能比例均在95%以上;地震动峰值加速度和楼层数对结构滞回能层间分布影响大;强震持时、结构层高和结构跨度对结构滞回能层间分布影响小;结构跨数、结构阻尼比和材料切线模量对结构滞回能层间分布几乎无影响。