短屈服段屈曲约束支撑的滞回性能研究

提出短屈服段屈曲约束支撑(SC-BRB),以解决在罕遇地震下钢框架结构残余层间位移角过大导致震后支撑更换困难问题.采用有限元对SC-BRB的滞回性能进行研究,分析参数对支撑的影响规律.结果表明:屈服段长度对BRB的滞回性能影响较大,集中因子α减小后,SC-BRB能较早地进入耗能阶段,拥有更高的耗能效率,但SC-BRB的低周疲劳性能较差;SC-BRB具有足够的耗能能力;增加内核板的宽厚比可减小外约束的用钢量,但宽厚比的增加,会导致支撑低周疲劳性能和延性降低,建议内核宽厚比限值取15;外约束所需的最短长度随着集中因子α的增大而增大,建议取屈服段长度和0.5倍支撑总长中的较大值;建议SC-BRB选取摩擦系数不大于0.1的无粘结材料.

国产低屈服点芯材屈曲约束支撑的滞回性能及减震效果研究

为了研究芯材为LY160软钢的屈曲约束支撑滞回性能以及减震效果,针对LY160钢材和BRB构件进行了从材性、构件性能、到结构地震响应的系统试验和分析工作。首先完成了LY160钢材的材性试验,得到LY160钢材试件的平均屈服强度为170MPa,断裂伸长率为48.2%;随后进行了屈曲约束支撑的低周往复加载试验,采用LY160的屈曲约束支撑破坏位移为1/45L,延性系数达到17,最后开展了6层钢筋混凝土框架结构的弹塑性地震响应分析,发现使用LY160芯材的LBRB结构相较于使用Q235芯材的普通NBRB结构,不仅结构动力响应的减震效果提升了25%,同时还可有效地改善结构在强震下的塑性损伤,采用低屈服点软钢为芯板的屈曲约束支撑可以有效提升结构的抗震安全性。

火灾下LYP160屈曲约束支撑抗震性能研究

为研究屈曲约束支撑(buckling-restrained brace,BRB)及其体系在高温工况的抗震性能,对BRB芯材低屈服点LYP160钢材分别进行了常温和高温材料力学性能试验.通过与试验结果比较,建立了BRB热-力耦合精细化有限元分析模型,验证了该模型的准确性;对火灾下LYP160屈曲约束支撑的温度场、滞回曲线、骨架曲线和耗能能力等性能进行了对比分析;对不同工况(3种火灾工况和常温工况)下8层配置屈曲约束支撑钢框架(BRB structure,BS)和原结构(original structure,OS)分别进行了弹塑性动力时程分析.研究结果表明:3种火灾工况下BS的平均层间位移角较于OS分别降低了30.4%、33.2%和42%;OS柱塑性铰损坏严重,且更多出现在柱上,BS整体损坏程度较OS轻,更为安全可靠.

“类十字”双阶屈服屈曲约束支撑理论研究及数值分析

屈曲约束支撑是一种承载和耗能相结合的双功能抗震构件,被广泛应用于工程结构中。然而,传统屈曲约束支撑在多遇地震作用下处于弹性状态,不耗散地震能量,且不能够适应不同等级水平的地震作用。基于此,提出一种新型"类十字"双阶屈服屈曲约束支撑(DYBRB),其在小震下进入屈服耗散地震能量并为结构提供刚度,大震下耗能能力进一步提高。通过构造设计及工作原理,详细说明了DYBRB两阶段耗能的机理;通过理论分析建立了DYBRB的力学模型,给出了DYBRB支撑刚度、承载力、屈服位移的计算公式及其简化设计方法;并采用ABAQUS软件建立了DYBRB数值模型,模拟分析其抗震性能。研究结果表明:DYBRB具有更小的屈服位移和明显的分阶段耗能特征,滞回曲线饱满,能够在不同等级地震作用下为结构提供相应水平的耗能。

双阶屈服屈曲约束支撑混凝土框架结构抗震性能研究

结合实际工程项目,提出将新型双阶屈服屈曲约束支撑应用于传统混凝土框架结构。设计一榀缩尺单层单跨双阶屈服屈曲约束支撑混凝土框架结构试件,采用低周往复试验,对双阶屈服屈曲约束支撑在混凝土框架结构中的抗震性能以及二者的协同工作性能进行试验验证。在此基础上,进一步研究双阶屈服屈曲约束支撑在钢筋混凝土框架结构体系中的抗震性能,对双阶屈服屈曲约束支撑框架结构体系进行弹塑性时程分析,并与单阶屈服屈曲约束支撑框架结构体系对比。结果表明,双阶屈服屈曲约束支撑在小震作用下实现第一阶屈服并保持刚度,为结构提供附加阻尼,参与耗能;在中震与大震作用下发生第二阶屈服,持续耗能。与单阶屈服屈曲约束支撑相比,双阶屈服屈曲约束支撑具有更优的抗震性能。

基于边缘屈服准则装配式屈曲约束支撑分析与设计

基于芯材边缘屈服准则和弯曲屈曲理论,建立装配式屈曲约束支撑极限应力、支撑间隙及芯材截面的计算公式。以十字型芯材支撑为例,分析芯材屈曲半波数对支撑极限应力,支撑间隙和芯材截面的影响。研究结果表明,基于芯材边缘屈服准则和弯曲屈曲理论的分析理论可以合理解释试验和有限元分析结果 ,所建立的相关计算公式可用于装配式屈曲约束支撑的设计中。

双阶屈服屈曲约束支撑的实现方法及数值分析

屈曲约束支撑(buckling restrained brace,BRB)作为一种具备承载能力和耗能能力的阻尼器,在工程中得到了广泛应用。然而传统的屈曲约束支撑为避免发生低周疲劳破坏,在多遇地震工况下被设计为弹性支撑,无法耗散地震输入的能量。总结了分阶段屈服屈曲约束支撑的研究现状,并在此基础上通过改变一阶屈服耗能阻尼器的类型,提出了一阶阻尼器为摩擦型阻尼器的双阶屈服屈曲约束支撑(double-stage yield buckling restrained brace,DYBRB),分析了其构造形式、工作原理及力学模型,并利用有限元软件ABAQUS对其进行了模拟分析,通过改变一、二阶刚度比和摩擦阻尼器摩擦力与芯板屈服力比,对比不同支撑的等效黏滞阻尼系数。结果表明:该DYBRB的构造合理,滞回曲线饱满,具有明显的分阶段屈服能力,且在小位移下可以实现耗能,提高了支撑全过程耗能能力。一、二阶刚度比取4左右,摩擦阻尼器摩擦力比例取0.75~1时,DYBRB全过程的耗能能力较好。

新型双阶屈曲约束支撑性能有限元分析研究

针对目前常见的屈曲约束支撑多为单阶屈服,且屈服点单一的问题,提出了一种新型双阶屈曲约束支撑,其核心单元由1块低屈服点芯板和2块高屈服点芯板并联而成,具有屈服点低、在不同地震荷载作用下屈曲约束支撑都能屈服耗能等优点。采用abaqus通用有限元分析软件进行模拟仿真分析设计了新型双阶屈曲约束支撑,采用abaqus接触中的生死单元模拟核心单元多阶失效的工况,分析了其耗能性能、骨架曲线、刚度等重要力学参数,并将分析结果与普通单阶屈曲约束支撑进行对比。结果表明:有限元模拟滞回曲线与试验数据贴合较好,有限元模型设计和参数设定是合理的,该屈曲约束支撑的屈服位移较小,在小位移荷载作用下具有更优越的耗能性能,能在小震荷载作用时为结构耗散更多的地震能量,同时具有更大的屈服后刚度,能为支撑提供更大的反力。

屈曲约束支撑刚度与屈服力匹配关系研究

通过研究屈曲约束支撑各参数间比例关系的取值范围,对现有钢材制作的屈曲约束支撑的刚度和屈服力匹配关系进行了研究。鉴于目前钢材市场上低屈服钢材屈服强度范围的局限性,指出目前的屈曲约束支撑提供的刚度-屈服力匹配关系并不能满足所有设计的要求的,提出应研究具有更广泛匹配关系的屈曲约束支撑,以满足设计的需要。

双屈服点屈曲约束支撑-钢框架结构抗震性能研究

针对传统钢框架-屈曲约束支撑结构的薄弱层控制难题,本研究提出了一种面向结构最大层间变形控制和薄弱层控制双重需求的并联式双屈服点屈曲约束支撑。相比于已有双屈服点屈曲约束支撑,具有刚度和耗能能力利用率高的优点。基于某钢框架-支撑原型结构,设计了2个传统屈曲约束支撑案例和3个新型双屈服点屈曲约束支撑案例,通过对比各案例的关键地震响应,明确了新型支撑的结构最大变形控制效果和薄弱层控制效果。结果表明:罕遇地震作用下,相比于屈曲约束支撑,新型支撑的最大层间位移角峰值可降低6.2%~21.6%;表征薄弱层损伤集中程度的层间位移角集中系数分别由1.54和1.51最低降至1.29,绝大部分楼层具有了相近的位移角,且小于屈曲约束支撑结构,表明新型支撑引导了薄弱层的迁移,显著减轻了结构变形损伤集中问题。本研究的相关成果可为钢框架-支撑结构的地震响应控制提供参考。

屈曲约束支撑的最小工作段长度研究

提出了屈曲约束支撑(BRB)最小工作段长度的确定方法。首先,阐述了BRB工作段长度问题对其疲劳性能和屈服时机的研究意义,并指出现有讨论对此认识的不足。而后,指出了BRB工作段最小长度主要受其疲劳性能的影响,而其疲劳性能的影响因素可以概括为材料、构造、加载历史。接着,比较了两种BRB疲劳性能的评估方法——Miner准则和预测累计塑性变形能力的骨架法。由于后者较优,因此,基于后者提出BRB最小工作段长度确定方法。最后,通过MATLAB平台编程,并结合相关文献中的数据,进行了数值研究,综合得出一些有价值的结论。

联塔斜拉桥大吨位屈曲约束支撑设计研究

桑园子黄河大桥为主跨328 m的分幅联塔斜拉桥,位于抗震设防烈度8度的高烈度地震区,联塔共用基础和承台,横向地震作用下联塔同向运动后产生竖向相对位移,联塔间需要能提供较大连接刚度与耗能能力的连接装置。针对联塔结构的耗能减震需求,提出基于屈曲约束支撑(BRB)的阻尼耗能解决方案,在联塔间设置多套交叉布置的BRB形成多个阻尼器对,通过轴向拉伸与压缩协同发挥耗能能力。联塔结构竖向最大承载力要求达9450 t,设计制作大吨位足尺BRB试件,并进行有限元分析与力学性能试验,研究BRB试件屈服承载力、屈服位移、弹性刚度、极限位移、耗能能力及疲劳性能等。结果表明:BRB各项指标均表现良好,力学性能满足设计及标准要求,具有良好的拉压均匀性与塑性变形能力,耗能率较高。

双阶屈服屈曲约束支撑框架结构抗震性能研究

双阶屈服屈曲约束支撑(DYB)是近年来基于传统屈曲约束支撑(BRB)提出的新型减震概念与装置,根据构造特点可将其分为串联型DYB和并联型DYB两种。分析了两种DYB的简化力学模型,并对其在有限元软件SAP2000中进行模拟,证明了有限元分析方法的准确性。以阻尼+耗能为抗震性能目标进行设计,通过非线性时程分析,对比纯框架结构、BRB框架结构与DYB框架结构在不同地震等级下的抗震性能及构件受力,系统研究了平面框架中DYB框架结构在全过程地震水准下的耗能机理及受力性态,并在三维框架中对并联型DYB的抗震性能进行验证。结果表明:在以阻尼+耗能为抗震性能目标的设计中,不应采用串联型DYB,建议采用并联型DYB进行设计。并联型DYB在多遇地震下即开始耗能,相比传统BRB,其对框架结构在不同地震等级尤其是多遇地震下的抗震性能改善作用最为突出,但在设计时仍需注意并联型DYB带来的“构件内力放大效应”所造成的不利影响。

新型二阶段屈服防屈曲耗能支撑设计方法及性能研究

本文提出了一种具有低屈服位移的新型防屈曲支撑。与传统屈曲约束支撑性能指标进行相比,表明两类支撑具有近似的屈服承载力,但新型二阶段屈服防屈曲支撑具有更大的弹性刚度和更小的屈服位移。工程设计中修改支撑的设计参数可改变其屈服位移,使其较早发生屈服并耗散地震能量,起到保护主体结构的作用。

屈曲约束支撑体系的应用与研究进展(Ⅰ)

屈曲约束支撑框架体系(BRBF)是新近发明并逐渐得到应用的一种抗震框架体系。因为屈曲约束支撑(BRB)在受拉和受压时都可屈服而不屈曲,因此克服了传统支撑体系的缺点。本文分两部分,第一部分主要介绍其基本原理和各组成部分的概况、BRBF的特点,还简要介绍了该体系在各国家和地区应用和研究的进展情况。

大吨位国产TJⅡ型屈曲约束支撑的研制与试验研究

本文采用简化的新构造方式,开发研制了一种适用于大吨位应用的TJⅡ型屈曲约束支撑,并确定了其承载力计算方法和刚度、节点设计的准则。利用尝试性的试验结果,改进了细部构造。采用宝钢新研制的BLY225低屈服点钢,制作了两根屈服承载力为650吨、长度为8米的足尺试件,进行了往复加载试验。试验结果表明TJⅡ型屈曲约束支撑具有很好的滞回性能和耗能能力,累计塑性变形能力远超过美国钢结构抗震规范设计规程中的要求。

屈曲约束支撑式延性桁框结构探讨

在桁框结构的桁架跨中央设置屈曲约束支撑式消能段是一种新型的延性桁框结构。针对该结构体系,首先推导消能段的极限抗剪承载力,然后提出结构简化计算模型,并根据我国抗震设计准则给出确定屈曲约束支撑设计承载力的计算方法和构造要求。采用本方法确定的消能段可以精确控制延性桁框结构的屈服时刻和破坏模式,并实现水平地震作用下各楼层同步屈服,充分耗能。最后采用有限元方法进行单向和循环加载分析与验证,结果表明:合理的屈曲约束支撑承载力可以显著提高延性桁框结构的延性、耗能能力、承载能力和安全储备,抗震性能明显优于普通桁框结构;该计算方法具有较高的精度,可以在确保消能段耗能的前提下实现结构的优化设计。

含屈曲约束耗能支撑的高层建筑地震作用效应分析

本文以威盛大厦为例,对含屈曲约束耗能支撑的高层建筑钢结构的地震作用效应及抗震性能进行了分析。分析表明:(1)本工程的结构破坏模式为:X方向梁铰机制,Y方向柱铰机制;结构的抗震性能满足设计要求,(2)在小震作用下,屈曲约束耗能支撑处于弹性状态,为结构提供支撑刚度;中震作用下,部分屈曲约束耗能支撑达到屈服状态,为结构提供耗能能力。

屈曲约束支撑核心构件几何参数对支撑受力性能影响分析

通过对推导拟合的公式以及有限元模型的参数分析,研究核心段几何参数对屈曲约束支撑屈服时机及受力性能的影响.结果表明:支撑屈服前,屈服消能时机不仅跟μc值有关,还跟转换段与核心段面积比有关;支撑屈服后,可忽略支撑内核各段面积比对其应变的影响,只考虑μc对应变的影响;μc对支撑的滞回性能影响较大,随着μc的减小,支撑所能耗散的能量增大;μc的合理取值建议在0.3~0.7之间.

屈曲约束支撑及其工程应用

屈曲约束支撑是在普通钢支撑基础上改进而成的一种受压、受拉都能屈服而不屈曲,利用软钢屈服耗能能力好、承载能力高的一类金属屈服型阻尼器。论文对屈曲约束支撑的基本构造、工作机理、主要特点、设计依据、结构设计、布置及连接、工程应用等进行了概述和讨论,为屈曲约束支撑的设计和应用提供参考。