新型GFRP-钢屈曲约束支撑设计与受力性能分析

为发展轻质、耐腐蚀的屈曲约束支撑,以玻璃纤维(GFRP)拉挤型材和缠绕工艺构造支撑约束构件,H型钢为内芯,提出一种新型GFRP-钢屈曲约束支撑.通过理论分析与数值模拟,探究了支撑内芯的屈曲模态发展规律;结合GFRP的各向异性和层合板结构特性,建立了GFRP约束构件的设计参数计算公式;分析了支撑间厚比、翼缘和腹板宽厚比及纤维角度对GFRP约束构件与内芯相互作用特征的影响规律,并给出了合理取值;通过算例分析,验证了该设计方法的可靠性.结果表明:H型钢内芯依次发生翼缘局部屈曲、绕弱轴整体屈曲、腹板局部屈曲和绕强轴整体屈曲,且整体屈曲模态较低,而局部屈曲模态较高;间厚比和宽厚比均会影响内芯的屈曲模态发展,进而改变约束构件的受力状态,间厚比宜为0.125 0~0.50,宽厚比宜小于6.29;GFRP约束构件主应力方向接近45°,为充分发挥纤维纵向承载能力,纤维宜按45°相互垂直交叉布置.

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.

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。

LY160钢屈曲约束支撑框架抗震性能研究

屈曲约束支撑(BRB)因其性能优越已在工程中广泛应用,目前工程中使用的BRB芯材多为Q235B钢,为研究软钢BRB框架的受力性能,设计了一榀LY160钢BRB框架进行低周反复试验。试验结果表明:LY160钢BRB框架滞回曲线饱满,耗能系数高达1.54,等效黏滞阻尼达到了0.255。为了进一步研究LY160钢BRB框架结构体系抗震性能,分别运用ABAQUS与PERFORM-3D对框架试验进行模拟,并将两个模拟结果与试验结果进行对比,分析了两个软件模拟计算的优缺点,验证了数值模拟的准确性。在此基础上,采用PERFORM-3D建立6层BRB框架结构(BRBS)模型并与无控框架结构(UCS)模型以及普通支撑框架结构(NBS)模型进行对比,BRBS的层间位移角、层剪力最高可分别降低34.47%、31.29%,远超NBS的19.39%和17.31%,且BRBS的塑性耗能几乎全为BRB提供,很好地保护了主体结构,具有较为稳定、良好的抗震性能。

可修复钢制屈曲约束支撑力学性能试验与数值模拟研究

提出了一种可修复钢制屈曲约束支撑(RBRB),该支撑可通过核心板的局部替换实现支撑修复。RBRB各部件采用螺栓连接,无须拆除屈曲约束盖板即可实现核心板修复替换,修复过程简单。设计了两种不同核心板宽度的RBRB试件,并开展低周往复加载试验,讨论了其滞回性能、失效模式以及累计塑性变形能力。试验结果表明RBRB滞回曲线较为饱满,具有稳定的滞回性能与良好的累计塑性变形能力。RBRB试件在核心板修复后滞回性能与修复替换前保持一致,表明其可修复性较好。对试件开展了数值模拟研究,并与试验结果进行对比,结果显示数值模拟的破坏形式及滞回曲线与试验结果吻合良好。

可更换屈曲约束支撑的有限元分析

针对传统屈曲约束支撑结构在震后修复困难、需要整体更换等问题,本文根据“定点屈服”原理,提出一种新型可更换屈曲约束支撑(RBRB),其具有更换方便、只需更换耗能段核心单元即可恢复使用功能等特点。本文运用有限元软件ABAQUS对其进行数值模拟计算,主要研究了RBRB的抗震性能并分析不同开孔形式对RBRB抗震性能的影响,研究结果表明:该RBRB构造合理,具有良好的耗能能力和抗疲劳性能,滞回曲线稳定;当核心单元的截面面积一定时,随着开孔排数的增加,RBRB的延性性能逐渐降低,但均能满足罕遇地震作用下支撑的大变形需求;RBRB开孔段芯材受压变形为压缩、弯曲与剪切组合的机制,随着开孔排数的增加,剪切变形越明显,剪切变形容易导致RBRB发生面内失稳;由于一排孔的RBRB延性性能与整体性能优于两排孔、三排孔,且考虑加工难度,减少开孔数量,建议采用一排孔的RBRB。

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。

屈曲约束支撑在抗震设防裂度为9度地区的施工技术

我国已建或在建的房屋建筑工程,无论是民用建筑还是工业建筑,由于国内各地地震频发,导致对房屋结构的抗震能力需要着重考虑。笔者基于西昌市马道城中村棚户区改造项目中的商业综合楼的设计与建设,阐述了屈曲约束支撑在9度地震设防烈度地区的应用。

全钢屈曲约束支撑钢结构梁柱安装连接力学性能

为避免地震作用下钢梁柱连接发生脆性断裂和塑性屈服,提出一种新型全钢屈曲约束支撑的钢结构梁柱连接方式。全钢屈曲约束支撑通过销钉与钢梁柱构件连接,形成新的连接体系。以T型梁柱连接钢结构为研究对象,考虑一侧安装全钢屈曲约束支撑(S型)和两侧安装(D型)两种结构型式。并进行耗能指数和等效粘性阻尼系数等参数研究,以评估钢结构梁柱安装连接的力学性能。实验结果表明,与S型连接相比,D型连接的滞回曲线更加饱满,这表明在梁翼缘两侧设置阻尼的结构可以使新的钢结构梁柱安装连接方法具有更强的消能能力。且在旋转角度为0.01rad之前,S型试样的等效粘滞阻尼系数大于D型试样。

铁路客站侧式站房超长结构屈曲约束支撑混凝土框架节点性能的有限元分析

通过有限元分析方法,研究侧式站房超长结构中屈曲约束支撑混凝土框架节点的性能。对超长结构的整体概念进行了概述,分析了结构特性与节点性能之间的关联。采用专业的分析软件,建立了详细的有限元模型,并对节点进行了系统的性能评估。研究重点包括荷载-位移响应、弯矩-曲率响应、剪切性能以及节点的承载力和刚度。通过探讨屈曲约束支撑在改善节点性能中的作用机制,比较了不同约束支撑方案,并提出了有效的性能改善方法和策略,从而为优化超长结构的设计提供了理论依据和实践指导。

屈曲约束支撑在空旷建筑结构加固工程中的应用

屈曲约束支撑简称BRB,经过近50年的发展已大量应用于新建建筑中,在国内外多次地震中被证明防震减灾效果显著。加固改造工程相比新建工程有更多的制约条件,为在结构抗震加固设计中达到经济、可行的目的,近年来在加固改造工程中,屈曲约束支撑等减震构件的应用逐渐增多。本文以厦门某剧场的加固改造项目为例,通过增设屈曲约束支撑前后的结构形态对比,探讨屈曲支撑在空旷建筑加固改造中的实际应用,旨在为类似工程项目提供参考依据。

钢管混凝土框架-屈曲约束支撑结构概率地震易损性评估研究

为了研究钢管混凝土(CFST)框架-屈曲约束支撑(BRB)结构的抗震性能以及地震动持时对结构概率地震易损性的影响,基于能量平衡的塑性设计方法,设计了9层框架支撑结构.选取其中一榀单层单跨的框架支撑试件进行了低周循环加载试验和数值分析.采用OpenSees程序建立了9层典型三跨子结构的弹塑性分析模型;通过增量动力分析法得到了结构在不同工程需求参数和地震动强度参数下的易损性曲线,分析了地震动持时对结构抗震性能的影响.研究结果表明:试件的水平荷载-位移滞回曲线饱满,耗能稳定;结构90%的塑性变形耗能集中于屈曲约束支撑;整体损伤因子(ODI)可以较好地反映地震动持时对框架支撑结构累积损伤的影响;长持时地震动下结构的倒塌中位值比短持时的低24%.以ODI为工程需求参数时,考虑地震动谱加速度和重要持时的地震动强度综合指标INP-D表现出更优的实用性、有效性、充分性和调幅鲁棒性.对于I_(NP-D),罕遇地震水平下,长持时地震动下的ODI超越0.2和0.4限值的概率分别是短持时的1.74和5.0倍,因此建议钢管混凝土框架-屈曲约束支撑结构的抗震设计和分析应关注地震动持时对结构累积损伤的影响.

木壳屈曲约束支撑低周反复加载试验研究

为了提高胶合木框架结构的抗震性能,对4根不同构造形式的木壳屈曲约束支撑(timber buckling-restrained braces,简称TBRB)进行低周反复荷载试验,分析了木壳屈曲约束支撑的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线及延性等抗震性能。试验结果表明:试件的破坏形态主要为钢内芯拉断、钢内芯局部屈曲和木材局压破坏、胶合木开裂和钢内芯多波屈曲;所有试件的滞回曲线基本上呈梭形,耗能良好,初始刚度较大,低周反复荷载下支撑刚度退化明显;经内衬钢板和端部加强的木壳屈曲约束支撑的耗能能力、延性、极限承载力均优于其余3种构造,但对初始刚度影响不大。研究结果表明,内衬钢板和端部加箍的木壳屈曲约束支撑可实现更好的抗震性能,具有良好的实践性,可为胶合木框架结构抗震设计提供参考。

基于周期降低率的屈曲约束支撑设计方法研究

屈曲约束支撑是一种应用广泛且发展前景广阔的消能减震构件,但在结构设计中通常难以对屈曲约束支撑阻尼器在实际地震中附加有效阻尼比取值。文章针对这一问题提出了基于周期降低率的减震方案设计方法,基于此方法设计了某屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构,并采用有限元软件SAP2000对此结构进行多遇地震弹性和罕遇地震弹塑性时程分析。结果表明:使用屈曲约束支撑结构表现出良好的耗能能力,其抗震性能能够满足要求,并且在罕遇地震下层间位移角小于规范限值,具有一定安全储备;基于周期降低率的减震方案设计方法能够明显降低试算工作量,从而提高设计效率。所提出的设计方法和分析手段可为屈曲约束支撑消能减震设计及研究提供参考。

短屈服段屈曲约束支撑钢框架抗震性能研究

屈曲约束支撑滞回性能优异,大量应用于中心支撑钢框架结构,可极大提高钢框架的抗震性能.但已有研究表明,当屈曲约束支撑钢框架遭遇罕遇地震时,结构产生较大的残余变形,导致震后更换支撑困难.为此提出了短屈服段屈曲约束支撑,并将其置于钢框架中进行动力时程分析.结果表明,短屈服段屈曲约束支撑钢框架的最大层间位移角较传统屈曲约束支撑钢框架最大降幅在10%左右,减小结构的残余层间位移角可达30%以上;在保证结构安全的同时,很大程度上提高了结构在震后的可修复性和遭遇二次地震时的可靠性,并且随着结构刚度的增加,额外的地震荷载几乎全由屈曲约束支撑承担,并不会给框架增加负担.

屈曲约束支撑方钢管高强混凝土框架力学性能有限元分析

屈曲约束支撑(BRB)与框架结构的连接型式对框架结构体系的抗震性能有较大的影响,为了更深入地研究屈曲约束支撑焊接连接的钢管高强混凝土框架的力学性能,在前期试验研究的基础上,运用ABAQUS软件,按照试验框架进行等比例建模,分析了在轴压比、混凝土强度、梁柱线刚度比和BRB屈服承载力等参数发生改变时,单层单跨BRB焊接连接框架模型的破坏机制、承载能力等力学性能。分析结果表明:框架柱轴压比的改变对框架的承载力有较大的影响;BRB的屈服承载力是影响框架抗侧刚度和承载能力的主要因素;柱子混凝土强度的增加对框架承载力的提高贡献很小;梁抗弯刚度的增加能小幅度地提高框架的承载能力,梁柱的线刚度比应控制在合理的范围内。因此,在进行BRB焊接连接框架设计时,应充分考虑框架柱轴压比、梁柱线刚度比、混凝土强度、BRB与框架的抗侧刚度比等参数影响。

基于电磁控制的屈曲约束支撑拟静力试验研究

屈曲约束支撑是一种耗能减隔震构件,近年来已被广泛应用在工程实例中。但是将屈曲约束支撑和控制相结合的研究较少。基于此研制出一种新型屈曲约束支撑,即基于电磁控制的屈曲约束支撑(electromagnetic buckling restrained brace, EBRB)。对6组EBRB进行拟静力试验进行滞回曲线、骨架曲线、延性性能、刚度退化、耗能能力等性能指标分析,并推导出振动控制所需电磁力的计算公式。试验结果表明:通过对电磁力推导的理论值和试验中产生的电磁力实际值的比对发现两者的差值在8%左右,当EBRB填充材料为LC30芯材为Q235钢时其耗能能力是填充材料为C30芯材为DT4的1.08倍,延性性能是填充材料为C30芯材为DT4的1.2倍,并在电磁力的控制下构件的的抗震性能是不加电磁力的控制的1.3倍~1.5倍,提高了传统的屈曲约束支撑的抗震性能,在工程实例中具有较好的应用前景。

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。

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。

屈曲约束支撑教学楼加固设计及分析

按照规范要求对一个5层单跨的教学楼进行了屈曲约束支撑的加固设计,对加固后的前后结构进行了反应谱法和静力弹塑性分析,对比分析了结构的层间剪力、塑性铰分布、层间位移角、层间位移角推覆过程及基底剪力-顶点位移曲线。结果表明:屈曲约束支撑的设计应满足设防目标的要求;反应谱分析得到屈曲约束的设置将原教学楼结构的弹性层间位移角1/602降低至1/899,Y向的基底剪力908.8kN增至1218.5kN,在弹性状态下,结构抗侧刚度的增加,层间位移降低,地震作用加大;静力弹塑性分析表明,屈曲约束支撑能减少和降低框架梁柱塑性铰的出现,形成抗震的第一道防线。