组合碟簧自复位防屈曲支撑滞回性能试验

为控制防屈曲支撑(BRB)的残余变形,采用碟簧自复位系统(DS)和BRB并联形成自复位防屈曲支撑(SBRB)。通过拟静力试验考察组合碟簧刚度、端部连接、复位比率等对SBRB滞回性能的影响。结果表明:与BRB相比,SBRB的残余变形大幅降低;SBRB表现出旗型的滞回曲线,试验后期钢板支撑受拉断裂,其他部件保持完好;SBRB试件中DS部分和BRB部分分别是承载力和累积耗能的主要来源;由于组合碟簧间的摩擦等作用,DS部分的耗能占整个SBRB耗能的23%~36%;其他构造相同时,采用组合碟簧刚度较大的DS部分启动后承载力增幅较多,且DS部分启动力较大的复位比率也较大,残余变形更小。总体上,端部连接形式对残余变形影响不大,刚接SBRB试件因承受额外的端部弯矩,钢板支撑断裂更早,铰接SBRB试件表现出更好的耗能能力。随复位比率增大,SBRB的残余变形逐渐减小,为有效地控制支撑残余变形,同时避免对DS部分要求过高,复位比率宜取0.7~0.9。

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.

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。

基于ABAQUS对自复位防屈曲支撑简化模型的验证与参数分析

防屈曲支撑在大震下不易屈曲且耗能能力优秀,现广泛用于高烈度地区结构。但其耗能机制导致支撑震后残余变形过大,不利于震后修复工作的开展。故对防屈曲支撑增设自复位系统,以大幅度降低其残余变形。但是,自复位防屈曲支撑独特的“旗形”滞回模型导致其模型复杂且计算量过大,不便应用于实际工程中。针对以上问题,首先通过杆单元和非线性弹簧叠加建立了自复位防屈曲支撑简化模型并验证了该简化模型的可行性。在此基础上,通过参数分析得到了各类实际参数取值对自复位防屈曲支撑承载力、自复位能力的影响效果。

碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑滞回性能分析

防屈曲支撑因其良好的耗能能力而被广泛应用于支撑框架结构中,但其震后往往存在较大的残余变形,从而影响结构的可修复性。为减少装有防屈曲支撑结构的残余变形,在防屈曲支撑的基础上并联以组合碟簧和钢绞线为复位元件的自复位系统来为支撑提供恢复力,提出一种较为经济的新型自复位防屈曲支撑。介绍了新型自复位防屈曲支撑的构造及恢复力模型,通过数值模拟研究复位比率及内芯尺寸对滞回性能的影响。结果表明:当复位比率<1时,随着复位比率增大66.67%,支撑的残余变形减小1 505.86%,但其等效粘滞阻尼比降低19.21%;当复位比率相同时,随着内芯尺寸增大90%,支撑的总滞回能量增大538.09%。

位移放大型自复位防屈曲支撑滞回性能分析与数值模拟

提出一种位移放大型自复位防屈曲支撑,通过Abaqus有限元软件建立数值模型,研究支撑滞回性能、自复位特性以及耗能能力。结果表明:该位移放大型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。该支撑的承载力受自复位系统刚度影响较大,耗能能力受预拉力影响较小,当预拉力水平较低时,提高预拉力可以大幅提高支撑的复位性能。

全钢自复位屈曲约束支撑理论与数值分析

为控制地震作用下框架结构的最大层间位移和残余变形,给出一种基于全钢屈曲约束支撑的自复位耗能支撑的设计思路。这种自复位屈曲约束支撑采用预应力钢绞线作为自复位系统,所以被称为全钢自复位屈曲约束支撑。为克服预应力钢绞线极限弹性变形的限定,给出一种串联两束预应力筋的设计构造。理论分析表明:这种串联两束预应力筋自复位系统使得自复位屈曲约束支撑的轴向变形是单束预应力钢绞线作为自复位系统时的两倍;同时指出,预应力筋的初始预张力应大于给定值,才能够保证自复位屈曲约束支撑的性能;根据上述分析同时给出了一种可能的全钢自复位屈曲约束支撑的设计方案;数值模拟表明减小自复位屈曲约束支撑核心板屈服段的长度可以提高支撑的耗能能力。

串联双筋自复位屈曲约束支撑参数分析

有效控制支撑的震后残余变形是控制支撑-框架结构残余位移的有效途径之一。为此提出一种新型串联双筋自复位屈曲约束支撑。研究结果表明:BRB核心板面积越大,SCBRB的耗能能力越强,预应力筋的面积变化对SCBRB各阶段的刚度影响较大,初始张拉力将影响SCBRB的自复位效果,且三者都会影响支撑的变形能力。

改进的三线性自复位防屈曲支撑结构非线性位移比

自复位防屈曲支撑框架结构(SCBRBF)兼具耗能和自复位能力,日渐受到国内外学者的关注。不同于以往广泛采用的双线性模型,它具有独特的三线性恢复力模型。前期研究提出了考虑三线性恢复力模型的等强度位移比(C_R)计算公式(即C_R-R-T关系),但在周期为0.3s左右误差较大。针对此,该文将给出三种改进的公式。以回归时采用的数据(精确解)和另一组地震动的C_R平均值作为两组基准,比较了3种改进公式的效果,并分析了不同参数组合对C_R误差值的影响。另外,若采用基于双线性恢复力模型提出的C_R公式评估SCBRBF的反应,需要将SCBRBF的三线性恢复力模型简化为双线性模型(采用等屈服力和屈服位移的等效原则)。此前采用等屈服力和屈服位移的等效原则,发现双线性公式用于计算SCBRBF时误差较大。为排除不同等效原则在双线性模型计算SCBRBF时误差的影响,该文采用另一种也较为合理的双线性等效原则对其进行评估。发现即使采用不同的等效原则,双线性位移比公式用于SCBRBF仍然会造成较大误差。

全钢自复位屈曲约束支撑框架地震响应分析

为研究全钢自复位BRB框架的抗震性能,以BRB框架设计为参照,根据"等强原则"和支撑自复位要求,在确定ST-SCBRB核心板面积的基础上改变预应力筋的数量,研究其对SCBRB框架地震响应的影响。分析表明:SCBRB框架的层间位移角小于"等强原则"下BRB框架的层间位移角;SCBRB中预应力筋根数越多,SCBRB刚度越大,对应框架层间位移角越小,同时也对支撑的变形需求减小;楼层加速度和层间剪力会有一定程度的增加,其中增加的剪力主要由SCBRB承担,框架柱承担的剪力作用反而减小;SCBRB的变形能力因初始张拉应变减小有所提高,故存在一个能使SCBRB的性能满足需求的最优预应力筋数量。

内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑性能试验及其恢复力模型研究

为解决防屈曲支撑在大震作用下产生较大残余变形的问题,该文提出了一种内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑,阐述了该支撑的构造和工作原理。该新型支撑由防屈曲耗能系统和自复位系统并联组成,通过控制碟簧预压力和核心单元屈服承载力的组合,可得到工程结构控制所需的滞回特性曲线。在此基础上,设计制作了3个不同工况的内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑,开展拟静力试验,分析其破坏特征,探讨了其残余位移和滞回耗能等特性,并建立其力-位移滞回关系恢复力分析模型。试验结果表明:内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑不仅保留了防屈曲支撑稳定良好的耗能能力,而且能较好地控制残余变形,建立的恢复力分析模型与试验结果吻合较好,是一种有效地控制残余变形且性能稳定的结构减震元件。

混合形状记忆合金和屈曲约束支撑系统自复位抗震研究

提出混合形状记忆合金(SMA)和屈曲约束支撑(BRB)系统混合自复位装置。在混合自复位装置中,BRB发挥耗能作用,而SMA提供自复位功能以减小结构震后残余变形。据SMA一维宏观唯象本构模型,编制用于ABAQUS有限元分析的用户材料子程序SMA-UMAT;用ABAQUS及子程序SMA-UMAT分别对设置BRB及混合自复位装置钢框架(简称BRBF,SC-BRBF)进行低周反复与动力弹塑性地震反应分析。数值结果表明,虽SC-BRBF峰值层间位移角、峰值基底剪力及峰值楼层加速度较BRBF有一定程度放大,但与BRBF相比,SC-BRBF可减小结构残余位移50%以上。故该混合自复位装置在大跨结构及高烈度抗震设防地区具有一定工程应用前景。

自复位屈曲约束支撑框架耗能组件影响分析

为探究屈曲约束支撑耗能组件对自复位屈曲约束支撑(SCBRB)框架抗震性能的影响,基于"等强原则"和自复位需求设计了不同核心板面积的SCBRB框架,并开展了地震作用下的动力分析。分析结果表明:随着核心板面积的增大,支撑的耗能能力增大,结构的最大位移响应减小,加速度和剪力响应也减小;但在相同预应力筋的情况下,初始张拉应变增大会降低支撑的变形能力,可能会导致支撑变形能力不能满足变形需求。

防屈曲约束支撑极限承载力影响因素研究

为解决普通支撑受压屈曲以及滞回性能差的问题,研究防屈曲约束支撑很有必要。介绍防屈曲约束支撑基本原理及求解屈曲特征值的目的。借助ANSYS有限元软件,考虑内核单元与混凝土的接触问题,模拟分析了防屈曲约束支撑的极限承载力,得到其屈曲模态和合理的单元间隙宽度;并对影响极限承载力的因素进行了分析。

全装配式自复位防屈曲支撑滞回模型及其性能试验研究

为减小防屈曲支撑的震后残余变形,降低结构的修复难度和成本,该文提出了一种采用组合碟簧实现复位的全装配式自复位防屈曲支撑,该新型支撑通过设置BRB系统承载力和SC系统预压力的比率,可有效控制滞回曲线的特性。文中阐述了该支撑的构造和工作原理,推导了循环加载下的理论滞回模型,并据此设计制作了3个不同组合的全装配式自复位防屈曲支撑,通过拟静力试验分析对比了残余变形和滞回耗能等特性,探讨了自复位效果和破坏模式。试验结果表明:新型全装配式自复位防屈曲支撑滞回曲线有明显的旗帜型特征,滞回性能稳定;组合碟簧自复位系统大幅减小了支撑的残余变形,复位效果明显;理论滞回模型与试验结果基本吻合,是一种十分有效的自复位减震阻尼器。

装配式自复位屈曲约束支撑滞回性能

提出了一种装配式自复位屈曲约束支撑(ASCBRB),对其基本构造、受力机理和滞回性能进行了理论分析,建立了ASC-BRB的有限元模型,进一步分析了ASCBRB的滞回性能,并研究了关键构造参数对其滞回性能的影响规律。结果表明,理论恢复力模型能够有效描述ASCBRB的滞回特征,理论结果与有限元结果整体吻合较好。碟簧组合压并后,支撑刚度显著增大,能够防止强震下结构层间变形的快速增加,减小层间变形集中效应。进行ASCBRB设计时,各关键构造参数需合理匹配,使得ASC-BRB具有良好的变形能力、耗能能力和复位能力,并可以有效减小结构在强震下的层间变形集中效应。

梭形空间桁架约束型防屈曲支撑的性能研究

防屈曲支撑的外围约束体系的革新研究始终是其核心内容。该文提出了梭形空间桁架约束型防屈曲支撑(STC-BRB)的概念,并以BRB工程应用中的四榀桁架约束体系为例,研究了STC-BRB的静力承载力和抗震设计方法。STC-BRB采用与其弯矩分布图相似的梭形桁架作为外围约束体系,具有提高材料利用率及外形美观等特点,适用于高层建筑和空间结构设置外露BRB的工程应用。该文建立了STC-BRB梁单元模型,采用ANSYS有限元软件对其弹性屈曲性能、弹塑性承载力和滞回性能展开研究,分别给出了基于承载力型和耗能型BRB约束比门槛值的设计方法。研究STC-BRB弹性屈曲性能,基于弹性屈曲荷载的理论和数值计算结果,提出了弹性屈曲荷载的计算公式,给出了BRB约束比的表达式。基于变化约束比的STC-BRB算例的计算结果,分别对其单调轴压弹塑性承载性能和拉压循环荷载作用下的弹塑性滞回耗能性能进行分析,研究了STCBRB的失稳模式、极限承载力以及滞回耗能能力,获得了STC-BRB承载型和耗能型的约束比门槛值,建立了承载力和抗震设计的基本计算理论和设计方法。

约束内置的新型双重方钢管防屈曲支撑研究

防屈曲支撑受压屈服而不屈曲的特点,使其具有良好的耗能减震效果。针对目前防屈曲支撑震后难以观察核心受力构件的变形及损伤,不利于后期震害调查的情况,提出了一种约束构件内置的新型双重方钢管防屈曲支撑。该新型防屈曲支撑震后能够直观地观察到受力构件的变形情况,便于震后修复。应用Abaqus有限元软件对新型支撑进行数值分析,研究了长细比、约束比、径厚比、间隙以及摩擦力对支撑性能的影响。结果表明:长细比、约束比、间隙、摩擦力对支撑性能的影响较大,径厚比对支撑性能几乎无影响。同时,给出了可供设计参考使用的临界约束比曲线、间隙等参数。

自复位三重钢管约束屈曲支撑概念设计

传统约束屈曲支撑大震下易产生残余变形,首先概述现有自复位支撑发展现状,分析其工作优点,然后针对现有的自复位支撑中存在的问题,提出一种新型支撑——自复位三重钢管约束屈曲支撑,并给出具体组成构造。

自复位三重钢管约束屈曲支撑性能分析

针对普通约束屈曲支撑(BRB)残余变形大的缺点,提出一种新型支撑——自复位三重钢管约束屈曲支撑(SCBRB),给出其具体组成构造.为研究其力学性能,通过整体分析研究其并联工作特点及SC系统的运动机理,并对比分析一字型芯材BRB与圆管芯材BRB工作原理的区别.结果表明:自复位三重钢管约束屈曲支撑力学性能最优,其恢复力模型呈旗形,当复位筋预拉力大于耗能芯材屈服力时,支撑可实现自复位功能.