连柱框架结构基于性能的塑性设计与评估(英文)

抗弯钢框架结构(MRF)是目前研究最广泛、最流行的抗震系统,具有建筑灵活度高和施工效率高等优点。然而,这种结构常常缺乏足够的侧向刚度来限制结构的位移角,会导致在强震下结构和非结构构件产生严重的破坏。相反,偏心支撑钢框架结构(EBF)却有很大的侧向刚度来限制结构的位移角和有专属的抗震耗能构件。但是,支撑结构并不为建筑师所广泛接纳。为了结合抗弯钢框架结构和偏心支撑钢框架结构的优点,于2007年首次提出一种新型的抗震系统——连柱框架结构(LCF)。这种双抗震系统有相似于偏心支撑钢框架结构的窄连梁框架作为主要的抗震系统,而抗弯钢框架结构则作为次要的抗震系统。连梁作为结构保险丝可以在中震到大震中消耗地震能量,而且在震后很容易就可以被替代和修复。另一方面,抗弯钢框架结构可以提供附加的侧向抵抗力来防止结构在大震下倒塌。采用2008年提出的基于性能的塑性设计方法(PBPD)对建筑原型位于美国强震地区——加州洛杉矶的连柱框架结构进行设计。最后,使用先进的基于性能的评估步骤对原型结构的抗震性能进行了研究。研究结果表明,连柱框架结构(LCF)是一种具有良好抗震性能的结构。

连柱钢框架结构耗能连梁可替换性分析

连柱钢框架结构由耗能连梁连接框架结构的毗邻双柱构成,地震作用下连梁首先屈服耗散地震能量,避免或延缓主体结构损伤。为了研究连柱框架结构连梁的可替换性,设计了2组不同结构高跨比、1组不同结构层数和1组不同构件钢材等级的算例。采用有限元分析软件对算例进行Pushover分析,分析不同高跨比、层数和钢材等级对连柱框架结构可替换性的影响。分析结果表明:基于等能量原理的三折线模型适用于确定连柱钢框架结构耗能连梁的替换范围;高跨比系列算例的层间位移角介于1/180 rad至1/45 rad之间时耗能连梁可进行替换;给出了不同层数连柱钢框架结构耗能连梁可替换层间位移角限值的变化规律;采用高强度钢材作为非耗能构件后,耗能连梁可替换层间位移角的范围增大,耗能连梁层间位移角可替换的下限基本不变,上限随钢材强度的提高而增加。

连柱支撑钢框架结构抗震性能研究

为研究连柱支撑钢框架结构的抗震性能,设计了1个BASE试件和4个不同支撑截面的对比试件,采用有限元分析软件ABAQUS分析其滞回性能。分析结果表明:连柱支撑钢框架结构破坏过程呈现明显的三阶段性,塑性损伤集中于耗能连梁;结构具有良好塑性变形能力、较大的水平抗侧刚度、较好的延性及耗能能力;支撑的内力设计放大系数取为1.4时,结构具有良好的抗震性能;层间位移角为1/550~1/14时,通过替换耗能连梁,结构可以快速恢复使用。