开孔型耗能连梁摇摆钢支撑抗震性能研究

在设防地震作用下,摇摆钢支撑框架结构仅耗能连梁发生破坏,有效避免主体结构发生破坏,震后仅更换耗能连梁便可恢复结构的使用功能。文章采用ABAQUS软件建立有限元模型,分析了不同设计参数摇摆钢支撑框架结构的滞回性能。分析结果表明:摇摆钢支撑结构的滞回曲线饱满,耗能能力较好;随着耗能连梁长度的增加,结构在相同侧移比下的承载力和刚度下降,耗能能力呈现出先下降再略有上升的趋势,耗能连梁长度取值范围在0.9 Mp/Vp~1.41 Mp/Vp之间较为合理;随着跨度的增加,结构的承载力、刚度、耗能能力和抗侧刚度显著增加;随着耗能连梁长度的增加,承载力和耗能能力增大,初始抗侧刚度略有下降;随着孔间板件长宽比的增加,承载力、抗侧刚度和耗能能力减小。

带有耗能连梁的钢筋混凝土剪力墙结构地震损伤评估

为了评估目前广泛研究的新型带有耗能连梁的剪力墙结构损伤程度,提出了一种适用于该结构的损伤模型,并通过低周反复试验结果对损伤模型进行验证。提出了该结构的地震性能等级及相应的损伤指数范围,并通过地震作用的增量动力分析得到该结构的易损性曲线,对该结构进行地震损伤评估。结果表明:提出的损伤模型能较好描述带有耗能连梁的钢筋混凝土剪力墙结构的损伤发展,地震性能等级及相应的损伤指数范围能较好反映该种结构的破坏等级,得到的易损性曲线能较为有效评估该种结构的损伤程度,为基于性能的新型带有耗能连梁的剪力墙结构的抗震设计及损伤评估提供了参考。

基于耗能连梁钢板阻尼器的高层结构耗能减振分析及应用

为改善传统连梁钢板阻尼器的适用性,提出了一种新型耗能连梁钢板阻尼器的设计方法,通过对阻尼器工作区域的划分与设计,使新型阻尼器充分发挥耗能作用,有效地提高了结构整体耗能能力。基于有限元软件ABAQUS模拟低周反复荷载作用下墙肢与阻尼器的应力应变状态,以验证所提出的新型阻尼器的设计方法及端部嵌固区的可靠性,并通过对原结构和实施耗能连梁钢板阻尼器结构进行弹塑性时程分析,探讨其改进后的抗震性能。研究结果表明,新型嵌固区构造不仅能够保证阻尼器与墙肢协同工作良好,还能大大降低施工难度;通过实施该阻尼器,可形成耗能连梁及抗震多道防线,在连梁钢筋混凝土部分损伤较为严重的情况下,仍能保证连梁具有一定的延性和耗能能力。

双肢剪力墙耗能连梁刚度对整体抗侧刚度的影响及分析

文章基于结构力学理论推导并经拟合得到形式简洁的双肢剪力墙顶点位移通用公式,定义了耗能连梁在剪切作用下弯曲刚度、剪切刚度、整体刚度影响系数及双肢剪力墙结构抗侧刚度影响系数,且重点分析连梁刚度的削弱程度对结构整体抗侧刚度的影响。研究结果表明剪力墙结构抗侧刚度影响系数与剪力墙整体系数α、轴向变形影响系数T及连梁刚度影响系数γk有关,且与连梁刚度影响系数的关系受侧向荷载分布形式的影响很小;对常见双肢剪力墙结构,当其刚度削弱程度小于20%时,连梁刚度最多可允许降低40%。该分析为连梁截断式剪切型阻尼器设计参数的确定提供了依据。

粘滞阻尼耗能连梁的超高层结构减震性能研究

连梁作为剪力墙结构中的抗震第一道防线,其承载力和耗能能力对整体结构的抗震性能有重要影响。本文提出在连梁中附设粘滞阻尼器,利用阻尼器发生竖向剪切变形而耗能。结合实际工程研究粘滞阻尼耗能连梁的性能,采用ETABS和PERFORM-3D软件对粘滞阻尼耗能连梁结构与传统连梁结构进行有限元模拟对比分析,并对粘滞阻尼耗能连梁的各项最优参数进行研究。结果表明:粘滞阻尼耗能连梁充分发挥耗能作用,整体结构具有良好的抗震性能,与传统连梁结构相比,主体结构的弹性耗能得到明显降低。平面布置方式、竖向布置方式、阻尼器参数的选取对附设粘滞阻尼耗能连梁的框架-核心筒结构减震效果影响较大,合理选择这些参数可以使耗能结构减震效果最优。

装设钢管铅芯阻尼器的可更换耗能连梁设计方法研究

本文提出一种由钢管铅芯阻尼器和端部开缝的连接钢板构成的新型可更换耗能连梁,并基于其在结构中的应用提出一套实用设计方法。设计思路是通过钢管铅芯阻尼器和连接钢板设计来调节可更换耗能连梁的等效刚度,并使其与原普通连梁刚度等效,同时保证可更换耗能连梁良好的耗能能力。为验证该设计方法的可行性和有效性,对某实际工程算例有无可更换耗能连梁的结构进行地震反应对比分析,分析结果表明:该设计方法简单易行,可通过调节耗能连梁的等效刚度来达到对应的设计期望和要求。该种新型可更换耗能连梁具有良好的性能和稳定的滞回耗能特性,用于工程结构中可有效减缓剪力墙的破坏、提高结构的耗能能力、改善结构的抗震性能。

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。

设置开孔腹板耗能连梁的连柱钢支撑结构抗震性能分析

连柱钢支撑结构中采用了长圆孔腹板耗能连梁,可以较早进入塑性耗能,结构耗能充分.基于此,设计了3组设置开孔腹板耗能连梁的连柱钢支撑试件,分别改变了开孔腹板耗能连梁孔间短柱长宽比、开孔腹板耗能连梁长度、支撑所在跨跨度等三个参数,采用ABAQUS有限元软件分析这些设计参数对连柱钢支撑滞回性能的影响.有限元分析结果表明:开孔耗能连梁孔间柱长宽比增大,整体结构的极限荷载、刚度及累积耗能都减小,建议开孔耗能连梁孔间柱长宽比可取为1.1~2.1.开孔耗能连梁长度增加会导致结构的承载力和刚度下降,结构的耗能能力增加.支撑跨跨度增加会导致结构刚度增加,结构的承载力性能和耗能性能都提高.

浅析耗能剪切型连梁阻尼器在大型场馆类项目中的应用

针对目前消能减震技术中新兴的连梁阻尼器技术,结合郑州博物馆新馆项目实际应用阐述其特点。连梁阻尼器作为剪力墙中的可更换构件在郑州市博物馆新馆项目结构形式采用型钢(钢筋)混凝土框架+抗震墙(筒)体系,共设计10个核心筒,核心筒剪力墙为实腹钢板剪力墙。通过结构计算和深化设计,耗能连梁阻尼器技术的应用能够极大的降低结构施工风险,以较少措施费用的投入,降低施工管理过程中不可遇见的风险因素,从而达到节约施工成本,确保工程质量,确保施工安全的目的。本文结合实际对连梁阻尼器的工作状况进行研究,总结阻尼器对结构性能的影响,探索现场施工工艺,为后续联肢剪力墙结构体系的研究与工程应用提供资料和数据支撑。

新型连梁剪力墙结构拟静力试验研究

设计了两个足尺的单层双肢剪力墙试件,其中一个带有传统的钢筋混凝土连梁,另一个连梁中安装有改进的三角钢板阻尼器,通过拟静力试验研究两个试件的屈服破坏模式和抗震性能。研究结果表明:这种新型连梁的耗能能力和变形能力明显优于传统连梁,刚度和强度退化小于传统连梁;新型连梁的变形和耗能都集中在阻尼器中,混凝土连梁基本保持完好,阻尼器能够很好地控制结构的损伤,有利于实现连梁震后的可更换。

双肢剪力墙连梁截断式剪切型金属阻尼器抗震设计与分析

联肢剪力墙结构中连梁因跨高比偏小且受力复杂,在地震中常遭遇不同程度的损伤,为降低其损伤程度且便于震后快速修复,本文提出一种新型的连梁截断式剪切型金属阻尼器及具体的设计要求,应用工程力学理论推导阻尼器双线性模型的参数设计方法,然后程序化设计流程以便于工程应用,最后采用壳单元和纤维模型分别建模分析多层双肢剪力墙拟静力试验,对比安装阻尼器前后结构初始刚度、失效模式及耗能性能的变化。研究结果表明,本文提出的阻尼器及其设计方法可靠合理,在安装阻尼器后结构抗震性能得到明显提高;当结构抗侧刚度与极限承载力削弱在10%以内时,其延性增强程度及破坏模式改善的效果显著;针对连梁先于墙肢屈服的结构,阻尼器耗能占结构总耗能的比例与附加阻尼比均有较大提高,达到了预期的设计目标。

小跨高比连梁抗震性能改善措施研究

为了改善小跨高比连梁的抗震性能,提出2种新形式连梁:含铅阻尼夹层连梁和带耗能段钢连梁.借助ABAQUS有限元软件进行数值模拟,对比分析这2种连梁的承载力、延性、耗能能力和刚度退化性能,并与普通连梁、半通缝连梁、双连梁模型进行对比.对比分析表明相同尺寸情况下,含铅阻尼夹层连梁承载力与普通连梁相当,延性和耗能能力有明显提高;带耗能段钢连梁承载力、延性和耗能能力都远高于普通连梁、双连梁、半通缝连梁和含铅阻尼夹层连梁.

柱脚耗能的连柱钢支撑结构抗震性能分析

为了提高连柱钢支撑结构耗能能力,增加耗能连梁进入塑性的程度,提出在柱脚处设置耗能连梁,形成柱脚可耗能的连柱钢支撑结构形式。设计了柱脚耗能的连柱钢支撑结构试件,采用ABAQUS有限元分析软件,对试件进行低周往复加载,分析耗能连梁长度和支撑跨跨度等设计参数对结构滞回性能的影响。分析结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线以及耗能能力等方面的特征,结果表明:柱脚可耗能的连柱钢支撑结构滞回曲线比较饱满,耗能能力较强,破坏模式是较为理想的。随着耗能连梁长度增加,结构的承载力和刚度下降,结构的耗能能力呈现先增加后降低的趋势,建议耗能连梁长度取值范围(1. 0～1. 51) Mp/Vp,其中,Mp为耗能连梁的塑性抗弯承载力,Vp为耗能连梁的抗剪承载力。随着支撑跨跨度的增加,结构的承载力和刚度以及耗能能力方面都有所增加。

长圆孔腹板连梁连柱钢框架结构抗震性能研究

耗能连梁是连柱钢框架结构的重要构件,传统耗能连梁在往复荷载下常常出现加劲肋与腹板间焊缝的首先破坏,从而降低了塑性转动能力。为了提高耗能连梁转动能力,并使其尽早进入塑性耗能,可采用长圆孔腹板耗能连梁代替传统的耗能连梁。通过ABAQUS有限元软件分析了配置长圆孔腹板耗能连梁连柱框架结构的滞回性能。分析结果表明:耗能连梁腹板厚度t_w的增加可以提升结构的刚度、承载力以及耗能能力。孔间柱长宽比β越小,结构性能越好,考虑应力集中与钢材初始缺陷,建议设计时β可取1～1. 2。长圆孔腹板耗能连梁长度L的增加可以提升结构耗能性能,但L过长时,塑性发展不充分,不能充分发挥材料性能,宜取主结构跨度的16%～22%。提升框架钢材等级可以显著提升结构的承载力,并降低刚度退化幅度。

连柱摇摆钢支撑抗震性能研究

为了提高连柱摇摆钢支撑的耗能能力,提出了支撑跨柱脚采用开椭圆孔截面的新型构造措施。采用有限元分析软件ABAQUS建立连柱摇摆钢支撑框架结构模型,进行了低周往复加载,对比分析了耗能连梁长度、框架跨度、框架高度等不同设计参数对结构抗震性能的影响。分析结果表明:连柱摇摆钢支撑主要由耗能连梁及耗能柱脚进入塑性来耗散能量,结构具有合理的破坏模式;连柱摇摆钢支撑结构具有较好的耗能能力,滞回曲线为饱满的梭形;结构的极限承载能力随着耗能连梁长度的增加呈现出先增大后减小的趋势,结构的累积滞回耗能能力也逐渐降低;耗能连梁应宜采用剪切屈服型,建议耗能连梁长度的取值范围为(1.2~1.5)Mp/Vp;增大框架跨度和减小框架高度等可以显著提升结构的耗能能力、刚度和承载能力。基于小变形假定和虚功原理,分析了连柱摇摆钢支撑结构在极限状态的典型屈服机制,推导出极限承载力计算公式,与有限元计算结果比较吻合,验证了公式的合理性,可为工程应用提供参考。

多层高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能研究

高强钢组合偏心支撑是指耗能连梁采用普通钢材(Q345),而框架梁、柱等非耗能构件采用高强度钢材(Q460)的偏心支撑结构,这种结构体系不仅有效降低了构件截面,而且有助于高强度钢材的应用推广。为了研究其抗震性能,对1∶2缩尺比例的三层高强钢组合K形偏心支撑钢框架整体试件进行了低周往复加载试验,耗能连梁均为剪切屈服型。试验结果表明:高强钢组合K形偏心支撑结构具有较高的承载能力、良好的位移延性和耗能能力,二层耗能连梁的腹板受剪撕裂是试件破坏的标志,导致整体结构的承载力下降。试件最终破坏时,非耗能构件基本处于弹性受力状态,耗能连梁的弹塑性变形消散了大部分地震能量。另外,高强钢组合K形偏心支撑结构的延性指标受耗能连梁长度(e)与框架梁长度(L)比值影响,也与耗能连梁的转动能力有关,e/L越大,耗能连梁越接近于弯曲破坏,延性性能越好。

K形偏心支撑钢框架的弹性抗侧刚度与极限承载力

为了明确K形偏心支撑的传力路径和内力分配,便于计算层间侧移和耗能连梁转角,依据结构力学基本假定,给出了K形偏心支撑框架各构件在侧向力作用下的内力表达式,进而推导出K形偏心支撑弹性抗侧刚度的近似计算公式,通过试验数据和ANSYS有限元分析,验证了公式的精确性,并提出了K形偏心支撑构件的简便设计方法;基于虚功原理和小变形假定,当已知外力分布时,依据偏心支撑达到极限状态时的典型屈服机制,推导出K形偏心支撑极限承载力公式,利用SAP2000对10层算例进行推覆分析,验证了极限承载力公式,为工程设计提供参考依据.

短肢剪力墙结构体系研究进展

短肢剪力墙既具有异形柱布置灵活又具有剪力墙刚度较大的优点,正越来越多地应用于高层住宅建筑。但是由于抗震性能较差,地震地区应用经验不多,其应用范围受到了限制。许多学者对改善其抗震性能进行了研究。介绍了短肢剪力墙结构振动台试验研究和短肢剪力墙低周反复荷载试验研究,总结了短肢剪力墙结构破坏模式和抗震性能较差的原因。简述了改善短肢剪力墙结构和剪力墙结构抗震性能的各种方法及其优缺点。应借助现有的改善剪力墙结构抗震性能的各种方法,进一步加强改善短肢剪力墙结构抗震性能的研究,以便在实际工程中推广应用。

单斜杆偏心支撑钢框架的弹性抗侧刚度

为了明确单斜杆偏心支撑框架结构体系的传力路径和内力分配,便于计算层间侧移和耗能连梁转角,采用结构力学方法给出了单斜杆偏心支撑框架结构在侧向力作用下的耗能连梁剪力和支撑轴力表达式,依据小变形假定和胡克定律,推导出了单斜杆偏心支撑的弹性抗侧刚度,通过30个算例分析表明:弹性抗侧刚度计算公式误差仅为10%左右;耗能连梁剪力和支撑轴力计算公式具有较高的精度,可用来确定构件的弹性内力,并提出了支撑斜杆的简化设计方法.

双阶耗能连梁结构减震设计和应用

钢筋混凝土连梁跨高比偏小容易破坏,在某实际工程中应用了一种可在小震下发生第一次屈服并且仍保持一定刚度,继而在中震和大震下发生第二次屈服的双阶耗能连梁。经过小震以及中震、大震动力时程分析,结果表明,应用双阶耗能连梁的结构与应用钢筋混凝土连梁的结构相比,其层间位移角和基底剪力以及剪力墙的性能均有提升,多遇地震下结构总地震作用降低了20%,罕遇地震下墙体更晚进入屈服,采用钢筋混凝土连梁方案的结构剪力墙抗弯屈服数量达30%左右,而双阶耗能连梁方案仅7%,从而有效保护结构。