防屈曲支撑框架抗震性能影响因素的模拟分析

本文旨在研究防屈曲支撑(BRB)平面布置方式和抗侧刚度比两种综合因素对防屈曲支撑钢筋混凝土框架(BRBF)的抗震性能影响,以及框架中BRB的合理布置方案。通过采用OpenSees软件建立了4、8和12层的BRBF空间模型,并进行双向地震作用下的结构弹塑性时程分析,对比分析3种BRB布置方式与5种抗侧刚度比的组合工况下结构抗震性能,基于分析结果综合判定BRB最优布置方案。结果表明:在外框架、内框架和全框架的3种支撑布置方式中地震损伤程度的控制效果分别可达30%、40%和60%,且效果随抗侧刚度比的增加而递增;BRB的设置显著增加了底柱的最大轴力,其中全框架布置方式在3种支撑方式中表现出最优的降低结构竖向反应的效果。BRB最优布置方案组合为内框架布置与刚度比1.0和全框架布置与刚度比2.5。研究成果可为每层采用相同BRB布置方式的规则钢筋混凝土框架结构的加固设计提供参考。

防屈曲耗能支撑与框架节点的连接设计

防屈曲耗能支撑作为一种新型的消能减震元件,已被广泛、成功地应用于既有框架结构的抗震加固中。为使结构在地震作用下表现出良好的抗震效果,需保证防屈曲钢支撑与框架具备优良的协同工作性能,因此支撑与框架之间的连接性能尤为重要。防屈曲钢支撑与框架节点之间的连接方法有焊缝连接、螺栓连接以及销轴连接。通过对节点板-框架连接处和节点板-支撑连接处进行受力分析,破坏形态分析,完善了加支撑框架节点处的计算公式。

装配式开孔不锈钢防屈曲支撑抗震性能试验研究

为提升沿海工程结构中耗能构件的耐久性能,提出了装配式不锈钢防屈曲支撑(BRBs),分别采用奥氏体S304和双相型S2205不锈钢作为内芯板。对内芯板和外约束板进行开孔设计,实现定点耗能的同时方便震后对BRBs的损伤情况进行观察。通过拟静力试验分析了不同材质BRBs的滞回特性及抗震性能,并采用ABAQUS对试验进行了模拟。结果表明:设计的装配式开孔一字形BRBs,结构形式简单,整体稳定性好。不同材质BRBs的屈服后硬化程度差异较大,建议对奥氏体S304不锈钢BRBs刚度因子取0.1,双相型S2205不锈钢BRBs刚度因子取0.02。两种不锈钢BRBs的等效粘滞阻尼比在L/100位移幅值下为0.4左右,均表现出了良好的耗能能力。在相同加载位移幅值下,奥氏体S304和双相型S2205不锈钢BRBs,与屈服强度分别相近的Q235和Q550普通钢BRBs相比,在低周疲劳寿命、塑性变形能力和总耗能等方面都分别远高于后者,具有更优的抗震性能。拟合得到的内芯板循环本构参数能够描述BRBs的滞回特性,采用的建模方法能够兼顾计算精度和计算效率。

基于防屈曲支撑的导管架大型风机冰激振动响应分析

位于寒区的导管架大型风机在服役期间易遭受冰荷载的作用,冰激振动响应显著。为保证风机安全运行,要求其必须具备一定的抗冰性能。而导管架支撑构件一般是细长比较大的薄壁空心圆筒结构,在极端冰荷载作用下易发生屈曲破坏,从而导致主体结构遭受更大的冰激振动。为解决这一问题,提出基于防屈曲支撑(BRB)的导管架风机结构。以渤海某四桩导管架大型风机为例,利用ANSYS有限元软件建立结构的简化模型,对其进行屈曲分析,将易发生屈曲的杆件换成防屈曲支撑,分别对替换前后的风机在3条挤压冰荷载作用下的振动响应进行对比分析。结果表明:BRB风机结构在不同挤压冰荷载作用下,均可以减小关键位置的峰值位移、峰值加速度,尤其在Push2冰荷载作用下结构振动响应甚至可减小26%以上。该研究成果可为其他同类型海上风机结构设计与研究工作提供参考。

碟簧式自复位防屈曲支撑滞回性能数值模拟

为研究碟簧式自复位防屈曲支撑(SC-BRB)的滞回性能,利用Abaqus对其进行有限元分析,得到SC-BRB的滞回性能。参照相关试验和理论分析模型,验证有限元模型的准确性。结果表明:SC-BRB的滞回曲线呈现出显著的“旗帜型”特征,具备良好的复位效果和耗能能力;碟簧初始预压力越大,支撑的复位效果越好。

混凝土剪力墙结构-框架结构防屈曲支撑抗震性能研究

为了提升剪力墙结构-框架结构的抗震性能,文中在剪力墙结构-框架结构的基础上设计了防屈曲支撑,并对改进后的结构进行了抗震性能测试,分析其刚度性能及耗散性能。结果表明,随着水平位移的增加,剪力墙-框架结构的荷载-位移曲线呈现一个闭环;随着加载位移水平的增加,闭合的滞回曲线环出现回陇的现象,其面积不断降低。骨架曲线初期为近似线性增加的现象,后期开始出现缓慢增加至极限荷载,最后曲线开始发生下降的趋势;剪力墙-框架结构在正负两个方向的刚度性能较为接近,差异较小。增加防屈曲支撑的剪力墙-框架结构具有较强的承载能力。

分形防屈曲支撑核心单元菱形开孔构造设计及性能研究

为精确判断防屈曲支撑发生屈服时核心单元的破坏位置,结合Mandelbrot分形函数构造一种新型分形防屈曲支撑核心单元菱形开孔构件,应用ABAQUS软件绘制分形防屈曲支撑菱形开孔和分形防屈曲支撑未开孔构件模型,通过应力云图、位移云图和滞回曲线对比分析各构件的耗能性能,并结合试验选出最优防屈曲支撑构件。结果表明:分形防屈曲支撑核心单元菱形开孔节点连接处应力和位移较小,但随着作用力增加,核心单元开孔部位逐渐发生屈服直至破坏;在受压阶段,滞回曲线类似于受拉阶段,曲线更加饱满,耗能效果更佳。

装配式住宅建筑防屈曲支撑-框架结构抗震设计

为提升装配式住宅建筑抗震性能,以某高层钢结构装配式住宅建筑为例,研究装配式住宅建筑防屈曲支撑-框架结构抗震设计。结合该建筑的设计标准以及抗震需求,通过模块化的方式,分析单斜撑防屈曲支撑结构,并且确定防屈曲支撑的相关性能参数;在此基础上,设计装配式住宅建筑防屈曲支撑-框架结构;通过分析防屈曲支撑-框架结构的滞回骨架曲线、防屈曲支撑疲劳寿命,判断设计结构抗震性能。计算结果显示:防屈曲支撑的滞回曲线饱满,并且在X、Y两个方向上的最大内力分别达到3 700 kN和3 000 kN,最大位移分别为35 mm和37 mm,在其最大承载力范围内,抗震性能良好。

圆钢防屈曲约束耗能支撑设计及力学性能研究

该文提出了一种以低屈服点圆钢棒材作为芯材的新型防屈曲耗能支撑,此耗能芯材的截面为圆形。从材料和构造的角度对防屈曲耗能支撑加以改进,简化结构构造,减少加工损耗,在保持产品性能符合现行标准的前提下,减少材料损耗和加工环节,从而降低成本;且通过减少焊接,同时增加一系列构造的措施,以加强产品的低周疲劳性能,减少耗能。通过理论公式和试验探究圆钢防屈曲约束耗能支撑的工作机理、力学性能及耗能能力,发现相比于钢板防屈曲约束耗能支撑,此设计可提高疲劳性能,累计塑性延性系数可达到1500以上。

防屈曲耗能支撑研究与应用的新进展

防屈曲耗能支撑是一种性能优良的新型耗能减震构件。本文阐述了防屈曲耗能支撑的构成和基本原理,根据约束构件的不同材料形式,将防屈曲耗能支撑划分为混凝土约束型防屈曲耗能支撑、全钢型防屈曲耗能支撑和装配式防屈曲耗能支撑。分别介绍了防屈曲耗能支撑的类型与性能、防屈曲耗能支撑框架分析与子结构试验,以及防屈曲耗能支撑在工程中的应用情况和标准化。指出了防屈曲耗能支撑研究和推广应用中存在的问题,给出了今后研究与应用的建议。

一种新型自复位防屈曲支撑的拟静力试验

为了控制安装有传统防屈曲支撑的结构在大地震作用下产生的最大变形及残余变形,提出一种新型防屈曲支撑———自复位防屈曲支撑(SCBRB).对其构造及工作和复位原理进行了详细说明.在此基础上,给出复位材料的预应力及变形需求等关键参数的设计方法,并实现了这种支撑.该支撑综合了防屈曲支撑及自复位体系的优点.拟静力试验研究结果表明预应力成功地按设计值施加并且完好保持是决定复位效果的关键因素,预应力不足则其复位效果变差,预应力与耗能内芯屈服力之比大于等于1.3时即可保证完全复位.传统防屈曲支撑与自复位防屈曲支撑拟静力试验的对比结果表明:此类支撑基本消除了纯防屈曲支撑的残余变形,具有良好的复位效果.

新型防屈曲耗能支撑设计原理与性能研究

介绍防屈曲耗能支撑的构成和工作原理,归纳防屈曲耗能支撑的类型,分析现有防屈曲耗能支撑存在的不足,提出"核心单元局部削弱相当于其他部分加强"的新型防屈曲耗能支撑设计思想,给出"开孔式"和"开槽式"两种新型防屈曲耗能支撑设计方案。设计新型开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑与普通三重钢管防屈曲耗能支撑模型,通过对这两种模型的循环加载试验,对比研究两者的性能差异。试验研究结果表明:开孔式防屈曲耗能支撑滞回曲线稳定、饱满,具有良好的耗能性能;在相同条件下,开孔式防屈曲耗能支撑的耗能能力、等效黏滞阻尼比、耗能系数与普通三重钢管防屈曲耗能支撑相比差别不大,但是开孔式防屈曲耗能支撑具有定点屈服的功能,即屈服位置可以预先设定;能同时实现由同种材料制成的核心单元具有屈服段与非屈服段,避免普通三重钢管防屈曲耗能支撑端部另需加强及加工困难等不足。证明通过"核心单元局部削弱"的方式来改进防屈曲耗能支撑性能的思想是现实可行的。

用防屈曲支撑改进钢框架-支撑结构抗震性能的设计方法

为了提高钢框架-支撑结构的抗震性能,在对防屈曲支撑和钢框架-支撑结构研究的基础上,采用防屈曲支撑改进普通钢框架-支撑结构,实现在不增加用钢量的前提下,使钢框架-支撑结构的抗震性能达到中震下主体结构保持弹性的效果.提出了这种改进方法的步骤和关键问题,并结合算例,合理设计防屈曲支撑,采用手算和有限元分析软件对其进行抗震验算和动力非线性时程分析,证明了这种改进方法的可行性和有效性.

低屈服点全钢防屈曲支撑抗震性能试验研究

目前防屈曲支撑在大跨高层钢框架结构中应用广泛，其形式复杂多样，性能良莠不齐。为研究低屈服点全钢防屈曲支撑产品的抗震性能，对日本住金关西工业株式会社的4个低屈服点防屈曲支撑构件进行拉压往复加载试验研究，试验测定各试件的轴力和轴向相对位移曲线，结果显示试件均以加劲肋焊缝或芯材的超低周疲劳断裂为破坏模式，试件滞回曲线饱满，无捏拢退化现象。分析表明，此类构件能防止芯材在屈服前发生压曲，充分发挥低屈服点钢材延性好的优势。试件在循环荷载作用下，强化特征明显，强化后的应力能达到初始应力的2—4倍。该类试件在往复荷载下等效黏性阻尼比较大，具有良好的塑性变形能力和耗能能力。

防屈曲支撑作为可替换耗能元件抗震性能试验研究

防屈曲支撑作为一种可替换耗能元件是框架结构在地震作用时的主要抗侧力和耗能单元,可以保护结构在地震作用下免受较大的损伤。为研究地震作用下可替换防屈曲支撑加固结构的抗震性能,对一个两榀两层三跨的防屈曲支撑RC框架模型进行了低周往复试验。试验和分析结果表明:由于防屈曲支撑的存在,框架结构在大震后仍具有很好的承载能力。将防屈曲支撑替换,对框架结构和受到损伤的防屈曲支撑分别进行拟静力试验,对比分析防屈曲支撑更换前后结构的抗震性能和震后防屈曲支撑的损伤。研究表明:两次低周往复试验中,防屈曲支撑都先于混凝土框架发生屈服并耗散大部分地震能量,提高了RC框架结构的抗震性能;将损伤后的防屈曲支撑更换,可使结构重新获得良好的抗震性能,迅速恢复结构的使用功能。

结构的耗能减震与防屈曲支撑

防屈曲支撑作为一种新型的耗能减震构件,改进了普通支撑易受压屈曲的缺点,地震时有很好的耗能能力和延性。它与框架共同组成双重抗侧力体系,目前在美国和日本有日益广泛的应用趋势,在我国个别工程中也开始使用。结合介绍这种支撑构件及支撑框架的研究和应用现状,分析了防屈曲支撑的构造和受力机理,探讨了它的应用前景。

组合热轧角钢防屈曲支撑构造及抗震试验

提出用热轧角制作钢防屈曲支撑,简称BRAB.设计制作了2种组合截面,即等肢双角钢错十字截面和不等肢双角钢T字截面,共4个防屈曲支撑试件.为检验其构造合理性及抗震性能,进行了低周反复荷载加载试验.对试件的力一位移滞回曲线、割线刚度及其退化规律、等效黏滞阻尼比等抗震性能进行了研究.结果表明,所研制的这种组合热轧角钢防屈曲支撑构造合理、工作可靠、耗能能力强、抗震性能优越.

开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑性能试验研究

基于＂核心单元局部削弱相当于其他部位加强＂的新型防屈曲耗能支撑设计原理,设计6种不同构造的三重钢管防屈曲耗能支撑,每种支撑制作3~4个模型共22个支撑模型,对其进行低周反复加载试验,得到每个支撑模型在试验过程中的关键现象和力-位移滞回曲线,并研究核心单元钢管开孔类型、开孔位置数量以及钢管间的缝隙大小对支撑性能的影响。研究结果表明：三重钢管防屈曲耗能支撑核心单元钢管开孔可以减小支撑的屈服位移和屈服荷载,且开孔对支撑的承载力、耗能系数和等效黏滞阻尼比基本没有影响,用普通钢材实现了低屈服点钢的性能;核心单元钢管开孔可以使支撑具有定点屈服的功能,既明确了设计目标,又简化了设计和构造,避免了支撑端部加强制作工序,且开多排孔时可以起到分散钢管变形的作用,开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑比不开孔支撑具有更加优良的性能。

防屈曲支撑加固既有RC框架结构抗震性能研究

参照建于20世纪70年代末的具有代表性的8层RC框架结构,按照1∶2.5的比例进行缩尺,制作一个两榀两层三跨的RC框架子结构模型。采用外贴防屈曲支撑RC框架的方式分别加固子结构模型每榀的中间跨,两榀框架的加固方式分别为植筋加固和抗剪键加固。对加固后的模型进行拟静力抗震性能试验,试验研究的结果表明,两种加固方法均安全可靠;防屈曲支撑加固后RC框架结构的抗震性能明显提高,在规范允许的变形条件下,地震能量主要被防屈曲支撑耗散,试验结果表明防屈曲支撑在地震作用时耗散的地震能量占到结构总耗能的66.9%以上。另外,根据FEMA356中基于性能的抗震设计方法,采用Perform-3D软件对框架结构模型进行非线性分析,分析结果与试验结果吻合良好。

新型全钢防屈曲支撑的拟静力滞回性能试验

为减少传统防屈曲支撑(BRB)的十字形支撑内芯在焊接后所产生的残余弯曲变形,提出一种新型全角钢式防屈曲支撑(ABRB)。该支撑的内芯由4个等边角钢通过屈服段无焊接技术组合而成,约束构件则由两个等边角钢沿纵向焊接组合而成。对4个ABRB试件进行拟静力滞回性能试验,重点考察支撑边界条件,支撑端部转动约束构造、内芯外伸段构造以及加力长度等因素对其滞回性能的影响。试验前首先对试件内芯的初始弯曲进行测量,结果表明,绝大多数试件内芯屈服段的相对初始弯曲均有效控制在1/1000以内。拟静力试验结果表明,当支撑端部边界条件为固接时,ABRB的延性及耗能发展最为充分;当支撑两端为铰接且支撑端部无转动约束时则较容易发生内芯外伸段的局部压弯破坏,且当加力长度增加时,局部压弯破坏则越早发生,但该破坏模式可通过在铰接ABRB两端设置转动约束构件的构造予以避免。对试件的抗震性能分析表明,构造合理的ABRB表现出较好的延性以及十分稳定的累积滞回耗能特性,因此ABRB可作为有效的耗能减震装置应用于工程结构中。最后提出进一步改进的建议以及有待深入研究的问题,为此类支撑性能的进一步完善奠定基础。