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。

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。

基于抗震韧性的功能可恢复防屈曲支撑-框架结构设计方法研究

为解决大震后传统防屈曲支撑-框架结构残余位移较大和修复难度大、成本高等问题,基于抗震韧性的思想,对传统防屈曲支撑-框架结构进行优化设计,提出功能可恢复防屈曲支撑-框架结构体系的设计方法,提升建筑的抗震能力和震后可修复性。以实际工程为例,采用传统防屈曲支撑-框架结构和基于抗震韧性的功能可恢复防屈曲支撑-框架结构对其进行抗震设计,对比分析了两种方案的结构抗震性能和抗倒塌易损性。结果表明:大震下传统防屈曲支撑-框架结构最大残余位移角为1/15,超过《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591—2020)中建议的可修复范围限值1/200;功能可恢复防屈曲支撑-框架结构最大残余位移角为1/207,处于可修复范围,且倒塌概率远低于10%,具有良好的抗倒塌能力。功能可恢复防屈曲支撑-框架结构体系对于实现建筑震后快速修复或继续使用具有良好的可行性。

防屈曲支撑外伸连接段破坏失效机理及试验研究

防屈曲支撑(BRB)外伸连接段的稳定控制是保证其正常发挥耗能作用的关键。基于已有试验中出现的BRB外伸段破坏形式及特征,分析BRB外伸连接段的失稳破坏过程及破坏失效机理,研究不同失效模式下外伸连接段失稳破坏的影响因素,进而提出改善外伸连接段稳定性能的端部构造形式。基于理论分析推导不同失效模式下相应外围约束单元与外伸连接段控制截面上的轴力与弯矩计算公式,建立不同失效模式下外伸连接段的稳定分析模型,并通过拟静力试验验证所提出端部构造形式的合理性及稳定分析模型的有效性。结果表明:BRB外伸连接段的失稳破坏为约束单元或外伸段控制截面上的压弯作用效应超过其极限承载力;外伸段的稳定性与支撑端部转角变形的大小密切相关,且BRB耗能单元的高阶多波屈曲变形是引起支撑端部转动变形的直接原因;满足稳定设计准则条件下,减小外伸段长度及耗能单元与约束单元间的间隙值,增加约束过渡段长度,可进一步提高外伸段工作性能的稳定性;符合外伸段稳定条件及端部构造形式的3根BRB在试验过程中未出现外伸段的失稳破坏,其外伸段控制截面上的压弯作用效应均处于弹性范围内。研究为BRB外伸连接段的稳定设计及相应的稳定控制提供理论参考。

基于防屈曲支撑的混凝土剪力墙结构-框架结构抗震性能设计

为提升混凝土剪力墙结构-框架结构中的抗震性能,以某多层建筑为研究原型,结合耦合比计算结果,分析制备防屈曲支撑的混凝土剪力墙结构-框架结构试件,采用加载装置测试试件的抗震性能,并计算骨架曲线弹性刚度和塑性刚度。试验结果表明:防屈曲支撑参与框架结构承载后,能够降低结构的破坏程度,提升结构的承载力;能够和混凝土剪力墙-框架结构较好的结合,提升混凝土剪力墙-框架结构的减震性能,保证结构的稳定性。

钢结构中防屈曲支撑设计与施工技术研究

钢结构具有轻质高强、工期短、污染少等优点,但抗侧移刚度小、抗震性能差,常用的抗震措施有增大梁柱截面、提高配筋率和强度等,但这些措施存在不经济、普通支撑构件易变形等问题。结合工程实际对防屈曲支撑BRB在钢结构中的设计与施工技术进行研究。阐述BRB的组成与作用机理,通过采用D值法、设定抗侧刚度比对BRB构件进行选型与布置,并通过有限元软件SAP2000对结构进行动力弹塑性时程分析,验证设计可行性;通过试验得出所选构件材料性能满足要求,最后通过BIM深化梳形预埋件、气体保护焊等施工方法完成安装并验收合格。BRB作为结构耗能减震元件,可大幅吸收地震能量且不发生屈曲,提高结构抗震能力的同时节约用钢量。

钢框架防屈曲支撑结构的减震性能分析

随着我国经济水平的不断提高、结构设计技术不断创新、商业地产的蓬勃发展以及人们对建筑高度的不断要求,超高层建筑得到快速广泛的推广。超高层建筑具有土地利用率高、容积率大、建筑用途广泛等优点;而钢结构具有自重轻、强度高、施工工期短、节能环保等优点。超高层钢结构体系能够很好地发挥两者的优势,但由于钢结构的最大使用高度受到设防烈度及结构类型的限制,结构高度过高容易在强震作用下动力反应过大,导致结构发生破坏甚至倒塌。在钢结构框架里布置支撑以提高其结构侧向刚度是一种有效的措施。本文以昆明某拟建的超高层钢框架结构(主体结构高度为206.4m)为研究背景,为消除其超限高度给结构造成的不安全性隐患,提出对结构布置支撑的方案,以此提高结构侧向刚度及抗震减震性能,从而满足建筑高度的要求及结构使用的安全性。

教学楼防屈曲支撑安装流程及技术难点分析

教学楼防屈曲支撑是一种用于提高建筑结构抗震性能的技术措施,文中以某城区教学楼为例,分析了工程项目难点,阐述防屈曲支撑加工、绑扎和起吊、就位和固定、精度校正、高强度螺栓等安装流程要点,探究支撑柱防腐处理,有效提高建筑的安全性与稳定性,保证工程质量。

高温下不同受火面对防屈曲支撑温度场的影响

采用数值模拟分析的方法,根据有限元分析软件Abaqus建立防屈曲支撑模型,然后采用温度场分析,利用ISO-834国际标准火灾升温曲线加载环境的温度,给出模型各部分材料的热工参数,定义约束、边界条件及部件之间的相互作用,通过热传导、热对流、热辐射的传热途径,分别考虑了一、二、三、四面受火,经过有限元分析计算后,得到防屈曲支撑整体以及各个部件的温度场分布规律。在受火60 min后,随着受火面的增加,跨中工作段的温度也逐渐增加,但是最高温度也只有70℃,在外侧的屈曲约束单元以及核心单元的连接段上,温度变化呈现先快后慢的趋势,在60 min内的温度变化趋势与标准升温曲线接近,在钢管填充的混凝土内,温度随着离中心距离的远近变化不同,内外侧最大温差达到400℃。此模拟分析为防屈曲支撑的灾后加固与修复提供了参考。

自复位防屈曲支撑研究进展及展望

强震后工程结构可快速恢复是近年来工程抗震的研究热点。我国抗震设计采用“三阶段两水准”的设计方法,在此方法下防屈曲支撑遭受罕遇地震发生弹塑性变形,由钢材本构关系知防屈曲支撑塑性变形不能恢复,从而影响建筑结构的正常使用,并且维修成本十分昂贵。因此近年来国内外学者提出了自复位防屈曲支撑概念并展开研究。自复位防屈曲支撑抗震性能好,震后残余变形小,经济效益好。文章介绍了自复位防屈曲支撑组成及工作原理,按照复位材料分类介绍国内外自复位防屈曲支撑的研究现状,以及对现阶段自复位防屈曲支撑存在的问题进行总结。

某既有建筑防屈曲耗能支撑加固抗震性能分析

在强震作用下,普通支撑易出现受拉和受压不均匀,容易受压屈曲,导致强度严重下降。与之相比,防屈曲耗能支撑(Buckling-Restrained Brace,以下简称BRB)采用了具有一定延性的材料作为约束材料,通过在普通支撑的外围设置合理的限制机构,限制其受压屈服的同时避免其发生屈曲。因此,在地震中BRB能够实现受拉和受压全截面屈服而不发生屈曲,从而有效降低了结构的损伤。本文基于具体工程实例,对既有建筑的支撑设置进行前后比较,分别采用普通支撑和防屈曲耗能支撑进行加固,对比分析结构周期、加速度反应、基底剪力、支撑轴力、层间位移角、耗能等参数,为加固设计提供了有价值的思路、方法和分析数据,为后续的设计提供参考。

高烈度地区大跨度桥梁防屈曲支撑减震研究

高烈度地震对铁路桥梁安全造成巨大隐患,但桥梁自身不具备高烈度抗震能力,需利用防屈曲支撑对其进行减震处理。采用纵向设置防屈曲支撑并配合双曲面球型支座,来控制可能发生的纵向地震。通过数值模拟进行防屈曲支撑参数敏感性分析以及减震效果讨论,进而确定其最优设置方案。研究结果表明:在罕遇地震、设防地震、多遇地震下防屈曲支撑屈服承载力取值分别为5000kN、4000kN、2000kN;屈服位移取值分别为10mm、5mm、5mm时减震效果最佳。

防屈曲耗能支撑研究综述

在设防地震或罕遇地震作用下,传统的支撑构件在循环往复荷载作用下,支撑构件的中部位置与端部位置容易发生屈曲破坏,使支撑构件的承载能力显著减弱。因此提出了防屈曲耗能支撑这一种新的支撑形式,防屈曲耗能支撑能够有效提高支撑杆的耗能能力,避免支撑发生失稳破坏导致结构滞回性能迅速劣化。综述了防屈曲支撑的构造及受力原理,介绍了近年来国内的相关研究进展与成果,并总结了仍需要进一步研究的问题。

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。