在线数值模拟方法在防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构中的应用

在线数值模拟方法是一种基于模型更新的混合试验方法。在该方法中,建立整体结构数值模型和物理子结构的数值模型,分别用于结构整体分析和本构模型参数估计,且两套模型具有相同的本构关系。在线数值模拟方法中,结构响应由结构整体分析得到,边界条件自然得到满足;数值模型的本构参数不断根据试验数据在线修正,建模可靠性得到了改善。为验证在线数值模拟方法在复杂建筑结构中应用的可行性,以隐性卡尔曼滤波器(UKF)为参数估计方法,以钢材和混凝土本构模型参数为待估计量,完成了具有不完整边界条件的防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的虚拟混合试验。结果表明,在线数值模拟方法削弱了边界条件的影响,提高了混合试验的模拟精度;UKF方法在多构件多本构模型参数同时估计时具有较高的精度和计算效率;在每一积分步内,在线数值模拟方法平均计算耗时0.67s,远小于加载耗时,验证了在线数值模拟方法在复杂结构试验中的适用性。

防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构基于能量平衡的抗震塑性设计

为确定防屈曲支撑在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了基于能量平衡的防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构抗震塑性设计方法。构建了结构的"强柱弱梁"整体屈服机制,采用侧力比将总结构体系离散为防屈曲支撑体系和纯框架体系,并建立了结构的双线性能力曲线。基于能量平衡方法计算结构的设计基底剪力并分别得到支撑体系和框架体系的设计侧向力,进而完成支撑的截面设计。按照塑性内力分配机制和考虑支撑屈服后性能,计算梁柱构件内力需求。以一幢5层结构为例,分别设计了不同侧力比的14个结构模型,对比了基底剪力、防屈曲支撑面积和梁柱钢筋用量等。通过22条地震波下的弹塑性时程分析,研究了不同侧力比结构的最大层间位移角、屈服机制、楼层剪力比、支撑最大位移延性、累积位移延性和结构残余层间位移角。分析结果表明:所提出的方法能实现结构的预期失效模式,并满足结构的抗震性能要求,并建议设计侧力比选取在0.3~0.5之间。

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。

带防屈曲耗能腋撑钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

该文设计制作两榀带防屈曲耗能腋撑钢筋混凝土框架模型和一榀普通钢筋混凝土框架模型,分别对其进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验。研究两类框架结构的破坏特征、滞回特性、强度和刚度退化、耗能能力以及关键测点应变变化情况,并采用有限元软件SeismoStruct对其进行模拟对比分析。研究结果表明:设置防屈曲耗能腋撑提高框架结构的初始刚度和承载能力,延缓裂缝的开展;提高结构的整体耗能能力;改变框架结构的受力模式,使塑性铰的发展从梁端和柱端转到腋撑连接处,减小梁柱节点区的受力,有效地保护了梁柱节点;防屈曲耗能腋撑框架的破坏特征与普通框架相同,均由柱脚形成塑性铰而破坏。

钢筋混凝土框架结构采用防屈曲支撑加固分析

某钢筋混凝土结构建造近80年,结构性能退化严重。由于顶层结构柱截面突变,导致4-6层抗震层间位移角超限。采用局部布置防屈曲支撑对结构进行加固,并与增大截面加固法对比分析,表明该方法能更经济有效地改善结构抗震性能,确保整体结构满足现行规范的要求。

防屈曲耗能支撑在钢筋混凝土框架结构中的耗能减震分析

以西安某5层框架为例,在适当部位布置防屈曲耗能支撑后,利用SAP2000有限元软件对设有防屈曲耗能支撑的钢筋混凝土框架结构进行耗能减震性能分析,以此说明防屈曲耗能支撑——框架结构在高烈度区的优势。

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。

某钢筋混凝土框架-防屈曲支撑结构体系的设计方法及抗震性能分析

根据现行工程设计规范研究了钢筋混凝土框架-防屈曲支撑结构体系的设计方法,与普通支撑相比,防屈曲支撑在中、大震时进入屈服耗能状态,仍为结构主要抗侧力构件,并为结构提供附加阻尼比,可不必进行框架结构和支撑框架结构地震力包络设计。通过某工程实例对钢筋混凝土框架+防屈曲支撑结构体系进行了分析,结果表明:原框架结构在加支撑后承受地震剪力有所增大,但由于有支撑的加入,原框架柱部分承担的剪力反而有所降低,X向框架柱剪力降低到52%,Y向框架柱剪力降低到51%,与普通支撑-框架相比,柱配筋将有大幅的下降;结构在中震作用下防屈曲支撑少量屈服,附加阻尼比约为0.8%,主体结构基本处于弹性状态;大震作用下防屈曲支撑均进入屈服耗能状态,附加阻尼比约达到3.6%,部分梁屈服,柱子少量屈服,可以达到保证生命安全的设防目标。

防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的实用设计方法

防屈曲支撑可以显著减小地震作用下钢筋混凝土框架的层间变形需求,该文提出一种新的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架实用设计方法,以实现在增设防屈曲支撑的同时避免对构造措施不满足现行抗震设计规范要求的主体结构构件逐个进行局部加固这一抗震加固目标。首先提出层间承载力最薄弱柱和层间最弱塑性铰抗震思路来分别解决小震下结构构件承载力设计问题和大震下结构层间变形验算问题;然后给出了设计方法的具体设计流程;最后,将设计方法应用于一栋图书馆阅览楼抗震加固设计中,分析结果表明防屈曲支撑加固框架结构的承载力和层间变形均满足现行抗震规范要求,验证了提出的结构实用设计方法的有效性。研究成果可为防屈曲支撑加固钢筋混凝土结构的初步设计提供参考。

基于OpenSees的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架数值模拟

提出了一种既有钢筋混凝土框架结构的抗震加固方法,该法采用防屈曲支撑提高框架结构体系的水平承载力和耗能能力,利用外包钢进一步提高柱子的抗弯和抗剪承载力。采用开源有限元程序OpenSees,分别建立空钢筋混凝土框架和防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的分析模型,对2榀钢筋混凝土框架的抗震性能进行模拟。防屈曲支撑采用了弹塑性桁架单元模型,加固框架柱混凝土考虑了外包钢的约束作用。将分析结果与拟静力试验结果进行比较,以检验分析模型的准确性,以及研究防屈曲支撑和外包钢对混凝土框架抗震性能的影响。分析结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好,验证了基于OpenSees建立的数值模型的准确性;外包钢有效改善了框架柱的抗弯承载力和变形能力;防屈曲支撑显著提高了加固框架体系的水平刚度、水平承载力和耗能能力。

防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架拟静力试验设计

防屈曲耗能支撑由于兼具普通支撑和金属阻尼器双重功能,近年来在高抗震设防烈度地区的新建筑结构设计和既有结构抗震加固中得到越来越多的应用。本文以河北省图书馆抗震加固工程为依托,从图书馆原结构中选取单榀、单层、单跨钢筋混凝土框架的1/2缩尺模型作为试验模型,制作两榀钢筋混凝土框架试件,并对其中一榀框架用课题组自主研发的一种组合钢管混凝土式防屈曲耗能支撑进行加固。对两榀框架试件分别进行拟静力试验,来考察防屈曲支撑对钢筋混凝土框架的强度、刚度、延性和耗能能力等抗震性能的影响。有限元分析结果表明,未加固框架试件的强度和刚度低、耗能能力较差;防屈曲支撑加固的框架试件的强度和刚度显著提高,耗能能力较好;防屈曲耗能支撑具有很好的滞回性能。本文的试验设计可为相关抗震分析和试验设计提供参考。

防屈曲支撑在高层混凝土框架结构抗震加固中的应用

某十层的纯框架结构建筑检测结果表明,其弹性层间变形和弹塑性层间变形均不满足现行规范要求。采用防屈曲支撑对该结构进行了抗震加固设计,并基于SATWE软件分析了其小震下的结构性能。利用SAP2000软件,基于Pushover分析方法进行了抗震性能分析。由分析结果得知,防屈曲支撑增加了结构的抗侧刚度,增强了结构延性,改善了原结构薄弱层的抗震承载力。经防屈曲支撑加固后的结构,其变形特性仍与原框架结构类似。对实际工程所采用的防屈曲支撑进行了抗震性能抽检试验,结果表明,构件力学性能与设计数据吻合良好。防屈曲支撑技术用于高层框架结构的抗震加固具有良好的技术优势。

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。

混凝土框架结构防屈曲支撑体系研究与分析

通过对某混凝土框架结构进行抗震性能设计,采用PUSHOVER(静力弹塑性分析)进行结构性能分析,研究了该混凝土框架结构的配筋对比和在中震作用下层间位移角,层间剪力等。结果表明:框架结构+防屈曲支撑体系方案明显优于框架—剪力墙结构体系,其使结构可靠性、适用性、耐久性及经济性得到充分满足,同时也最大限度的发挥了防屈曲支撑在抗震性能中的优势。

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。

防屈曲支撑在某钢框架结构加固设计中的应用

采用防屈曲支撑对某钢框架结构进行抗震加固,对加固后结构的抗震性能进行了研究。采用弹性分析和弹塑性时程分析得到结构在多遇和罕遇地震下的反应。对比了加固前、后结构的侧向位移、层间位移角及塑性铰发展情况。讨论了防屈曲支撑的滞回特性,介绍了构件和节点的加固设计方法。分析结果表明对钢框架结构增设防屈曲支撑可以有效地减小结构地震反应,提高结构的抗震性能,减少加固工作量及大震后的修复工作。为类似的钢框架结构抗震加固工程提供参考。

新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑性能

研制了一种新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑,设计6个新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑试件,对其进行轴向循环荷载试验,并对其中的4组试件采用ABAQUS有限元数值模拟分析。研究结果表明:新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,支撑的滞回曲线稳定、饱满,具有稳定的承载能力和良好的滞回耗能能力;新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑的恢复力模型可采用双线性模型来描述;新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑构造合理,耗能机理明确,采用钢筋混凝土约束核心钢管的设计思想是可行的。

速度型阻尼器和防屈曲支撑在装配式框架结构纵向体系中减震效果研究

针对抗侧刚度较弱的装配式结构纵向框架研究较少的现状,建立了纯框架、增设防屈曲支撑及增设阻尼器的装配式框架有限元分析模型,通过非线性的时程对比分析了在地震作用下三种模型纵向体系的结构反应.分析表明,在类似结构中增设阻尼器,可显著提高减震效果,使结构在大震中依然处于弹性状态.对于进一步提高阻尼器在纵向框架的应用水平具有一定的借鉴意义.

某框架结构的防屈曲支撑位置布置优化

为了提高框架结构的减震性能,文章先通过遗传算法算得各层防屈曲支撑布置需求量.再从某框架结构的支撑优化布置形式着手,对该结构拟定6种防屈曲支撑布置方案,分别为:外边角端布置形式(方案a)、外围隔跨布置形式(方案b)、外围中心连续布置形式(方案c)、内框架边角端布置形式(方案d)、中心对U型布置形式(方案e)、中心筒型布置形式(方案f).然后对比分析6个模型分别在承受相同地震作用的条件下的指标结果,研究结果表明:(1)在结构静、动力非线性分析中,方案c对于防屈曲支撑利用率增加及结构抗侧刚度的提升较为明显.(2)在Morgan地震波作用下,方案c中防屈曲支撑在罕遇地震作用下,吸收地震能量最多.另在地震波作用下的耗能占比中分析得到,方案c中的防屈曲支撑耗能占比最大,且防屈曲支撑的滞回性能最佳.

防屈曲支撑钢框架结构中被撑柱抗震设计探讨

通过3个算例,对采用人字形和V字形的无粘结内藏钢板支撑剪力墙(即人字形和V字形防屈曲支撑)的防屈曲支撑钢框架结构的抗震性能进行分析。重点考察大震下,支撑的轴力分布和对被撑柱所受轴力的影响。分析表明,采用结构在一阶振型下的支撑轴力分布来设计被撑柱的做法,适用于多层的防屈曲支撑钢框架结构;而对于高层的防屈曲支撑钢框架结构,高振型影响较显著,上述设计方法对被撑柱的设计较保守,有必要考虑高振型参与下的支撑轴力分布来设计被撑柱。