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。

高强钢组合Y形偏心支撑钢框架静力性能

为研究高强钢组合Y形偏心支撑钢框架在水平荷载作用下的承载能力、抗侧刚度、延性和破坏模式,对一个1/2缩尺的3层结构试件进行了静力推覆试验,试验采用三质点倒三角比例加载,并采用OpenSees软件建立了相应的数值模型进行模拟。研究结果表明:试件在水平荷载作用下,随着顶点位移的逐渐增大,耗能梁段开始屈服,结构的刚度逐渐降低;试验过程中,结构2层的耗能梁段塑性变形最为明显,层间位移最大,层间侧移角达到了0.0433 rad;结构在最终破坏时,表现为框架梁与耗能梁段连接处节点的破坏,框架梁柱仍处于弹性状态;OpenSees建模时耗能梁段与框架梁连接处采用刚性连接加刚性段的方式,该建模方法得到的推覆曲线模拟结果与试验结果吻合较好,表明数值模型可用于整体结构的抗震性能模拟分析;参数分析结果表明,剪切屈服型耗能梁段抗侧刚度和承载力均优于弯剪屈服型耗能梁段。

高强钢组合K形偏心支撑钢框架弹塑性状态的层剪力分布研究

高强钢组合偏心支撑钢框架结构中耗能连梁作为屈服构件采用普通钢(如Q345),而非耗能构件采用高强度钢材(如Q460),高强钢构件不仅有效降低了构件截面、节约钢材、降低造价,而且减弱了偏心支撑结构的刚度,使得层剪力分布状态与传统偏心支撑结构不同。为了研究这种新型结构在罕遇地震作用下的弹塑性层剪力分布状态,依据偏心支撑钢框架结构基于性能的设计方法设计了具有理想失效模式的5层、10层、15层和20层算例,并考虑了近场地震速度脉冲效应和远场地震加速度循环累计效应对结构的影响,采用动力时程分析方法计算结构在罕遇地震水准下的响应,根据结构弹塑性层剪力的平均值,提出了与我国规范相一致的弹塑性层剪力分布模式,并对比了已有的层剪力分布模式,该文建议的层剪力分布模式具有更高的精度,可为高强钢组合K形偏心支撑能量设计方法和塑性抗震设计理论提供参考依据。

高强钢组合K形偏心支撑结构的结构影响系数和位移放大系数研究

高强钢组合K形偏心支撑结构是指耗能梁段采用普通钢材(如Q345钢),而框架梁、柱采用高强度钢材(如Q460钢)的结构。耗能梁段在大震作用下剪切屈服耗散能量,而梁柱构件基本处于弹性受力状态,保证地震作用下的塑性变形仅集中于耗能梁段。结构影响系数R是基于性能的抗震设计方法中至关重要的部分,R取值合理是结构抗震性能设计的关键。我国2016版《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)中隐藏了结构影响系数的概念,且对所有的结构体系取统一值,显然不尽合理。通过基于性能的抗震设计方法分别设计了结构层数(5层、10层、15层、20层)与耗能梁段长度(900 mm、1000 mm、1100 mm、1200 mm)各不相同的高强钢组合K形偏心支撑结构,分别采用静力非线性推覆分析法(Pushover分析法)和增量动力分析方法(IDA方法)模拟出不同结构模型的底部剪力-顶点位移曲线,将性能曲线转化为可与设防地震需求谱和罕遇地震需求谱相交的能力谱曲线,进而计算出结构影响系数R和位移放大系数Cd,分析结构层数与耗能梁段长度对性能系数的影响。最后,对比所有模型结构使用两种计算方法所得的性能系数值,提出各性能系数的建议取值,为高强钢组合K形偏心支撑结构的抗震设计提供建议。

多层高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

为研究高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构的抗震性能,进行了一个1∶2缩尺模型的三层结构试件的低周往复加载试验,从结构的承载能力、刚度退化、位移延性、耗能能力及破坏模式等方面评价了结构的抗震性能,试验采用三质点倒三角形比例加载。研究结果表明:高强钢组合Y形偏心支撑结构具有较高的承载能力、较好的位移延性和耗能能力,屈服强度较低的耗能连梁的弹塑性变形耗散了大部分地震能量,而高强钢非耗能构件基本处于弹性受力状态,保证了极限状态下结构的完整性。框架梁与耗能连梁连接节点处受力复杂、应力集中严重,加之楼板对框架梁的约束,该节点处变形较大,使得试件最终在此位置破坏。

K形偏心支撑钢框架耗能段长度对其抗震性能的影响

为研究耗能段长度变化对K形偏心支撑钢框架(下称KEBSF)抗震性能的影响,基于相关试验研究,应用有限元软件ABAQUS建立6个KEBSF模型并对其进行非线性数值分析,研究耗能段长度变化对KEBSF承载力、刚度、耗能能力和延性的影响.结果表明:KEBSF具有良好的滞回性能,随着加载位移比(加载位移与屈服位移的比值)和耗能段长度的增大,KEBSF刚度、承载力均逐渐降低;随着耗能段长度的增大,KEBSF耗能能力和延性均呈先增强后减弱趋势.根据有限元分析结果,给出K形偏心支撑钢框架耗能段长度的合理取值范围的确定方法.

K形、V形偏心支撑钢框架抗震性能对比研究

K形、V形偏心支撑钢框架在设计、制作、用钢量等方面都较为接近,但结构特性有所不同。设计了K形、V形偏心支撑钢框架典型算例各20个,采用显式有限元工具建立数值模型,利用基于位移模式的Pushover方法对结构进行推覆分析,对比了两种体系在极限水平变形、耗能能力和极限承载能力方面的不同并分析了原因,得出了V形偏心支撑钢框架性能优于K形偏心支撑钢框架的结论,建议在设计中优先选用V形偏心支撑钢框架。

K形偏心支撑钢框架结构影响系数

采用ANSYS软件及大量的地震波记录,对按我国抗震规范设计的K形偏心支撑钢框架结构进行了非线性时程分析,进而对其结构影响系数进行了研究,并分析了结构层数、跨度、自振周期变化与结构影响系数的关系,提出了结构影响系数建议值,为工程设计提供参考。

装配式三层K形偏心支撑钢框架抗震性能研究

为研究装配式三层K形偏心支撑钢框架在低周循环荷载作用下的滞回性能和耗能特性,对三层K形装配式偏心支撑平面钢框架进行拟静力试验,并对3个不同耗能梁长度模型进行有限元非线性分析,主要研究破坏形式、滞回性能、刚度退化率、极限承载能力、延性系数和耗能能力等。结果表明,滞回曲线呈现出一定的"捏缩"现象,随着耗能梁长度增加,框架极限承载力、耗能能力均呈下降趋势,滞回曲线捏缩现象加剧。三层装配式K形偏心支撑框架结构具有较好的承载能力,良好的变形能力,较传统的焊接偏心支撑钢框架延性大。研究结果为装配式K形偏心支撑钢框架的抗震设计提供参考依据,具有一定的工程实践意义。

基于能量方法设计的K形偏心支撑钢框架近场地震倒塌性能评估

文献[1]基于最大有效滞回耗能谱,根据能量平衡关系,提出了近场地震下K形偏心支撑钢框架的性态设计方法,并设计了10层和15层两个结构,但其设计结果是否满足结构抗倒塌安全储备的基本要求,尚未进行研究。依据美国FEMAP695的结构抗地震倒塌性能评估体系,采用增量动力时程分析(IDA)法,对文献[1]的设计结果进行了倒塌富余度和易损性评估,验证其设计方法的可信性,为该设计方法的后续发展和推广应用提供了理论依据。

装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构体系抗震性能研究

将短剪切型耗能段和Y形偏心钢支撑引入全装配式混凝土框架结构中,并结合装配整体式混凝土框架结构,可得到一种装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构体系,以更好适应当前抗震要求。为将损伤集中在耗能段和装配式混凝土梁上,提出并研究一种基于弯剪分离的全装配式混凝土梁-耗能段组合节点、一种全装配式混凝土梁柱-钢支撑组合节点。设计某12层装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构体系,并采用弹塑性时程分析方法研究其抗震性能。结果表明,在保证各关键节点性能的前提下,该结构在不同地震下均能满足要求,且耗能段率先剪切屈服耗能,随后不带Y形偏心钢支撑的框架梁发生弯曲屈服,与预期抗震性能相符。另外,带Y形偏心支撑的框架梁-梁间采用铰接连接,可有效降低全装配式混凝土梁柱-钢支撑连接节点的受力,防止框架梁产生塑性铰,使结构具有抗震性能好和震后功能可恢复等特点。

基于性能设计的高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能研究

Y形偏心支撑钢框架结构中耗能梁段置于框架梁之外,耗能梁段变形不会对主体结构和楼板造成损害,震后易于修复更换。为了保证耗能梁段充分发挥塑性变形进行耗能,非耗能构件（框架梁、框架柱）截面设计往往过大,浪费钢材且限制了偏心支撑钢框架的应用。高强钢组合偏心支撑框架结构是指耗能梁段采用普通钢材（Q345钢）,而框架梁、柱等非耗能构件采用高强度钢材（如Q460）,不仅有效减小构件截面,而且可以推动高强钢在抗震设防区的应用,经济效益显著。采用基于性能的抗震设计方法设计了5层、10层、15层和20层的Y形偏心支撑钢框架结构,算例模型包括高强钢组合Y形偏心支撑钢框架和传统普通钢Y形偏心支撑钢框架,通过Pushover分析和时程分析研究该结构形式的承载力、抗侧刚度、层间侧移分布及破坏模式。研究表明：相同设计条件下,高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构与普通钢Y形偏心支撑钢框架结构的承载能力相近,但抗侧刚度略低,罕遇地震作用下二者具有相似的层间侧移分布和破坏模式。

一种新型全装配式混凝土梁柱-钢支撑组合节点的抗震性能研究

提出一种新型全装配式混凝土梁柱-钢支撑组合节点,是实现装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构预期抗震性能的关键问题之一。采用校正的有限元方法对5种考虑不同因素的腹板开洞型抗剪连接键进行研究,以得到其受剪承载力和损伤模式。随后对基于合理分析模型、材料参数、单元接触、边界条件与加载方式等分析方法的新型节点研究表明,在不同地震水平往复力作用下,组合节点的滞回曲线表现为弹性,即未进入塑性和耗能。另外,在达到最大负向、正向位移时,抗剪连接键、对穿螺杆和支撑连接板仍处于弹性状态,混凝土损伤值和损伤区域均较小,即该新型组合节点具有高承载力、可全装配、功能可恢复等特点,可满足相应结构对该组合节点的要求。