高强钢组合Y形偏心支撑结构影响系数和位移放大系数研究

高强钢组合Y形偏心支撑结构是指耗能梁段采用普通钢材(f_(y)≤345 MPa),保证地震作用下结构具有良好的塑性变形能力,框架梁、柱采用高强钢(f_(y)≥460 MPa)降低构件截面尺寸,同时保证非耗能构件的弹性受力状态,该新型结构具有良好的延性和耗能能力。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,若R取值合理,则结构抗震设计更加安全、合理、经济。我国2016版GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》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。研究高强钢组合Y形偏心支撑结构的结构影响系数和位移放大系数可进一步优化结构性能化设计方法,为该类型结构今后的设计取值提供参考依据。为此对12个Y形偏心支撑钢框架有限元模型进行静力弹塑性分析和增量动力分析(IDA分析),得到结构的性能曲线。利用能力谱法计算各原型结构的R、C_(d)、R_(μ)和R_(Ω),分析结构层数N和耗能梁段长度e对各性能系数的影响。对比Pushover分析和IDA分析所得结果,提出了各性能系数的建议取值。

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。

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。

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。

高强钢组合Y形偏心支撑框架抗震性能混合试验研究

高强钢组合Y形偏心支撑框架作为一种新型结构体系,结合了高强钢承载力高和偏心支撑耗能能力强的优势。为进一步研究高强钢组合Y形偏心支撑框架结构的抗震性能,以一个3层3跨的高强钢组合Y形偏心支撑框架结构为原型,采用子结构混合试验方法进行了一系列试验研究。选取原型结构中底层带有偏心支撑的框架部分作为试验子结构,其余部分作为数值子结构在OpenSees中进行模拟,从而建立了试验所需的子结构混合试验模型。根据试验结果,验证了混合试验模型的有效性,并对混合模型的主要抗震性能指标进行了分析。结果表明,在不同地震波作用下,混合试验模型的试验结果与整体结构数值模型的模拟结果吻合较好。在罕遇地震作用下,试验子结构的塑性变形主要产生在消能梁段的腹板位置,而框架的梁柱和支撑保持在弹性范围内,符合结构多道抗震设防的思想。

高层高强钢组合Y型偏心支撑钢框架结构抗震性能研究

伴随高强钢组合Y型偏心支撑钢框架结构的不断发展与更大范围的运用,为更好地掌握此类框架结构的抗震性能与综合表现,本文围绕该问题进行一系列的深入探究。在具体的分析过程中,首先通过ABAQUS有限元软件创建了相应的运算模型,并和试验结果展开对比分析,明确计算模型的可靠性。然后借助有限元分析软件ETABS建立了10层Y型钢框架结构,最后以其中的一榀横向平面钢框架作为分析对象,根据对比分析结果得到:这种Y型偏心支撑的滞回性能略差,但具有结构承载力高且安全性高,利于震后修复等优点,并给出相关抗震设计建议,为工程设计提供参考。

耗能梁段腹板厚度对高强钢组合Y型偏心支撑框架受力性能的影响研究

为了研究耗能梁段腹板厚度对高强钢组合单层单跨Y型偏心支撑框架的受力性能,采用有限元软件ABAQUS分别对5个不同耗能梁段腹板厚度的高强钢组合单层单跨Y型偏心支撑框架模型进行了分析。结果表明:这种结构形式具有良好的耗能性能,耗能梁段能够充分发挥耗能的作用;耗能梁段腹板厚度对其强度、刚度和耗能性能均有较大影响,耗能梁段腹板厚度设计合理时,可满足结构在小震或中震作用下的承载力和变形要求,在大震下有良好的变形能力和耗散地震能量的能力。

Y形偏心支撑钢框架结构的抗倒塌性能评估

按结构影响系数R=3.4设计了4个不同层数的Y形偏心支撑钢框架结构算例,利用ATC推荐的44条远场地震波,用增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)方法对各算例进行了抗震易损性分析,采用基于结构抗倒塌富裕度(collapse margin ratio,CMR)的性能评估方法,评估了结构在罕遇地震和特大地震下的倒塌概率.研究发现:按结构影响系数R=3.4设计的Y形偏心支撑钢框架的倒塌富裕度CMR随结构总层数的增加呈增大趋势,所有算例在罕遇地震下的倒塌概率不超过10%(在5%~10%之间),Y形偏心支撑钢框架基于性态设计时结构影响系数R可取3.4.

带扩孔螺栓连接型消能梁段的Y形偏心支撑结构抗震性能研究

地震作用下,Y形偏心支撑结构需有效增大消能梁段的延性和耗能能力、减小消能梁段的变形,以使其满足"多遇地震、设防地震下无损伤,罕遇地震下损伤较小且震后功能可快速修复"的抗震设防目标。基于短剪切型消能梁段和剪切扩孔型螺栓连接的力学性能,提出一种用于Y形偏心支撑结构中的新型扩孔螺栓连接型消能梁段;采用校正的数值仿真分析法对短剪切型消能梁段、剪切扩孔型螺栓连接、扩孔螺栓连接型消能梁段进行研究,以明确扩孔螺栓连接型消能梁段的力学性能和耗能模式。经对某合理设计的带扩孔螺栓连接型消能梁段的Y形偏心支撑结构分析表明,多遇地震和设防地震下消能梁段无明显变形和损伤,罕遇地震下通过剪切扩孔型螺栓连接和短剪切型消能梁段双重耗能机制,有效提高偏心支撑结构的抗震性能和减小消能梁段的损伤,为偏心支撑结构的抗震设计提供新的思路和方法。

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。

Y形偏心支撑高强钢框架整体结构抗震性能分析

Y形偏心支撑高强钢框架结构中耗能梁段竖向布置,与框架梁是独立的两个构件,截面设计更加灵活,且塑性变形对框架梁和楼板影响较小,易于震后修复。结构设计中耗能梁段设计为屈服点低于345 MPa的普通钢材,以保证整体结构具有较好的延性与耗能;框架梁、柱等非耗能构件设计为高强度钢材,如Q460或Q690,在保证非耗能构件的弹性受力状态基础上降低构件截面尺寸。耗能梁段长度和结构层数(结构高度)是影响该结构性能的主要因素,考虑两种因素的影响,通过性能化设计方法设计了8,12,16层三组Y形偏心支撑高强钢框架原型结构,每组耗能梁段长度包括700,900,1 100 mm,共计9个模型。通过Pushover分析和动力弹塑性分析,研究了耗能梁段长度和结构层数对结构的破坏模式、刚度、层间侧移角分布、耗能梁段转角变形等影响。研究结果表明:耗能梁段越长,结构的抗侧刚度越弱;所有结构的层间侧移角和耗能梁段转角变形具有类似的分布模式。

高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

高强钢组合Y形偏心支撑钢框架是耗能梁段采用较低屈服点钢材、其他构件采用高强钢的双重抗侧力结构体系。为研究其抗震性能,对4个1∶2缩尺的单层单跨高强钢组合Y形偏心支撑钢框架平面试件进行了单调和循环加载试验。根据耗能梁段长度将试件分为剪切屈服型和弯曲屈服型两类,分别研究了每类试件的破坏模式和主要抗震性能指标。研究结果表明,该结构耗能能力强、延性好,剪切屈服型试件的承载力比弯曲屈服型试件的高,延性也好于后者,相同位移下耗散的能量也较后者大。循环加载时,剪切屈服型试件的破坏集中于耗能梁段,此时钢框架基本处于弹性工作状态,残余变形较小,是一种有利于震后修复的双重抗侧力体系。

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。

扩孔螺栓连接型消能梁段的力学模型及参数研究

当前国家对建筑结构的抗震性能和震后功能恢复能力提出了更高要求。基于短剪切型消能梁段的受剪屈服特性和剪切扩孔型螺栓连接的受剪滑移性能,提出一种新型扩孔螺栓连接型消能梁段,可有效增大消能梁段的延性和耗能能力并同时减小消能梁段的损伤,使带扩孔螺栓连接型消能梁段的新型Y形偏心支撑结构更好地适应当前要求。采用有限元方法详细分析扩孔螺栓连接型消能梁段的滞回性能、破坏模式和耗能机理,由此得到其骨架曲线和力学模型,并阐述其力学模型的影响参数,为相应偏心支撑结构的设计和分析提供理论依据。