Shaking table test and numerical analysis of a 1:12 scale model of a special concentrically braced steel frame with pinned connections

This paper describes shaking table tests of a 1：12 scale model of a special concentrically braced steel frame with pinned connections, which was fabricated according to a one-bay braced frame selected from a typical main factory building of a large thermal power plant. In order to investigate the seismic performance of this type of structure, several ground motion accelerations with different levels for seismic intensity Ⅷ, based on the Chinese Code for Seismic Design of Buildings, were selected to excite the model. The results show that the design methods of the members and the connections are adequate and that the structural system will perform well in regions of high seismicity. In addition to the tests, numerical simulations were also conducted and the results showed good agreement with the test results. Thus, the numerical model is shown to be accurate and the beam element can be used to model this structural system.

单边螺栓连接中心支撑钢框架抗震性能分析

目的为研究支撑-半刚接钢框架结构体系的抗震性能,方法设计了一榀由嵌套式单边螺栓与T型钢构成的半刚性梁柱节点的中心支撑钢框架,并进行了拟静力试验与有限元数值模拟,通过观测整个试验现象,分析了其滞回、承载力、刚度退化、耗能等抗震指标。结果结果表明:试件破坏过程明显经历了弹性段、塑性段、破坏段三个阶段,试件破坏模式主要为支撑受压失稳破坏,塑性变形主要累积在支撑体系上,整体呈现延性破坏特征;支撑断裂后,梁柱及T型钢节点无明显塑性变形,钢框架仍具有较高的安全储备,符合“强节点、弱构件”设计原则,表明了结构具有两道抗震防线;结论支撑与半刚接钢框架协同工作使得试件具有较高的抗侧刚度抵抗水平变形,且承载力较高、滞回性能稳定、耗能能力优良;单边螺栓在试验过程中的受力性能较普通高强螺栓并无较大差别,未出现严重的预紧力松弛现象,并能高效的保持螺栓预紧力。通过有限元数值模拟分析可知,减小支撑长细比,虽能有效提高结构的抗震性能,但长细比较小会导致支撑刚度增大,加速其余构件的损坏。故应以考虑结构的延性为前提,降低支撑的长细比,才能有效提高结构的抗震性能。

“两墙合一”深基坑工程设计与技术创新

北京CBD核心区某项目基坑深度36m,因受场地空间限制,采用“两墙合一”+内支撑支护体系,在实现基坑挡土、止水功能的同时完成了地下结构外墙施工。为提高工程质量和施工效率,针对地连墙与主体结构的连接、槽段接头处理方式、有限空间导墙结合近接建筑物预换撑等方面进行了技术创新,取得了较好的工程效果,可供类似工程参考。

自复位支撑钢框架摩擦装配式节点性能研究

自复位支撑在激活后具有较大的刚度和承载力,支撑连接节点及梁柱受力复杂,损伤风险高。提出了一种基于摩擦连接的自复位支撑钢框架装配式节点,利用摩擦滑移连接实现自复位支撑极限轴力可控,并为整体结构提供附加耗能。阐述了该摩擦装配式节点的构造、组装和工作原理,通过数值模拟对其抗震性能进行研究,并分析了该节点设计参数对其性能的影响。结果表明:采用该节点的自复位支撑钢框架滞回响应更为饱满,整体结构耗能能力提升了20.81%,节点对总水平剪力的实际限制作用达17.56%,有效减缓了节点区塑性发展。通过改变支撑连接节点的摩擦片摩擦系数和高强螺栓预紧力,能够实现起滑位移与起滑力可调。

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。

大跨度齿板连接木桁架搁栅楼盖竖向振动性能试验研究

为研究齿板连接木桁架搁栅楼盖的人致振动响应,对12m跨度齿板连接木桁架搁栅楼盖振动性能进行了足尺试验研究,分析了横撑和隔墙对木楼盖振动特性、楼盖刚度的影响,分析了单人步行荷载和自由落体冲击荷载作用下木楼盖的振动响应。结果表明:木楼盖前三阶振型符合预期,单跨木楼盖的基本自振频率在8Hz以下,低于连跨形式木楼盖的基本自振频率;安装横撑和设置隔墙都可以增加木楼盖的前三阶频率;在不同位置安装横撑均可提高木楼盖的刚度,减小木楼盖的静态挠度,均匀安装4排横撑可将楼盖中心静态挠度降低47.5%;不同方向步行荷载激励下木楼盖的振动响应略有不同,纵向行走而致的振动响应较大,横向较小,安装隔墙后木楼盖中心的振动响应能降低40%左右;木楼盖的纵向振动传递大于横向和斜向两个方向,安装隔墙有助于木楼盖振动的传递。

组合碟簧自复位防屈曲支撑滞回性能试验

为控制防屈曲支撑(BRB)的残余变形,采用碟簧自复位系统(DS)和BRB并联形成自复位防屈曲支撑(SBRB)。通过拟静力试验考察组合碟簧刚度、端部连接、复位比率等对SBRB滞回性能的影响。结果表明:与BRB相比,SBRB的残余变形大幅降低;SBRB表现出旗型的滞回曲线,试验后期钢板支撑受拉断裂,其他部件保持完好;SBRB试件中DS部分和BRB部分分别是承载力和累积耗能的主要来源;由于组合碟簧间的摩擦等作用,DS部分的耗能占整个SBRB耗能的23%~36%;其他构造相同时,采用组合碟簧刚度较大的DS部分启动后承载力增幅较多,且DS部分启动力较大的复位比率也较大,残余变形更小。总体上,端部连接形式对残余变形影响不大,刚接SBRB试件因承受额外的端部弯矩,钢板支撑断裂更早,铰接SBRB试件表现出更好的耗能能力。随复位比率增大,SBRB的残余变形逐渐减小,为有效地控制支撑残余变形,同时避免对DS部分要求过高,复位比率宜取0.7~0.9。

新型部分自复位耗能段的滞回性能与简化力学模型研究

提出一种用于偏心支撑结构中的部分自复位耗能段,主要包括自复位形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)支撑和扩孔螺栓连接型耗能段,具有耗能能力和自复位能力强、构件损伤小、震后功能可恢复等特点。基于部分自复位耗能段的设计方法,合理设计其试验模型,由此得到变形模式和滞回曲线等。随后采用校正的有限元法对部分自复位耗能段力学性能进行研究,主要考虑SMA面积、高强螺栓预拉力和垫片滑移系数的影响。研究结果表明:滑移阶段自复位耗能段中耗能段处于滑移并保持相对静止状态;随后非滑移阶段耗能段开始承载、耗能和非弹性变形等,整个过程中自复位SMA支撑提供耗能和复位能力,以及减小构件残余变形。基于不同因素下的分析结果,提出滑移阶段和非滑移阶段下自复位耗能段简化的力学模型,为偏心支撑结构的抗震设计与分析提供新的思路和理论基础。

建筑机电管线用装配式支吊架抗震性能试验研究

装配式支吊架是连接机电管线与建筑结构的重要支承设施,被广泛应用于建筑机电抗震工程,但针对其抗震性能的研究相对匮乏。为研究地震作用下装配式支吊架的破坏机理和抗震性能,开展了15套不同种类装配式门型支吊架的低周往复荷载试验,重点研究节点形式、槽钢类型、抗震连接件类型及有斜撑、无斜撑等因素对其抗震性能的影响;基于不同类型支吊架的破坏形式和荷载-位移滞回曲线,研究分析试件骨架曲线及特征值、强度和刚度退化规律、耗能和应变特性等抗震性能指标。结果表明:支吊架连接节点是其破坏的薄弱环节,咬合连接型试件易在节点处发生滑脱破坏,螺栓连接型试件易在螺栓垫片处开裂;螺栓连接型试件的弹性刚度、极限承载力、强度和刚度退化系数、累积耗能等均优于咬合连接型试件;无斜撑试件在底座连接件处采用螺栓连接可显著提升其力学性能;斜撑能有效提升支吊架的抗震性能,抗震连接件是影响斜撑性能发挥的关键因素,Ⅱ型抗震连接件的性能明显优于Ⅰ型抗震连接件。研究成果以期为支吊架产品的工程应用及标准制订提供数据支撑。

铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系抗震性能分析

层高高、跨度大、活荷载大特点的物流仓库、数据机房类建筑,采用普通刚接框架将导致梁、柱截面尺寸大,且大震下会出现梁端不屈服而柱脚屈服的现象,因此提出铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系,该体系主要通过梁柱铰接的高强钢框架承担竖向荷载,屈曲约束支撑及相连的刚接普通钢框架组成支撑框架主要承担结构的水平力。结合工程实例,建立有限元模型分析铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系的抗震性能。结果表明:在多遇地震下,地震作用由支撑框架承担;在罕遇地震下,结构刚度退化,结构内力响应下降,屈曲约束支撑产生较大的屈服变形,耗散地震能量,支撑框架中的框架梁、框架柱仍保持弹性状态,铰接高强钢框架的高强钢梁、钢柱保持弹性,结构层间位移角小于1/100;在极罕遇地震作用下,结构仍然不出现塑性铰。与普通刚接框架相比,铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系节省了9%的钢材用量,碳排放降低了9%;铰接高强钢框架⁃屈曲约束支撑结构体系抗震性能较好,在高烈度区的层高高、跨度大、活荷载大的建筑中使用具有良好的技术优势。

联塔斜拉桥大吨位屈曲约束支撑设计研究

桑园子黄河大桥为主跨328 m的分幅联塔斜拉桥,位于抗震设防烈度8度的高烈度地震区,联塔共用基础和承台,横向地震作用下联塔同向运动后产生竖向相对位移,联塔间需要能提供较大连接刚度与耗能能力的连接装置。针对联塔结构的耗能减震需求,提出基于屈曲约束支撑(BRB)的阻尼耗能解决方案,在联塔间设置多套交叉布置的BRB形成多个阻尼器对,通过轴向拉伸与压缩协同发挥耗能能力。联塔结构竖向最大承载力要求达9450 t,设计制作大吨位足尺BRB试件,并进行有限元分析与力学性能试验,研究BRB试件屈服承载力、屈服位移、弹性刚度、极限位移、耗能能力及疲劳性能等。结果表明:BRB各项指标均表现良好,力学性能满足设计及标准要求,具有良好的拉压均匀性与塑性变形能力,耗能率较高。

安装钢支撑框架的RC框架连接性能试验研究

为了提高钢筋混凝土框架的平面内强度、刚度和延性,提出了一种在现有钢筋混凝土框架内安装钢支撑框架的新型混合连接方式。对3个一层一跨的钢筋混凝土框架进行改装,分别对试样发生的框架剪切破坏行为、整体弯曲破坏行为和剪切滑移破坏行为进行设计。将改装后的框架同时在水平循环荷载和垂直恒定荷载作用下进行试验。结果表明,所提出的混合连接结构可以有效地在钢支撑框架和钢筋混凝土框架之间传递剪力,并通过夹芯钢板和高强度螺栓提高了边界钢筋混凝土柱的抗剪强度。此外,还提出了估算混合连接方式直接抗剪承载力的计算方法。

新型插盘式脚手架的试验和数值模型研究

为研究一种新型插盘式脚手架的力学性能,对三跨两步脚手架体系进行足尺试验研究,得到其极限承载力、破坏模式及顶层节点的荷载—位移曲线。这种新型脚手架的承载力显著高于传统扣件式脚手架,破坏模式为单根竖杆的屈曲破坏。采用通用有限元软件ANSYS对试验中的脚手架体系建立三维杆系计算模型,考虑材料的弹塑性及结构的几何非线性,进行非线性极限承载力分析;并引入转角弹簧和轴向弹簧单元分别模拟梁柱节点半刚性以及支撑与节点的连接刚度,通过改变弹簧单元的刚度对整个结构进行参数分析,得到与试验结果较吻合的数值分析模型。试验和数值分析结果对比研究表明:支撑连接刚度对结构的极限承载力和抗侧刚度影响显著;但梁柱节点的半刚性对其影响不大,为计算简便,梁柱节点可按铰接处理。

屈曲约束支撑铰接框架足尺模型模拟地震振动台试验

对屈曲约束支撑铰接框架结构体系特点和抗震性能进行分析,并进行一个足尺屈曲约束支撑铰接框架结构模型模拟地震振动台试验研究。通过试验,分析不同强度地震作用下屈曲约束支撑铰接钢框架结构的动力特性、加速度反应、位移反应和破坏特征。振动台试验和研究结果表明:在强地震作用下(加速度峰值为1.20g),屈曲约束支撑交接框架结构层间位移角为1/100,屈曲约束支撑有明显的屈服变形,但没有发生屈曲现象,且整体结构中框架梁、框架柱仍保持弹性状态。理论和试验表明:屈曲约束支撑铰接框架结构可以在地震区使用。

装配式防屈曲支撑设计理论的研究进展

介绍了近年来各国学者提出的几种装配式防屈曲支撑形式;在此基础上,阐述了内核构件与外围约束构件的相互作用机理,外围约束构件刚度折减等装配式防屈曲支撑设计理论问题;讨论了保证外围约束构件整体工作对螺栓强度和螺栓间距的要求;最后对防屈曲支撑框架节点性能的研究现状进行了总结。

无侧移半刚性框架柱的稳定分析

基于现行钢结构设计规范GB50017-2003中柱计算长度的概念,利用柱子框架模型,引入梁线刚度修正系数和柱的相对线刚度比,应用梁柱理论建立了可以同时考虑柱端和梁端不同连接条件的无侧移半刚接钢框架柱计算长度系数的修正公式。基于上述修正公式,提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:利用弯矩-转角曲线的初始切线刚度确定的切线连接刚度。研究表明,三柱子模型,当柱远端铰接时,按GB50017附录D表D-1得到的计算长度系数设计柱是不安全的,最大误差13.0%,当柱远端固接时,偏于保守,最大误差21.9%;连接刚度的简化方法误差控制在3%以内,具有很好的实用性和精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接框架的稳定设计。

港珠澳大桥青州航道桥“中国结”形钢剪刀撑设计与施工

港珠澳大桥青州航道桥为双塔斜拉桥,桥塔采用钢筋混凝土框架结构。经桥梁建筑景观研究,塔柱上联结系采用"中国结"造型剪刀撑(简称"结形撑"),并采用钢结构。结形撑构造异形、尺度庞大,设计、制造与安装难度大且技术含量高。结形撑采用变高度带倒角的箱形断面,与混凝土塔柱连接采用"承压-传剪"的复合传力模式及连接箱构造;内、外表面采用油漆涂装体系,设置了全方位可达的维修养护通道和设施;结构计算分析表明结形撑受力安全;采用分节段制造与安装,制造过程采用了特殊措施以保证其整体形状,安装分预埋节段和撑体节段分别进行。

从汶川地震灾害看钢结构在地震区的应用

"512"汶川大地震造成了巨大的人员伤亡和经济损失。其中,学校和医院等公共建筑的倒塌更是引起了广泛关注。本文概述了这次地震中学校和医院建筑的震害情况,然后介绍了钢结构的抗震性能、历史震害特征以及可用于改进钢结构抗震性能的措施,并对现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中关于"大震不倒验算"的条文提出了修改建议。最后,建议应推广钢结构在地震区的应用,尤其是学校和医院等公共建筑应采用钢结构。

屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构干式柔性梁柱节点的试验研究

建议了一种由受弯框架与采用梁柱柔性节点的屈曲约束支撑框架并联组成的装配式混凝土双重抗侧力体系,设计并完成了4个装配式梁柱节点试件和1个现浇节点试件的往复加载试验。研究了混凝土楼板、螺栓孔形式等因素对该柔性节点受力性能和破坏模态的影响,并与现浇试件进行了对比。试验结果表明:混凝土楼板对柔性节点刚度及承载力有很大的影响,在设计时不可忽略;螺栓孔形式在结构位移较小时对节点的受力性能没有影响,但当结构位移较大时会影响节点的破坏模式;与现浇节点相比,装配式柔性节点具有很大的变形能力。

屈曲约束支撑与钢框架节点板连接的抗震性能试验与分析研究

屈曲约束支撑作为耗能减震构件,其与钢框架连接形成屈曲约束支撑钢框架结构体系。然而目前对于屈曲约束支撑与节点板不同连接形式的抗震性能和破坏模式尚缺乏研究。为了获悉不同连接形式对屈曲约束支撑钢框架结构抗震性能和破坏机理的影响,进行5榀屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的水平低周往复荷载试验,观察试验现象和破坏特征,考察屈曲约束支撑与节点板两端采用销轴连接、螺栓连接、焊接连接和混合连接对钢结构抗震性能的影响,研究屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标,探讨屈曲约束支撑与钢框架节点板转动变形和关键部位的应变规律,分析结构的破坏模式和各构件屈服顺序。结果表明:屈曲约束支撑的芯板先于梁、柱和节点板屈服,试件滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能和延性。文章研究成果以期为屈曲约束支撑钢框架结构设计和应用提供科学依据。