基于遗传算法的钢框架-BRB结构优化

将钢框架—BRB结构优化设计分为小震优化阶段和大震调整阶段。小震优化阶段以造价最低为优化目标,引入拓扑变量来表示BRB的布设位置,将BRB的位置、等效截面面积和框架的截面作为设计变量,在同时满足梁柱构件的强度和稳定性约束、BRB不屈服约束及层间位移约束的前提下,通过遗传算法对钢框架—BRB结构进行整体优化;大震调整阶段对不符合大震层间位移约束的结构采用准则法调整构件截面。进行了较为全面的钢框架—BRB结构优化设计,在满足规范要求的前提下大幅降低结构造价,提高了结构的经济性。

考虑海水-海床-斜拉桥相互作用下纵桥向设置BRB的减震作用与优化设计

由于海洋场地存在深厚的海水层,其对海底地震动特性以及海洋结构物的地震反应存在较大影响,在跨海桥梁等海洋结构物抗震分析时不容忽视。因此,研究基于地震波动理论建立海水-海床-斜拉桥耦合的地震波动分析模型,确定海水层对结构地震反应的影响。考虑海洋环境可能对减震构件的耐久性造成威胁,提出一种应用耐久性能优良的防屈曲支撑(Bulking Restrained Brace,BRB)作为纵桥向减震构件的斜拉桥减震体系,并且以青州航道桥为工程背景,通过其与漂浮体系斜拉桥模型的地震反应对比,验证了考虑海洋环境影响下该减震体系的可行性。研究对BRB的布设位置与设备参数等进行优化分析,进一步确定BRB作为斜拉桥纵桥向减震构件的设计方法。研究发现地震作用下海水产生的动水效应会放大斜拉桥上部结构的地震反应。通过对比不同工况下结构的地震反应,发现在桥墩与桥塔位置同时设置BRB时,桥梁整体减震效果最佳。另外,BRB的屈服承载力等参数对斜拉桥的抗震性能亦产生较大影响。

BRB不同布置高层钢框架BRBF静动力性能分析

以高层钢框架BRBF建筑为研究对象,以BRB不同布置形式为主要研究参量,对高层BRBF建筑进行二阶非线性分析,探讨高层BRBF建筑静动力性能,研究高层BRBF建筑中BRB最优设计方法。(1)从高层BRBF的静态持有性能来看,各高层BRBF建筑满足BRB减震及“强柱弱梁”的抗震设计要求,P-Δ效应对高层BRBF的弹塑性极限承载力和层刚度均有递减作用,忽略P-Δ效应影响会造成高层钢框架设计不安全;高层钢框架增设BRB,可改善P-Δ效应的影响;BRB交错布置的交错型建筑的稳定性好、弹塑性极限承载力值和层刚度值最大。(2)从高层BRBF的动态需求性能来看,高层钢框架增设BRB后各层的层间位移角和层间残余变形明显减小,BRB的塑性耗能占比基本在90%以上,说明BRB作为整体结构的第一道抗震防线,具备良好的耗能减震作用;同时,交错型建筑的减震、耗能效果显著。综上分析,高层钢框架BRBF结构中BRB交错布置方式最优。

长周期地震下大跨RC轻柔拱桥BRB横向减震研究

为了提升长周期地震下轻柔拱桥的横向抗震性能,可在排架墩间设置屈曲约束支撑(BRB)。以某新型高墩大跨RC拱桥为研究对象,说明其结构体系的特殊之处,分析不同脉冲周期的近场地震动、远场长周期、近场无脉冲及远场普通地震动下,BRB对全桥墩柱的减震效果与损伤状态变化趋势。研究结果表明:轻柔拱桥在长周期地震动下的地震需求更高;BRB能够有效降低排架墩的变形与弯矩需求,但会在一定程度上增加设置BRB墩柱的底部剪力;在近场脉冲地震动的永久位移效应与远场长周期地震动的丰富低频分量下,应用于轻柔体系拱桥的位移相关型BRB减震效果较佳,耗能突出;而由于近场无脉冲与远场普通地震动的位移谱值始终较低,在该2类地震下会普遍出现响应放大的情况;BRB改变了排架墩的传力路径,将部分弯矩转化为连接处的剪力与轴力,同时高墩高阶振型的影响加大,导致其弯矩包络沿墩身存在突变;能有效避免未设BRB墩柱的破坏,而由于高阶振型的影响,大部分高墩截面损伤降低程度不显著;设置BRB的墩柱顶部截面损伤会降低,因立柱与拱肋的振动耦合作用,其底部截面在小震下损伤也会缓解,而过渡墩底部截面的损伤反而会增大。位移耗能型BRB在长周期地震下能有效提升轻柔体系拱桥的横向抗震性能。

某既有薄弱钢结构BRB减震加固对比研究

某既有钢结构商场多次增层改造,因施工水平较差和外部环境腐蚀,其薄弱节点众多,安全隐患极大。采用BRB减震加固前,须考虑薄弱节点对减震效果的影响。为减少薄弱节点加固量,借鉴美国钢结构设计方法,采用3种节点处理方案。运用SAP2000进行时程分析,对比梁柱薄弱节点全刚接、半刚接、全铰接对BRB减震效果的影响。结果表明:梁柱节点全刚接时BRB减震加固效果优异,但造价和施工量较大;仅外部节点刚接可大幅减少节点加固量,且BRB减震效果良好;全部节点铰接不利于BRB消能减震,大量节点在BRB屈服耗能前失效,结构安全性较差。研究发现:沿弱轴单向布置BRB可平衡结构X和Y向的侧向刚度,减少BRB用量;少量BRB减震时加固效果较差,大量梁柱节点失效破坏。

随机地震作用下BRB加固既有结构的可靠度分析

随着服役年限的增加,既有结构会出现材料力学性能经时退化。为精细化分析随机地震作用下既有结构及其加固后的安全性,利用非平稳地震动过程的降维模拟,并结合基于概率密度演化理论和等价极值分布的首次超越破坏可靠度分析方法,以层间位移角为评价指标,制定了3种在不同位置布设人字形BRB的加固方案。根据随机地震作用下BRB加固既有结构的动力可靠度来确定3种方案中的较优者。同时,依次用V字形和斜支撑替换较优方案中的人字形支撑,并对比分析它们的动力可靠度,以寻找最优随机非线性振动控制的BRB布设位置和支撑形式,为维修加固及抗震设计提供更为合理的途径。结果表明:本文方法为既有结构及其加固结构的抗震可靠度精细化计算提供了新途径,BRB的不同布设位置及支撑形式能在一定程度上提高既有结构的动力可靠性。

融合ER和分层BRB的CPU性能分析模型

为解决中央处理器(Central Processing Unit, CPU)性能分析所面临的分析指标复杂、分析过程不具有可解释性、分析结果不可追溯的问题,提出了一种融合ER(Evidence Reasoning)和分层BRB(Belief Rule Base)的CPU性能分析模型.首先,利用ER算法从不同层面对处理器影响因素进行指标评估,其次,通过分层BRB实现对CPU性能的综合分析,最后,采用鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm, WOA)对模型参数优化.通过UCI数据库(University of California Irvine, UCI)计算机硬件数据集验证了模型的有效性.整个分析模型建立在ER算法上,保证了模型推理的可解释性,而分层BRB方法解决了传统BRB的组合规则爆炸问题,同时结合优化算法有效的提高模型的准确度.

BRB结构幕墙、网壳双层金属屋面设计与施工

针对异形复杂体育场馆幕墙设计及施工难的问题,分析洛阳市奥林匹克中心游泳馆项目的概况,介绍幕墙、金属屋面的设计与施工方法。结果表明,框架-屈曲约束支撑(BRB)体系的幕墙设计应充分考虑主体钢结构对玻璃幕墙设计的影响,尤其应注意相邻场馆间连廊的龙骨、面材的顺滑衔接,以及BIM技术的应用。

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。

国产低屈服点芯材屈曲约束支撑的滞回性能及减震效果研究

为了研究芯材为LY160软钢的屈曲约束支撑滞回性能以及减震效果,针对LY160钢材和BRB构件进行了从材性、构件性能、到结构地震响应的系统试验和分析工作。首先完成了LY160钢材的材性试验,得到LY160钢材试件的平均屈服强度为170MPa,断裂伸长率为48.2%;随后进行了屈曲约束支撑的低周往复加载试验,采用LY160的屈曲约束支撑破坏位移为1/45L,延性系数达到17,最后开展了6层钢筋混凝土框架结构的弹塑性地震响应分析,发现使用LY160芯材的LBRB结构相较于使用Q235芯材的普通NBRB结构,不仅结构动力响应的减震效果提升了25%,同时还可有效地改善结构在强震下的塑性损伤,采用低屈服点软钢为芯板的屈曲约束支撑可以有效提升结构的抗震安全性。

四塔支承超大直径圆环复杂结构设计

上海临港新片区新建一幢地标建筑,该建筑为四幢46.8 m高的塔楼支承一个直径150 m、高度8.6 m的超大直径圆环,结构复杂。结构主要特点是超大直径圆环内侧采用倒三角形空间桁架、楼面梁采用变截面悬挑钢梁,四幢塔楼采用钢框架-屈曲约束支撑-屈曲约束钢板墙结构体系,超大直径圆环和四幢支承塔楼之间采用一个对角铰接、另一个对角滑动支座加黏滞阻尼器的连接方式。由于建筑师的要求,超大直径圆环横截面为外侧开口的C形截面,如何克服圆环外侧开口带来的扭转作用是设计难点。主要进行了支承塔楼的结构设计和计算分析,超大直径圆环的结构选型和抗扭性能研究,圆环和支承塔楼连接设计,支承塔楼和圆环组成的整体结构计算分析,整体结构大震下弹塑性时程分析。设计和研究成果可为圆环结构、多个塔楼共同支承一个上部结构等类似工程设计提供借鉴。

BRB应用于混凝土框架的弹性层间位移角限值与设计建议

BRB钢支撑即屈曲约束支撑,因其具有承受轴向压力不会发生屈曲、受拉与受压承载力相当、滞回曲线饱满、耗能能力和低周疲劳性能良好等优点,在美国、日本及我国台湾等地区的建筑结构中应用较广。混凝土框架结构,是一种常见的建筑结构形式,其设计简单,施工方便,但是框架结构的抗侧刚度低,在罕遇地震下容易发生较大的侧移甚至是倒塌,而将BRB应用于混凝土框架结构,组成的框架-支撑结构体系,可以很好地解决这一问题。然而现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对钢支撑-混凝土框架的层间位移角限值的规定不尽合理,本文从结构抗震的性能目标出发,对BRB钢支撑-混凝土框架的弹性层间位移角限值进行了研究,并提出了BRB在混凝土框架结构应用中的设计建议。

BRB在双柱式桥墩抗震体系中的工作机理分析

以设置防屈曲支撑(Buckling-Restrained Braces,BRB)的双柱式桥墩体系为研究对象,系统分析上部结构惯性力在该体系中的传递机理;以某3×30m公路高架桥为工程背景,采用非线性时程反应分析法研究BRB的设置方式及参数取值对桥梁地震反应的影响规律,揭示BRB在双柱式桥墩中的工作机理。其研究结论为:(1)对于设置BRB的双柱式桥墩,当BRB未屈服时,通过其轴向刚度改变结构体系的传力路径,墩底弯矩、剪力降低,但墩底轴力改变量将增大,即以较大的墩身轴力改变量换取较小的墩底弯矩及剪力。(2)在BRB屈服的情况下,BRB通过改变下部结构的传力路径及滞回耗能双重机制影响结构的地震反应,BRB耗能作用将降低墩身的轴力改变量,使减震效果更优。(3)双柱式桥墩横桥向设置BRB是一种较为有效的减震体系,但其减震效果与BRB具体布置方式及力学参数取值有关。

新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系设计方法

考虑几何非线性采用ANSYS有限元软件对一种新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系(采用防屈曲支撑(BRB)代替Pall型摩擦阻尼器(PFD)的普通支撑)的滞回特性进行分析.首先进行了Pall型普通支撑体系和Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系的滞回性能对比分析,结果表明,防屈曲支撑在拉压循环荷载作用下均能达到屈服,拉压承载力基本一致,耗能能力优于普通支撑.然后分析了防屈曲支撑刚度、Pall型阻尼器起滑摩擦力、阻尼器的大小以及防屈曲支撑与水平方向的倾角等因素对体系滞回特性以及支撑内力的影响.结果表明,Pall-BRB支撑体系比Pall型普通支撑体系有更好的耗能性能,支撑内力变化不大且在阻尼器起滑后保持为常数,有利于抗震设计;防屈曲支撑最大内力与起滑摩擦力关系密切,起滑摩擦力越大,体系耗能能力越强,支撑越能充分发挥作用.最后提出了这种新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系的设计方法.

设置BRB构件的双柱式桥墩的横桥向减震分析

以某3×30 m公路高架桥为工程背景,采用非线性时程反应分析法,研究了两种不同墩高下BRB的设置方式及核心段材料屈服强度σ(80~235 MPa)对桥梁地震反应的影响规律。结果表明:(1)设置BRB的双柱式墩在横桥向地震作用下减震效果显著,具体减震效果与BRB的屈服耗能及改变上部结构地震力在桥墩体系中的传力路径双重因素有关。(2)对9 m高双柱式墩,BRB的最优布置为单斜杆形式。当BRB的核心段屈服应力σ取值较大时,BRB将不进入屈服,通过其侧向刚度改变结构体系的传力路径。(3)对18 m高双柱式墩,BRB的最优布置为双平行斜杆布置。BRB的减震效果随着σ的增大而增加,在σ取值较大值时,BRB起改变传力路径及滞回耗能的双重作用。(4)在双柱式桥墩中合理设置BRB并取其最优力学参数,可有效改善桥梁下部结构的抗震性能。对本文算例,9 m和18 m高双柱式墩墩底弯矩减震率分别为34%和44%。

利用BRB实现桥梁排架基于保险丝理念的抗震设计

由于防屈曲支撑(Buckling-restrained brace,BRB)利用低屈服点芯材轴向受压、受拉屈服耗能,若置于钢筋混凝土桥梁排架中,通过合理设计使其先于排架屈服并耗能,可减少排架本身的地震损伤,且其破坏后易于更换、起保险丝的作用。为此,初步发展利用BRB实现桥梁排架基于保险丝理念的抗震设计方法,通过拟静力、增量动力分析手段对BRB减小排架地震损伤效果进行验证。结果表明,BRB核心段长度为影响排架屈服顺序关键,BRB先于桥梁排架构件发生屈服并消耗地震能量,因此能提高桥梁排架强度及刚度,延缓排架本身屈服过程,减少变形。

BRB对火力发电主厂房钢筋混凝土框架柱抗震性能的影响

对两个七层火力发电厂房按8度二类抗震等级来设计计算,其中一个为钢筋混凝土框排架结构,另一个为在此基础上布置了屈曲约束支撑(BRB)的结构。对这两个结构分别进行了弹塑性时程分析,主要分析对比了两种结构体系的框架柱轴压比,层间位移角和M2、M3与轴方向滞回曲线。分析结果显示,结构经过合理布置BRB后,结构柱轴压比稍微增大,但仍然满足规范轴压比限值与抗震性能要求,BRB滞回饱满,参与耗能显著,柱参与耗能减小,主体结构安全得到保证。发现柱轴方向发生受拉情况,塑性变形容易发生,这都是构件在受集中力与跨度较大时所影响,尤其在X形BRB布置情况下较为显着,BRB在屈服前后对柱有着明显的差异。建议结构在X形BRB布置下,集中力与跨度较大和空旷时柱轴压比取值宜较保守,改善结构体系布置,适当增加柱截面也同时减小BRB截面,K形BRB布置则在屈服前后较一致,对柱轴压比影响不大。根据分析结果得出框架—BRB结构是适用于8度二类场地的建设而纯框架结构则不符合此抗震性能要求。

BRB在受损单层网壳结构抗震加固中的应用与研究

损伤对单层网壳结构的受力性能极为不利,使得原本抗震性能优异的网壳在强震作用下也会出现失效、倒塌的可能性。BRB(约束屈曲支撑)是目前广泛应用的耗能减震构件,施工安装方便、经济、设计灵活且不影响建筑物美观,不仅成为新建结构抗震设计的较佳选择,也是已建结构抗震加固和改造的重要手段。利用ANSYS有限元软件,对一个跨度60m的单层受损网壳结构进行数值模拟,将BRB应用在受损结构的抗震加固中,提出3种抗震加固方案,对比分析其在静力作用下的结构安全性以及在EL-CENTRO波、天津波、TAFT波罕遇地震作用下的弹塑性响应。结果表明,采用BRB加固后的结构在满足静力安全性的前提下能够很好地改善结构的抗震性能。

静载下BRB与混凝土梁连接节点的有限元分析

目的为了得到合理的节点形式,研究在静载下屈曲约束支撑与混凝土梁的连接节点性能.方法设计屈曲约束支撑与混凝土梁的两种连接节点,分别是栓钉连接式节点和型钢连接式节点,借助大型有限元分析软件ABAQUS对这两种节点在静载下的性能进行分析.结果两种形式节点的破坏原因都是由于节点板挤压部分的混凝土被压碎造成节点刚度变化,承载力急剧下降,节点破坏.两种形式节点的延性基本相同,均满足设计要求,但是型钢连接式的节点承载力约为栓钉连接式节点的1.16倍.结论两种形式节点受力均匀,传力明确,具有良好的性能,能够满足承载力的需要和延性的要求.

设置BRB的桥梁排架墩抗震性能参数分析

汶川大地震中,桥梁双柱式排架墩遭到了严重的破坏,其抗震问题被广泛关注。作者基于结构"保险丝"的损伤控制理念,在双柱式桥梁排架墩中设置屈曲约束支撑(BRB),以提高横桥向的抗震性能。建立了考虑墩柱弹塑性、梁体与挡块碰撞和支座滑动效应的单个排架墩动力分析模型,通过输入远场地震动、具有向前方向性效应和滑冲效应的近断层地震动进行非线性地震反应时程分析,研究了BRB与排架墩水平刚度比、水平屈服位移比、BRB布置形式和排架墩形式等参数对桥梁排架墩抗震性能的影响。结果表明:设置BRB能有效地减小规则和不规则排架墩的地震损伤,BRB与排架墩水平刚度比和水平屈服位移比的合理取值范围分别为0.5～2.0和0.5～1.5。