主余震下自复位支撑RC框架结构性能研究

基于地震动峰值和频谱,提出了一种适用于地震工程领域、流程简单的主余震序列构造方法,构造出7条主余震序列地震动。对一12层的预压碟簧自复位耗能(PS-SCED)支撑RC框架结构在主余震下的抗震性能进行分析,并与防屈曲支撑(BRB)结构进行对比。结果表明:两种支撑都具有稳定的滞回性能,且滞回环饱满;PS-SCED支撑还具备良好的自复位特性,PS-SCED支撑结构最大残余位移角比BRB结构减小74.7%;在主余震序列作用下,PS-SCED支撑结构的顶层残余位移角和结构耗能比仅主震作用下的值增大,最大增幅为35.3%和19.6%。余震会使结构的耗能和损伤增加,PS-SCED支撑能够显著提高RC框架结构的抗震性能。

基于预选屈服机制的钢框架中心支撑结构抗震性能化设计

以1栋9层钢框架中心支撑结构为背景,采用YJK软件建立有限元模型并进行了弹塑性分析,对塑性铰分布、可能出现的塑性耗能区和拟设定的塑性耗能区进行对比研究。结果表明:塑性铰的开展机制和预设吻合较好。设计时构件的实际性能系数满足最小性能系数,能够满足塑性耗能区应具有的延性。钢框架中心支撑结构体系整体在高烈度区滞回曲线不饱满,底层支撑破坏后,刚度退化较大,导致底层柱的损伤累计效应较大,破坏较严重。

摩擦耗能支撑加固震损框架抗震性能试验研究

进行3榀采用摩擦耗能支撑修复震损框架试件和2榀对比框架试件在水平往复荷载作用下的抗震性能试验,重点研究采用一种新型摩擦耗能支撑修复震损框架的效果和摩擦耗能器预紧力对加固试件抗震性能的影响。根据试验结果对试件的破坏特征、强度、刚度和耗能性能等抗震性能指标进行分析。试验结果表明,新型摩擦耗能器在往复荷载作用下滞回曲线接近理想矩形,摩擦耗能支撑工作性能稳定;耗能支撑加固后的震损框架水平承载力和抗侧刚度显著提高;随着摩擦耗能器预紧力增大,加固效果明显提升;耗能支撑加固震损框架的耗能能力可以恢复甚至大幅度提高,且耗能支撑是加固框架的主体耗能部位。研究成果可为震损框架的加固改造提供参考。

新型自恢复耗能支撑框架结构抗震性能分析

提出了一种新型支撑构件——预压弹簧自恢复耗能支撑(PS-SCEDB),对其构造形式及自恢复原理进行了介绍,并对采用预压弹簧自恢复耗能支撑和普通防屈曲支撑(BRB)的20层Benchmark钢框架结构的抗震性能进行了对比分析.结果表明,在具有不同PGA的3种地震波作用下,与BRB框架结构相比,PS-SCEDB框架结构层间位移角峰值、有效值及基底剪力均减小.此外,PS-SCEDB框架结构残余变形相比原钢框架结构减小了80%,相比BRB框架结构减小了50%,且PS-SCEDB具备良好的耗能能力和自恢复性能.

设置自复位支撑的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

提出了一种能准确描述预压弹簧自复位耗能(PS-SCED)支撑滞回性能的力学模型,引入状态变量区分支撑不同工作阶段从而确定其力学响应。基于ABAQUS平台对该力学模型进行二次开发,将开发的PS-SCED支撑单元模拟结果与支撑力学性能试验结果进行对比,并对设置PS-SCED支撑的3层钢筋混凝土框架结构进行抗震性能分析。结果表明:该支撑单元模拟得到的滞回曲线与试验结果吻合较好,可准确描述支撑在动力荷载作用下的力学性能;强震作用下,PS-SCED支撑能够充分耗散地震能量,有效控制结构的塑性变形;此外,PS-SCED支撑框架结构相比于原框架结构残余变形减小了72.1%~92.1%。PS-SCED支撑具备良好的耗能能力和自复位特性,能够显著提高钢筋混凝土框架结构的抗震性能。

铰接钢框架-自复位耗能支撑子结构抗震性能试验研究

为了研究安装自复位耗能装置的铰接钢框架支撑结构的抗震性能,设计制作了一榀1∶2缩尺的两层单跨平面铰接钢框架-自复位耗能支撑子结构.通过低周反复加载试验,对其屈服荷载、延性、耗能及复位性能等抗震性能进行了研究.结果表明,随着加载幅值的增大,子结构耗能和变形回复率均逐渐增大.该子结构的自复位耗能装置可充分发挥其耗能和自复位作用,其余各构件均处于弹性状态,加载结束后结构未发生破坏,间隙是引起加载初始阶段刚度偏小的主要原因.该子结构的效能比约为0.53,变形回复率在90%以上,具有较好的耗能能力、自复位性能、延性和抗侧移能力.

双重耗能机制框架剪力墙结构地震响应分析

当前摇摆墙体系研究广泛,但由于放松了墙底约束,抗侧刚度减小,使得结构整体变形过大。在框架剪力墙双重结构体系中,利用剪力墙和框架在地震作用下不同的变形模式,在两者之间连接屈曲约束支撑(BRB)可有效降低框架结构的水平加速度响应;进一步在剪力墙底设置参数可控的金属阻尼器(MD),防止剪力墙底部破坏的同时,整体结构在BRB与MD共同作用下,整体结构地震响应也得到有效改善。以某六层混凝土框架剪力墙为例,利用ABAQUS有限元软件并结合UMAT二次开发接口的PQ-Fiber用户子程序,建立了框架剪力墙非线性有限元模型,变化BRB和MD初始刚度和屈服强度,进行弹塑性动力时程分析。结果表明:在BRB和墙底MD的双重耗能作用下,当BRB和MD屈服强度取值一个合适的属性范围,双重耗能框架剪力墙结构的地震响应得到了明显改善。

含转动摩擦型干式梁-柱节点的新型装配式混凝土框架结构抗震性能研究

该研究提出了一种转动摩擦型干式装配梁-柱节点(rotational friction dissipative joint,RFDJ),具有刚度、屈服弯矩易调控和变形、耗能能力强的特点。为了研究RFDJ对于装配式框架结构抗震性能的影响并验证其可行性,该研究以含RFDJ和灌浆套筒柱脚节点的新型装配式框架结构体系(novel precast concrete frame,NPCF)作为研究对象,基于2个不同楼层数量的传统现浇框架结构(reinforced concrete frame,RCF)分析案例,综合考虑总起滑弯矩比(ρ)和3种起滑弯矩(M_(s))分布模式影响,设计了120个NPCF结构分析案例,开展了多遇和罕遇地震作用下的结构非线性时程分析,结果表明:RFDJ具备用于装配式框架结构的可行性,可实现等同或优于RCF的抗震性能;ρ和M_(s)分布模式是决定NPCF抗震性能的关键设计参数;结构响应随ρ的增加而降低;M_(s)分布模式对结构的地震响应控制机制具有显著影响,均匀累积分布模式可以最小的ρ值实现最好的层间位移角控制效果,且有利于节点深化设计和施工。该研究成果可为含干式梁-柱节点的装配式框架结构的研发和设计方法的研究提供参考。

钢筋混凝土摩擦耗能支撑加固既有框架结构的研究

为了研究用钢筋混凝土摩擦耗能支撑对既有框架结构加固后的抗震性能,利用ETABS软件模拟既有框架结构加固前和加固后的模型。对比了两个模型的层间位移角、剪重比以及内力变化。通过研究表明:增设耗能支撑的加固措施,不仅能有效地改善既有框架结构的抗侧刚度,而且在罕遇地震作用下还能提供很好的耗能减震性能,从而使既有框架结构加固后具有足够的抗震安全储备实现其抗震设防目标。

装配式梁柱转动摩擦耗能节点抗震性能试验研究

为了减轻传统钢框架的梁柱节点在强震作用下的损伤与破坏,提出了一种装配式梁柱转动摩擦耗能节点,阐述了该节点的构造形式与工作机理,对其进行了低周反复加载试验,系统研究了该节点的抗震性能,建立了其恢复力模型,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明,装配式梁柱转动摩擦耗能节点利用连接钢板与黄铜板之间的转动摩擦耗能,其滞回曲线近似为饱满的平行四边形,具有良好的耗能性能;耗能节点在循环加载下强度退化较小,力学性能很稳定;节点通过梁端的转动摩擦耗能有效控制梁柱节点的损伤,试验后梁柱节点保持为弹性,能量耗散集中在转动摩擦铰处;耗能节点的变形模式在设定的加载过程中可分为两个阶段:第一阶段为节点的弹性变形阶段;第二阶段为节点的刚体转动变形阶段。基于恢复力模型的计算结果与试验结果吻合较好,表明提出的恢复力模型能够较好地反映转动摩擦耗能节点在循环往复荷载作用下的滞回性能。

分级屈服型防屈曲支撑框架结构抗震性能

为了解决普通防屈曲支撑(buckling-restrained brace,BRB)在多遇地震下不耗能的问题,提出了一种分级屈服型防屈曲支撑(double-stage yielding buckling-restrained brace,DYBRB)。首先介绍了DYBRB的构造与原理,并对其进行了理论分析;然后采用ABAQUS有限元软件对DYBRB进行了性能分析;最后建立了分级屈服型防屈曲支撑框架(double-stage yielding buck-ling-restrained braced frame,DYBRBF)结构与普通防屈曲支撑框架(buckling-restrained braced frame,BRBF)结构的有限元模型,对二者在多遇及罕遇地震下的抗震性能进行了对比分析。结果表明:本文推导的理论公式精确度较高,可用于DYBRB的初步设计;DYBRB滞回曲线饱满,分级屈服特征明显,其延性与等效黏滞阻尼比较大,耗能能力优良;在多遇及罕遇地震作用下,DYBRBF结构最大层间位移角相较于BRBF结构均减小,DYBRB的滞回曲线较BRB更饱满,耗能能力更优。

山东省科技馆新馆结构设计与分析

山东省科技馆新馆为特大型科技展馆,属于特别不规则的超限高层建筑。通过方案比选,采用了"钢筋混凝土框架-屈曲约束支撑(BRB)"结构体系。通过设置BRB,既满足控制扭转需要,又使结构成为消能减震建筑,提高结构抗震性能。除基础、地下室和上部结构设计外,重点分析了BRB设置的原则、位置以及型号,并对其进行了优化设计。通过详细的抗震性能分析和构造设计,确保结构达到预定的抗震性能目标;并针对夹层的影响、BRB实际减震效果,做了专题研究论证。

新型卷边PEC柱-钢梁摩擦耗能T形件连接组合框架抗震性能数值模拟

针对1榀两层单跨新型卷边PEC柱-钢梁摩擦耗能T形件连接组合框架子结构试验试件,采用有限元商业软件ABAQUS对其在拟静力荷载下的抗震性能进行数值模拟。基于模拟结果,分析试件结构滞回特征、水平抗侧刚度、节点连接力学性能、耗能机理、层间传力模式和破坏机构等抗震性能。结果显示:试件具有较高的承载能力和较大的水平抗侧刚度,且上下层初水平抗侧刚度差异随着加载的进行而逐渐趋向一致;试件主要通过摩擦、PEC柱脚混凝土压溃与钢构架屈服和T形件端部截面屈服耗能,且各层耗能较为均匀,试件结构较好实现了"小震利用摩擦耗能、中大震通过结构主体构件屈服耗能"的性态设计目标;试件层间水平剪力由PEC柱平均承担,且侧移表现为剪切型变形模式;试件结构破坏机构为摩擦耗能T形件端部梁截面和PEC柱脚处形成塑性铰的塑性破坏机构,试件结构具有良好的抗震延性。

密缀板耗能格构柱加固既有框架结构的实例分析及理论研究

新型户外加固方式是一种经济实用的加固措施,其相较于传统加固方式最大的优势是不入户,少扰民,既有建筑的使用功能几乎不受干扰,因此该种加固形式具有广阔的应用前景和巨大的发展空间。基于新型户外加固的思想,提出了一种密缀板耗能格构柱,结合实际工程将其应用在既有框架结构的抗震加固中。首先对一个五层的既有框架结构进行了多遇地震作用下的初步试算,计算结果不能满足现行抗震规范的相关要求。由于该建筑物是一栋医院门诊楼不便于停止营业,因此决定在室外采用密缀板耗能格构柱对其进行抗震加固。采用密缀板耗能格构柱加固后的结构,其多遇地震下的计算结果可以满足现行抗震规范的相关要求。为进一步验证加固效果,对加固后的整体结构进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析。结果表明:密缀板耗能格构柱能够改善既有框架的变形形态和受力状态,使得既有框架结构的损伤分布更加均匀;既有框架结构的残余变形显著降低。密缀板耗能格构柱的缀板在地震作用下屈服耗能,起到了保护既有框架结构的作用。受上述罕遇地震计算结果的启发,采用简化的两自由度连体结构模型,进行了理论分析,结果表明,在两子结构之间附加消能减震装置,能显著减小主结构的地震反应,这充分佐证了本文方法的合理性。