斜隅支撑框架体系的弹塑性受力分析

斜隅支撑框架体系(KBF)是一种新型耗能支撑框架钢结构体系,它具有延性好、抗侧移刚度大、震后容易修复的特点。结构主要构件在隅撑的保护下即使受到罕遇地震荷载作用也不易受到损伤。为此采用有限元方法(FEM)对此类结构进行了系统的弹塑性受力分析,全面总结了其抗侧移受力性能与各结构参数间的关系,并总结得出适合设计实用的一般规律。

隅撑支撑钢框架结构抗震性能分析

采用pushover方法对单角隅撑支撑钢框架在三种罕遇地震烈度下的抗震性能进行分析,得出该结构在不同罕遇地震作用下的破坏模式及抗震性能点,并对其抗震性能进行评定;该结构在地震作用下塑性铰依次出现在隅撑、斜支撑及框架梁上,从而可以消耗大量的地震能量,同时避免了框架柱遭受破坏,符合"强柱弱梁"的设计要求。

铰接隅撑钢框架抗震性能研究

传统抗弯钢框架的梁柱节点通常设计为刚性连接,这种刚性节点具有很大的抗弯刚度,然而节点延性不足,罕遇地震作用导致节点脆性断裂。研究学者提出了多种解决该问题的思路,例如半刚性连接节点、节点加强或削弱方法使塑性铰外移等。本文提出了一种简化的梁柱节点连接方式-铰接连接,改变梁柱节点的传力方式,在节点处设置隅撑提供框架的抗侧刚度,控制结构的失效模式。本文设计了三组抗弯钢框架和铰接隅撑钢框架,分别为3层、5层和8层结构,通过Pushover分析和非线性动力时程分析,对比二者之间的承载力、刚度、延性和层间侧移等抗震性能。研究结果表明:铰接隅撑钢框架具有和传统抗弯钢框架相似的抗侧刚度,且承载能力略高。罕遇地震作用下,铰接隅撑钢框架的层间侧移较小。传统抗弯钢框架失效模式为梁端出现塑性铰,而铰接隅撑钢框架的塑性区域转移至隅撑与梁连接部位。

隅撑支撑钢框架的试验研究和弹塑性受力分析

通过1∶2隅撑支撑钢框架模型的单调加载试验,研究了隅撑支撑钢框架的抗侧力性能和破坏机理。试验结果表明,在水平荷载作用下隅撑最先发生屈服,并具有很好的变形能力,结构具有很好的滞回耗能性能和延性。对隅撑支撑钢框架进行了弹塑性受力分析,并给出了其恢复力模型,从而为简化隅撑支撑钢框架的非线性分析提出了一种新的方法。

钢结构斜隅支撑体系弹塑性计算方法研究

钢结构斜隅支撑体系是一种新型结构体系。与一般的纯框架和中心支撑框架体系不同,该体系综合了延性好、抗侧移刚度大的特点。在遭遇罕遇地震荷载作用下,结构通过隅撑的弯曲屈服耗能,保证其他主要构件不受损伤,使得震后修复较为容易且费用较低。但此类结构复杂的非线性分析在一定程度上阻碍了其推广与应用。本文经过力学分析推导,结合有限元方法和塑性铰理论提出了一种简化计算分析模型。采用该模型,整个求解过程仅涉及少量的线性计算,不涉及迭代,可以有效地简化斜隅支撑结构在侧向荷载作用下的弹塑性受力分析。算例表明,该计算方法建模合理,运算速度快。同时,计算结果稳定、可靠,与有限元分析程序得出的结果具有较好的一致性。

隅撑支撑钢框架结构拟静力试验分析

对隅撑支撑钢框架结构模型进行拟静力试验[1],通过对试验结果分析进而对隅撑支撑钢框架结构体系的抗震性能进行研究[2],运用Ansys软件以及PKPM软件的辅助来确定本次试验的加载方案,Pul-200型液压伺服作动器以及DH3820应变测试分析系统进行加载和数据的采集,通过数据来绘制滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线等衡量耗能能力的图形,最后加以总结分析。

钢框架结构隅撑位置及尺寸优化设计

研究了隅撑位置和截面尺寸对钢框架结构耗能能力影响。以隅撑与梁柱连接位置和截面尺寸为设计变量,以隅撑塑性应变能为目标函数,建立隅撑优化设计的数学模型,采用分步优化方法分别对尺寸和位置进行优化设计,并对优化前后的荷载位移曲线和滞回曲线进行了对比分析。选取典型算例进行地震时程响应分析,优化后结构的基底剪力、响应位移、加速度和相对层间位移均有一定程度减少,提高了结构抗震性能。表明本文对钢框架隅撑的优化设计方法可行。

钢框架斜隅支撑体系抗震性能研究现状及展望

简述了钢框架斜隅支撑体系的特点,分析了节点连接方式与隅撑布置方式对斜隅支撑钢框架抗震性能的影响,并提出了钢框架斜隅支撑体系抗震性能的研究方向,以供参考。

新型抗震体系隅撑支撑框架结构研究

新型抗震隅撑支撑框架(knee-braced frame,KBF)是在梁柱连接的附近设一起耗能作用的隅撑,主支撑连接在此隅撑上构成的抗震结构体系。与偏心支撑体系EBF抗震结构体系对比,具有大震时框架结构不易损坏、维修方便的优点。采用有限元考察了不同的隅撑形式、不同高宽比下KBF结构的性能。在分析总结的基础上,系统地提出了KBF框架的抗震设计要求和有关的计算公式。

斜隅支撑体系的弹塑性性能分析

提出了一种新型耗能支撑框架钢结构体系——斜隅支撑框架体系,指出该体系具有延性好、抗侧移刚度大、震后容易修复的特点,分析了隅撑与梁柱的连接方式以及隅撑的布置方式对钢框架受力性能的影响。

隅撑支撑半刚接钢框架的Pushover分析

将隅撑支撑与半刚接钢框架结合形成的新型支撑钢框架称为隅撑支撑半刚接钢框架。为了研究其在地震作用下的破坏过程,采用有限元软件SAP2000进行了Pushover分析。研究结果表明,罕遇地震作用下,框架中的隅撑和斜支撑率先屈服,耗散大部分地震能量,从而保护了结构的主体构件框架梁和框架柱;梁柱节点的初始转动刚度对结构的抗震性能有很大影响,随着初始转动刚度的降低,结构的极限承载力也在降低,并且过低的初始转动刚度会改变结构塑性铰的发展顺序和结果,因此选择合适的初始转动刚度是隅撑支撑半刚接钢框架抗震设计的关键。

角隅撑加固多层钢结构厂房的设计与分析

角隅撑可有效提高结构的整体刚度和承载能力,其应用于钢框架结构的加固与修复的研究成果可为同类工程提供参考和借鉴。文章采用PKPM分析设计软件,对某钢框架结构机械厂房进行了角隅撑加固设计,并用ABAQUS有限元件进行了局部节点域的分析。结果表明:加固后结构的整体刚度和承载能力都得到提高,梁柱铰接和刚接时的框架节点区域中的应力分别减小了12.2%和13.4%,位移分别减小了6.89%和13%;梁柱铰接节点和刚接节点的屈服过程基本相同,承载能力相差不大,最大应力出现在角隅撑外侧主梁翼缘处,破坏模式均表现为梁先出现屈服。

某钢框架厂房抗震加固设计中的问题探讨

结合工程实例,论述了原有建筑抗震构造措施不满足现行规范时,采用增加隅撑、增加横梁等方法进行结构加固设计的可行性[5],并提出了改建建筑抗震设防标准提高时,结构加固计算和设计建议,供类似加固设计工程参考。

连续隅撑钢框架结构的快速设计

带有连续隅撑的钢框架结构在工程中广泛用于煤矿中单层操作平台。从手算及机算两方面介绍了带有连续隅撑的钢框架结构的快速设计的方法。

腋撑式半刚性钢框架抗侧性能试验与设计方法研究

对1个梁柱半刚性连接的钢框架试件和4个梁柱腋撑式连接的半刚性钢框架试件进行侧向循环加载试验,基于各试件的荷载-位移曲线对其侧向刚度、承载力、延性和耗能能力等抗侧性能指标进行研究,总结了5个试件的典型破坏模式,分析了增设的腋撑、腋撑截面大小和梁柱连接的转动刚度等因素对钢框架抗侧性能影响。考虑腋撑与梁柱半刚性连接的协同作用,建立腋撑式钢框架的三种屈服机制,提出该类框架在不同屈服机制下的抗侧刚度理论计算与设计方法。采用ABAQUS有限元软件对试验进行模拟分析,试验结果验证了有限元模型的适用性。采用校核后的有限元模型建立了15个考虑不同参数的腋撑式框架模型,验证了所提出理论计算方法的适用性。研究结果表明:装配式腋撑能有效提高半刚性钢框架的初始抗侧刚度、承载力和耗能能力,延性和变形能力略有下降,与腋撑螺栓连接的梁下翼缘最外侧螺孔为该类型框架的薄弱部位。

基于可持续性的冷弯型钢组合异形钢管混凝土柱框架-隅撑支撑结构

冷弯钢管混凝土异形柱具有承载能力高、耗材少及得房率高的优势,结合隅撑支撑框架体系及双侧板节点将其应用于高层结构中具有巨大的减量化潜力;面对随机性的地震动,科学设置双重可控防线是积极的应对策略,建立的串并联能量模型厘清了双重抗震结构体系与双重抗震防线的概念区别,为构建双重抗震防线提供了依据.

全局布索预应力刚架体系研究

在现有门式刚架和预应力技术研究的基础上,提出全局布索预应力刚架体系,该结构相比索支承刚架增设了预应力隅撑系统。采用数值分析方法研究了全局布索预应力刚架体系在各种工况作用下的工作机理,并与门式刚架、索支承刚架的受力性能进行了对比研究。研究表明,索支部分对刚架在竖向荷载下的受力、变形性能影响较大,隅撑部分能有效改善刚架在风荷载作用下的受力和变形性能,并在一定程度上提高结构抗侧能力,因此全局布索预应力刚架体系适用于风荷载占较大比例的情况。

全局布索预应力钢框架预应力参数的试验研究

基于全局布索预应力钢框架的结构形式,设计两榀缩尺模型进行设计荷载条件下的静力试验,以分析不同拉索截面面积、预拉力对钢框架的影响。通过试验可知,随着索支索预拉力的增加,增大了索支撑杆对钢框架的顶推力,随着隅撑索预拉力的增加,增大了隅撑撑杆对钢框架的拖曳力。不同索截面面积的拉索初始预拉力在相同预应力的情况下对钢框架各截面产生的弯矩和扰度与其各自的索截面面积有关,且按其变化倍数增加。随着两索索截面面积的增加,在竖向荷载下使钢框架各截面弯矩扰度的增长率不断下降,且存在增长率下降幅度的峰值,其对应的索截面面积可认为是最经济的索截面面积,水平荷载下,索截面面积变化对钢框架各截面弯矩变形的增长率影响较小。

配置可更换弧形角撑的钢框架结构振动台试验研究

为实现钢框架结构的震后快速修复,提出了一种配置可更换弧形角撑和高强钢构件的抗弯钢框架结构。在目标水准地震作用下,结构塑性变形集中在弧形角撑上,高强钢构件基本保持弹性以降低震后残余变形,震后可通过更换弧形角撑快速修复结构。为研究所提出结构体系的抗震性能以及更换弧形角撑的可操作性,设计了1个带混凝土楼板的1/2缩尺模型进行振动台试验。试验结果表明:该模型实现了预定的损伤控制机制,能够满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的最大层间位移角限值要求;由于该模型在超罕遇水准的地震作用下可以保持较大的屈服后刚度,因此其残余层间位移角很小(不超过0.028%),震后弧形角撑易更换;更换弧形角撑后,模型得到了一定程度的修复,但混凝土楼板开裂使得模型刚度未能完全恢复;在重复强震作用下,模型的最大层间位移角未发生显著变化,弧形角撑耗能稳定,但部分弧形角撑的最大变形有所增大,损伤在模型各局部呈现出不均匀发展的趋势。