柱脚可抬起的连柱钢支撑结构抗震性能研究

为研究连柱钢支撑结构的抗震性能,提出了中柱采用可抬起柱脚的连柱钢支撑结构体系,并给出了可抬起柱脚的典型构造。设计了2个中柱柱脚采用不同形式和2组高跨比不同的连柱钢支撑结构体系。采用ABAQUS有限元分析软件对试件进行循环加载,对比分析了结构的滞回曲线、破坏机理、以及塑性耗能分布等方面的特征。利用等能量原理将试件的正向骨架曲线简化为三折线模型,研究高跨比变化对耗能段可替换层间位移角范围的影响。研究结果表明:柱脚可抬起的连柱钢支撑结构体系与普通刚接连柱钢支撑结构体系相比,其破坏模式更为理想、耗能机制更加合理、延性以及耗能能力更好。结构跨度增大,耗能段替换层间位移角范围的上限随之增大;层高增大,耗能段可替换层间位移角范围的上限和下限都随之减小。

摩擦型耗能柱脚连柱钢支撑框架抗震性能有限元分析

连柱钢支撑框架结构是一种新型的功能可恢复结构,为了增大耗能连梁的剪切变形程度,提高耗能能力,将支撑柱脚设计为可抬起柱脚,并在柱脚处设置摩擦耗能阻尼器。采用ABAQUS软件建立了摩擦型耗能柱脚连柱钢支撑结构有限元分析模型,对试件结构进行了低周往复加载,通过改变支撑尺寸及耗能连梁高度来改变支撑和耗能连梁的刚度比,分析其破坏模式和滞回性能。结果表明:柱脚设置摩擦阻尼器的连柱钢支撑框架结构具有良好的屈服时序,耗能连梁塑性发展充分,结构具有较强的耗能能力。支撑截面大小对结构耗能能力影响较小,但支撑截面不宜过大,否则会导致柱脚先于支撑屈服,支撑截面亦不宜过小,否则会导致支撑过早发生弹塑性屈曲。耗能连梁为结构主要耗能构件,随着耗能连梁高度的增加,结构刚度和承载力增大,耗能能力显著提高,因此耗能连梁刚度不宜过小。建议支撑与耗能连梁的刚度比不小于160,在此范围内,可保证耗能连梁充分耗能破坏前,支撑不发生弹塑性屈曲。

可抬起柱脚连柱支撑钢框架塑性极限承载力分析

可抬起柱脚连柱支撑钢框架是一种新型可更换构件的结构体系,提出了一种可抬起柱脚的构造形式,分析了水平地震作用下该结构体系的变形特征。建立了连柱钢支撑框架极限状态下的典型屈服机制,基于虚功原理和小变形假定,推导出多高层连柱钢支撑框架的水平极限承载力计算公式。采用有限元软件ABAQUS建立了3层算例模型,其中可抬起柱脚采用非线性弹簧单元Spring2模拟,对其进行推覆分析,并与极限承载力计算的结果进行比较。研究表明:水平荷载作用下,连柱的柱脚向上抬起,耗能连梁两端相对运动明显,塑性损伤充分发展;有限元计算结果验证了极限承载力计算公式的合理性,此公式可为工程设计提供参考依据。

带碟簧柱脚的连柱支撑钢框架结构抗震性能研究

为了提高连柱支撑钢结构的耗能能力,增加耗能连梁进入塑性程度,提出在支撑柱脚设置碟簧的构造措施。采用有限元软件ABAQUS建立带碟簧柱脚连柱支撑钢框架结构模型,对模型进行低周往复加载,分析其破坏机理,并考虑了耗能连梁非弹性转角和耗能连梁长度等设计参数对其滞回性能的影响。分析结果表明:柱脚设置碟簧的连柱支撑钢结构破坏模式理想,耗能连梁率先进入塑性,塑性变形充分,耗能能力好。柱脚抬起越大,耗能连梁塑性发展程度越大,建议耗能连梁非弹性转角取0. 06~0. 08 rad;耗能连梁应设计成剪切屈服型,耗能连梁长度越短,结构耗能性能越好、抗侧刚度越大,建议耗能连梁长度e取值范围为(0. 95~1. 54) Mp/Vp,其中Mp和Vp分别为耗能连梁的塑性抗弯承载力和抗剪承载力。

高宽比对连柱钢支撑框架结构抗震性能的影响

为了研究高宽比对连柱钢支撑框架结构抗震性能的影响,采用有限元软件SAP2000建立10层3跨框架,基于底部剪力法估算侧向力大小,研究了不同地震设防烈度下结构高宽比对柱脚抬起的影响,结果表明高宽比大于1.93时,罕遇地震下水平倾覆力矩增加,柱脚会向上运动。分析了抬起柱脚对损伤分布的影响,提出了柱脚抬起高度确定方法,依据此方法,采用有限元软件ABAQUS分别建立3层3跨、6层3跨和9层3跨有限元模型,进行低周往复加载,分析了高宽比对结构滞回性能影响,结果表明,结构高宽比越大,承载力和抗侧刚度越小,变形越大。算例正向骨架曲线均呈现三阶段特性,建议层间位移角范围在0.0025~0.0128 rad对耗能连梁进行替换。