日本建筑结构隔震减震研究新进展

本文介绍了日本在建筑结构隔震、减震研究方成取得的几项新进展,其中基础隔震板片结构体系是一种新型隔震结构体系,纳米结晶锌铝合金振动控制阻尼器是一种取得专利的新型减震阻尼器,无粘结钢支撑体系是一种比较新颖的减震支撑体系,跷摆振动控制设计是一个新颖的减震设计概念。

人字形无黏结内藏钢板支撑剪力墙拟静力试验研究

通过对6个人字形无黏结内藏钢板支撑剪力墙试件的拟静力试验研究,对无黏结材料及支撑与墙板的间隙、墙板内钢筋配置、墙板端部加强构造以及钢板支撑周围有效宽度范围内采用普通混凝土,其余部分采用轻骨料混凝土的有效宽度墙板等因素对试件滞回性能的影响进行考察。试验结果表明,无黏结材料的均匀包裹、支撑与墙板间留有较小的间隙以及沿支撑轴向加密纵横向钢筋和拉结筋等构造措施,可以显著提高墙板局部抗弯和抗冲切承载力,改善试件的延性和耗能能力。支撑受压失稳时呈多波微幅弯曲变形状态,随压力增大,失稳半波数增多,支撑对墙板的局部冲切作用随之增大,使墙板局部弯曲或冲切破坏。直至破坏前,试件滞回曲线饱满稳定,骨架曲线基本呈现两折线的形式。试验还表明,当其他构造相同时,采用有效宽度墙板的试件和整个墙板均由普通混凝土制成的试件的滞回性能几乎相同,但前者自重轻,有利于墙板的安装和结构抗震。

无黏结内藏钢板支撑剪力墙滞回性能的数值模拟

结合无黏结内藏钢板支撑剪力墙的拟静力试验研究,应用ABAQUS程序对其工作机理和滞回性能进行数值模拟分析,并考察支撑与墙板孔壁间的间隙和摩擦力对其受力性能的影响。试验和有限元分析结果均表明,间隙小而均匀且钢筋布置较合理的试件具有很好的延性,支撑墙板滞回曲线饱满稳定。随支撑轴向压力的增大,内藏钢板支撑的微幅弯曲失稳波数也随之渐增。随间隙的增加支撑对墙板的冲剪作用增大。摩擦力使支撑压力沿其轴向分布不均匀,在支撑轴力大的位置其弯曲失稳半波长较短。随摩擦力增大支撑屈服后的切线刚度增大,且在一定间隙范围内,摩擦力使间隙较大的试件的受压屈服后刚度大于小间隙的试件。分析还表明,当支撑与墙板间的间隙尺寸满足本文的建议公式时,可大幅减小支撑对墙板的局部冲剪作用,进一步提高支撑墙板的延性。

防屈曲支撑、普通和特殊中心支撑钢框架结构抗震性能分析

基于考虑人字形防屈曲支撑屈服后超强和几乎不再对被撑梁提供竖向支点作用这两个因素,本文提出了采用该种支撑的钢框架结构的设计方法,并分别对采用普通及特殊中心支撑和防屈曲支撑的框架结构的抗震性能进行了对比分析。结果表明,虽然防屈曲和特殊中心支撑框架结构的层间侧移总体上大于普通中心支撑框架结构,但前者的基底剪力却大大低于后者。罕遇地震下,三种结构中的柱子基本保持弹性,普通和特殊中心支撑出现了大幅的平面外失稳,而防屈曲支撑在拉压作用下均进入屈服耗能。三种结构中被撑梁的最大挠度在支撑屈服或失稳前后分别出现在撑点两侧和撑点位置。屈服后的防屈曲支撑几乎不产生对被撑梁竖直向下的不平衡剪力,而失稳后的普通和特殊中心支撑则对被撑梁产生较大的不平衡剪力。

金属耗能器的类型、性能及工程应用

金属耗能器是利用金属不同形式的弹塑性滞回变形来消耗能量。近年来,国内外研究开发了许多不同类型的金属耗能器,其中一些类型的金属滞回耗能器已在新建建筑和抗震加固工程中得到应用。本文介绍了几种应用较为广泛的新型金属耗能器的原理、构造、性能以及在实际工程的应用,并提出了今后需进一步研究解决的问题。

无粘结内藏钢板支撑剪力墙滞回性能分析

结合单斜无粘结内藏钢板支撑剪力墙的试验研究,对其滞回性能进行了有限元分析.考察了钢板支撑不同初始缺陷和墙板端部有无加强构造等因素对支撑墙板受力性能的影响.试验和分析结果均表明,墙板端部有角钢加强的试件,钢板支撑受压屈服后,在水平侧移角达1/50时墙板没有破坏,支撑墙板滞回曲线饱满稳定;端部没有加强的试件,在支撑受压屈服后,墙板端部局部开裂严重.分析还表明,内藏的钢板支撑在受压后只发生多波微幅弯曲失稳.随着沿墙板厚度方向墙板孔壁与支撑间间隙的增大,支撑的失稳波幅也增大,从而降低支撑墙板的初始刚度和受压承载力,增大支撑对墙板的局部冲剪力和墙板平面外的弯曲变形.当墙板的侧向约束足够时,墙板支撑受压和受拉时的性能较一致且无承载力和刚度退化,可以在结构分析中应用杆元对其进行模拟.

单斜无黏结内藏钢板支撑剪力墙滞回性能的试验研究

通过6个单斜无黏结内藏钢板支撑剪力墙试件的拟静力试验,研究无黏结材料及支撑与墙板间的间隙、墙板内的加强构造措施与钢筋布置、墙板的厚度和混凝土强度等因素对试件滞回性能的影响。试验表明,在破坏前,所有试件均无强度和刚度退化现象,其骨架曲线呈双折线形式,试件破坏时的侧移角分别达1/87～1/29。当墙板与钢板间的间隙较小且均匀、墙板内钢筋布置合理时,试件的耗能能力和延性较好;墙板在局部间隙较大的部位易较早被支撑冲切或弯曲破坏。试验后钢板支撑均保留残余的多波弯曲变形,说明支撑并非不失稳,而是以多波失稳的形式来提高其稳定的承载力,直至达到屈服承载力为止。

钢框架-无黏结内藏钢板支撑剪力墙双重体系抗震性能分析

通过对钢框架-无黏结内藏钢板支撑剪力墙(支撑墙板)双重抗侧力体系抗震设计的探讨和抗震性能分析,考察钢框架部分抗侧承载力的调整对结构抗震性能的影响。时程分析表明:总体上,随框架的调整加强,结构层间侧移及构件的塑性发展程度减小,人字形支撑承受的楼层重力减小,有益于支撑墙板的受力,拉、压支撑的滞回曲线关于原点较对称,但结构用钢量和楼层剪力增大。推覆分析表明:结构最大层间侧移角达1/50时,调整加强的框架塑性发展减幅不明显。综合分析结果,建议双重体系设计中框架的调整加强,宜按照删除支撑后的框架能独立承担结构底部总剪力的25%来进行。

无粘结钢支撑非线性有限元分析

讨论了应用ANSYS进行无粘结支撑实体模型的非线性分析,给出了建模方法及应注意的问题,对无粘结支撑进行了参数分析,得出了相应的建议。通过荷载位移曲线,可以看出无粘结钢支撑(UBB)稳定的耗能性能和受压承载力。最后,用ETABS进行杆系模型算例计算分析,得到增加UBB后能提高结构抗震性能的结论。

日本建筑结构耗能减震研究和应用的若干新进展

介绍了日本在建筑结构耗能减震研究和应用方面取得的若干新进展,其中纳米结晶锌铝合金振动控制阻尼器是一种取得专利的新型减震阻尼器,具有"常温高速超塑性"特性;无粘结钢支撑体系是一种机敏的滞回屈服耗能减震支撑体系,可防止支撑在压力作用下屈曲,具有稳定的拉压滞回性能;跷动减震是一种新颖的耗能减震方法,它允许结构上下跷动疏散地震力,减轻建筑损坏。

低屈服点钢在结构耗能减震中的应用

低屈服点钢的力学特点是屈服强度低,强度稳定,变形能力强,因此低屈服点钢的应用成为结构变形耗能的一个重要途径。对低屈服点钢在结构耗能减震中的应用现状进行介绍,提出低屈服点钢在弹性耗能结构中的应用方式,分析该弹性耗能铰的施工技术和耗能机理,为低屈服点钢的应用推广提供借鉴。

钢筋混凝土墙板内置无粘结钢支撑抗冲切研究

为了改善钢筋混凝土墙板内置单斜形无粘结钢板支撑中墙板的抗冲切性能,用开孔槽钢来抗冲切,并将钢板支撑端部的加劲肋立放设置.采用拟静力试验研究了构造对试件滞回性能的影响,基于试验结果探讨了墙板的抗冲切设计方法.试验表明:与支撑周围采用加密拉结筋的抗冲切构造相比,采用开孔槽钢可避免墙板局部冲切破坏,墙板局部冲切开裂程度大幅降低;与支撑端部加劲肋平放设置相比,加劲肋立放时可减小加劲肋端墙板与支撑间空隙的宽度,从而减小端部钢板支撑对墙板的冲切作用力;试件最终发生了墙板局部冲切破坏或支撑受拉断裂,破坏前试件滞回曲线饱满稳定;依据墙板可能的冲切破坏模式,给出了抗冲切验算方法.

防屈曲支撑钢框架结构中被撑柱抗震设计探讨

通过3个算例,对采用人字形和V字形的无粘结内藏钢板支撑剪力墙(即人字形和V字形防屈曲支撑)的防屈曲支撑钢框架结构的抗震性能进行分析。重点考察大震下,支撑的轴力分布和对被撑柱所受轴力的影响。分析表明,采用结构在一阶振型下的支撑轴力分布来设计被撑柱的做法,适用于多层的防屈曲支撑钢框架结构;而对于高层的防屈曲支撑钢框架结构,高振型影响较显著,上述设计方法对被撑柱的设计较保守,有必要考虑高振型参与下的支撑轴力分布来设计被撑柱。

新型墙板内置无黏结支撑钢框架滞回性能试验研究

通过墙板内置无黏结支撑钢框架结构的拟静力试验研究,考察了墙板内置支撑的构造、支撑与钢框架的连接、梁柱节点形式与节点区加强方式等对其滞回性能的影响。试验表明,总体上,采用组合墙板和组装墙板的两种新型墙板内置支撑均具有良好的延性,墙板无破坏时支撑的轴向累积非弹性变形能力均满足要求。钢板支撑端部焊接加劲肋后再与钢框架直接焊接连接是可行的,梁柱节点刚接时加强梁端的构造使钢框架和支撑均有稳定的受力性能。梁柱铰接节点因承受面内弯矩而使角钢出现裂纹并受拉断裂。支撑和钢框架分别在层间侧移角约1/355和1/75时进入屈服。总体上,梁柱铰接和刚接的结构在破坏前骨架曲线分别呈双折线和三折线。梁柱刚接的结构中,钢梁翼缘在侧移角约1/50时出现局部屈曲,并在随后更大幅值加载下出现裂纹和受拉断裂。试件最终因局部钢构件的断裂而破坏,破坏时侧移角远大于1/50,破坏前结构的滞回性能较稳定。

无粘结内藏钢板支撑剪力墙的墙板约束宽度分析

为了研究单斜无粘结内藏钢板支撑剪力墙中,墙板为限制支撑整体失稳所需的约束宽度,通过有限元分析,考察了构造参数的变化对墙板约束宽度的影响。这些参数包括混凝土墙板厚度,钢板支撑的长度、宽度、厚度及钢材屈服应力。结果表明,对于特定的支撑墙板,在墙板整体受弯开裂前,墙板约束宽度基本不变。同时,当其它构造参数相同时,仅变化支撑钢板的宽度、厚度及钢材屈服应力中的某一参数,墙板的约束宽度基本不变。约束宽度与支撑长度基本成正比,随墙板厚度的增大约束宽度逐渐减小;墙板整体受弯开裂后,随着支撑轴向压力的增加,墙板的约束宽度逐渐增大。

单斜无粘结内藏钢板支撑剪力墙构造分析

为考察钢板支撑的宽度和屈服强度、支撑与墙板的厚度、支撑钢板宽厚比、支撑与墙板间的间隙和摩擦对支撑墙板受力性能的影响,对单斜无粘结内藏钢板支撑剪力墙的构造进行参数分析.给出采取适宜间隙时,避免墙板在达1/50侧移角前受弯开裂所需的墙板与支撑的最小厚度比的经验公式.结果表明:为避免支撑较早局部屈曲,减小支撑失稳半波数和对墙板的摩擦和冲剪作用,应选用适宜间隙和较厚实的钢板支撑,且支撑宽厚比宜不小于5,不大于19.

墙板内置无黏结支撑钢框架滞回性能数值模拟

为深入研究梁柱节点形式、加强方式等对墙板内置无黏结支撑钢框架结构滞回性能的影响,对3个结构试验进行了数值模拟。基于墙板内置支撑构件滞回性能的试验研究,确定出了体现往复作用下支撑钢材强化特性的参数取值.总体上,数值分析得到的结构滞回曲线、构件的屈服或局部屈曲机制等均与试验结果较一致,试验和模拟中支撑分别在层间侧移角约1/463~1/350和1/416~1/305范围内发生屈服,框架在1/50层间侧移角之前塑性发展较少,结构的延性和耗能能力良好,实现了结构1/50侧移角内主要利用支撑屈服耗能的设计意图.1/30侧移角内,框架承载力出现退化前,梁柱刚接结构的骨架曲线呈三折线,可分别由支撑和框架的两折线骨架曲线叠加得到;梁柱铰接的结构在破坏前骨架曲线呈双折线,框架塑性发展甚少.梁端补贴钢板加强后梁端塑性区外移,确保了梁柱刚接节点的强度和框架稳定耗能.人字形支撑铰接框架中一根支撑较早局部破坏后被撑梁大幅弯曲屈服,整个结构的抗侧承载力未出现退化.给出了采用梁、杆单元简化模拟墙板内置支撑钢框架结构滞回性能的方法.

连接墙板内置支撑的钢框架节点加强构造分析

为确保墙板内置无黏结支撑钢框架结构大侧移下利用内置支撑大幅屈服耗能,而钢框架在支撑连接区域处于弹性,通过有限元分析重点考察了支撑形式、支撑连接位置等对连接区域传力机制的影响,以及框架在连接处的加强构造.分析表明,1/50侧移角范围内时,梁端贴板加强后加强段基本处于弹性,非加强梁段的塑性铰位置与加强段端部间水平距离约为梁高的一半,塑性铰处翼缘轻微屈曲或无屈曲时钢梁截面的最大弯矩均接近塑性弯矩.据此,再结合支撑的连接位置和轴力便可确定出梁端内力,并进行节点域抗剪验算.分析还表明,节点域两侧的梁端弯矩按翼缘和腹板的抗弯刚度比例分配后传给节点域,而不是按现行设计规范中仅通过两翼缘的方式进行传递.节点域的柱腹板在剪切屈服后剪切变形大幅增加,增大了结构层间侧移.基于分析结果,给出了钢梁翼缘和腹板以及节点域柱腹板的贴板厚度等设计建议.

全钢屈曲约束支撑性能影响试验研究

设计了2根尺寸完全相同的全钢屈曲约束支撑(BRB)试件,1根试件未设无黏结层,另1根试件设无黏结层。对2根试件进行了低周往复试验,分析了无黏结层对全钢BRB破坏形式、滞回性能、等效粘滞阻尼比、拉压不平衡系数等的影响。结果表明:设无黏结层全钢BRB的疲劳性能略优于未设无黏结层全钢BRB;设无黏结层全钢BRB的拉压不平衡系数远小于未设无黏结层全钢BRB。

无黏结材料对全钢屈曲约束支撑受力性能影响的试验研究

试验设计了2个几何尺寸相同的全钢屈曲约束支撑(BRB)试件,其中1个试件在核心板和约束部件之间采用无黏结材料,另1个试件未采用无黏结材料。通过低周往复加载试验,分析了无黏结材料对全钢BRB滞回性能、失效模式、受压承载力调整系数和残余变形等的影响。结果表明:采用和未采用无黏结材料的全钢BRB均表现较好的低周疲劳性能,但采用无黏结材料后,全钢BRB在等幅加载中的循环次数增加了21%,低周疲劳性能略有提高;未采用无黏结材料的全钢BRB的受压承载力调整系数远大于采用无黏结材料的全钢BRB;无黏结材料减小了全钢BRB核心板和约束板之间的摩擦力,避免核心板磨损;核心板和约束板间的摩擦力导致核心板屈服段中部收缩、两端膨胀,未采用无黏结材料的全钢BRB残余变形更为显著,且核心板端部膨胀会挤压填充板条。