电力主厂房钢框排架非弹性扭转特点及设计建议

研究了大型电力主厂房框排架结构地震时非弹性扭转的特点。以某实际工程结构设计方案为背景,建立了非线性有限元模型,分析了结构侧移、非弹性扭转及主要结构构件的内力变化,揭示了钢支撑屈曲失稳是导致框排架结构非弹性扭转并突增的主要原因。非弹性扭转具有突增性,可形成畸变位移场,对处于屋架、吊车标高部位的连接件、预埋件等低延性关键部件构成威胁。针对规范定义的扭转位移比参数,研究了其难以反映非弹性扭转的现象和原因。建议了减控非弹性扭转及其突增的技术措施。     

钢支撑加固RC框架抗连续倒塌试验与数值模拟研究EI北大核心CSCD

为研究钢支撑对RC框架抗连续倒塌性能的加固效应,在实验室制作了2榀RC平面子框架试件,并对其中1榀框架通过钢支撑进行加固,采用pushdown加载方式研究钢支撑对RC框架破坏模式和抗倒塌承载能力的影响。试验结果表明:钢支撑可以提高峰值荷载超过122%,其承载能力随拉杆的断裂而突然下降;由于压杆在加载初期就发生严重的平面外屈曲破坏,故仅对试件的初始刚度有影响,对峰值荷载作用很小。为进一步量化拉杆与压杆的加固贡献,通过商用有限元软件LS-DYNA进行精细有限元分析。有限元结果进一步验证了试验结果:采用角钢加固RC框架,压杆在加载初期容易发生平面外屈曲,对结构抗力影响不大,抗力提升主要由拉杆提供;通过拓展分析发现:采用防屈曲支撑加固可以显著提升压杆对结构抗力贡献,如压杆使用方钢管混凝土截面比L形截面峰值荷载提升超过42.8%。     

装有腹板式钢制防屈曲支撑框架结构振动台试验及分析

为研究腹板式钢制防屈曲支撑及普通支撑在动力荷载下力学性能,对装有腹板式钢制防屈曲支撑及普通支撑框架结构进行模拟地震振动台试验,比较两种支撑的减震效果。采用有限元方法进行振动台试验数值计算。试验及有限元分析结果均表明,腹板式钢制防屈曲支撑对结构位移反应有较好控制效果,为理想的消能装置。小震时两种框架结构层间位移基本相同,亦可为结构提供初始刚度;随地震峰值的增加框架结构层间位移远小于普通支撑框架结构,腹板式钢制防屈曲支撑可在主体结构进入弹塑性变形前消耗地震能量,降低结构损伤。     

防屈曲支撑-RC框架新型开孔钢板剪力键连接节点抗震性能研究

防屈曲支撑(BRB)作为一种优良的耗能构件,广泛应用于工程结构。在钢筋混凝土(RC)框架结构中布置防屈曲支撑时,支撑与梁柱节点的连接往往是结构抗震设计的重点和难点。传统的连接方式为节点板与梁柱混凝土中的预埋件焊接,再与BRB直接相连。然而,框架作用产生的开合效应和地震动引起的往复荷载容易使焊缝疲劳撕裂,从而导致节点连接破坏。为此,该文提出了开孔钢板剪力键(PBL)整体式连接节点,并将其应用于BRB-RC框架结构中。基于泛应力法,给出了节点板和PBL的设计方法。以此为基础,开展了BRB-RC框架结构的节点设计,进行了节点的有限元模拟和试验分析。研究结果表明:BRB与RC梁柱的连接节点承载力强,塑性铰转移到节点板边缘以实现损伤可控,BRB的承载-耗能性能得到了充分发挥;该新型节点连接形式安全、可靠,可显著提升结构的抗震性能。     

一种抗震性能化设计方法及在防屈曲支撑钢框架结构中的应用

该文围绕防屈曲支撑钢框架结构提出了一种新的抗震性能化设计方法。在选取性能目标时，为了兼顾建筑中结构主体和非结构成分的地震安全，该方法选取了峰值层间位移角、峰值楼面加速度和残余层间位移角共同作为性能目标。以等效单自由度体系的弹塑性时程分析计算结果进行参数分析，掌握防屈曲支撑钢框架结构随基本周期和强度折减系数变化的地震响应规律；根据结构动力学理论将单自由度体系的计算结果推广至多自由度体系；基于此发展出一种新的抗震性能化设计方法。为演示和论证该方法的有效性，该文选取了一栋六层防屈曲支撑钢框架结构的基准模型进行抗震设计，并开展一组地震动作用下的弹塑性时程分析。抗震性能评估的结果表明:由该方法设计的结构能够较好地同时满足多个设计目标的要求。该文的设计方法对于其他类型结构的抗震设计也具有一定的借鉴价值。     

基于剪力比的防屈曲支撑-RC框架抗震设计方法研究

该文提出了基于剪力比的防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构抗震设计方法。根据不同的剪力比α设置不同参数的防屈曲支撑并进行了多个不同层数结构的抗震设计;基于大震弹塑性时程分析,研究了不同剪力比结构的最大层间位移角和防屈曲支撑滞回耗能比随剪力比α的关系曲线,并得出剪力比α的合理取值范围为0.3 < α < 0.5。在剪力比合理的取值基础上研究了层间位移角最大值随不同刚度主体框架的变化规律,并建议了主体混凝土框架最大层间位移角的设计取值。该文所提方法简便、实用,为防屈曲支撑耗能减震结构的设计提供了一种新的思路。     

防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的实用设计方法

防屈曲支撑可以显著减小地震作用下钢筋混凝土框架的层间变形需求,该文提出一种新的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架实用设计方法,以实现在增设防屈曲支撑的同时避免对构造措施不满足现行抗震设计规范要求的主体结构构件逐个进行局部加固这一抗震加固目标。首先提出层间承载力最薄弱柱和层间最弱塑性铰抗震思路来分别解决小震下结构构件承载力设计问题和大震下结构层间变形验算问题;然后给出了设计方法的具体设计流程;最后,将设计方法应用于一栋图书馆阅览楼抗震加固设计中,分析结果表明防屈曲支撑加固框架结构的承载力和层间变形均满足现行抗震规范要求,验证了提出的结构实用设计方法的有效性。研究成果可为防屈曲支撑加固钢筋混凝土结构的初步设计提供参考。     

腹板式钢制防屈曲支撑力学性能试验研究

防屈曲支撑是一种具有良好应用前景的耗能减震构件,兼具中心支撑和位移型阻尼器的功能,克服了传统支撑受压屈曲的缺点.提出了由平板截面焊接组合而成且芯板为低屈服点钢的腹板式钢制防屈曲支撑,为检验其抗震性能,对4个试件进行拟静力往复加载试验.研究了试件的受力过程及耗能机理,并对力-位移滞回曲线、恢复力模型、累计塑性变形及能量耗散能力等抗震性能进行了分析,基于ANSYS软件对试件的滞回性能进行了模拟,并与试验结果进行了对比分析,验证了这种防屈曲支撑工作可靠,具有良好的滞回性能及低周疲劳性能.数值计算表明,在地震动作用下装有这种防屈曲支撑的框架结构具有良好的减震效果.     

基于拟力法的钢支撑非线性滞回行为模拟

钢支撑在轴力作用下会同时发生材料非线性和几何非线性,复杂的力与变形关系是数值模拟过程中的重点与难点。该文基于拟力法的基本理论,提出了支撑非线性滞回行为的计算模型,通过塑性转动铰来模拟由屈曲行为引起的塑性弯曲变形;通过滑动铰来模拟由拉伸屈服和增长效应产生的轴向塑性伸长行为,模型中计及了弹性弯曲变形本身的几何非线性行为。该模型物理意义简单、力学行为明确,在模拟支撑非线性滞回行为的过程中保持初始刚度不变,塑性铰的变形可直观地衡量支撑的屈曲程度。数值模拟与试验结果对比验证了该方法的精确性与适用性。将该模型应用于某钢框架-支撑结构地震反应分析中,计算结果表明:该方法可以模拟支撑在复杂荷载作用下的非线性行为,具备拟力法所特有的精确、高效及稳定等优点。     

少钢支撑RC框架结构的概念

震害表明,在钢筋混凝土(RC)框架结构中增设少量支撑,可以解决纯框架结构抗震防线单一、缺乏足够冗余度的问题,通过多重抗震防线,保护主体结构构件、减小建筑震害、增加结构的安全储备和防倒塌能力。我国现行规范对含有少量剪力墙的框架结构已经有了明确定义和相应的设计方法,而对于含有少量支撑的框架结构没有定义。该文以一个典型RC框架结构及三个带不同钢支撑的RC框架结构为例,基于弹性分析和弹塑性Pushover分析,借鉴少墙框架的定义方法,提出了以底层框架倾覆力矩分担率为控制指标的少钢支撑RC框架结构的定义,并通过基于IDA的结构抗倒塌易损性分析验证了少钢支撑RC框架结构相比纯框架结构的抗倒塌能力提高。     

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。     

板式连接中心支撑钢框架结构推覆试验研究

为研究板式连接中心支撑钢框架结构在水平荷载作用下的承载力、延性、结构影响系数、节点受力模式、屈服机制以及节点处梁柱附加弯矩分布规律,对两榀按1:2.6缩尺的3层中心支撑钢框架进行了静力推覆试验。结果表明支撑失稳后楼层水平刚度明显降低,但由于人字形支撑受拉斜杆的存在,楼层能够维持足够的水平承载力。弹塑性层间侧移角远高于抗震规范要求,具有较大的延性系数和结构影响系数。支撑节点板附近的梁柱上存在附加弯矩,基于弹性极限状态,得到了附加弯矩指数的试验值。支撑端部深入节点板较多时,节点板在支撑失稳后以圆弧塑性铰线形式产生面外转动,仍具有高于支撑的极限承载力和塑性变形能力。结构屈服机制合理,体现为支撑屈曲或屈服在先,节点板屈服和梁柱屈服在后,符合抗震设计要求。     

带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构地震易损性分析

综合利用钢-混凝土组合结构技术和耗能减震技术, 提出带耗能腋撑型钢混凝土新型转换结构, 利用耗能腋撑改善转换结构抗震性能差的问题。以普通和带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构为研究对象, 进行增量动力分析, 建立该新型转换结构地震易损性曲线方程, 研究防屈曲耗能腋撑对型钢混凝土转换结构破坏机制的影响。分析结果表明:防屈曲耗能腋撑有效降低型钢混凝土转换结构在中度、重度损伤破坏及倒塌破坏状态的超越概率, 可作为一道可靠的抗震防线。耗能腋撑的设置避免了普通型钢混凝土转换框架结构在转换层及其相邻楼层处形成层侧移机构, 减小转换构件的塑性变形, 有效地防止型钢混凝土转换结构发生整体或局部倒塌破坏。     

分离式防屈曲支撑及其弹性屈曲荷载的Ritz解

针对传统防屈曲支撑自重较大、加工运输安装不便等问题,该文提出几种新型的分离式防屈曲支撑构件,其由两个传统的单内核防屈曲支撑构件作为分肢,通过连续的钢腹板连成整体。分离式截面可增大防屈曲支撑的整体抗弯刚度,最大效率地提高支撑的承载效率,因此特别适合大吨位防屈曲支撑构件的设计。在此基础上,利用能量法中的Ritz法推导了两端铰接的分离式防屈曲支撑的弹性屈曲荷载计算公式,可直接用于计算防屈曲支撑设计中的重要参数即约束比,并用有限元弹性屈曲分析进行了验证。该文研究为这几种新型防屈曲支撑的弹塑性性能和设计方法等后续研究提供了基础。     

高强钢组合Y形偏心支撑框架抗震性能混合试验研究

高强钢组合Y形偏心支撑框架作为一种新型结构体系,结合了高强钢承载力高和偏心支撑耗能能力强的优势。为进一步研究高强钢组合Y形偏心支撑框架结构的抗震性能,以一个3层3跨的高强钢组合Y形偏心支撑框架结构为原型,采用子结构混合试验方法进行了一系列试验研究。选取原型结构中底层带有偏心支撑的框架部分作为试验子结构,其余部分作为数值子结构在OpenSees中进行模拟,从而建立了试验所需的子结构混合试验模型。根据试验结果,验证了混合试验模型的有效性,并对混合模型的主要抗震性能指标进行了分析。结果表明,在不同地震波作用下,混合试验模型的试验结果与整体结构数值模型的模拟结果吻合较好。在罕遇地震作用下,试验子结构的塑性变形主要产生在消能梁段的腹板位置,而框架的梁柱和支撑保持在弹性范围内,符合结构多道抗震设防的思想。     

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。     

波形钢腹板PC组合箱梁纯扭作用下抗扭承载力试验研究

为了更好的了解波形钢腹板PC组合箱梁扭转力学机理及其抗扭承载力影响因素,该文通过模型试验的方法,对4根波形钢腹板PC组合箱梁模型进行纯扭作用下的承载力研究。通过偏心加载的方式对模型梁施加单调纯扭矩。试验结果表明:波形钢腹板PC组合箱梁在纯扭作用下,混凝土顶、底板裂缝方向与梁纵轴线基本成45°角;截面中心纵向钢筋对组合箱梁抗扭贡献不大;抗扭刚度与波形参数η成正比;钢腹板屈服扭矩与组合箱梁极限扭矩随着钢腹板厚度的增加而增大。     

屈曲约束支撑框架的支撑布置原则研究

屈曲约束支撑框架的支撑布置原则对其减震效果和结构的抗震性能影响显著。建立检验减震效果的6层和16层钢框架基准模型,分别以位移和层间位移不均匀系数为衡量结构地震损伤程度和损伤集中效应的指标,分析了支撑和框架间以及楼层间支撑较优且经济适用的布置原则。结果表明:减震效果随支撑面积的增加而减弱,建议主体框架加入支撑后结构的基本周期降低不宜超过1.5倍~2.0倍;支撑面积在楼层方向线性分布的比例系数为0.5~1.0时,结构的损伤集中效应较小。以“上层BRB屈服应发生在下层框架屈服之前”为性能目标,推导了楼层间支撑面积比上限值的理论公式,并用一个算例验证了公式的正确性。公式表明:当框架刚度较低或者屈服位移较小时,需严格限制支撑面积比,以防出现仅有某层或者较少层BRB屈服的集中损伤模式的不利现象。基于上述布置原则,给出了屈曲约束支撑框架设计流程。     

建筑结构基于能量抗震设计方法研究

该文系统总结了建筑结构基于能量抗震设计方法的相关研究成果, 指出结构损伤耗能机制控制是确定结构累积耗能分布和实现基于能量抗震设计的关键. 分别针对钢支撑框架结构、RC框架结构和RC框-剪结构的合理耗能机制控制进行了研究. 在此基础上, 建立了基于能量抗震设计方法的实施框架, 并分别针对钢支撑框架结构、RC框架结构和RC框-剪结构给出了具体的基于能量抗震设计方法.