基于性能设计的高强钢组合V型偏心支撑钢框架抗震性能研究

为了研究高强钢组合V型偏心支撑钢框架的抗震性能,采用基于性能的抗震设计方法设计2个10层V型偏心支撑钢框架算例,采用Pushover方法和动力弹塑性方法进行分析。对比分析高强钢组合V型偏心支撑钢框架和普通V型偏心支撑钢框架的破坏特征、承载能力、基底剪力、顶点侧移角、抗侧刚度、延性以及罕遇地震下层间位移角。结果表明:在基于性能的抗震设计方法中,高强钢组合V型偏心支撑钢框架与普通钢组合V型偏心支撑钢框架具有相近的破坏模式和顶点侧移角,但抗侧刚度和延性略低;在罕遇地震作用下,两者具有相似的层间位移分布模式,高强钢组合V型偏心支撑钢框架层间位移角略大,但都能满足相关规范限值的要求,抗震性能相当。高强钢组合V型偏心支撑钢框架能节省钢材约10%,更符合绿色建筑的发展方向。     

V型偏心支撑钢框架结构抗震性能分析

采用pushover方法对V型偏心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抗震模式及结构性能点,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于耗能梁段和框架梁上,耗散大量的地震能量,同时避免框架柱遭受破坏,满足强柱弱梁和规范要求.     

基于多目标性能的高强钢组合K形偏心支撑框架塑性设计方法研究

高强钢组合K形偏心支撑框架结构(K-HSS-EBFs)作为一种典型的双重抗侧力体系，可以实现结构抗震设计中多道设防的目标。针对传统K-HSS-EBFs性能设计方法中无法考虑多水准抗震设防目标以及支撑-框架体系剪力分配的问题，对基于多目标性能的K-HSS-EBFs塑性设计方法进行修正。通过考虑结构后屈服刚度变化得到K-HSS-EBFs的三折线能力曲线，采用能量平衡原理计算支撑-框架体系在不同性能目标下的弹性和弹塑性剪力分配，从而对结构进行弹塑性设计。采用修正的设计方法设计了一个6层的K-HSS-EBFs结构算例，建立OpenSees有限元模型，选取20条地震波对其进行不同强度地震作用下的弹塑性时程分析。结果表明：采用所提设计方法设计的K-HSS-EBFs实现了结构预期的破坏模式以及不同强度地震作用下的位移延性需求和剪力分布模式；从多遇地震到罕遇地震，算例模型中框架跨所承担的基底剪力占比由29%提高到44%,满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中对于多道设防体系内力重分布后的结构总基底剪力分配要求。     

V形偏心支撑钢框架近场地震下层剪力分布

强震下结构会进入弹塑性,现行规范给出的层剪力分布无法反映结构非弹性状态下的响应。基于性态的抗震设计方法需要预知结构弹塑性状态下的层剪力分布。介绍了现有的层剪力分布模式;给出了6个V形偏心支撑钢框架(VEBF)算例的基本信息及所选近场地震动记录;对6个算例结构进行了近场罕遇地震下的弹塑性时程分析,得到了各结构的层剪力分布;提出了近场罕遇地震下VEBF结构弹塑性层剪力分布模式;与时程分析结果对比表明所提出的模式有较好的精度,可为基于性态的抗震设计方法提供参考。     

装配式斜支撑节点钢框架的静力弹塑性分析

为研究新型结构装配式斜支撑节点钢框架的抗震性能,采用Pushover分析方法对其进行罕遇地震作用下的弹塑性分析,并与无斜撑钢框架结构进行对比。计算结果表明:7度罕遇地震作用下,装配式斜支撑节点钢框架最大层间位移角为1/223,小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》限值1/50,满足"大震不倒"的抗震设防目标。斜支撑的布置减小了结构在罕遇地震作用下的变形,其中结构顶点位移减小33.4%~38.1%,结构最大层间位移角减小19.3%~40.1%,塑性铰大部分出现在桁架梁腹杆部位,框架柱处于弹性阶段。     

基于性能的框架-支撑芯筒结构抗震评估

框架一支撑芯筒结构是指采用支撑框架核心筒代替框筒结构中钢筋混凝土核心筒的一种结构体系。以闽投营运中心为例,进行基于性能的抗震评估。采用三维弹塑性模型对结构进行多遇地震和设防地震作用下的弹性时程分析及罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,重点研究罕遇地震作用下结构构件的性能状态和塑性发展状况,寻找结构抗震的抗震薄弱部位。结果表明,闽投营运中心能够满足各项既定的抗震性能目标。此外,为保证薄弱层具备足够的变形能力且不转移,可将钢支撑替换成防屈曲约束支撑。该成果对框架一支撑芯筒结构体系的设计具有一定参考价值。     

带偏心支撑的半刚性钢框架结构抗震性能分析

半刚性连接具有较好的耗能能力和抗震性能,但是半刚接钢框架抗侧移能力较弱,在地震作用下变形较大,因此需采用偏心支撑以提高结构的抗侧移刚度。本文对无支撑、单斜式偏心支撑和人字形偏心支撑的半刚性框架进行了多遇地震下弹性分析,分析了各模型的顶点位移、楼层最大剪力的变化规律,总结出节点刚度的变化、偏心支撑的设置及类型对半刚性钢框架动力性能的影响。本文的研究成果为相关工程的设计和抗震减灾工作提供了借鉴作用。     

屈曲约束支撑在浦东城市规划展览馆和公共艺术中心的应用研究

上海市浦东城市规划和公共艺术中心采用钢框架-支撑结构体系。为对其进行超限建筑抗震设防计算,研究屈曲约束支撑对其减震控制的效果,运用PERFORM-3D软件对结构模型进行了中震和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。由分析结果可知,该结构设计合理,抗震性能优异,且性能储备较大,满足相关规范所规定的设防要求;屈曲约束支撑的设置能够减小结构在中震和罕遇地震作用下的层间位移角和基底剪力,增加塑性耗能,且自身能够随地震强度的变化表现出不同的耗能性能,满足多阶段的减震设计目标。     

偏心BRBFs的抗震性能分析

为了解偏心屈曲约束支撑钢框架（BRBFs）的抗震性能,运用pkpm设计软件设计门架式偏心BRBFs和人字形偏心BRBFs两种结构,基于大型有限元软件ANSYS对两种结构进行有限元数值模拟,分析了两种结构在基本烈度作用下的各层位移反应及层间位移角,结果表明,两种结构变形受低阶振型影响较大,沿高度呈倒三角地形分布,结构变形为弯剪形,各层位移及层间位移角均满足规范要求,体现出良好的抗震性能。构件产生塑性变形而耗能时,可以将结构构件等效为结构阻尼进行分析,介绍了等效阻尼比的求解方法。通过对罕遇地震作用下的两种结构的最大层间位移角、层间剪力及顶层位移时程的研究进一步评估两种结构的抗震性能,研究表明,在罕遇地震作用下,人字形偏心BRBFs的抗震性能较好。     

新型自复位K型偏心支撑钢框架抗震性能分析

将K型偏心支撑钢框架的耗能梁换成形状记忆金属(Shape Memory Alloy,简称SMA)材料,通过SMA材料的超弹性为结构提供复位力,实现自复位K型偏心支撑钢框架的构想。为考察该新型自复位K型偏心支撑钢框架的抗震性能,应用ANSYS有限元软件建立K型偏心支撑钢框架多尺度有限元模型,在验证有限元模型合理的基础上,设计传统K型偏心支撑钢框架和自复位K型偏心支撑钢框架,采用10条强震记录分别进行罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析。研究表明:新型自复位K型偏心支撑钢框架震后残余变形较小,能较好地实现结构的自复位,耗能梁腹板处应力分布与传统结构较为相似,但耗能能力及侧向变形能力较传统结构有所弱化。     

云南某工程购物中心南区Pushover静力弹塑性分析

采用静力弹塑性方法对云南某工程购物中心南区（钢框架结构体系）在罕遇地震作用下的抗震性能进行了分析。结果表明,在罕遇地震作用下,该结构的最大弹塑性层间位移角小于规范的限值;钢框架结构的塑性铰主要出现在梁端;绝大部分钢框架柱处于弹性,只有极少数钢框架柱出现了塑性铰,通过调整设计使得全部框架柱都不出现塑性铰。该工程的设计达到了预定的抗震设防目标。     

某多层RC框架和支撑—钢框架抗震性能分析

结合工程实例,采用软件SAP2000对RC框架和支撑—钢框架结构抗震性能进行了抗震性能分析,结果表明:支撑—钢框架侧移刚度要大过RC框架,在罕遇地震作用下出现塑性铰少,优化支撑后的钢框架,地震能量绝大部分被支撑所耗散。     

远场地震下人字形中心支撑钢框架基于能量的性态设计方法

结构在远场地震作用下的损伤与地震动的循环效应密切相关,基于标准化滞回耗能谱、累积延性比谱,提出了人字形中心支撑钢框架基于能量的性态设计方法。该方法给出了各构件累积滞回耗能的计算公式及各构件截面的设计方法。采用该方法设计了一个10层人字形中心支撑钢框架,选取了15条远场地震记录,采用Pushover分析方法和非线性时程分析方法对设计结构的抗震性能进行了评估。分析结果表明:结构在罕遇地震下出现了理想的屈服机构;在多遇地震和罕遇地震下,结构层间侧移角均满足建筑抗震设计规范的要求;结构层间变形比较均匀,各层累积滞回耗能分布比较平均,证明了所提出设计方法的可靠性。     

Y型偏心支撑半刚性连接钢框架动力性能研究

Y型偏心支撑既能提供足够的弹性刚度,又能使结构具有很好的抗震性能;半刚性节点对钢框架结构的性能影响很大,在进行钢框架结构设计时必须要考虑半刚性的影响。将Y型偏心支撑与半刚性连接结合起来的结构形式是一种新型抗震结构体系。运用结构通用有限元软件MIDAS GEN建立不同连接刚度的半刚性连接Y型偏心支撑钢框架模型。并对其进行模态分析、多遇地震下和罕遇地震下的时程分析,得到各不同连接刚度Y型偏心支撑钢框架的自振周期、层间位移、层间位移角及顶点时程位移曲线。通过对比分析可知,半刚性连接对Y型偏心支撑钢框架的抗侧刚度有很大影响,半刚性连接可以很好地改善结构的抗震性能。Y型偏心支撑与半刚性节点都可以提高结构的抗震性能,两者相结合的结构形式有很好的应用前景。     

Y形偏心支撑-高强钢框架结构抗震性能试验研究

为研究Y形偏心支撑-高强钢框架结构抗震性能,在已完成的1∶2缩尺3层模型结构振动台试验的基础上,重新设计了耗能梁段,并对该结构再次进行振动台试验。试验中选取El Centro波、Taft波和兰州波作为地震动输入并考虑7度多遇到9度罕遇的地震水准,分析了结构在水平地震作用下的动力特性、加速度响应、位移响应、应变响应、剪力分布等,并与已有试验结果进行了对比。通过ABAQUS建立了有限元分析模型,与试验结果进行对比。结果表明：该结构在多遇地震作用下处于弹性状态,在罕遇地震作用下表现为耗能梁段的局部破坏;耗能梁段破坏后,结构刚度大幅下降,但未发生倒塌;在多遇地震和罕遇地震作用下,结构的最大层间位移角满足抗震规范层间位移角限值的相关要求;在罕遇地震作用下,耗能梁段进入塑性状态而进行耗能,其他构件仍保持弹性状态;所建立的有限元模型可以有效模拟振动台试验结果。     

带弧形空腹桁架的钢框架-支撑结构设计

白鹭湾湿地段L5林盘建筑采用带弧形悬挑空腹桁架的钢框架-支撑结构。通过弧形空腹桁架受力特点及三种桁架体系的对比分析，确定了内、外环弧形空腹桁架间设置竖向人字形支撑的悬挑桁架结构形式。多遇地震下的弹性时程分析得到的楼层位移、最大层间位移角及楼层剪力均与反应谱分析的结果较吻合，验证了采用反应谱法能够满足施工图设计要求。通过罕遇地震下的弹塑性时程分析，对基底剪力、弹塑性层间位移角、构件承载力进行了复核，结果表明，整体结构在罕遇地震下表现出较好的抗震性能，能够满足预设性能目标。针对大跨度悬挑区域，进行了楼板舒适度分析，结果表明，结构设计满足舒适度要求。     

高强钢组合K形偏心支撑框架结构振动台试验研究

为研究高强钢组合K形偏心支撑框架的抗震性能,推动高强钢在我国建筑领域的应用,对一个单跨两榀三层高强钢组合K形偏心支撑钢框架进行缩尺比例为1/2的振动台试验,得到不同工况下的自振频率、阻尼比、加速度反应、位移反应及耗能梁段的应变。研究表明：随地震波峰值加速度的增大,结构的自振频率降低,阻尼比增大,加速度反应增大,动力放大系数减小。按照动力相似关系推导出原型结构的地震反应,多遇地震作用下结构最大层间位移角为1/1667,罕遇地震作用下结构最大层间位移角为1/237,均满足抗震规范变形验算的规定。综上,高强钢组合K形偏心支撑框架具有良好的抗震性能,满足“三水准”抗震设防准则。     

连续梁拱桥抗震性能研究

为了研究铁路大跨度连续梁拱桥的抗震性能,文章以(85+168+85)m连续梁拱桥为例,结合反应谱和非线性时程方法分析结构在多遇地震、设计地震和罕遇地震下的抗震性能以及采用双曲面支座后的抗震性能。结果表明:在多遇地震下桥墩为弹性工作状态,在罕遇地震下桥墩进入塑性,固定墩非线性位移延性比不能满足规范要求。采用了双曲面球型减隔震支座后,可以有效减小纵向固定墩墩底剪力和弯矩值。相关分析方法以及减震措施可以为相似体系铁路梁桥抗震分析提供参考。     

陕西银隆大厦连体高层结构设计

陕西银隆大厦项目是由两个建筑体型、结构高度完全不同的高层建筑在高位通过连廊相连,形成的双塔连体结构。结构体系复杂,平面扭转不规则、竖向构件不连续,属于特别不规则的建筑。两个塔楼分别采用钢框架-偏心支撑核心筒与钢框架-支撑结构体系。详细介绍了该工程的结构体系和设计方法,包括钢偏心支撑的布置、消能梁段的设置、连接体结构的布置等。采用YJK、MIDAS/Gen、ETABS、PERFORM-3D等多个软件对结构进行了多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下结构构件承载力及变形能力验算,验算结果均满足相关规范要求。同时针对复杂超高层钢结构中不同构件的性能要求,阐述了基于性能的设计方法。     

基于滑移连接的防屈曲支撑钢框架节点抗震性能研究

防屈曲支撑（BRB）是一种拉压均可全截面屈服耗能而不屈曲的金属阻尼器,在建筑结构的抗震减震设计中得到广泛应用。然而,由于大变形下支撑框架节点存在显著开合效应,在罕遇地震作用下易出现节点板和相邻梁柱构件的提早断裂现象,限制了BRB抗震性能的充分发挥。为此,在总结BRB钢框架节点的现行设计方法及节点失效模式基础上,提出了可释放节点开合效应的滑移连接节点板,采用低摩擦材料减小接触面摩擦力。建立有限元模型,通过与传统焊接节点板对比,分析两种不同连接对节点板、梁柱和BRB受力性能的影响。以此为基础,设计该类节点足尺试验模型,对其进行拟静力试验,分析其在往复荷载下的抗震性能。研究结果表明：所提出的滑移连接可有效释放节点板与梁柱之间的切向约束和开合效应,显著降低了节点板的塑性损伤,实现了罕遇地震作用下节点板弹性的性能目标;梁塑性铰由节点板端部移至梁柱交界面处,降低了梁柱构件的剪力水平和塑性损伤;在层间位移角4%下各关键构件仍具有饱满稳定的滞回性能,显著提高了BRB钢框架的抗震性能。