槽钢加劲钢板剪力墙受力性能研究

竖向槽钢加劲钢板剪力墙由内嵌钢板、边缘构件和墙板两侧对称布置的竖向槽钢加劲肋组成。槽钢加劲肋具有较高的抗弯、抗扭刚度,可为墙板提供有效的面外约束和轴向支撑作用。利用有限元分析软件ABAQUS对槽钢加劲钢板墙进行屈曲分析和静力弹塑性分析,研究槽钢距边缘构件距离、钢板宽厚比、高厚比、肋板刚度比和柱刚度对钢板墙及边缘构件力学性能的影响。结果表明,槽钢加劲肋至边缘构件的距离主要影响钢板墙的平面外变形,对钢板墙屈曲应力和承载力的影响较小。槽钢加劲肋可以有效提高墙板的屈曲应力。随着宽厚比和高宽比的减小,结构的承载力和刚度均显著提高。增大肋板刚度比可提高钢板墙的初始刚度和屈曲应力,肋板刚度比应大于20。为避免边框柱变形过大或过早破坏,边框柱应具有足够的刚度,增大柱刚度可以提高钢板墙的初始刚度,减缓墙板刚度的退化。     

混凝土约束型防屈曲支撑有限元分析

普通支撑在荷载作用下易发生受压屈曲造成支撑刚度和承载力急剧下降,结构延性差。防屈曲支撑通过在支撑外围设置屈曲约束构件,有效约束支撑受压屈曲,保证支撑在整体失稳破坏前核心受力构件达到全截面屈服,使支撑在使用中屈曲耗能而不屈服,因此可用防屈曲支撑代替普通支撑。防屈曲支撑耗能的关键是核心受力构件与外围约束构件之间的间隙。间隙太小,可能导致核心受力构件过早局部屈服;间距太大,则外围约束构件发挥不了套箍作用,因此间隙的取值是防屈曲支撑设计的关键。本文提出一种混凝土约束型防屈曲支撑,并通过有限元计算分析核心受力构件与外围约束构件之间的间隙对其受力性能的影响。结果表明:本文设计的混凝土约束型防屈曲支撑能较好地发挥核心受力构件的承载能力,外围约束构件与核心受力构件间隙为1～3mm时,有良好的耗能能力。     

环向预应力三重钢管防屈曲支撑受力性能研究

提出了一种具有环向预应力的三重钢管防屈曲支撑(three-tube buckling-restrained brace,TTBRB)。该防屈曲支撑由位于中间层提供轴向刚度和承载力并耗散地震能量的芯材钢管,以及分别位于芯材外部和内部限制芯材整体屈曲和局部屈曲的外套管和内套管等3部分组成。内、外套管与芯材钢管之间设置高分子聚乙烯材料制作的减摩层,以减小芯材轴向变形过程中内、外套管与芯材之间的摩擦力。相比用实心截面芯材的传统防屈曲支撑,用空心圆管作为芯材具有更大的回转半径;且取消了混凝土类填充材料,大幅度降低支撑自重,及混凝土损伤导致的耗能能力削弱。内、外套管能够限制芯材钢管的整体屈曲和局部屈曲,并可通过装配应力的方式对芯材钢管施加环向预应力,从而可改变芯材钢管的受拉或受压屈服强度。采用验证的有限元模型研究了内、外套管与芯材钢管之间的间隙和芯材钢管内环向预应力大小对TTBRB滞回性能的影响。分析结果表明,间隙较小时,芯材在轴力作用下的环向变形受到内、外套管的限制而产生环向应力,进一步施加环向预应力后,TTBRB的轴向拉压强度显著改变。仅外套管与芯材套管之间存在间隙时,TTBRB在受拉时可提前屈服,在受压时屈服强度不受影响,应作为三重钢管防屈曲支撑优先采用的方案。     

缀板连接的内核分离式屈曲约束构件的承载力设计方法

屈曲约束构件可分为延迟屈曲构件和不屈曲构件,延迟屈曲构件在内核屈服前失稳破坏,当满足承载力设计要求时有更好的经济性。目前已有研究多针对不屈曲构件。针对缀板连接的内核分离式屈曲约束构件,利用平衡法研究了单个分肢的计算长度系数;推导了绕两个主轴的整体弹性屈曲荷载,利用有限元方法研究其弹性空间失稳特性;基于大量有限元弹塑性数值算例,拟合得到正则化长细比 稳定系数设计曲线。研究结果表明：分肢计算长度系数仅与缀板和分肢线刚度比有关,通过比较绕两个主轴方向的长细比可判断构件空间弹性失稳的形式;采用拟合设计曲线可较好预测延迟屈曲构件弹塑性承载力,且比有限元结果偏于安全,区分不屈曲构件和延迟屈曲构件的临界正则化长细比可取为0.75;最后给出了保证分肢弹塑性失稳不先于整体破坏的设计建议。建立的涵盖不屈曲构件和延迟屈曲构件的缀板连接的内核分离式屈曲约束构件承载力设计方法可为设计提供参考。     

开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑试验研究

基于核心单元局部削弱相当于其他部位加强的新型防屈曲耗能支撑设计原理,设计了开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑和普通三重钢管防屈曲耗能支撑,对7个支撑构件在轴向循环往复荷载作用下的性能进行了拟静力试验研究和有限元模拟分析,研究开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑的滞回性能、恢复力模型、破坏特征以及不同开槽数量对支撑性能的影响情况。研究结果表明:开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,其轴力-位移滞回曲线稳定、饱满,对称性和规律性好;开槽式支撑的屈服荷载和屈服位移小于不开槽支撑,具有提前屈服的功能,开槽不影响支撑的整体承载力,开槽式支撑的恢复力模型可以采用对称的双线性恢复力模型来描述;开槽可以使支撑的薄弱部位从核心钢管端部转移到开槽部位,使支撑具有定点屈服的功能,避免了支撑端部破坏。     

防屈曲支撑节点板的屈曲分析

防屈曲支撑是一种新型耗能减震构件,其在受拉和受压时均可屈服但不发生屈曲.但传统的防屈曲支撑多采用螺栓连接等连接方式.这种连接方式很容易使节点板失稳,从而导致防屈曲支撑屈曲.介绍一种新型的连接方式-铰接,并用ABAQUS对节点板进行屈曲分析,根据分析结果给出防止节点板失稳的合理化建议.     

三重钢管防屈曲支撑中防屈曲套管设计方法研究

基于套管边缘屈服准则,给出了由三重钢管组成的防屈曲支撑中防屈曲套管的设计方法,并通过有限元模型对设计方法进行了验证。三重钢管防屈曲支撑是由提供轴向刚度和承载力并耗散地震能量的芯材钢管,以及限制芯材整体屈曲和局部屈曲的外套管和内套管组成。当支撑芯材钢管屈服后,防屈曲支撑的弯曲刚度全部由内防屈曲套管和外防屈曲套管提供。考虑芯材钢管二阶弯矩对套管的弯矩作用,依据外套管边缘纤维不发生屈服的原则,确定防屈曲支撑允许的最大弯曲变形,进而确定了防屈曲支撑套管的刚度和截面尺寸。有限元分析结果表明,在不同芯材径厚比、不同管间间隙以及不同芯材环向预应力的情况下,该防屈曲支撑套管的设计公式均适用。     

改进型双钢管约束屈曲支撑试验研究

为提高双钢管约束屈曲支撑内核的抗侧刚度,在内核钢管上增设接触环,形成带接触环的改进型双钢管约束屈曲支撑。通过对5个不同构造的改进型双钢管约束屈曲支撑试件进行轴向单调加载、轴向低周往复加载试验,研究该类型约束屈曲支撑的承载能力、延性与耗能性能;分析外套钢管刚度、双管间隙大小、内核钢管长细比等参数对该约束屈曲支撑性能的影响。结果表明:该类型支撑受压时能够屈服而不屈曲,延性良好且滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;外套钢管的刚度和其与内核钢管间隙大小对该支撑的性能影响较大;试件骨架曲线均经历了弹性与弹塑性阶段,其恢复力模型可采用三折线或两折线模型。     

约束屈曲支撑耗能性能试验研究

带接触环双钢管约束屈曲支撑是一种位移相关型消能阻尼元件,其力学性能与外套管约束刚度、两管的间隙等多种因素相关。通过对带接触环双钢管约束屈曲支撑进行了试验研究,探讨其滞回特性,以及滞回特性与外套管刚度、间隙之间的关系,为带接触环双钢管约束屈曲支撑的工程应用提供了参考。掌握构件的强度和耗能特性,为约束屈曲支撑在结构中的应用提供有用的参考意见。在外套管的约束作用下支撑在受拉和受压时可屈服而不屈曲,在弱震作用下就可能提早屈服耗能,保护主体结构不受破坏,在强震作用大量吸收能量,提高结构安全度。     

新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑性能

研制了一种新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑,设计6个新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑试件,对其进行轴向循环荷载试验,并对其中的4组试件采用ABAQUS有限元数值模拟分析。研究结果表明：新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,支撑的滞回曲线稳定、饱满,具有稳定的承载能力和良好的滞回耗能能力;新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑的恢复力模型可采用双线性模型来描述;新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑构造合理,耗能机理明确,采用钢筋混凝土约束核心钢管的设计思想是可行的。     

多段连接防屈曲支撑设计及试验研究

为解决超长防屈曲支撑易出现重力过大、屈曲失稳的问题,设计了内接约束和外接约束两种新型全钢多段连接防屈曲支撑,确定其构造设计方案,验算支撑各部分稳定性。分别加工制作两种防屈曲支撑构件并进行低周往复加载试验,试验结果表明:内接约束防屈曲支撑抗震性能良好,试验所得滞回曲线饱满且耗能性能稳定,受压承载力调整系数及累积变形能力系数均可满足相关规程要求;外接约束防屈曲支撑加工误差及连接板焊脚引起的内核钢芯与约束钢管间隙过大是支撑滞回性能未达到设计预期的主要原因。     

防屈曲支撑钢框架结构抗震性能分析

防屈曲支撑是一种新型的耗能减震构件,能够显著提高结构的抗震性能.以云南省“校安工程”中的某小学为例,通过弹性以及弹塑性分析方法研究了安装防屈曲支撑的钢管混凝土结构的抗震性能.结果表明,随着支撑刚度的增加,结构的周期和层间位移角均有所减小;在小震作用下,防屈曲支撑处于弹性状态,为结构提供支撑刚度,在中震作用下,防屈曲支撑开始屈服耗能.结构的整体屈服是一个平稳渐变的过程,破坏模式为梁铰机制.     

H型钢防屈曲支撑抗震性能试验研究

提出一种H型钢防屈曲支撑（HBRB）以便于对结构中既有H型钢构件进行抗震加固,同时可避免传统H型钢防屈曲支撑中过早发生内芯局部屈曲破坏的现象发生。该支撑的耗能内芯采用H型钢,约束构件由2个U形钢和2块钢板通过高强螺栓拼接而成。为了研究HBRB的抗震性能,对3个试件进行拟静力试验,结果表明,构造合理的HBRB具有稳定的滞回耗能能力。通过分析试件破坏模式发现：将端部加劲肋布置在翼缘两侧有利于避免H型钢防屈曲支撑内芯应变集中及约束构件局部鼓曲破坏的发生;端部加劲肋和外部约束构件之间的间隙过大会导致加劲肋和H型钢内芯焊缝撕裂;采用低电流、多道焊缝施焊有利于提高防屈曲支撑的疲劳性能。在轴向荷载作用下,H型钢内芯除了发生整体弯曲变形外,腹板和翼缘作为板件还会分别发生自身的高阶屈曲;翼缘和腹板在屈曲后与约束构件接触,相当于对H型钢增加额外的侧向约束,使其整体稳定承载力明显提升。     

双阶屈服屈曲约束支撑框架小震参数分析

为了弥补常规屈曲约束支撑在多遇地震作用下处于弹性状态,不能发挥消能减震作用的不足,提出了一种将金属套管阻尼器与屈曲约束支撑组合形成的双阶屈服屈曲约束支撑,经试验验证其具有良好、稳定的小震及中大震下的滞回特性。在小震作用下,金属套管阻尼器屈服消能,屈曲约束芯板保持弹性承载。借助有限元软件ETABS建立了一系列双阶屈服屈曲约束支撑框架模型,通过改变支撑与框架刚度比、阻尼器与芯板的轴向刚度关系以及套管阻尼器的屈服比例,对各模型进行小震作用下的动力弹塑性分析,将各模型基底剪力和最大层间位移角与相应的常规屈曲约束支撑框架的分析结果进行对比。结果表明:双阶屈服屈曲约束支撑与支撑芯板的轴向弹性刚度比取2左右,阻尼器屈服比例取0.3左右时,可取得较好的减震效果; 双阶屈服屈曲约束支撑的参数取值改变,对降低结构地震响应的影响趋势不因支撑与框架刚度比不同而改变; 当支撑刚度贡献较大时,相较常规屈曲约束支撑,双阶屈服屈曲约束支撑的设置能降低结构的层间位移角,若要同时降低基底剪力,阻尼器屈服比例不宜高于0.3。     

两边连接屈曲约束钢板墙优化布置

两边连接屈曲约束钢板墙的布置方式对结构体系的刚度、承载力和边缘构件的内力有显著影响。通过对两边连接屈曲约束钢板墙边缘梁的承载力需求进行理论分析，提出通过屈曲约束钢板墙交错布置的方式降低边缘梁的承载力需求。以10层3跨平面钢框架结构为研究对象，采用有限元分析的方法对两边连接屈曲约束钢板墙的优化布置进行研究，通过水平荷载作用下结构荷载-位移曲线和边缘梁内力的对比，分析采用不同布置方案时结构体系的受力性能。结果表明：单跨布置屈曲约束钢板墙时，单块钢板墙交错布置、钢板墙二一间隔布置、两块钢板墙交错布置等方案可作为优选方案；多跨布置屈曲约束钢板墙时，边跨交错布置、人字形布置、X形布置可作为优选方案。采用提出的屈曲约束钢板墙优化布置方案可以使结构具有较大的侧向刚度，同时减小边缘梁的内力。     

屈曲约束支撑与TTD支撑经济性分析

屈曲约束支撑(Buckling Restrained Brace,简称BRB)作为具有良好耗能能力的新型支撑被广泛使用。与此同时,金属阻尼器发展迅速,也为结构抗震设计提供了新思路。将金属阻尼器与传统支撑(文中采用方钢管)结合设计出新型TTD(Tube-in-Tube Damper)支撑,其屈服承载力由阻尼器承载力决定,刚度由方钢管与阻尼器共同决定。改变长度与屈服承载力,设计对应的BRB与TTD支撑,对比两者用钢量,发现刚度与屈服承载力相当的TTD支撑相比BRB可节省用钢量,在承载力较小与支撑长度较大情况中尤其明显,这为地震作用下支撑设计提供了新的思路。     

两端铰接防屈曲支撑的受力性能及设计方法

在两端铰接的防屈曲支撑中,内核构件的端部构造不仅影响端部构件段的承载力,而且影响支撑的整体受力性能。通过理论推导与有限元分析,对内核构件端部具有外伸屈服段、加强段的两端铰接防屈曲支撑的破坏形式以及整体受力性能进行了研究。研究表明：在轴压力作用下,内核构件外伸屈服段、加强段会发生侧向变形,进而对外围约束构件产生附加偏心距,对外围约束构件的受力不利;当内核构件外伸段过长时,外伸段会发生弯折破坏。对端部局部内核构件段隔离体作受力分析,可得到一种简化计算模型,采用迭代算法,可偏于安全地确定内核构件外伸段变形对外围约束构件端部产生的附加偏心距。考虑附加偏心距的影响,给出了两端铰接防屈曲支撑的整体设计方法。     

四边连接开洞屈曲约束钢板墙简化分析模型

为简化四边连接开洞屈曲约束钢板墙结构的建模、分析和设计，提出采用等效多斜杆模型作为四边连接开洞屈曲约束钢板墙的等代模型。确定了合理的杆件数量、位置和斜杆截面面积分配比例。基于刚度和承载力等效原则给出了斜杆截面面积和等效材料强度的计算公式。利用有限元方法对四边连接开洞屈曲约束钢板墙和等效多斜杆模型进行了分析对比，验证了等效多斜杆模型的准确性。结果表明：提出的等效多斜杆模型不仅能够准确模拟四边连接开洞屈曲约束钢板墙的受力过程，还能较好地模拟开洞屈曲约束钢板墙对边缘构件的传力，结构的初始刚度、屈服承载力、荷载-位移曲线和边缘构件的内力大小与分布均符合较好，可以作为四边连接开洞屈曲约束钢板墙的等代模型进行结构分析与设计。     

全钢防屈曲支撑的整体屈曲性能

在大地震作用下,防屈曲支撑达到令人满意的力学性能的关键要求之一是要预防整体屈曲直到支撑组件达到足够的塑性变形和延展性。给出了对所提出的全钢防屈曲支撑的有限元分析结果。所提出的防屈曲支撑有着相同的核心截面和不同的屈曲约束性能。对防屈曲支撑和初始缺陷进行参数研究,从而调查支撑的整体屈曲性能。分析结果显示,防屈曲性能的抗弯刚度都可以显著影响支撑的整体屈曲性能。此外,核心组件的抗弯强度的欧拉屈曲荷载的最小比率,即Pe/Py可作为设计目标。这个比率是控制防屈曲支撑整体屈曲的最主要参数。     

开孔双核心钢板装配式屈曲约束支撑性能分析研究

为解决一字型单核心钢板装配式屈曲约束支撑(SBRB)承载力小、连接节点构造复杂等问题,提出一种开孔双核心钢板装配式屈曲约束支撑(PDBRB),介绍了其组成、构造与特点,设计四组试件,采用ABAQUS软件对其进行有限元分析,研究PDBRB与SBRB和一字型双核心钢板装配式屈曲约束支撑(DBRB)性能的差异,考察PDBRB构造的合理性及可行性,结果表明:PDBRB两块核心板能够协同工作,与等刚度的SBRB和DBRB试件相比,受力更加稳定可靠;PDBRB滞回曲线饱满,耗能性能良好,与等屈服力或等刚度等屈服力的SBRB和DBRB试件相比,其屈服后刚度比较小;PDBRB核心单元外伸段的抗弯承载力较大,端部不易失稳。