防屈曲耗能支撑研究与应用的新进展

防屈曲耗能支撑是一种性能优良的新型耗能减震构件。本文阐述了防屈曲耗能支撑的构成和基本原理,根据约束构件的不同材料形式,将防屈曲耗能支撑划分为混凝土约束型防屈曲耗能支撑、全钢型防屈曲耗能支撑和装配式防屈曲耗能支撑。分别介绍了防屈曲耗能支撑的类型与性能、防屈曲耗能支撑框架分析与子结构试验,以及防屈曲耗能支撑在工程中的应用情况和标准化。指出了防屈曲耗能支撑研究和推广应用中存在的问题,给出了今后研究与应用的建议。     

防屈曲支撑的工作机理及稳定性设计方法

防屈曲支撑(BRBs)是一种兼具普通支撑和金属耗能阻尼器双重功能的新型支撑形式。虽然其概念简单明确,但是工作机理却较为复杂,而目前人们对此类支撑的本质工作机理还没有得到充分的认识,因此很难提出较为全面合理的构件稳定性设计方法。本文对防屈曲支撑的工作机理进行了剖析,比较了目前已有的构件整体稳定性设计方法并指出了其中存在的问题,进一步提出应重点考虑间隙、边界条件以及摩擦力等因素的"强度-刚度"整体稳定设计方法的观点;从理论上推导了支撑内芯屈服段与约束构件之间的局部挤压力计算公式,揭示了支撑构件局部失稳破坏的机理,并进一步提出应重点考虑内芯板件宽厚比、间隙以及局部约束条件三者相关关系的支撑构件局部稳定设计方法的观点。     

变厚度钢板内芯防屈曲支撑试验研究

提出了一种变厚度钢板内芯防屈曲支撑（VTBRB）。设计了2个足尺变厚度钢板内芯防屈曲支撑试件,其中:1个试件在变厚度内芯端部设置加劲肋;另1个试件采用无肋式变厚度内芯。通过拟静力试验分析了2种内芯构造形式对变厚度钢板内芯防屈曲支撑的滞回性能、失效模式、受压承载力调整系数和累计塑性变形等的影响。研究表明:2个变厚度钢板内芯防屈曲支撑均表现较好的抗震耗能特性,其受压承载力调整系数均满足相关规范的限值要求。设置加劲肋可以减少变厚度内芯端部无粘结材料的磨损,并可以有效提高变厚度内芯防屈曲支撑的低周疲劳性能。     

铝管约束轻型防屈曲支撑的实验研究

针对传统的混凝土灌浆型和全钢型防屈曲支撑质量较大,无法适用于大跨空间结构等轻型建筑的问题,本文提出一种铝管约束轻型防屈曲支撑的设计方法。在核心钢管和约束管间设置不同宽度的间隙并对部分核心钢管进行开孔,通过拉压往复试验,研究了间隙和开孔对试件性能的影响,得到构件的相关恢复力特征,并分析了试件相关参数对耗能特性的影响。结果表明,本文设计的轻型防屈曲约束支撑,滞回曲线饱满,耗能效果良好;核心钢管宜开孔且支撑间隙应设置在1 mm左右,以减轻试件端部压力并简化施工工艺。     

端部加强型双重钢管防屈曲支撑试验研究

为了研究端部加强型双重钢管防屈曲支撑的力学性能,检验间隙及约束比变化对支撑性能的影响,设计并制作了6个防屈曲支撑试件,通过低周循环加载静力试验,研究了力-位移滞回曲线、恢复力模型、割线刚度变化规律、粘滞等效阻尼比、耗能系数等滞回性能,并比较研究了间隙及约束比变化对防屈曲支撑性能的影响.研究表明:端部加强型双重钢管防屈曲支撑性能稳定,延性较高,具有良好的耗能性能和抗低周疲劳特性,其恢复力特性可以采用双线性模型进行描述;间隙应控制在合理的范围内,大于2mm或为0mm时均不利于内核钢管材料强度的发挥,影响支撑的耗能及延性;随着约束比的增大,耗能能力增强,但增加的幅度变小,在满足约束比限值情况下,约束比的变化对支撑的性能不产生明显的影响.     

运用防屈曲支撑的混凝土框架结构的抗震性能研究

简要介绍地震安全社区的实现途径以及防屈曲支撑的构成和性能参数。运用ABAQUS软件对有无安装防屈曲支撑的钢筋混凝土框架模型进行动力时程分析,总结分析防屈曲支撑对钢筋混凝土框架结构的减震效果。结果表明,防屈曲支撑能大大降低钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下的层间位移角,提高建筑物抗震性能,使地震安全社区中抗震设防烈度为Ⅶ度的建筑物能够抵御Ⅷ度罕遇地震。     

二重钢管防屈曲耗能支撑的有限元分析

设计了12组41种二重钢管防屈曲耗能支撑试件,应用有限元软件ABAQUS对其进行了有限元分析,研究了径厚比、约束比、长细比和边界条件对支撑性能的影响.分析结果表明:二重钢管防屈曲耗能支撑的径厚比取值不大于24、约束比的取值不小于3时,支撑的滞回曲线饱满、稳定;当支撑的长细比增加时,可以通过提高约束比来避免支撑发生整体屈...     

安装有防屈曲支撑建筑的地震模拟与经济性分析

结合防屈曲支撑拟静力实验的研究成果,用ABAQUS有限元软件模拟一栋建筑的地震反应。比较原设计结构与减少梁柱面积但安装有防屈曲支撑的减缩结构这2种方案下的地震响应,使两者的层间位移角相近并满足规范要求,进而做经济性对比。结果表明,防屈曲支撑可以有效地减小结构地震响应,并且先于梁柱破坏,保护主体结构安全;安装防屈曲支撑的结构在满足设计要求的同时,还可以节省建筑成本,缩短施工工期。     

防屈曲支撑的有限元模拟及滞回性能分析

结合防屈曲支撑拟静力实验的研究成果,本文采用有限元软件ABAQU S对其进行了数值模拟分析。在模拟过程中,应用金属Com b ine本构模型设置内芯钢板材料属性。该模型是对传统双线性本构模型的改进,模拟结果很好地符合了实验结果,同时验证了防屈曲支撑具有良好的减震耗能性能,其在轴向加载达到7倍屈服位移时,依然能保持良好的滞回特性。通过对模型中橡胶无粘结层的合理设置,研究了内芯钢板在失稳变形中无摩擦滑移与能量缓冲转化的形变特点。分析表明,当外包约束强度和刚度足够时,内芯钢板在受轴向压力时只发生多波微幅弯曲失稳;随着内芯钢材与外包有效约束间隙的增大,支撑的失稳波幅也随之增大,支撑承载力与耗能能力显著降低。     

钢铅组合防屈曲支撑的滞回性能与参数研究

为简化防屈曲支撑的加工工艺,提高防屈曲支撑的初始刚度和在小变形下的耗能能力,基于现有防屈曲支撑在截面形式与构造方式上的特点,提出了一种新型钢铅组合防屈曲支撑并进行了构造设计。通过有限元数值模拟,分析了钢铅组合防屈曲支撑的耗能特性与效果,建立了恢复力简化模型,并根据理想弹塑性材料本构关系推导出滞回规则。通过对不同设计参数的理论分析和数值模拟,分析了钢铅屈服力比、铅剪切面长宽比、核心段宽厚比和耗能段长度等参数对防屈曲支撑滞回性能的影响。研究结果表明,钢铅组合防屈曲支撑能够提供较大的抗侧刚度,耗能效果良好,加工工艺简单,适合工程应用。     

带防屈曲支撑的钢管混凝土框架抗震性能参数分析

设置防屈曲支撑的钢管混凝土框架是一种新型钢管混凝土减震结构。采用有限元软件Opensees对设置防屈曲支撑的单层单跨钢管混凝土减震框架进行数值模拟,研究了框架梁柱线刚度比、防屈曲支撑初始刚度以及钢管混凝土柱轴压比等设计参数对该减震结构抗震性能的影响。研究结果表明：1数值模拟和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性;2梁柱线刚度比在0.1~0.3之间变化时,钢管混凝土减震框架的抗震性能较好;3BRB耗能支撑的初始刚度K1在40~80kN/mm变化时,减震框架的耗能减震效应较明显;4在合理的钢管混凝土柱轴压比范围内,当轴压比较大时,在钢管混凝土框架中设置防屈曲支撑能明显地提高结构的耗能能力和改善结构的强度退化现象。     

点接触式防屈曲支撑稳定及延性性能研究

防压曲支撑作为一种新型耗能减震构件,能用于抑制普通支撑的压曲现象,能更多地吸收和耗散地震输入结构的能量,提高框架的抗震性能.目前,常规屈曲约束支撑的芯材和无粘结材料一般采用特殊材料制成,加工制作成本较高,不利于工程推广使用.提出 了一种点接触式防屈曲支撑(point - contact buckling - restrained braces,PBRB),由核心钢管、约束套管及之间的垫环构成,各部件均采用普通钢材,且制作工艺简单.基于ABAQUS工作平台,通过改变PBRB的相关参数,对PBRB的稳定及延性性能进行了系统研究.结果表明,所提出的PBRB具有稳定的工作性能和良好的延性;在相同条件下,PBRB的稳定和延性性能与常规屈曲约束支撑相比差别不大;PBRB屈服后承载力基本保持在核心钢管屈服段的屈服荷载Fv附近,无强化上升段,降低了对约束单元的要求.     

新型防屈曲耗能支撑的设计、试验及其减震性能研究

设计制作了一种新型全钢、装配式的防屈曲耗能支撑(BRB),给出了主要的理论计算公式,采用有限元方法对其工作过程和机理进行数值模拟并进行了足尺实验研究,最后,将这种装置安装到框架结构,基于非线性动力时程分析评估其减震性能.研究结果表明了简化计算和有限元分析在产品初步设计中的有效性;防屈曲耗能支撑明显减小了结构动力响应,提...     

基于OpenSees的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架数值模拟

提出了一种既有钢筋混凝土框架结构的抗震加固方法,该法采用防屈曲支撑提高框架结构体系的水平承载力和耗能能力,利用外包钢进一步提高柱子的抗弯和抗剪承载力。采用开源有限元程序OpenSees,分别建立空钢筋混凝土框架和防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的分析模型,对2榀钢筋混凝土框架的抗震性能进行模拟。防屈曲支撑采用了弹塑性桁架单元模型,加固框架柱混凝土考虑了外包钢的约束作用。将分析结果与拟静力试验结果进行比较,以检验分析模型的准确性,以及研究防屈曲支撑和外包钢对混凝土框架抗震性能的影响。分析结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好,验证了基于OpenSees建立的数值模型的准确性;外包钢有效改善了框架柱的抗弯承载力和变形能力;防屈曲支撑显著提高了加固框架体系的水平刚度、水平承载力和耗能能力。     

间隙与支座类型对开孔三重钢管防屈曲耗能支撑性能的影响

利用ABAQUS有限元分析软件对开孔三重钢管防屈曲耗能支撑进行拉压循环荷载作用下的滞回性能、支撑的承载力及核心管的应力和变形进行模拟分析,研究了核心管与内外约束管之间的间隙和支撑的支座类型对支撑性能的影响。研究结果表明:当间隙为0 mm时,防屈曲耗能支撑在加载过程中出现套箍效应和整体屈曲现象;当间隙为1~2 mm时,加载过程中不出现套箍效应和屈曲现象;当间隙大于3 mm时,三钢管出现明显的弯曲,建议支撑的间隙控制在1~2 mm之间;当支座类型为铰接时,支撑还没屈服就已经屈曲;当支座类型为半刚接时,加载到38 mm时支撑发生屈曲;当支座类型为刚接时,支撑在加载的过程中不出现屈曲现象,在设计的过程中按铰接考虑是偏于安全的。     

防屈曲支撑弹塑性模型:响应及敏感性分析

在OpenSees中实现了一种最近研究的新型防屈曲支撑结构(BRBs)的弹塑性本构模型的隐式算法,并基于直接微分法(Direct Differentiation Method,简称DDM),推导实现其响应的参数敏感性分析算法。此模型能够很好地预测BRBs的实验结果。同时,根据敏感性计算结果能够分析BRB本构参数对结构响应的影响和相对重要性,分析结果可用于基于梯度计算的结构优化、结构可靠性和模型修正中。选取一个配置BRBs的4层钢框架进行实例研究,用DDM计算结果与有限差分法(Finite Difference Method,简称FDM)计算结果进行对比,以验证DDM敏感性分析算法的正确性、精度和效率,并分析了BRB模型参数对全局和局部响应的影响。此外,响应敏感性分析结果还用于有限元模型修正中,以验证BRB模型敏感性分析结果对于提高优化算法效率的作用。     

屈曲约束支撑框架Pushover分析的加载模式研究

Pushover分析方法存在的不足主要表现在不能考虑高阶振型的影响和结构进入弹塑性状态后振型的变化2个方面.对此,文中提出了振型组合方式为完全平方组合的多段加载模式,并通过OpenSees对一个屈曲约束支撑框架结构算例进行分析,说明了采用多段加载模式计算精度明显提高.     

建筑抗震构件中屈曲约束支撑结构研究新进展

详细介绍了近年来中国学者在屈曲约束支撑研究方面取得的研究成果，着重讨论了屈曲约束支撑构件（核心单元、约束机构、无黏结构造层）和整体抗震性能以及设计方法的研究现状。结果表明：屈曲约束支撑以其良好的耗能性能具有很好的发展潜力，屈曲约束支撑的适用范围不断拓展，结构形式更趋多样化，设计方法不断优化。     

屈曲约束支撑满足高层结构高性能要求的研究分析

以某实际高层框筒结构工程为例,根据规范设定较高的抗震性能目标,研究分析屈曲约束支撑体系对提高结构的整体抗震性能的效果。分别进行多遇地震作用下的弹性反应谱分析和罕遇地震作用下的推覆分析,结果表明:加设屈曲约束支撑后结构的抗震性能得到明显加强。在多遇地震作用下,屈曲约束支撑体系减小层间位移角;在罕遇地震作用下,屈曲约束支撑体系有效耗散地震能量,减小主体结构变形和损伤,形成合理的整体型结构屈服机制。