厦门新机场结构耗能减震设计研究北大核心CSCD

结合厦门新机场航站楼指廊工程,研究在复杂框架结构中,通过采用防屈曲支撑减震设计方案来满足结构的抗震性能目标的方法。介绍了本工程的结构体系特点、采用防屈曲支撑的必要性以及防屈曲支撑框架的设计方法。防屈曲支撑框架结构的设计包括构件设计和防屈曲支撑框架结构整体抗震性能分析两大部分内容。作为消能减震构件,防屈曲支撑既能在弹性阶段为主体结构提供抗侧刚度,又能在中震、大震阶段通过自身的滞回耗能为主体结构提供附加阻尼比,减小地震能量。从小震、中震和大震三个阶段,深入分析了防屈曲支撑框架的抗震性能,验证了防屈曲支撑在复杂框架结构中良好的减震效果。     

厦门新机场结构耗能减震设计研究

结合厦门新机场航站楼指廊工程,研究在复杂框架结构中,通过采用防屈曲支撑减震设计方案来满足结构的抗震性能目标的方法。介绍了本工程的结构体系特点、采用防屈曲支撑的必要性以及防屈曲支撑框架的设计方法。防屈曲支撑框架结构的设计包括构件设计和防屈曲支撑框架结构整体抗震性能分析两大部分内容。作为消能减震构件,防屈曲支撑既能在弹性阶段为主体结构提供抗侧刚度,又能在中震、大震阶段通过自身的滞回耗能为主体结构提供附加阻尼比,减小地震能量。从小震、中震和大震三个阶段,深入分析了防屈曲支撑框架的抗震性能,验证了防屈曲支撑在复杂框架结构中良好的减震效果。     

防屈曲支撑在某厂房结构加固改造中的应用

防屈曲支撑(BRB)作为一种金属屈服耗能支撑构件,克服了普通支撑受压屈曲的缺点,在地震中具有良好的耗能能力和延性。为了研究防屈曲支撑在加固改造结构中的耗能减震效果,本文采用MIDAS/GEN对设置防屈曲支撑的某厂房加固改造结构进行了结构分析和结果对比。结果表明:设置防屈曲支撑以后,结构的抗震性能显著提高,本研究为防屈曲支撑在加固改造结构中的应用提供了成功的工程案例,其设计思路可以为加固改造结构的减震提供有益的借鉴和参考。     

防屈曲支撑在钢框架中的减震性能分析

目前国内外对防屈曲支撑单构件的研究相对较多且较为成熟,而对于加入防屈曲支撑而形成的整体结构的工作性能、耗能能力、协同工作性能等研究相对较为缺乏.本文就一工程实例,采用SAP2000有限元软件对纯钢框架、普通支撑框架和防屈曲支撑框架进行弹塑性动力分析加以对比,研究了防屈曲支撑框架与其它形式框架的抗震性能.结果表明:防屈曲支撑框架的耗能性能是纯框架的1.3倍,是普通支撑框架的1.17倍,底层防屈曲支撑的滞回性能明显优于顶层的支撑.因此在实际工程设计中,宜优先采用底部布置防屈曲支撑,顶部1-2层采用普通支撑的形式.     

基于能量平衡的梁柱刚接防屈曲支撑钢框架设计方法

针对梁柱刚接的防屈曲支撑钢框架,根据能量平衡的概念提出基于能量的抗震设计方法,使结构在罕遇地震作用下满足给定的目标位移。设计方法以钢框架与防屈曲支撑在目标位移下耗散的能量之和等于地震输入能量为准则进行能量分配。地震输入能量以原钢框架的地震输入能量为基准,计入结构周期和延性变化的影响进行调整后得到,并以结构在位移幅值下循环1周耗能作为总耗能。建立防屈曲支撑的耗能需求曲线和目标位移下的耗能能力曲线,求得防屈曲支撑的截面面积。应用此方法设计3跨5层的防屈曲支撑钢框架结构,采用ANSYS软件建立有限元模型,对所设计的钢框架结构进行罕遇地震作用下的时程分析,结果表明：应用此方法设计的梁柱刚接防屈曲支撑框架在地震作用下最大层间位移角与给定的设计目标较为一致,所设计的结构安全可靠。     

混合防屈曲支撑框架

在建筑规范中,可以在大地震水平作用下根据严格的性能目标(如生命安全)来设计结构体系。然而,并不能完全确定小地震水平作用下的建筑性能。最佳的结构抗震性能设计应考虑系统的稳定性、延性及耗能能力的影响。介绍一种称为混合防屈曲支撑框架(BRBF)的新型钢结构体系。"混合"指在支撑核心使用不同钢材料如低碳钢(A36)、高性能钢(HPS)和低屈服强度钢(LYP)的混合防屈曲支撑框架。对各种防屈曲支撑框架模型进行非线性静力Pushover分析和非线性增量动力分析,从而比较标准防屈曲支撑框架和混合防屈曲支撑框架体系的抗震性能。在损害程度方面,混合防屈曲支撑框架明显优于标准的防屈曲支撑框架,如能显著降低在标准防屈曲支撑框架中存在的残余位移。     

内嵌双阶段装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构抗震性能评估

为研究新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑对装配式钢框架-支撑结构抗震性能的影响，首先采用有限元软件Perform-3D建立了普通支撑、防屈曲支撑和新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑的有限元模型，并验证了建模方式的准确性；之后在此基础上建立内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构有限元模型，并采用弹塑性时程分析方法对普通钢框架结构、钢框架-普通支撑结构、钢框架-防屈曲支撑结构、内嵌新型双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构的抗震性能展开研究。分析结果表明：Perform-3D能准确模拟普通钢支撑、普通防屈曲支撑及新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑；内嵌新型双屈服点防屈曲支撑的钢框架-支撑结构在最大层间位移角和结构顶层位移、基底剪力上均优于其他结构，新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑在地震作用下起到了重要的作用，它主要通过新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲约束支撑来耗能，这说明内嵌新型内芯可更换的双屈服点装配式防屈曲支撑的钢框架-支撑结构具有良好的抗震性能。     

防屈曲支撑在框架剪力墙结构上的设计及 抗震性能

在钢筋混凝土结构中应用防屈曲支撑技术能够有效提高建筑结构的抗震性能。该文首先阐述了防屈曲支撑的工作原理以及在承载力及稳定性方面的特性,并分析了防屈曲支撑在框架剪力墙结构上抗震性能的具体设计方法。     

防屈曲耗能支撑在世博中心工程中的应用研究

世博中心主体结构平面布置复杂,结构抗震要求高,设计采用防屈曲耗能支撑钢框架结构体系。详细介绍了防屈曲耗能支撑设计中必须解决的主要问题,包括防屈曲耗能支撑参数的确定、节点的设计和产品的验收标准。结合防屈曲耗能支撑在世博中心工程的实际应用,对防屈曲耗能支撑芯材材质、刚度计算、屈服承载力、变形要求、节点构造要求、节点承载力计算以及与防屈曲耗能支撑相连接的框架梁柱设计进行探讨,提出可行的计算方法和构造做法。在现行钢结构验收规范的基础上,根据防屈曲耗能支撑的特点提出防屈曲耗能支撑产品的验收标准。     

主余震作用下防屈曲支撑框架结构联合易损性分析

针对防屈曲支撑在主余震作用下可能发生疲劳破坏,引起其所在楼层刚度发生突变,导致结构倒塌的问题,对考虑支撑疲劳性能的防屈曲支撑框架,采用峰值层间位移角和残余峰值层间位移角作为联合指标,进行增量动力分析和地震易损性分析。结果表明,主余震作用下防屈曲支撑框架的抗倒塌能力明显降低,且随着地震作用的增加,结构易损性概率显著加大。此外,通过分段积分的方式确定了2种指标对结构易损性概率的影响,结果表明,结构性能受结构残余变形影响较大。因此,在进行防屈曲支撑框架设计时有必要考虑主余震组合作用对防屈曲支撑疲劳和变形的影响,对其性能提出更高要求。     

既有RC框架结构BRB加固方案对比研究

为比较附加防屈曲支撑框架和附加摇摆防屈曲支撑框架加固既有RC框架结构后的抗震性能,通过PERFORM 3D软件对两种加固方案下的一幢美国加州20世纪70年代14层RC框架结构进行建模,采用基于性能的抗震设计方法对加固结构进行静力弹塑性分析和动力弹塑性时程分析,比较了两种加固方案下结构层间位移角、层间剪力、防屈曲支撑框架层间剪力比以及结构底柱轴力的不同动力响应。分析结果表明,采用附加摇摆防屈曲支撑框架加固既有RC框架结构更为可行,研究为既有RC框架结构抗震加固提供参考和指导。     

昆明国家开发银行大楼混合减震分析

昆明开发银行办公楼处于高烈度区,且建筑平面为"凹"形,对结构抗震不利,钢框架及钢框架—支撑结构体系不能满足设计要求。为改善结构的抗震性能,采用了钢框架+防屈曲耗能支撑+黏滞阻尼器的混合减震结构体系,实现了各地震作用下设定的抗震设计性能目标。该混合减震结构的减震特点是在小震时,防屈曲支撑处于弹性变形阶段,以黏滞阻尼器耗能为主;在中震时,部分防屈曲耗能支撑开始耗能,黏滞阻尼器的阻尼力仍随速度增长而变大,黏滞阻尼器与防屈曲耗能支撑都对结构进行耗能减震;在大震时,大部分防屈曲耗能支撑发挥耗能作用,形成饱满的耗能滞回曲线,对结构的整体耗能占主导作用。     

防屈曲支撑在钢结构重型厂房中的应用

某钢结构重型厂房,首次应用防屈曲支撑,以减小由于厂房超长而产生的温度效应,降低构件内力和柱底反力。介绍防屈曲支撑的构成和应用现状,并与普通支撑进行比较。结果表明:防屈曲支撑对减小超长厂房温度效应具有一定作用,并且能满足厂房各项设计要求,实现设计目标。     

自复位防屈曲支撑钢框架减振效果分析

自复位防屈曲支撑构件在拟静力试验中表现出良好的复位性能及耗能能力。但是,自复位防屈曲支撑钢框架中支撑与主体结构的刚度关系,以及结构中的复位系统与耗能系统的关系如何合理设置,都需要借助结构试验或参数分析来解决。根据我国现行规范设计了钢框架结构,在构件试验研究及理论分析基础上给出了自复位防屈曲支撑钢框架结构的三线性恢复力模型,并用有限元软件ANSYS建立结构模型。根据此模型对防屈曲支撑钢框架和自复位防屈曲支撑钢框架结构进行了抗震性能对比。通过自复位防屈曲支撑动力位移反应分析,研究了支撑与结构刚度比αB/M,结构耗能系统与复位系统的屈服力比β及其刚度比αc三个重要参数。结果表明:自复位防屈曲支撑钢框架结构最大位移及残余位移角均小于防屈曲支撑钢框架结构的。结构刚度比αB/M越大越有利于减少残余变形;屈服力比β越大结构位移响应越小;刚度比αc越大结构位移响应越小。在初始设计时,建议钢框架结构的αB/M取为3;β取0.5~0.9;αc取为0.5。     

防屈曲偏心支撑加固钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

结合2榀1/2比例的3层单跨钢筋混凝土框架低周反复加载拟静力试验研究,对采用防屈曲偏心支撑加固的钢筋混凝土框架结构抗震性能开展研究。通过与未加固试件的对比,对采用防屈曲偏心支撑加固的钢筋混凝土框架结构的破坏形态、承载能力、变形能力、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了深入分析。研究结果表明:经合理设计,防屈曲偏心支撑加固框架可有效实现预期的塑性铰机制,达到了防屈曲支撑先于框架结构屈服的设计目标,与未加固对比试件相比,采用防屈曲偏心支撑加固混凝土框架抗震性能显著提高,防屈曲偏心支撑加固混凝土框架具有良好承载能力、弹塑性变形能力和耗能能力。     

Seismic response of steel frames with self-centeringbuckling-restrained braces

自复位防屈曲支撑构件在拟静力试验中表现出良好的复位性能及耗能能力。但是,自复位防屈曲支撑钢框架中支撑与主体结构的刚度关系,以及结构中的复位系统与耗能系统的关系如何合理设置,都需要借助结构试验或参数分析来解决。根据我国现行规范设计了钢框架结构,在构件试验研究及理论分析基础上给出了自复位防屈曲支撑钢框架结构的三线性恢复力模型,并用有限元软件ANSYS建立结构模型。根据此模型对防屈曲支撑钢框架和自复位防屈曲支撑钢框架结构进行了抗震性能对比。通过自复位防屈曲支撑动力位移反应分析,研究了支撑与结构刚度比αB/M,结构耗能系统与复位系统的屈服力比β及其刚度比αc三个重要参数。结果表明：自复位防屈曲支撑钢框架结构最大位移及残余位移角均小于防屈曲支撑钢框架结构的。结构刚度比αB/M越大越有利于减少残余变形;屈服力比β越大结构位移响应越小;刚度比αc越大结构位移响应越小。在初始设计时,建议钢框架结构的αB/M取为3;β取0.5~0.9;αc取为0.5。     

考虑填充墙影响的防屈曲支撑-钢框架抗震性能分析

按照7度设防标准设计一20层平面钢框架,采用层刚度比方法布置防屈曲支撑,通过计算分析选出合理的刚度比例。采用Wael三撑杆模型、改进的Atkinson和Yan本构关系曲线模拟填充墙,并建立含填充墙的20层防屈曲支撑-钢框架模型。采用增量动力分析(IDA)方法并结合ATC委员会的提出的倒塌储备系数(CMR)评价方法,对防屈曲支撑-钢框架和含有填充墙的防屈曲支撑-钢框架进行了抗震性能对比研究。结果表明,填充墙可以显著提高结构的抗侧刚度,并能增强结构在罕遇地震下的抗倒塌能力,通过合理的布置防屈曲支撑可使7度设防钢框架基本实现8度"大震不倒"的设防目标,同时表明CMR抗震性能评估方法在长周期结构中的应用需进一步研究。     

摇摆减震框架结构抗震性能试验研究

摇摆防屈曲支撑-框架新型结构体系是通过将防屈曲支撑框架柱端与基础断开并在柱脚设置耗能阻尼器,以放松支撑框架柱端与基础之间的受拉约束,在强烈地震中允许支撑框架柱端抬起,产生结构摇摆。通过对一榀固接防屈曲支撑-钢筋混凝土框架与两榀摇摆防屈曲支撑-钢筋混凝土框架进行拟静力试验对比研究,得到:摇摆防屈曲支撑结构滞回曲线饱满,耗能能力良好;层间位移角达到1/150时,摇摆柱脚抬起,基底剪力减小,柱脚裂缝数量减少,变形能力增强;摇摆防屈曲支撑结构具有防屈曲支撑、耗能阻尼器、框架梁、柱等多道抗震防线,整体抗震性能好。     

带防屈曲支撑的钢框架减震分析

防屈曲支撑既能提供侧向刚度,又可以增加结构的耗能,作为一种优良的耗能构件被广泛应用于建筑结构振动控制。文中采用有限元软件OpenSEES分析了防屈曲支撑在钢框架结构中的减震效果。研究表明,增设防屈曲支撑可有效减小结构位移,提高结构的抗震能力,但应注意与防屈曲支撑相邻构件的设计。     

钢框架抗震改造的支撑系统研究

评估了采用不同支撑系统改造的抗弯钢框架的抗震性能。共采用3种结构形式:中心支撑框架、防屈曲支撑框架、巨型支撑框架。设计了一横向刚度不足的9层钢框架,满足规范对高地震灾害区域结构的侧移要求。用中心支撑、防屈曲支撑和巨型支撑改造框架。进行非弹性时程分析,评估地震作用下的结构性能。以局部变形(杆件转角)和整体变形(层间及屋顶侧移)为参数,比较改造框架非弹性性能的不同。结果表明:巨型支撑框架是最有效率的支撑系统,其最大层间侧移比抗弯框架低70%,比中心支撑框架低50%。侧移的减小量与地震特性有关,尤其是频率。防屈曲支撑的抗震性能仅稍优于巨型支撑框架,但其总质量更大。巨型支撑框架的杆件和节点用钢量比同心支撑框架低20%,既可降低费用又具有抗震优势。