剪切钢板阻尼器研究与应用进展

文章对国内外剪切钢板阻尼器的研究与应用进展进行了综述,介绍了剪切钢板阻尼器的构造、耗能原理、性能特点、工程应用实例等,作者从所得的研究成果中重点概括了腹板宽厚比、腹板削弱情况、翼缘宽厚比、翼缘所用钢材、翼缘形状、加劲肋设置方式等对剪切钢板阻尼器耗能能力及限制腹板发生面外失稳能力的影响,同时深入分析了剪切钢板阻尼器在研究和应用中存在的问题,并指出了今后应重点研究解决的若干问题。     

高层高强钢组合偏心支撑框架抗震性能简化分析

高强钢组合偏心支撑钢框架是一种新型的抗震结构体系,为分析其抗震性能,利用ABAQUS有限元软件建立了简化分析模型。在验证该简化模型合理有效的基础上,建立了某十层算例的整体模型,施加竖向荷载的同时施加水平倒三角形循环荷载作用,进而分析了该算例的滞回性能。研究表明:本文提出的简化分析模型不仅可以较准确的模拟该结构体系的延性和抗侧刚度,还可以有效预测结构的变形分布和非线性性能。     

高强钢组合D型偏心支撑框架抗震性能分析

高强钢组合偏心支撑结构是梁柱采用高强钢材,耗能梁段采用普通钢材的新型结构体系。采用ABAQUS有限元软件建立了9个不同层数与钢材强度组合D型偏心支撑框架有限元模型,进行了滞回性能分析。通过与普通钢D型偏心支撑框架结构对比,表明虽然高强钢组合D型偏心支撑的滞回性能略差,但随着结构层数的增加,其延性、耗能能力与普通钢偏心支撑结构的差距逐渐减小,且具有结构承载力高和刚度退化慢的优点,适用于高层结构。同时,由于高强钢构件截面较小,可以大大减少结构用钢量,因此有较高的经济效益。综合各因素考虑,建议在设计9层至14层D型偏心支撑结构时采用高强钢,钢材宜采用Q460。     

高强钢组合偏心支撑框架抗震性能研究

高强钢组合K型偏心支撑框架耗能梁段和支撑采用Q345钢,其余构件采用Q460钢,不仅能有效减小构件截面、节约钢材、降低造价,而且有助于推广高强钢的应用。为了比较高强钢组合K型偏心支撑框架与Q345钢K型偏心支撑框架的抗震性能,在试验研究的基础上,设计两组共8个不同层数的高强钢组合K型偏心支撑框架与Q345钢K型偏心支撑框架,并分别对其进行非线性静力推覆分析和动力时程分析,对比分析两种结构形式的承载力、刚度、延性以及地震作用下层间变形能力和耗能梁段。结果表明:在满足抗震性能要求的前提下,相同设计条件下高强钢组合K型偏心支撑框架变形略差于Q345钢K型偏心支撑框架,但是其构件截面较小,可以节省钢材,降低工程造价,具有较高的经济效益。     

剪切屈服型可更换耗能梁的抗震性能研究

针对传统结构震后修复能力不足,带可更换构件的混合框架结构体系在地震作用下,可更换耗能构件集中损伤和耗散地震能量,保护其他构件不损伤或轻微损伤,更换损伤的耗能构件,即可实现结构预定功能震后可恢复。通过3个可更换耗能梁试件,研究其抗震性能。在此基础上,通过SAP2000有限元建模,对带可更换构件的混合框架结构进行非线性分析,研究整体结构体系的屈服机制、承载力和可更换耗能构件的可更换性能。结果表明:试件均发生剪切屈服型破坏,破坏特征包括腹板－加劲肋焊缝撕裂、腹板屈曲和腹板撕裂。各试件的滞回曲线非常饱满,具有优异的承载能力、变形能力和耗能能力;在地震作用下,带可更换构件的混合框架结构体系中各构件能够实现良好的有序屈服机制,可更换耗能构件具有较好的可更换性。     

基于OpenSEES的高强钢组合K形偏心支撑框架精细化建模分析

为研究高强钢组合K形偏心支撑框架在反复荷载作用下的受力性能,在已有拟静力试验的基础上,利用有限元软件OpenSEES对一个高强钢组合K形偏心支撑框架模型进行了精细化建模研究。首先,探讨了模型的单元选择,纤维截面划分和材料本构参数定义问题。同时,考虑到在地震荷载作用下,高强钢组合K形偏心支撑框架主要依靠消能梁段的剪切变形来耗能,因此,如何模拟结构中消能梁段的剪切效应成为研究的关键。本文采用OpenSEES提供的组合截面和零长度单元两种方法来对消能梁段进行建模,剪切材料分别考虑了Steel 02和滞回材料。将不同消能梁段建模方法的模拟滞回曲线和骨架曲线与试验结果进行比较。结果表明:精细化模型的数值模拟结果和试验结果具有较好的吻合度,验证了数值模型的正确性和可行性;采用零长度单元和Steel 02的组合方式来模拟消能梁段的剪切效应能够同时满足计算效率和计算精度的要求,为进一步利用OpenSEES进行高强钢组合K形偏心支撑框架的动态响应分析和复杂模型分析提供了建模参考依据。     

薄弱层设置耗能阻尼器支撑的钢框架模型振动台试验

设计制作了一个五层钢框架模型,在其第一层、第三层和第五层薄弱层分别设置摩擦阻尼器、粘弹性阻尼器和粘弹性-摩擦阻尼器等三种耗能阻尼器支撑,进行了罕遇地震和多遇地震下的振动台试验。试验结果表明,耗能阻尼器支撑能够有效地控制结构的地震反应。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架震后修复试验研究

高强钢组合K形偏心支撑钢框架通过低屈服点耗能梁段的弹塑性变形耗散能量,结构破坏主要集中于此,可通过更换耗能梁段完成结构修复。为研究替换构件法修复这种结构的可行性和修复后结构的抗震性能,先对1榀单层单跨1/2缩尺的高强钢组合K形偏心支撑钢框架进行循环加载试验;将已加载破坏的试件进行更换耗能梁段修复,再对修复后的试件进行循环加载试验。试件破坏模式和主要抗震性能指标的分析结果表明:采用替换耗能梁段法修复这种结构是可行的,且修复工作量小,有利于尽快恢复正常;修复后的极限承载力与原试件相当,但延性系数略有降低;相同层间位移角下二者耗散能量差别不大,但修复后的耗能梁段转动能力不及原试件。     

侧边加劲波纹钢板墙弹性剪切屈曲分析

结合两边连接及波纹钢板的优点,提出一种新型的侧边加劲波纹钢板墙。建立了侧边加劲波纹钢板墙的有限元精细化分析模型,采用有限元软件ANSYS对其进行抗剪屈曲分析,推导了波纹钢板墙的弹性抗剪屈曲强度。研究了墙板参数、波纹参数及加劲肋参数对屈曲模态和抗剪屈曲承载力的影响规律。研究结果表明,所提出的波纹钢板墙,其抗剪屈曲承载力较平钢板墙显著提高;在不同的参数下具有整体屈曲和局部屈曲两种不同的屈曲模态;其临界剪切屈曲应力值随跨高比的增加而大致保持不变,随高厚比的增大而逐渐减小,随波纹倾角及子板宽的增大皆先增大后减小。因此,实际工程应用中应合理选择波纹钢板墙参数,以避免发生局部屈曲而导致角部连接失效以及不稳定承载,从而使之具有较大的弹性屈曲承载力,更好地发挥钢材的强度和延性。     

腹板摩擦式钢框架节点震后可更换性能的试验研究

主要针对梁腹板带有摩擦耗能螺栓的自复位钢框架节点结构进行抗震性能和可更换性能的试验研究,探讨该类节点在往复荷载作用下的滞回性能以及节点域的变形特征。在参数选型的基础上,对5组钢框架节点试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验,其中:4组试件具有自复位能力,分析了各试件的承载力、刚度、耗能性能和滞回特性等性能。综合研究结果表明:所提出的拼接节点能够利用摩擦螺栓的滑移提高节点的耗能能力,有效减少梁和柱主体构件的损伤,同时预应力筋提供了结构的自复位能力。试验结果表明:在地震作用之后,通过更换腹板及摩擦螺栓可以使结构的承载能力和耗能性能与震前基本一致,从而实现结构功能的快速恢复。     

新型钢板装配式屈曲约束支撑有限元分析

提出一种新型钢板装配式屈曲约束支撑,介绍了其构造和特点,采用有限元软件ABAQUS对不同数量螺栓、不同端部构造方式的6个模型进行分析。结果表明:新型钢板装配式屈曲约束支撑具有稳定的滞回耗能能力,螺栓间距应小于两倍的核心单元波长,提出的端部嵌入式构造方式对端部有较明显的加强作用。     

新型可更换连梁研究进展

联肢剪力墙是高层建筑结构中广泛采用的抗侧力结构体系,而连梁是联肢剪力墙结构中重要的耗能构件。然而,不论是传统的钢筋混凝土连梁还是钢连梁或型钢混凝土组合连梁破坏后修复或更换都比较困难,代价昂贵。近年来,国内外的部分学者开始研究可更换连梁,使连梁在受损后易于修复或更换,减小连梁修复费用。本文首先提出了可更换连梁的定义和分类,然后对目前国内外可更换连梁的研究现状进行了比较全面的总结,特别是介绍了2012年9月第15届世界地震工程会议上展示的相关研究成果,最后对可更换连梁的研究未来做了展望。     

设置粘滞阻尼器的钢框架防连续性倒塌分析

为了研究设置有粘滞阻尼器的减震钢框架结构的防连续倒塌性能,对设置阻尼器的减震钢框架和未设置阻尼器的原钢框架分别进行了地震弹塑性时程分析,比较了两种情况下的层间位移角.分析结果表明,地震作用下,与原结构相比减震结构的层间位移角最大降低了64.3％.接着采用瞬时加载法对底层各柱失效时的减震钢框架和不设置阻尼器的原钢框架分别进行了动力倒塌分析,比较了减震结构和原结构防连续倒塌的能力,分析结果表明,底层柱失效时,减震结构各柱端点处位移均比原结构降低,最大处降低了63.5％.因此减震结构的阻尼器对结构防连续倒塌能起到较大的作用.     

不同支撑形式高强钢组合偏心支撑抗震性能研究

耗能梁段作为偏心支撑结构的耗能元件,在大震作用下通过弹塑性变形吸收地震能量,保护主体结构处于弹性受力状态。现行规范基于强度的设计理论,为了保证耗能梁段进入塑性或破坏,梁柱构件需要进行放大内力设计,导致截面过大,而且基于强度的设计方法很难保证结构的整体破坏状态。目前,抗震设计越来越重视基于性能的设计思想,该方法能够评估结构的弹塑性反应。对于高强钢组合偏心支撑,其中耗能梁段和支撑采用Q345钢,框架梁柱采用Q460或者Q690高强度钢材,高强钢不仅带来良好的经济效益,而且能够推广高强钢在抗震设防区的应用。利用基于性能设计方法设计了4种不同形式的高强钢组合偏心支撑钢框架,包括K形、Y形、V形和D形,考虑4层、8层、12层和16层的影响。通过Pushover分析和非线性时程分析评估该结构的抗震性能,研究结果表明:4种形式的高强钢组合偏心支撑钢框架具有类似的抗震性能,在罕遇地震作用下,几乎所有耗能梁段均参与耗能,而且层间侧移与耗能梁段转角沿高度分布较为均匀。其中:D形偏心支撑具有最大的抗侧刚度,但延性较差,而Y形偏心支撑的抗侧刚度最弱,但延性最佳。     

偏心结构减震设计中粘弹性阻尼器的优化布置

偏心结构在地震作用下的扭转效应过大会导致结构抗震性能的退化,加速结构的破坏。为有效控制偏心结构在地震作用下的平扭耦联反应,根据粘弹性阻尼结构的性能与特点,采用3种不同的控制函数对偏心结构进行了阻尼器的优化布置,并以一个6层的偏心结构为例,比较了不同控制函数下结构的减震效果。结果表明,3种不同的目标控制函数均可有效控制偏心结构的平扭耦联效应,减小结构的扭转反应,所得结果可为实际工程粘弹性阻尼器的优化布置提供有益参考。     

梁柱节点刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响

为了研究不同梁柱节点刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响,利用ABAQUS有限元软件建立了不同梁柱节点连接刚度的六层两跨平面钢框架模型,并对其滞回性能进行了非线性数值分析,对比分析了各模型的承载力、侧向刚度、延性、耗能能力等特性。结果表明:随着节点刚度的增大,各模型的屈服荷载、极限荷载、抗侧刚度、延性系数逐渐增大。Y形偏心支撑半刚接钢框架节点刚度越接近理想刚接情况,其抗震性能越好。倒三角水平循环荷载作用下,各模型均为耗能连梁首先屈服,且按照由底层到顶层的顺序逐渐屈服,中间底层柱在受力过程中应力较大,设计时应重点考虑。     

多维地震作用下偏心结构的磁流变阻尼器半主动控制

理论研究与震害经验表明,地震时结构会产生不可忽略的平动与扭转耦合的空间振动。本文提出了基于线性最优控制理论的部分状态反馈次优控制策略和基于遗传算法的控制策略,以Marlab和Simulink为平台,采用磁流变阻尼器对双向水平地震作用下的偏心结构平．扭耦联反应进行半主动控制。对-6层双向偏心框架结构进行控制效果仿真分析的结果证明,本文提出的2种控制策略是有效的。     

SMA阻尼器偏心结构平-扭震动控制试验研究

为了验证提出的新型筒式自复位形状记忆合金阻尼器(telescopic recentering shape memory al-loy damper,TRSMAD)对结构平动-扭转耦联振动反应的抑制作用,进行了偏心结构消能减震体系的振动台试验。设计了一个1/4缩尺的三层两跨单向偏心的钢框架模型,将提出的新型SMA阻尼器安装在结构底层的一侧,通过振动台分别对无控条件下和装有阻尼器的有控条件下的结构反应进行了研究。试验结果表明:(1)在各地震波作用下,TRSMAD对结构的平动反应有很好控制效果,而对结构各层扭转角位移的控制效果稍低;(2)不同地震波下的控制效果有所不同:对结构的平动位移而言,天津波的减震率最高,El Centro波次之,最后为Taft波;对结构扭转角的控制,平均而言,除了天津波作用下第二层为特例外,对El Centro波的减震效果最好,其次为Taft波,最后为天津波;(3)同一地震波下,阻尼器对结构模型一层的位移控制效果较其他层为优。     

底层带支撑异型柱框架抗震分析初探

本文在底层带支撑异型柱框架模型试验研究基础上，按抗震分析需要，对结构抗震性能问题、模型问题、填充墙刚度问题等进行了初步研究。简述了抗震分析方法，提出了供抗震设计参考的建议。     

基于耗能连梁钢板阻尼器的高层结构耗能减振分析及应用

为改善传统连梁钢板阻尼器的适用性,提出了一种新型耗能连梁钢板阻尼器的设计方法,通过对阻尼器工作区域的划分与设计,使新型阻尼器充分发挥耗能作用,有效地提高了结构整体耗能能力。基于有限元软件ABAQUS模拟低周反复荷载作用下墙肢与阻尼器的应力应变状态,以验证所提出的新型阻尼器的设计方法及端部嵌固区的可靠性,并通过对原结构和实施耗能连梁钢板阻尼器结构进行弹塑性时程分析,探讨其改进后的抗震性能。研究结果表明,新型嵌固区构造不仅能够保证阻尼器与墙肢协同工作良好,还能大大降低施工难度;通过实施该阻尼器,可形成耗能连梁及抗震多道防线,在连梁钢筋混凝土部分损伤较为严重的情况下,仍能保证连梁具有一定的延性和耗能能力。