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。     

防屈曲支撑钢框架模块装配式结构及其抗震性能分析∗

防屈曲支撑是一种兼具承载和耗能的抗侧力构件,相比于普通支撑,具有耗能稳定且延性好的优点,在模块化结构中,防屈曲支撑可作为模块内单元,通过带防屈曲支撑模块单元装配的方式形成防屈曲支撑钢框架模块结构。提出了防屈曲支撑钢框架模块装配结构体系、防屈曲支撑在模块化结构中的设计要求以及结构体系设计方法,并以 20 层住宅楼为例进行设计,包括典型高层住宅及其模块划分及结构在小震和大震下的抗震性能进行分析。 反应谱分析结果表明：设计的模块化结构能满足规范对结构的各项要求。对布置了普通支撑与等刚度防屈曲支撑的模块化结构进行了静力弹塑性分析,静力弹塑性分析结果表明：在 8 度罕遇地震下,普通支撑结构部分支撑发生屈曲破环,布置等刚度的防屈曲支撑框架只有第二层出现塑性铰,结构能够经受 8 度罕遇地震的考验,防屈曲框架结构的初始刚度与普通框架结构一致,但极限承载力明显大于普通支撑框架结构;防屈曲支撑较普通支撑能显著提高模块化结构的承载力,且能率先屈服发挥耗能作用,保护主体结构安全,符合双重抗侧力体系的原则,防屈曲支撑钢框架模块装配式结构体系具有优越的抗震性能,有很好的应用前景。     

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。     

组合钢管混凝土式防屈曲支撑

由于河北省图书馆加固改造工程的实际需要,开发出了一种新型组合钢管混凝土式防屈曲支撑。该新型支撑解决了全钢型防屈曲支撑在大长度时难以满足稳定性的问题,而且比起传统钢管混凝土约束的防屈曲支撑,无需考虑内芯与混凝土之间的粘结力问题,加工过程简便、施工速度快,且质量容易控制。现已对此类新型支撑完成了短试件和足尺试件的拟静力滞回性能试验,试验结果表明,新型支撑的滞回曲线饱满稳定,整体稳定性和局部稳定性较好,满足工程要求。     

东方体育中心抗震设计及屈曲约束支撑的应用

介绍了抗震设计及屈曲约束支撑在东方体育中心的应用。详细介绍了屈曲约束支撑的细部构造、工作原理、截面选择和节点设计等问题,并结合本工程的抗震设计,通过对结构进行的弹塑性时程分析,考察了屈曲约束支撑在罕遇地震作用下地震反应,以及结构在罕遇地震作用下的位移、剪力反应,并与采用普通支撑的结构方案进行对比,显示出屈曲约束支撑的优越性。     

黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构抗震抗风性能分析

针对当前耗能减振技术用于结构抗风抗震时不具备自适应能力的问题,提出变形协调、并联出力的黏弹-金属-体化复合阻尼器及其耗能减震结构,以实现结构抗风抗震自适应多灾害防御体系。本文以黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构为研究对象,进行大震及强风作用下的性能分析,并将其与普通钢框架结构和防屈曲支撑钢框架结构的抗震、抗风性能进行对比分析。结果表明,罕遇地震下黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构呈现更小的基底剪力和顶层加速度,但层间位移角较防屈曲支撑钢框架结构有所增大;在强风作用下,黏弹性复合防屈曲支撑钢框架结构的顶层加速度、顶层位移及层间位移均小于钢框架及防屈曲支撑框架结构。     

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。     

预应力自复位钢筋混凝土柱及梁柱节点拟静力试验研究

装配式预应力自复位钢筋混凝土结构在地震后构件无损伤或损伤很小,可尽快恢复使用功能,大大降低震后经济损失,从而得到研究者的广泛关注。在以往的装配式预应力自复位钢筋混凝土结构中,节点上的外置阻尼器多选用小型防屈曲支撑,费用较高。本文提出在柱-基础节点及梁柱节点中,用价格低廉且同样具有较好耗能能力的普通角钢替代作为阻尼器,开展了拟静力试验。以往同类型构件试验仅关注试件在单向荷载作用下的性能,本试验同时研究了构件在阻尼器工作的垂直方向上构件的力学性能。文中共进行了两组试验,一组针对自复位柱-基础节点,研究构件加载方向、轴压比、极限位移等因素对构件性能的影响;另一组针对自复位梁-柱节点,研究柱轴压比、极限位移对构件性能的影响。试验结果表明:加载到最大层间位移角为1/15时,试件无明显破坏,预应力钢绞线保持在弹性阶段,始终能够提供恢复力;外置角钢产生弹塑性变形耗散能量,试件耗能能力较好。卸载后,残余变形很小,可以在震后方便地更换外置角钢。     

基于E-μ模型的约束屈曲支撑结构抗震设计与评估方法∗

既有中心支撑钢框架结构采用约束屈曲支撑进行替换加固时,常需进行多次非线性时程分析,以获取约束屈曲支撑的承载力和刚度.为避免大量的非线性分析与迭代计算,通过计算各参数条件下单自由度中心支撑钢框架结构和约束屈曲支撑结构的延性需求谱,建立了在延性需求满足抗震加固要求条件下的约束屈曲支撑结构等效耗能(E)与延性需求(μ)之间的关系,即E—μ模型.基于该模型提出了一种约束屈曲支撑结构抗震加固设计与简化评估方法.最终通过对一个6层中心支撑钢框架结构采用约束屈曲支撑进行加固设计与评估,验证了所提方法的适用性.     

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。     

防屈曲支撑巨型结构抗超大震性能分析与设计

为研究防屈曲支撑对巨型结构的减震控制效果,首先采用SAP2000,按照现行规范8度设防的要求,设计了一座48层巨型框架结构,并将此结构的所有普通支撑分别用与其等刚度和等面积的防屈曲支撑代替,得到等刚度防屈曲支撑巨型结构和等面积防屈曲支撑巨型结构,然后对3个结构进行8度、8.5度和9度罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。分析结果表明:在8度罕遇地震作用下,防屈曲支撑巨型结构较巨型结构的最大层间位移角有明显减小,且层间位移角变化更均匀;防屈曲支撑巨型结构能达到"大震可修,超大震不倒"的抗震设防目标,提高了结构的安全储备。     

装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构抗震性能研究

将屈曲约束支撑应用于装配式钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构(简称装配式RCS组合框架结构)中,若处理不当将会产生开合效应并导致相邻梁柱破坏。为有效减轻框架开合效应造成的破坏,提出基于梁端铰接的装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构。在保证关键连接节点力学性能的前提下,设计某9层装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构,采用基于OpenSees软件的动力弹塑性时程分析方法研究结构的抗震性能。结果表明,钢梁腹板开洞的装配式RCS节点、装配式混凝土柱-钢梁-屈曲约束支撑组合节点具有高承载、可装配和震后损伤小等特点,装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构满足抗震规范要求,具有优良的抗震性能;梁-梁间的铰接连接不会影响屈曲约束支撑的耗能效果,且可以改变梁柱屈服机制,保证整体结构高效装配的同时减轻结构塑性损伤,有助于实现结构的功能可恢复。     

约束屈曲纵筋摇摆柱滞回性能研究∗

提出了一种新型约束屈曲纵筋摇摆柱构造,即在传统钢筋混凝土柱中采用约束屈曲纵筋代替普通钢筋并放松柱与基础的约束而形成的一种新型摇摆柱,并提出了相应的恢复力模型。对约束屈曲纵筋进行了单调受压试验和数值模拟,验证了约束屈曲装置对纵筋的约束功能并研究了钢筋直径、约束屈曲装置与钢筋间空隙对其约束功能的影响;对约束屈曲纵筋摇摆柱进行了数值模拟,研究纵筋直径以及轴压比对其滞回性能的影响。结果表明:约束屈曲纵筋摇摆柱的滞回曲线为典型旗帜型,其强度为混凝土部分强度和纵筋部分强度叠加,柱的摇摆发生在受拉侧纵筋屈服之后。通过设计可使结构在小震阶段不摇摆,中震阶段柱纵筋屈服结构发生摇摆。轴压比以及纵筋直径的增加都可以在不同程度增加约束屈曲纵筋摇摆柱的侧向承载能力。     

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。     

基于抗侧刚度比的防屈曲支撑组合框架优化研究

针对某26层设置了防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架的benchmark模型,以振型分解反应谱法作为基础算法,编制了基于遗传算法的优化程序,通过改变结构各层的抗侧刚度比,对设置防屈曲支撑的钢管混凝土组合框架结构进行了防屈曲支撑截面面积的优化设计,对以变化抗侧刚度比设计的结构和以固定抗侧刚度比设计的结构进行了弹性阶段和弹塑性阶段的地震响应对比分析。结果表明:以变化抗侧刚度比设计的结构能在不减弱抗震性能的同时,减少48%的防屈曲支撑用量。在罕遇地震作用下,以变化抗侧刚度比设计的防屈曲支撑的耗能比例达54.98%,充分发挥防屈曲支撑的塑性变形能力消耗地震能量,起到保护框架梁、柱的作用。     

装配式消能减震混凝土梁柱节点抗震性能研究

对装设扇形铅粘弹性阻尼器的预制装配式混凝土框架梁柱节点进行了数值仿真分析,并与试验结果进行了对比,验证数值仿真分析的正确性;对比分析了普通预制节点与消能减震梁柱节点的抗震性能,并分析了不同设计参数对消能减震节点构件抗震性能的影响。分析结果表明:与普通预制节点相比,扇形铅粘弹性阻尼器在一定程度上提高了节点的初始刚度和承载力,增强了构件的耗能能力;随着轴压比的增加,混凝土材料应力下降明显;随着铅芯直径、橡胶硬度以及扇形半径的增加,构件抗震性能提高,但当阻尼器扇形半径超过某一数值时,构件抗震性能还会出现降级现象。     

随机地震作用下BRB加固既有结构的可靠度分析∗

随着服役年限的增加,既有结构会出现材料力学性能经时退化。为精细化分析随机地震作用下既有结构及其加固后的安全性,利用非平稳地震动过程的降维模拟,并结合基于概率密度演化理论和等价极值分布的首次超越破坏可靠度分析方法,以层间位移角为评价指标,制定了3 种在不同位置布设人字形BRB 的加固方案。根据随机地震作用下BRB 加固既有结构的动力可靠度来确定3 种方案中的较优者。同时,依次用V 字形和斜支撑替换较优方案中的人字形支撑,并对比分析它们的动力可靠度,以寻找最优随机非线性振动控制的BRB 布设位置和支撑形式,为维修加固及抗震设计提供更为合理的途径。结果表明：本文方法为既有结构及其加固结构的抗震可靠度精细化计算提供了新途径,BRB 的不同布设位置及支撑形式能在一定程度上提高既有结构的动力可靠性。     

腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢抗火性能有限元分析模型

位于冷弯薄壁型钢构件腹板的槽孔,可延长构件两边的热量传递路线,减弱冷弯薄壁钢构件作为墙板龙骨引起的冷桥效应。常温下冷弯薄壁构件的屈曲破坏模态已非常复杂,包括整体屈曲、局部屈曲和畸变屈曲等,且不同的屈曲破坏模态可能会相互影响。火灾下冷弯薄壁构件的破坏机理将更为复杂,根据常规的稳定理论难以求解其火灾下的临界荷载。本文利用有限元方法对火灾下腹板开槽冷弯薄壁卷边槽钢的受力性能进行了模拟,研究了单元类型、材料模型、初始几何缺陷以及求解方法等因素对分析结果的影响,为同类构件抗火性能的有限元模拟分析提供了建模依据。     

RC减震结构中震设计简化分析研究∗

为探究中震设计与现行小震设计在性能指标上的差异,首先分析了整体中震设计与小震设计在概念上的区别,对比了这两种理念下结构构件的内力放大情况,进而从宏观上把握不同设计方法对结构整体和构件层面的影响;其次基于加速度设计反应谱和位移设计反应谱推导了中震作用下单自由度简化体系总等效阻尼的表达式,理论分析了中震等效阻尼与结构层间位移、设防烈度、结构周期及“周期比”的关系,并进行了简单的证明;给出不同设防烈度下该简化体系的中震总等效阻尼比和刚度的速查表格,便于快速评估多层规则结构的中震阻尼和刚度需求;最后结合黏滞阻尼器(1-FVD)、摩擦阻尼器(2-FD)和软钢阻尼器(3-MYD)三个算例对本文提出的中震阻尼和刚度需求评估方法予以展示总结。结果表明,现行小震设计或可满足中震设计的性能要求,其中一、二级一般框架结构的柱构件基本满足中震不屈,一级底层柱满足中震弹性,一级剪力墙构件加强区剪力满足中震不屈;值得注意的是,对低设防烈度、长周期结构,中震附加阻尼比会出现负值和局部震荡现象;通过同时调整附加阻尼和结构刚度进行中震设计的策略相对合理可行;项目前期评估时可通过插值速查表格的方法初步确定附加阻尼比,进而指导减震方案。中震设计的理论分析和工程应用尚显不足,“强柱弱梁”“强剪弱弯”等基本设计原则的满足性问题有待进一步研究。     

粘弹性阻尼减震结构研究与应用的新进展

系统总结了国内外粘弹性阻尼器及粘弹性阻尼减震结构研究与应用的进展情况。阐述了粘弹性阻尼材料和粘弹性阻尼器的耗能原理;对目前开发和研究的一些新型粘弹性阻尼器及其性能进行了介绍,同时概述了对保证结构安全性具有重大意义的粘弹性阻尼器的耐久性和耐火性问题,介绍了不同的粘弹性阻尼器计算模型;从结构试验的角度说明了粘弹性阻尼减震结构的特性,着重说明了粘弹性阻尼减震结构的分析方法和设计方法,列举了粘弹性阻尼器的工程应用实例。进而提出了今后粘弹性阻尼器应用于土木工程领域里应加强研究的一些问题。