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端板连接剪切型可替换独立耗能梁段的恢复力特性

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兰州大学学报（自然科学版） 2018年第3期54卷 376-381页

作者：殷占忠王立功张晓博兰州理工大学土木工程学院兰州730050

运用有限元软件ABAQUS对8个不同参数的可替换独立耗能梁段进行数值模拟,得到耗能梁段的剪切承载能力、滞回性能、耗能能力、骨架曲线刚度和延性.结果表明:耗能梁段的剪切承载能力比较稳定;滞回曲线饱满、呈梭形,可替换耗能梁段具有良好... 详细信息

运用有限元软件ABAQUS对8个不同参数的可替换独立耗能梁段进行数值模拟,得到耗能梁段的剪切承载能力、滞回性能、耗能能力、骨架曲线刚度和延性.结果表明:耗能梁段的剪切承载能力比较稳定;滞回曲线饱满、呈梭形,可替换耗能梁段具有良好的耗能能力;试件骨架曲线的形状与单调荷载作用下的荷载-位移曲线形状相似,都经历了弹性段、线性强化段以及承载力下降段;可替换耗能梁段刚度随着梁段长度的增加以及截面尺寸的减小出现了一定程度的退化,加载初期的刚度退化最明显.研究结果为偏心支撑钢框架耗能梁段的分离式设计奠定了基础.

关键词：有限元分析可替换耗能梁段承载能力滞回性能恢复力模型

低屈服可替换式耗能梁段K型偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

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低屈服可替换式耗能梁段K型偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

作者：段朝升北京建筑大学

学位级别：硕士

偏心支撑钢框架结构在30层以上到60层左右的建筑工程中很常用。耗能梁段是偏心支撑结构中主要的耗能构件。目前工程中所用的偏心支撑结构的耗能梁段与框架梁是一个整体,耗能梁段发生破坏的同时框架梁也会出现较大的塑性变形,难以实现大... 详细信息

偏心支撑钢框架结构在30层以上到60层左右的建筑工程中很常用。耗能梁段是偏心支撑结构中主要的耗能构件。目前工程中所用的偏心支撑结构的耗能梁段与框架梁是一个整体,耗能梁段发生破坏的同时框架梁也会出现较大的塑性变形,难以实现大震下耗能梁段屈服而其他构件仍处于弹性的设计目的。为此,学者改进了耗能梁段与框架梁的连接,将耗能梁段与框架梁分离,实现了耗能梁段的可替换,此时的耗能梁段的截面相对于框架梁截面高度往往需要缩小1/3～1/2,这会使得楼板和耗能梁段之间存在很大的空隙,结构的抗侧刚度也会降低15%～20%左右。将可替换耗能梁段改为低屈服点钢材,即可避免上述两个缺点。本文通过试验和数值模拟研究了低屈服可替换式耗能梁段K型偏心支撑钢框架的抗震性能。采用盈建科（YJK）软件设计了传统型K型偏心支撑钢框架结构,在此基础上设计了低屈服可替换式耗能梁段偏心支撑钢框架。进行了传统型和低屈服改进型偏心支撑钢框架的低周反复荷载试验研究,并做了ABAQUS有限元模拟分析。通过变参分析,研究了新型偏心支撑钢框架的抗震性能影响因素。主要的研究内容和成果如下:（1）利用YJK软件根据实际工况建立了一个15层K型偏心支撑钢框架模型,得出了所选单榀钢框架在小中大震作用下分别所受的水平地震作用力,并将对应的层间位移角与规范限值进行了对比,确定了传统K型偏心支撑试验试件的尺寸。（2）在传统型偏心支撑钢框架的基础上进行了端板及螺栓的设计,并在一定荷载条件下进行了各构件截面尺寸的验算,包括强度和稳定性的验算,以证明其在实际工作中的合理性。（3）进行了LY160低屈服钢和Q235钢材的单向拉伸对比试验,测得两者的屈服和极限应力应变等性能指标,对比了两种钢材属性的差异,通过试验得出以下结论:相比于普通钢材,低屈服点钢材屈服强度较低,在拉伸过程中几乎没有明显的屈服平台;其屈强比较小,但伸长率较Q235钢材更大;低屈服点钢材延性很好且相对于Q235钢材具有更好的塑性变形能力。（4）分别进行了传统型K偏心支撑钢框架以及新型K偏心支撑钢框架的1/2缩尺模型低周反复荷载试验,分析试验结果得出两者在水平循环荷载作用下的刚度及承载能力,滞回性能,耗能梁段转动能力以及破坏特点的异同,并对试验中所遇问题及现象进行了总结。试验结果表明:传统型偏心支撑钢框架滞回曲线呈梭型,耗能性能较好,结构的初始刚度和承载力较大,延性也较好,在试验结束时仅耗能梁段翼缘出现较大变形;新型偏心支撑钢框架的滞回曲线虽有一定程度的捏拢,滞回性能也较好,极限承载力和刚度相对于传统型偏心支撑没有明显的降低,并且耗能梁段的转动能力更好,在试验结束时,仅发现耗能梁段及其端板出现了较大的塑性变形,梁柱、支撑等其他构件基本处于完好状态。（5）通过ABAQUS有限元分析软件分别建立了传统型K型偏心支撑和新型K型偏心支撑钢框架的模型,通过施加循环位移荷载分析了两者在水平地震作用下的耗能梁段应力分布情况,耗能能力,刚度,承载力与延性,剪力塑性转角;之后又通过改变低屈服点钢材的屈服强度和耗能梁段加劲肋布置方式,研究了低屈服可替换式耗能梁段抗震性能影响因素。得出以下结论:相对于传统型偏心支撑钢框架,新型偏心支撑结构的耗能梁段上产生的应力有所降低,滞回性能和等效阻尼系数、以及延性和耗能梁段塑性转动能力有较大程度的提高,但在极限状态下的刚度和承载力有一定程度的降低。新型偏心支撑结构具有更好的耗能能力,更能充分展现出耗能梁段在地震中作为结构“保险丝”的重要作用;其次,发现当耗能梁段钢材屈服强度在某个范围（100MPa～225MPa）逐渐增大时,耗能梁段中产生的应力逐渐增大,结构刚度差别不大,承载能力逐渐增大,延性逐渐降低,耗能梁段转角逐渐增大,滞回性能逐渐提高;对于耗能梁段腹板处加劲肋不同的布置方式,在其他条件都相同的情况下,采用双侧小间距布置时,比单侧小间距布置或者双侧大间距布置具有更好的耗能能力,结构刚度和延性与另外两种布置方式差别不大,承载能力有一定程度的提高,耗能梁段转角略有增大。

关键词：偏心支撑钢框架低屈服点钢可替换耗能梁段试验研究有限元分析抗震性能

低屈服可替换耗能梁段偏心支撑钢框架结构抗震性能分析

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低屈服可替换耗能梁段偏心支撑钢框架结构抗震性能分析

作者：冯晓伟北京建筑大学

学位级别：硕士

在传统的偏心支撑钢框架中耗能梁段与横梁是一个整体,在中震与大震作用下,耗能梁段作为结构的第一道抗震防线首先吸能屈服,由于耗能梁段的材料与其余构件相同,为了实现在中震与大震作用下耗能梁段首先进入屈服的目的,在设计时往往是降... 详细信息

在传统的偏心支撑钢框架中耗能梁段与横梁是一个整体,在中震与大震作用下,耗能梁段作为结构的第一道抗震防线首先吸能屈服,由于耗能梁段的材料与其余构件相同,为了实现在中震与大震作用下耗能梁段首先进入屈服的目的,在设计时往往是降低其尺寸。而低屈服点钢本身的屈服点较低,并且作为耗能构件应用于钢板剪力墙、防屈曲支撑和阻尼器等,目前还未曾作为耗能构件用于偏心支撑钢框架中,相关理论也比较匮乏。为此,本文提出了一种低屈服可替换耗能梁段偏心支撑钢框架体系,在保证耗能梁段尺寸不减小的前提下率先提出将低屈服点钢用于偏心支撑钢框架的耗能梁段中,为以后的工程实践提供理论支持。可替换形式采用腹板螺栓连接,将横梁中的耗能梁段分离出来。在中、大震作用下,塑性破坏仅集中在耗能梁段,大大改善了灾后的修复工作难度。本文通过ABAQUS软件建立低屈服可替换耗能梁段偏心支撑钢框架有限元模型,对其进行抗震性能分析,主要的研究内容和成果如下:首先,本文对低屈服可替换耗能梁段偏心支撑钢框架(简称低屈服体系)进行了可行性分析。研究了低屈服体系分别在无震、小震、中震、大震作用下的受力过程,并结合相关规范进行了指标验证。分析结果表明:低屈服体系在无震和小震作用下各个构件均处于弹性状态;在中震作用下,低屈服体系的耗能梁段腹板首先进入屈服,随后塑性区域沿腹板长度方向迅速发展成为通长铰,但没有破坏,而其余构件一直保持在弹性阶段;在大震作用下,耗能梁段的腹板首先达到屈服,而其他构件保持在弹性状态,随后塑性铰开始在梁段中部发展,受力最大螺栓也进入屈服,其余构件仍然没有屈服,接着塑性铰在梁段腹板内全面发展,整个腹板全部屈服,最后在两根柱子的中部靠下位置与横梁右端形成了三个塑性铰而破坏。低屈服体系在各种地震作用下层间位移角均未超出规范限值,证明这种体系在无震、小震、中震作用下是可行的。其次,本文通过5组15个构件对剪切型低屈服体系进行了参数分析。参数变量为:耗能梁段长度、腹板厚度、加劲肋间距、低屈服点钢牌号以及轴压比。分析结果表明:随着耗能梁段的长度增加,剪切型模型的耗能能力、刚度有不同程度的降低,承载力呈先小再增大的趋势,但对模型的延性和塑性转动能力影响较小,所以,建议剪切型耗能梁段的长度取值范围为1.01.14 MP/VP;随着剪切型耗能梁段腹板的厚度的增加,模型的耗能能力先增大后减小,承载力先减小后增大,耗能梁段腹板的厚度不宜过厚,对刚度和转动能力、延性则几乎没有影响。所以,建议双槽钢耗能梁段的腹板厚度取为横梁的0.78.0倍;增加耗能梁段加劲肋的间距,模型的耗能能力先增大后减小,刚度没有变化,延性及转动能力有所提高,承载力有不同程度的降低。所以,建议加劲肋间距取0.33.42倍耗能梁段高度;随着耗能梁段低屈服点钢屈服点的降低,模型的耗能能力、转动能力有不同程度的提升,承载力及刚度呈下降趋势,延性先降低后提高。综合比较来看,耗能梁段材料建议用225级低屈服点钢;随着轴压比的降低,模型的耗能能力与承载力呈先降低后提高的特点,刚度先降低然后保持不变,延性提高,转动能力降低。综上,建议轴压比的取值范围为0.6.75。最后,本文对单榀四层的剪切型低屈服体系做了动力性能分析。研究结果表明:地震作用对剪切型体系前五阶振型基本周期的影响先增大后减小;在天津波、唐山波、人工波加载下,剪切型低屈服体系的层间位移角最大值均出现在第二层,并且柱底剪力峰值与层间位移正负向极值均出现在1.5ss波段内,而且弹塑性位移角均小于规范要求的1/50,说明结构在这三种波作用下的抗侧能力满足规范要求,结构最大应力均出现在螺栓部分,且未达到螺栓的屈服应力,天津波作用下耗能梁段腹板中部进入屈服状态,唐山波、人工波作用下耗能梁段整个腹板进入屈服状态,其余构件均处于弹性状态,与第三章结论基本吻合,证明了第三章结论的可靠性。

关键词：低屈服点钢偏心支撑钢框架可替换耗能梁段 ABAQUS 滞回性能动力性能

带可替换耗能梁段的偏心防屈曲支撑钢框架受力性能研究

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带可替换耗能梁段的偏心防屈曲支撑钢框架受力性能研究

作者：王立功兰州理工大学

学位级别：硕士

偏心支撑钢框架作为多高层钢结构建筑的主要结构形式,其“强柱、强支撑和弱耗能梁段”的构造原则,是指偏心支撑钢框架的框架柱、框架梁和支撑等构件具备足够的强度,能将地震作用下结构的非弹性变形集中在耗能梁段上。这既能提高结构抗... 详细信息

偏心支撑钢框架作为多高层钢结构建筑的主要结构形式,其“强柱、强支撑和弱耗能梁段”的构造原则,是指偏心支撑钢框架的框架柱、框架梁和支撑等构件具备足够的强度,能将地震作用下结构的非弹性变形集中在耗能梁段上。这既能提高结构抗侧刚度,又能很好的耗散地震能量,很大程度的提高了结构的安全度。但这种结构体系的弊端在于耗能梁段是框架梁的一部分,这不仅不利于小震作用后结构安全度的评估,而且大震作用后,对损坏结构进行修复的难度较大。基于传统偏心支撑钢框架体系的弊端,将耗能梁段与框架梁分离设置,同时引入防屈曲支撑,形成带可替换耗能梁段的偏心防屈曲支撑钢框架体系。该结构体系的优点在于:(1)通过耗能梁段截面尺寸的改变,将结构的非弹性变形集中在耗能梁段上,保证其它构件处于弹性状态;(2)有利于观测震后结构的损坏程度以及方便结构安全度的评估;(3)震后可对破坏的耗能梁段拆卸替换,降低了维修成本;(4)带接触环的双钢管约束屈曲支撑能够在增强结构强度的同时协助可替换耗能梁段耗散地震能量。首先运用有限元软件对该偏心支撑钢框架进行数值模拟,分析了不同参数的可替换耗能梁段及整个框架的力学性能。然后选取4个试件进行了试验研究,验证该结构体系的受力性能、耗能性能和可替换耗能梁段的“可替换性”,得到以下几点结论:(1)带可替换耗能梁段的偏心防屈曲支撑钢框架体系能很好的将结构的非弹性变形集中在可替换耗能梁段上,在耗能减震的同时有效的保护了结构中其它构件;(2)可替换耗能梁段具有较高的强度和延性,能够满足耗散地震能量的变形要求;滞回曲线饱满,耗能显著,但刚度退化明显;(3)带接触环的双钢管约束屈曲支撑的引入有效的提高了整个偏心支撑钢框架的强度,保证可替换耗能梁段非弹性变形的同时可协同耗能;(4)可替换耗能梁段的“可替换性”通过试验证明是可行的。

关键词：可替换耗能梁段偏心支撑有限元分析试验研究受力性能

偏心支撑钢框架可替换耗能梁段的抗震性能研究

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偏心支撑钢框架可替换耗能梁段的抗震性能研究

作者：任亚歌兰州理工大学

学位级别：硕士

传统的偏心支撑钢框架结构中,耗能梁段被设计成板梁的一部分,不仅提高了整体结构的造价,在地震破坏迹象不明显时,结构的破损程度以及安全度也很难评估,此时,耗能梁段的修复替换既困难又不经济。于是将可替换耗能梁段引入到偏心支撑钢框... 详细信息

传统的偏心支撑钢框架结构中,耗能梁段被设计成板梁的一部分,不仅提高了整体结构的造价,在地震破坏迹象不明显时,结构的破损程度以及安全度也很难评估,此时,耗能梁段的修复替换既困难又不经济。于是将可替换耗能梁段引入到偏心支撑钢框架结构体系中,使其起到“保险丝”的作用,一方面达到了修复替换方便经济的目的,同时也延长了整体结构的使用寿命。目前,国内外对传统偏心支撑钢框架结构的抗震性能以及传统耗能梁段非弹性变形特性的影响进行了大量的研究,而对带可替换耗能梁段偏心支撑框架抗震性能的研究少之又少。因此,通过试验研究与有限元分析相结合的研究方法,探讨了可替换独立耗能梁段在单调荷载以及循环荷载作用下的力学性能,为下一步将其引入到偏心支撑钢框架结构中做准备。具体研究内容如下:（1）试件的截面尺寸以及长度相同时,加劲肋间距对试件极限承载能力的影响并不大;试件的截面尺寸以及加劲肋间距相同时,随着耗能梁段长度的减小,试件的承载能力相应增大;试件的长度以及加劲肋间距相同时,随着截面尺寸的不断增大,试件的承载能力也增大。（2）可替换耗能梁段的最大转角均超过了0.08rad,符合规范要求,可替换耗能梁段具有良好的变形能力。（3）循环荷载作用下,试件开始屈服后,滞回曲线弯曲,滞回环的面积逐渐增大,结构的残余变形增大,刚度有所下降。随着屈服后梁段荷载的不断增大,滞回曲线逐渐稳定,耗能作用良好。（4）可替换耗能梁段破坏时,翼缘端部应力最大并出现屈曲,从两端到中部的应力逐渐减小,基本对称;腹板大部分进入塑性阶段,屈服面较大;加劲肋处的应力应变较小;耗能梁段两端的框架梁均处于弹性段。（5）对比试验与有限元分析结果发现,二者的应力分布、承载力以及变形规律基本一致,较为吻合。

关键词：可替换耗能梁段有限元分析试验研究承载能力滞回耗能延性

角钢连接耗能段的Y形偏心支撑框架抗震性能研究

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角钢连接耗能段的Y形偏心支撑框架抗震性能研究

作者：许梦雷苏州科技学院

学位级别：硕士

角钢连接可替换耗能梁段Y形偏心支撑钢框架是把传统Y形偏心支撑钢框架中的耗能梁段通过角钢与横梁和支撑连接。这种连接形式解决了Y形偏心支撑钢框架在实际应用中连接节点容易发生破坏的问题,并且在耗能梁段破坏后,可以实现耗能梁段替... 详细信息

角钢连接可替换耗能梁段Y形偏心支撑钢框架是把传统Y形偏心支撑钢框架中的耗能梁段通过角钢与横梁和支撑连接。这种连接形式解决了Y形偏心支撑钢框架在实际应用中连接节点容易发生破坏的问题,并且在耗能梁段破坏后,可以实现耗能梁段替换。国外可替换耗能梁段的偏心支撑钢框架结构的研究处于起步阶段,有关的研究还没有在国内发现。为了研究在往复荷载作用下角钢连接换耗能段Y形偏心支撑框架的耗能性能,采用有限元分析软件ABAQUS对15个不同连接构造的试件进行模拟计算。分析了螺栓直径、角钢厚度、螺栓中心间距和加劲肋厚度的改变对角钢连接耗能段的Y形偏心支撑框架的强度、刚度、变形和耗能性能的影响。有限元分析结果表明:角钢连接处的构造对框架的承载力、变形能力、刚度和滞回耗能性能影响很大;有无左右角钢加劲肋对结构的承载能力、刚度和耗能性能影响很大;连接节点承载力高,可以使耗能段能充分发挥耗能能力;为了实现可替换性,应该保证连接处螺栓孔洞变形在合理范围之内。最后根据有限元分析结果,提出了角钢连接耗能段的设计建议。

关键词：角钢连接角钢加劲肋可替换耗能梁段滞回性能

端板连接可替换耗能梁段偏心支撑钢框架滞回性能研究

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端板连接可替换耗能梁段偏心支撑钢框架滞回性能研究

作者：王世龙苏州科技学院

学位级别：硕士

可替换耗能梁段偏心支撑钢框架是一种新型结构形式，是把传统偏心支撑钢框架中的耗能梁段作为独立的构件进行设计，控制框架的受力性能和破坏模式。在耗能梁段破坏后，可以实现对耗能梁段的替换安装。国外对这种框架的研究处于起步阶段... 详细信息

可替换耗能梁段偏心支撑钢框架是一种新型结构形式，是把传统偏心支撑钢框架中的耗能梁段作为独立的构件进行设计，控制框架的受力性能和破坏模式。在耗能梁段破坏后，可以实现对耗能梁段的替换安装。国外对这种框架的研究处于起步阶段，国内还没有相关的研究。总结国外对可替换耗能梁段偏心支撑钢框架的研究成果和提出的设计建议，并结合我国现行规范，设计端板连接耗能梁段偏心支撑钢框架结构。通过有限元软件ANSYS对框架在循环荷载作用下的性能进行计算分析，结果表明设计的框架具有良好的延性和耗能能力。考虑影响框架性能的连接区参数，分别改变螺栓的布置、螺栓的直径、耗能梁段端板厚度、横梁端板厚度以及横梁端板加劲肋的长度，设计出五组系列试件，进行有限元模拟分析，分析结果表明：端板连接耗能梁段偏心支撑钢框架的性能主要通过独立的耗能梁段来控制，改变连接区参数产生的影响比较小，当连接区强度设计的比较弱，导致连接区的破坏先于耗能梁段时，才会对框架的性能产生比较大的影响。按照控制结构的破坏发生在耗能梁段而非连接区的设计思想，对本文提出的设计方法进行改进：按照规范设计的连接符合增强节点的要求;耗能梁段端板厚度取值不宜小于连接螺栓的直径;横梁端板厚度取耗能梁段端板厚度的1.2～1.4倍为宜;横梁端板加劲肋对横梁腹板和端板的受力有很大影响，建议横梁端板加劲肋的长度取横梁高度的1/3～1/2较合理。本文对端板连接可替换耗能梁段偏心支撑钢框架的设计方法进行了探索研究，通过对设计试件的受力性能分析，完善了国外学者提出的设计方法，为进一步研究这种新型的框架形式提供参考。

关键词：端板连接可替换耗能梁段偏心支撑滞回性能有限元模拟

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可替换独立耗能梁段抗震性能分析

可替换独立耗能梁段抗震性能分析

第24届全国结构工程学术会议

作者：殷占忠任亚歌陈伟梁亚雄兰州理工大学甘肃土木工程防灾减灾重点实验室兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心

关键词：可替换耗能梁段承载能力延性滞回耗能有限元分析

来源： cnki会议评论

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可替换钢-聚氨酯组合耗能梁段研究

低温建筑技术 2016年第4期38卷 47-50页

作者：王永森王静静米旭峰江苏科技大学土木工程与建筑学院江苏镇江212004 哈尔滨理工大学(荣成校区)建筑工程系山东威海264300 厦门理工学院福建厦门361024

基于聚氨酯材料的优良性能,在箱梁内灌注聚氨酯,提出了可替换钢-聚氨酯组合耗能梁段。运用有限元分析软件ABAQUS分别建立了可替换的传统H型耗能梁段、箱型耗能梁段和钢-聚氨酯组合耗能梁段的偏心支撑框架,对比分析框架在滞回荷载作用下... 详细信息

基于聚氨酯材料的优良性能,在箱梁内灌注聚氨酯,提出了可替换钢-聚氨酯组合耗能梁段。运用有限元分析软件ABAQUS分别建立了可替换的传统H型耗能梁段、箱型耗能梁段和钢-聚氨酯组合耗能梁段的偏心支撑框架,对比分析框架在滞回荷载作用下的抗震性能和耗能能力。结果表明:可替换钢-聚氨酯组合耗能梁段的耗能能力与抗震性能优于传统可替换耗能梁段,且加工工艺相对简单,在工程实践中可以推广使用。

关键词：偏心支撑框架可替换耗能梁段可替换钢-聚氨酯组合耗能梁段