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外附空腹桁架和brb框架加固RC框架结构抗震性能研究

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外附空腹桁架和BRB框架加固RC框架结构抗震性能研究

作者：高胜文华东交通大学

学位级别：硕士

多层钢筋混凝土(RC)框架结构以其平面布置灵活、造价低等优点在世界各地的工业、民用以及公共建筑中获得了广泛应用。但是,它也存在抗侧刚度低、抗震防线少,容易倒塌等缺点。历次大地震中均发现,RC框架几乎未出现设计规范要求的“强柱... 详细信息

多层钢筋混凝土(RC)框架结构以其平面布置灵活、造价低等优点在世界各地的工业、民用以及公共建筑中获得了广泛应用。但是,它也存在抗侧刚度低、抗震防线少,容易倒塌等缺点。历次大地震中均发现,RC框架几乎未出现设计规范要求的“强柱弱梁”破坏机制,最严重的震害是底层或底部几层柱端出铰(层间屈服机制),产生较大残余变形甚至倒塌,震后不得不拆除,造成巨额生命财产损失。2008年汶川地震后,我国及时地修订了《建筑抗震鉴定标准》和《建筑抗震加固技术规程》;2010版抗震规范从多方面加强了结构的抗震设计要求;2015年修订了《中国地震动参数区划图》,取消了不设防区,并提升了很多地区的抗震设防烈度;2016年抗震规范局部修订版中又大幅度地提高了“二阶段设计”的地震作用。这一系列举措意味着大量按旧规范设计的建筑结构,不能满足新规范和抗震鉴定标准的要求,需要抗震鉴定和加固才能继续使用。RC框架的常规抗震加固方法主要有增设抗震墙、翼墙、支撑等。这些方法固然有助于提高RC框架的抗震性能,但是普遍需要在室内施工,带来一系列弊端,诸如空间狭小,施工操作困难,噪音、粉尘、建材搬运、拆除等严重损害了使用环境,同时与加固部位有关的装饰面层、门窗及墙的拆除复原等将造成资源浪费,而新增构件可能影响原结构空间的利用和建筑的使用功能。实践表明上述弊端和昂贵的加固修复费用往往是阻碍抗震加固技术推广应用的两个主要原因。显然业主更乐于接受不影响正常使用、工期短、加固费用低的抗震加固技术。已在日本研究和应用比较成熟的外附子结构(钢支撑、摇摆墙、框架、斜拉柱等)加固法,因施工作业只在建筑物外部进行,又具有显著的经济效益而受到越来越多的关注,“不入户加固”已成为日本抗震加固技术的最主要发展趋势。基于上述背景,本文将外附耗能子结构与预制装配式技术相结合,提出一种新型的抗震加固方法,即采用外附空腹桁架和brb框架加固结构。在框架纵向外附空腹桁架,同时在结构边榀横向框架的中跨外贴brb支撑框架。该加固技术所用子结构可在工厂预制装配,用锚栓和粘结材料与既有RC框架连接,可避免室内作业、绿色环保、施工周期短,符合建筑工业化的发展方向。为了解外附空腹桁架和brb支撑框架加固技术的抗震性能,本文利用SAP2000建立RC框架以及加固结构模型,通过非线性动力时程分析和Pushover分析得到结构的最大层间位移角、层间剪力、结构位移、层间位移集中系数、塑性铰分布等数据,从X方向(纵向)、Y方向(横向)分析多遇和罕遇地震作用下外附子结构刚度、耗能钢梁腹板开孔对结构耗能及加固效果的影响。本文研究内容和主要结论如下:1.介绍了外附空腹桁架加固RC框架有限元模型的建立、相关单元设计参数的确定方法。建立参数不同的6个加固结构模型以及既有结构模型;从SAP2000数据库中选择4条天然地震波及拟合2条人工地震波;对加固结构和既有结构进行非线性动力时程分析和Pushover分析,得到结构的最大层间位移角、结构位移、层间剪力和塑性铰分布等数据。2.多遇地震作用下,未加固结构的X向、Y向层间位移角最大值均达到0.002左右,未加固结构的X向、Y向结构位移最大值达到27mm以上,加固结构的位移明显减小。不同参数加固结构在Y向的层间剪力差值很小,X向层间剪力差值较大。结果说明:外附空腹桁架和brb框架加固结构在抵御Y方向地震作用时,主要依靠横向外贴brb支撑框架的弹性刚度。改变纵向加固方式对结构Y方向层间剪力和位移的影响非常小,但对结构X向层间剪力和位移的影响较大;加固结构与既有结构在两个方向的位移和层间剪力差值均随着层数的增加而减小。对于X向位移控制,采用外附空腹桁架加固要明显好于外附柱构件加固;耗能钢梁相同时,空腹桁架中的型钢混凝土柱的抗侧刚度越大,控制效果越好。外贴brb支撑框架加固在位移控制方面优于外附空腹桁架加固,但层间剪力更大。3.罕遇地震作用下,未加固结构的X向、Y向层间位移角最大值达到0.01以上,加固结构的位移有所减小,层间位移角更为均匀,且层间剪力有所增加。未加固结构的X向、Y向顶点位移最大值达到131mm以上,加固结构位移减幅最大超过50%。相对于多遇地震作用,罕遇地震作用下加固结构与既有结构的位移差值明显增大,层间剪力差值明显减小,且加固结构与既有结构的位移和层间剪力差值随着层数的增加而减小。改变纵向子结构的型钢混凝土柱尺寸参数等对结构Y方向层间剪力和位移的影响非常小,但对结构X向的层间剪力和位移响应影响显著。加固结构的X向位移降低效果与空腹桁架的型钢混凝土柱抗侧刚度有关,增加空腹桁架型钢混凝土柱的抗剪刚度更利于开孔钢梁进入剪切屈服阶段;空腹桁架抗剪刚度越大,减幅效果越明显。4.层间位移集中系数DCF随刚度系数?的增大而减小,且减幅逐渐降低;KG-3和KG-5的层间位移集中系数较为理想,平均值分别为1

关键词： RC框架结构空腹桁架 brb 抗震加固抗震性能

铁路不等跨简支梁桥基于brb的组合减震防撞系统设计方法研究

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铁路不等跨简支梁桥基于BRB的组合减震防撞系统设计方法研究

作者：白维刚石家庄铁道大学

学位级别：硕士

近几年来,我国铁路建设发展迅猛,其中桥梁占比不断增大,其抗震性能备受关注。本文针对于传统减震装置存在的局限性,基于“性能设计准则”和“功能分离思想”,针对铁路不等跨简支梁,提出一种新型的“brb+拉索限位器”组合减震防撞系统,... 详细信息

近几年来,我国铁路建设发展迅猛,其中桥梁占比不断增大,其抗震性能备受关注。本文针对于传统减震装置存在的局限性,基于“性能设计准则”和“功能分离思想”,针对铁路不等跨简支梁,提出一种新型的“brb+拉索限位器”组合减震防撞系统,并开展了以下几个方面的研究:(1)在查阅大量国内外文献的基础上,对减隔震支座、阻尼器、桥梁地震碰撞及防撞限位措施研究现状,对功能分离设计原理和组合减震系统在桥梁领域的具体应用进行了系统的回顾与总结。(2)介绍了组合减震防撞系统的构造及brb的工作机理,评述了组合减震防撞系统的数值模拟方法,并基于已有的brb构件试验验证了数值模型的可靠性,结果表明:Steel MPF模型能准确模拟出brb滞回行为的五个基本特征。(3)采用正交试验方法对组合减震防撞系统延性性能和耗能性能的影响参数进行了显著性分析,确定了各影响参数的主次性,分析了主要影响参数对组合减震防撞系统综合性能的影响规律,并据此选择了合理的系统构造形式。(4)基于铁路不等跨简支梁桥两自由度计算模型,针对桥梁伸缩缝处的碰撞现象,采用Open Sees有限元软件,通过非线性时程分析方法,分析了纵向地震作用下不等跨简支梁邻梁间、梁墩间的碰撞效应,研究了组合减震防撞体系对铁路不等跨简支梁桥尤其是过渡墩地震响应特性的影响,讨论了brb力学参数、过渡墩墩高及伸缩缝间隙大小等参数对组合减震防撞体系减震性能的影响,并对减轻碰撞、减小墩梁相对位移措施提出了建议。(5)以铁路不等跨简支梁桥为例,基于桥梁结构性能设计原理,给出了brb和拉索限位器的设计准则,提出了组合减震防撞体系简化设计方法,并通过非线性时程分析方法对该设计方法进行了可靠性评估。

关键词：铁路不等跨简支梁桥碰撞效应 brb 拉索限位器组合减震防撞系统设计方法

基于brb耗能的新型框架—剪力墙双重结构体系抗震性能分析

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基于BRB耗能的新型框架—剪力墙双重结构体系抗震性能分析

作者：张杨兰州理工大学

学位级别：硕士

传统框架剪力墙双重结构在建筑抗震结构体系中应用广泛,但在地震作用下钢筋混凝土连梁容易发生脆性剪切破坏,延性能力不足。针对这一问题,本文提出了一种新型框架剪力墙智能双重结构体系,其基本思想是将每个楼层的钢筋混凝土连梁替换成... 详细信息

传统框架剪力墙双重结构在建筑抗震结构体系中应用广泛,但在地震作用下钢筋混凝土连梁容易发生脆性剪切破坏,延性能力不足。针对这一问题,本文提出了一种新型框架剪力墙智能双重结构体系,其基本思想是将每个楼层的钢筋混凝土连梁替换成延性可变形耗能单元brb,利用框架与剪力墙结构在水平地震作用下“剪切型”和“弯曲型”的不同变形模式,各楼层处的brb发生相对运动而耗能,大幅度减小结构的楼层水平加速度和地震响应,从而提高整个结构体系的抗震性能,并实现损伤单元可替换,结构功能可恢复设计。本文选取三条地震波,通过有限元分析软件ABAQUS对兰州地区某典型的6层传统框架剪力墙结构和对应的智能框架剪力墙双重结构进行弹塑性动力时程分析,重点研究了不同参数brb、不同框架和剪力墙结构抗侧移刚度比和不同brb布置方式对智能双重结构体系地震响应的控制效果,主要得出以下结论:（1）分析brb不同参数对智能双重结构体系动力响应的影响。随着brb屈服荷载（初始刚度）的增大,智能双重结构体系的各项地震响应先减小后增大,存在合理取值的brb设计参数,即当brb屈服荷载（初始刚度）取值为5%Fy0%Fy范围内时,智能双重结构体系的各项地震响应与传统结构相比均有明显减小,且当brb的屈服荷载（初始刚度）为10%Fy时,在所分析的brb参数取值范围内,智能双重结构体系对其自身地震响应的控制效果最好,楼层峰值加速度最大可降低45.72%。（2）新型智能双重结构体系与传统框架剪力墙结构相比,当brb的屈服荷载设置为传统框架剪力墙结构连梁内力时,刚度小于连梁,智能双重结构体系的各层侧向位移有所增大,但当brb屈服荷载的取值在合理区间时,由于brb的耗能和“切断”机制减小了整个结构的峰值加速度响应,因此智能双重结构体系的侧向位移可以得到有效控制,并满足规范对整体结构的变形要求。（3）分析三种框架和剪力墙结构不同抗侧移刚度比对智能双重结构体系动力响应的影响。建立新型智能结构体系动力响应峰值随brb参数的变化曲线,其变化趋势均与（1）相同;另外,在本文计算的案例中,智能结构体系随着剪力墙和框架结构之间抗侧移刚度比的逐渐增大,地震响应呈逐渐减小趋势,但其减小幅度相差不大于10%。因此,在常见框架剪力墙结构相对刚度下,具体设计智能双重结构体系时可不考虑此影响。（4）分析brb参数沿结构高度均匀布置和倒三角布置方式对智能双重结构体系动力响应的影响。均匀分布结构各项地震响应随brb参数变化的趋势与倒三角分布基本一致,变化趋势均与（1）相同;并通过对brb均匀分布和倒三角分布的10%Fybrb智能双重结构体系地震响应的对比,brb均匀分布模型的侧向位移明显减小,对薄弱层的控制有所改善。

关键词：智能结构抗震性能 brb 剪力墙与框架抗侧移刚度比布置方式

斜交简支梁桥基于brb的减震装置设计及参数优化

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斜交简支梁桥基于BRB的减震装置设计及参数优化

作者：王绪贤石家庄铁道大学

学位级别：硕士

斜交桥具有不规则的结构形式,在历次地震中区别于直桥的典型震害表现为主梁平动与绕竖轴的转动耦合。屈曲约束支撑(Buckling Restrained Brace,简称brb)不仅具有支撑性能,还具备优良的耗能性能。基于支座承担上部结构重量,减隔震装置承... 详细信息

斜交桥具有不规则的结构形式,在历次地震中区别于直桥的典型震害表现为主梁平动与绕竖轴的转动耦合。屈曲约束支撑(Buckling Restrained Brace,简称brb)不仅具有支撑性能,还具备优良的耗能性能。基于支座承担上部结构重量,减隔震装置承担水平位移的“功能分离”设计理念,本文设计了两种应用于斜交桥的brb减震装置,进行了设计参数优化,并针对现有brb耗能能力不能实现分级目标,探索性地提出了一种分级耗能型brb和两种实现brb分级耗能的构思。本文主要开展了以下几方面的研究:(1)在查阅大量国内外相关文献的基础上,对斜交桥典型震害和研究现状进行了回顾,详细归纳了斜交桥的计算模型、地震引起的桥面旋转及减震控制措施等方面的研究成果。(2)阐述角钢拼接十字形分级耗能型brb的工作机理,建立有限元数值模型分析其耗能特性,结果表明:该装置分级效果明显。(3)采用数值模拟方法分析并联型与串联型brb的分级耗能性能,调查长度比、面积比及材性对两种分级耗能brb的耗能能力和分级能力的影响,并确定了设计参数的最优值,为brb分级耗能思想在抗震设防中的运用提供一定的参考依据。(4)利用单跨斜交简支梁桥模型,分析brb的最优布置方式和brb性能设计参数对减震效果的影响,结果表明:brb在梁两端垂直梁缝布置减震效果最好,且当brb先于桥台失效时,λ(峰值荷载比)需大于1。(5)通过两跨斜交简支梁桥模型,分析所提出的brb菱形布置和brb连梁布置两种装置的构造参数和力学性能参数对斜交桥减震效果的影响,根据减震效果确定了相关参数的最优值。(6)调查了不同斜度三跨斜交简支梁桥在近断层脉冲效应地震作用下的地震响应特性,研究brb菱形布置对不同斜度斜交桥在近断层脉冲效应地震作用下的减震效果。

关键词：斜交简支梁桥减震控制 brb 分级耗能近断层脉冲效应

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粘滞阻尼器与brb的混合消能减震研究

粘滞阻尼器与BRB的混合消能减震研究

作者：左秀国昆明理工大学

学位级别：硕士

近年来,越来越多的建筑结构采用消能器对结构进行消能减震设计,以粘滞阻尼器与brb的应用较为广泛,通过合理设计两者在结构中的布置方案,可以得到更加优良的消能减震效果。因此,本文针对粘滞阻尼器与brb在结构中混合减震的布置方案等方... 详细信息

近年来,越来越多的建筑结构采用消能器对结构进行消能减震设计,以粘滞阻尼器与brb的应用较为广泛,通过合理设计两者在结构中的布置方案,可以得到更加优良的消能减震效果。因此,本文针对粘滞阻尼器与brb在结构中混合减震的布置方案等方面展开了研究,主要内容如下:1.通过ETABS有限元软件建立30层的框架-核心筒结构模型,并对其分别设置H型钢支撑(加强层)、brb、粘滞阻尼器得到三种不同的结构体系,对比三种结构体系在多遇、设防、罕遇地震作用下的抗震性能。结果表明:将brb或粘滞阻尼器设置于框架-核心筒结构中,可以获得比加强层结构更优良的抗震性能;brb对结构侧向位移的控制效果要优于粘滞阻尼器,但粘滞阻尼器对地震能量的耗散能力大于brb。2.同时将粘滞阻尼器与brb设置于上述的框架-核心筒结构中,得到4种不同的混合减震方案,为了与混合减震方案对比,分别设计了仅设置一种阻尼器的粘滞阻尼器结构和brb结构,将6种减震方案进行多遇、罕遇地震作用下的地震反应对比分析。结果表明:在多遇地震下,混合减震结构的抗震性能介于brb结构与粘滞阻尼器结构之间;在罕遇地震下,混合减震结构对层间位移角的控制效果优于粘滞阻尼器结构,混合减震结构对基底剪力峰值和顶点最大加速度的控制效果优于brb结构和粘滞阻尼器结构;在4种混合减震方案中,当以结构的楼层剪力、基底剪力为减震控制目标时,方案1为最优方案,当以结构的层间位移角、顶点位移、顶点加速度为减震控制目标时,方案2为最优方案。3.以14层的框架-剪力墙结构为研究对象,对其同时设置粘滞阻尼器与brb,得到4种不同的混合减震方案,并且设计了仅设置一种阻尼器的粘滞阻尼器结构和brb结构。对比6种减震结构在多遇、罕遇地震作用下的地震反应结果。研究表明:在多遇地震下,4种混合减震结构的抗震性能介于brb结构与粘滞阻尼器结构之间,在4种混合减震结构中,方案2的减震效果最佳;在罕遇地震下,在4种混合减震结构、brb结构、粘滞阻尼器结构中,方案2对顶点最大位移、最大层间位移角、基底剪力峰值的控制效果最好。4.为了进一步分析粘滞阻尼器与brb对框架-剪力墙结构的混合减震效果,采用SAP2000有限元软件,将上述的方案2与原结构进行弹塑性时程的对比分析。结果表明:对框架-剪力墙结构采用粘滞阻尼器与brb的混合减震,不仅可以减少框架的塑性铰数量,而且可以降低塑性铰的破坏程度,但对于剪力墙的混凝土层和钢筋层的最大应力的控制效果并不明显。

关键词：粘滞阻尼器 brb 框架-核心筒框架-剪力墙消能减震

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brb支撑端部连接构造对承载力影响研究

江苏建筑 2021年第5期 26-29页

作者：孙瑜潞吴鹏飞蔡毅敏徐栋苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011 苏州科技大学江苏省结构重点实验室江苏苏州215011

针对苏州市新区枫桥工业园改造一期6#楼屈曲约束支撑进行设计承载力试验,采用ABAQUS模拟构件受力过程,对试件的荷载位移进行对比分析,基于试验试件,考虑螺栓个数及角钢长度、角钢厚度等设计参数,设计了3组9个试件,并采用ABAQUS软件对其... 详细信息

针对苏州市新区枫桥工业园改造一期6#楼屈曲约束支撑进行设计承载力试验,采用ABAQUS模拟构件受力过程,对试件的荷载位移进行对比分析,基于试验试件,考虑螺栓个数及角钢长度、角钢厚度等设计参数,设计了3组9个试件,并采用ABAQUS软件对其进行了单调荷载下的数值模拟,得到brb支撑的力学性能,结果表明:1.2倍厚的角钢能提高brb支撑构件的承载力;而增加一排螺栓能有效提高长宽比小的brb支撑构件的承载力,防失稳效果明显提升。

关键词：屈曲约束支撑 brb 承载力试验 ABAQUS 数值模拟

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brb防屈曲支撑在超高层建筑中的应用

铁道建筑技术 2018年第1期 114-117页

作者：梁怀刚中铁十六局集团城市建设发展有限公司北京100018

防屈曲支撑(brb)作为一种优良的耗能减震构件,抵消地震力对于建筑结构的破坏,达到保护结构安全的目的,且较其他常规的抗震方式更有效。文中依托德丰大厦项目工程就brb防屈曲约束支撑在地震8度设防区的应用与研究进行阐述。

关键词： brb 地震 8 度设防区消能减震

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brb在某医院门诊楼减震设计中的应用

安徽建筑 2017年第3期24卷 75-76,82页

作者：徐耐俊王勤合肥工业大学安徽合肥230009 安徽省建筑设计研究院有限责任公司安徽合肥230009

屈曲约束支撑(简称brb)是一种良好的耗能减震构件,在屈服之前能够为结构提供附加刚度,在屈服之后除了为主体结构提供附加刚度之外,还为结构提供附加阻尼。文章结合某5层医院门诊楼,通过设置屈曲约束支撑以解决结构因抗侧刚度不足而导致... 详细信息

屈曲约束支撑(简称brb)是一种良好的耗能减震构件,在屈服之前能够为结构提供附加刚度,在屈服之后除了为主体结构提供附加刚度之外,还为结构提供附加阻尼。文章结合某5层医院门诊楼,通过设置屈曲约束支撑以解决结构因抗侧刚度不足而导致的层间位移角超过规范限值,并且屈曲约束支撑在罕遇地震作用下能够先于主体框架屈服进行耗能,使结构的屈服机制合理。

关键词：结构设计屈曲约束支撑 brb 抗震

brb用于装配式斜支撑节点钢框架结构减震研究

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四川水泥 2020年第8期 68-69页

作者：胡倩孙超武汉华夏理工学院土木建筑工程学院湖北武汉430223 中冶华亚建设集团有限公司湖北武汉430081

在地震作用下,brb(屈曲约束支撑)通过自身的屈服以避免结构的屈曲破坏,为了研究brb对装配式斜支撑节点钢框架结构的减震性能,运用SAP2000对设置普通支撑的结构和设置brb的结构进行有限元分析,评价其减震性能。对结构体系设置不同数量brb... 详细信息

在地震作用下,brb(屈曲约束支撑)通过自身的屈服以避免结构的屈曲破坏,为了研究brb对装配式斜支撑节点钢框架结构的减震性能,运用SAP2000对设置普通支撑的结构和设置brb的结构进行有限元分析,评价其减震性能。对结构体系设置不同数量brb,对比分析brb数量对减震性能的影响。结果表明:brb性能在弹性阶段未能得到发挥,对结构的刚度影响不大;在罕遇地震作用下,brb表现出较好的耗能性能,降低结构的侧移,从而提高结构的刚度和承载力。

关键词：装配式斜支撑节点钢框架 brb 减震性能