带延性增强型节点的屈曲约束支撑钢框架的抗地震倒塌能力

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210632

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2022, Vol. 50 ›› Issue (11): 107-114.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.210632

所属专题： 2022年土木建筑工程

带延性增强型节点的屈曲约束支撑钢框架的抗地震倒塌能力

何金洲¹吕大刚^1,^2,³ 贾明明^1,^2,³

^1.哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江哈尔滨 150090
^2.哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室，黑龙江哈尔滨 150090
^3.哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业与信息化部重点实验室，黑龙江哈尔滨 150090

收稿日期:2021-10-08 出版日期:2022-11-25 发布日期:2022-03-25
通信作者: 贾明明（1978-），男，博士，副教授，主要从事结构抗震和结构可靠度研究。 E-mail:jiamingming@hit.edu.cn
作者简介:何金洲（1983-），男，博士生，主要从事屈曲约束支撑钢框架结构、地震工程等研究.E-mail:jzhgd2022@163.com.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51978220)

Seismic Collapse Resistance Capacity of Buckling-Restrained Braced Steel Frame with Ductility-Enhanced Joints

HE Jinzhou¹ LÜ Dagang^1,^2,³ JIA Mingming^1,^2,³

^1.School of Civil Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，Heilongjiang，China
^2.Key Lab of Structural Dynamic Behavior and Control of the Ministry of Education，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，Heilongjiang，China
^3.Key Lab of Smart Prevention and Mitigation of Civil Engineering Disasters of the Ministry of Industry and Information Technology，Harbin Institute of Technology，Harbin 150090，Heilongjiang，China

Received:2021-10-08 Online:2022-11-25 Published:2022-03-25
Contact: 贾明明（1978-），男，博士，副教授，主要从事结构抗震和结构可靠度研究。 E-mail:jiamingming@hit.edu.cn
About author:何金洲（1983-），男，博士生，主要从事屈曲约束支撑钢框架结构、地震工程等研究.E-mail:jzhgd2022@163.com.
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(51978220)

摘要/Abstract

摘要：

地震作用下屈曲约束支撑钢框架结构的损伤分布通常是不均匀的，一旦梁柱节点或局部构件发生破坏，屈曲约束支撑的高延性就不能得以完全体现，且结构的局部失效和薄弱层的产生也容易导致结构倒塌。文中提出了两种改进型梁柱延性节点方案，将其应用于屈曲约束支撑钢框架结构中，使结构整体延性、延性节点和构件局部延性相互协调，形成高延性结构。首先，建立了屈曲约束支撑-延性节点钢框架结构的有限元分析模型，并对模型的准确性和可靠性进行验证；然后，采用增量动力分析方法，分析了屈曲约束支撑钢框架结构整体延性变化对结构体系抗地震倒塌能力的影响；最后，基于倒塌裕度比对结构体系抗倒塌能力进行评价。结果表明：与刚性节点结构相比，采用狗骨节点、上翼缘连接节点的屈曲约束支撑钢框架结构的整体延性增加，结构倒塌裕度比增大，结构抗地震倒塌能力提高。

关键词: 延性, 狗骨节点, 上翼缘连接节点, 屈曲约束支撑, 倒塌裕度比

Abstract:

Under the actions of earthquakes, the damage distribution of Buckling-Restrained Braced Steel Frames (BRBFs) is usually not uniform. Once the beam-column joints or other components of BRBFs are destroyed, the high ductility of the buckling-restrained braces cannot be fully achieved. The local failure and the weak stories of BRBFs would cause the structures to collapse. Therefore, this paper proposed the scheme of two improved ductile beam-column joints and applied it in the BRBFs to achieve the high ductility by coordinating the global ductility of the structure and the local ductility of the ductile joints and members. Firstly, the finite element models of the BRBFs with ductility-enhanced joints were established, and the accuracy of the numerical model was verified. Secondly, the incremental dynamic analysis method was used to analyze the influence of the global ductility on the seismic collapse capacity resistance of the structural systems. Finally, the seismic collapse capacity of the structural system was evaluated based on the Collapse Margin Ratio (CMR). The results show that, compared to the BRBFs with rigid connections, the global ductility of BRBFs with the Reduced Beam Section (RBS) connections and the Top-Flange Beam Splice (TFBS) connections increase gradually. The CMR and the seismic collapse resistance capacity of BRBFs are improved with the increment of structural global ductility.

Key words: ductility, RBS connection, TFBS connection, buckling-restrained brace, collapse margin ratio

中图分类号:

TU352.1+1

何金洲, 吕大刚, 贾明明. 带延性增强型节点的屈曲约束支撑钢框架的抗地震倒塌能力[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(11): 107-114.

HE Jinzhou, LÜ Dagang, JIA Mingming. Seismic Collapse Resistance Capacity of Buckling-Restrained Braced Steel Frame with Ductility-Enhanced Joints[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2022, 50(11): 107-114.

图/表 13

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

图12

表1

参考文献 19

1	师梦尘．翼缘削弱型端板连接节点受力性能研究［D］．西安：西安建筑科技大学，2014.
2	董建莉，王燕．延性节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的滞回性能研究［J］．工业建筑，2015，45（12）：163-170.
	DONG Jianli， WANG Yan ．Study on hysteretic performance of space steel frame with ductile joints under low cyclic loading ［J］．Industrial Construction，2015，45（12）：163-170.
3	全凯．新型翼缘削弱型弱轴连接节点滞回性能研究［D］.西安：长安大学，2017.
4	戴永超．带可更换梁段的翼缘削弱型节点滞回性能研究［D］．西安：长安大学，2021.
5	DEYLAMI A， TABAR A M ．Promotion of cyclic behavior of reduced beam section connections restraining beam web to local buckling ［J］．Thin-Walled Structures，2013，73（73）：112-120.
6	PRINZ G S， RICHARDS P W ．Demands on reduced beam section connections with out-of-plane skew ［J］．Journal of Structural Engineering，2016，142（1）：04015095.
7	LI R， SAMALI B， TAO Z，et al ．Cyclic behaviour of composite joints with reduced beam sections ［J］．Engineering Structures，2017，136：329-344.
8	GHADERI M， GERAMI M， VANDANI R ．A comparison of seismic low cycle fatigue and extremely low cycle fatigue on steel moment frames with reduced beam section connection （RBS）［J］．International Journal of Fatigue，2019，119：139-149.
9	HORTON T A， HAJIRASOULIHA I， DAVISON B，et al ．More efficient design of reduced beam sections （RBS） for maximum seismic performance ［J］．Journal of Constructional Steel Research，2021，183：106728.
10	PRINZ G S，COY B， RICHARDS P W ．Experimental and numerical investigation of ductile top-flange beam splices for improved buckling-restrained braced frame behavior ［J］．Journal of Structural Engineering，2014，140（9）：04014052/1-9.
11	PRINZ G S， RICHARDS P W ．Seismic Performance of Buckling-Restrained Braced Frames with Eccentric Configurations ［J］．Journal of Structural Engineering，2012，138（3）：345-353.
12	GHOWSI A F， SAHOO D R ．Seismic Performance of Buckling-restrained Braced Frames with Varying Beam-column Connections ［J］．International Journal of Steel Structures，2013，13（4）：607-621.
13	孙良君．翼缘削弱型节点钢框架结构抗震性能研究［D］.大连：大连理工大学，2016.
14	董建莉．新型延性节点钢框架抗震性能研究［D］．青岛：青岛理工大学，2016.
15	李坤．一种新型可修复装配式钢结构节点力学性能研究［D］．西安：长安大学，2020.
16	OHTORI Y， CHRISTENSON R E， SPENCER B F，et al ．Benchmark control problems for seismically excited nonlinear buildings ［J］．Journal of Engineering Mechanics，2004，130（4）：366-385.
17	钢结构设计标准：［S］.
18	FEMA ．Quantification of building seismic performance factors （FEMA P695）［R］．Washington：Federal Emergency Management Agency，2009.
19	PEER ．PEER NGA database ［R］．California：University of California，Berkeley，2013.

结构	结构整体延性系数μ	倒塌易损性函数中位值/g	S_a，_T_1，大震/g	倒塌裕度比
BRBF	3.49	3.00	0.560	5.33
BRBF-RBSS	3.84	3.66	0.558	6.55
BRBF-RBSM	3.93	3.98	0.555	7.17
BRBF-RBSL	4.52	3.84	0.552	6.96
BRBF-TFBS	6.23	3.76	0.540	6.96

[1]	郑新志蔡健郑新华. 劲化方形钢管混凝土短柱的轴压性能　　[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2013, 41(10): 126-134.
[2]	周靖方小丹. 多层结构局部延性与整体延性需求关系解析[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2011, 39(12): 132-137.
[3]	蔡健许雪峰. 钢筋混凝土L形截面柱的曲率延性[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2009, 37(6): 136-141，146.
[4]	龙跃凌蔡健. 带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的偏压性能[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2008, 36(12): 21-27.
[5]	何振强蔡健. 带约束拉杆方形钢管混凝土偏压短柱的试验研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2006, 34(2): 107-111.
[6]	龙跃凌蔡健. 带约束拉杆L形钢管混凝土短柱轴压性能的试验研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2006, 34(11): 87-92.

带延性增强型节点的屈曲约束支撑钢框架的抗地震倒塌能力

Seismic Collapse Resistance Capacity of Buckling-Restrained Braced Steel Frame with Ductility-Enhanced Joints

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 13

参考文献 19

相关文章 6

编辑推荐

Metrics

本文评价