抗震钢结构中的可更换保险丝：综述外文翻译资料

英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

抗震钢结构中的可更换保险丝：综述

抽象

在地震多发地区，由于在均匀性和延展性方面的固有材料特性，钢结构被认为是最佳选择之一。在传统的钢结构抗震设计中，普遍的规范建议柱和接头应足够结实，以便在横向抗负载框架中的梁中发生非弹性作用或损坏。通过遵循这些设计规定，可以在发生严重地震时防止结构坍塌，从而确保乘员安全。然而，受损的主要构件的修复和修复是一项具有挑战性的任务并且也是耗时的过程，导致对乘员的严重不便。为了简化严重地震后抗震钢结构的修复工作，最近的研究工作主要集中在设计结构上，以便在预定位置产生局部无弹性损伤，这将耗散地震能量，并且在强烈地震发生后可以很容易地更换，从而可以以较低的成本立即恢复居住者的正常生活。修理。本文对与钢制侧向抗荷载系统相关的最新技术进行了批判性回顾，该系统包括可更换的保险丝，有助于在强烈地震后轻松修复钢结构。

关键词可更换保险丝·侧向抗负载系统·MRF·支撑框架·修理·连接

1简介

抗弯框架（MRF）是中低层建筑中常用的侧向抗荷载系统之一。其中，在Northridge（1994）和Kobe（1995）地震之前广泛使用焊接抗弯矩梁柱连接，并且认为传统的力矩连接提供了良好的抗震性能。然而，钢结构建筑中的传统弯矩连接在这些地震中遭受了脆性断裂。裂缝/破坏主要发生在底梁法兰 - 柱法兰完全 - 接头 - 渗透（CJP）沟槽焊缝，梁式法兰和柱部分（FEMA-355D 2000 ），随后，决定在可行性和经济性方面修复受损钢结构建筑是不切实际的。

在北岭地震之后，研究活动的重点转向开发替代连接机制，以避免连接的脆弱故障; 一般来说，应该允许损伤远离关节。在这次地震之后建议的一些替代方案是螺栓梁柱连接（Smallidge 1999 ; Calado和Mele 2000 ; Popov和Takhirov 2002 ; Piluso和Rizzano 2008 ; Herrera等人2017 ），减少梁截面（RBS）（Chen等人） 。1996 ; Plumier 1997 ; Jones等，2000 ; Han等人2012 ），钢筋梁柱连接（Engelhardt的和萨博尔1998; Uang等。1998年; Arlekar和Murty 2004 ; Adan和Gibb 2009 ），柱树连接（Chen等人，2006 ）等。流行的螺栓梁柱连接是延长的端板连接，双分裂T形（DST）或T形连接，法兰板连接等根据这些研究，ANSI / AISC 358-16（2015 ）规定了各种预先认证的梁柱连接的设计程序，以避免连接失败。这些包括许多专有连接，这有助于增加梁柱节点的强度和刚度，并能够在梁中形成塑料铰链。强震期间非弹性破坏后梁的预期条件。这种非弹性损伤增强了钢结构在不发生倒塌情况下的能量耗散能力。然而，在发生严重地震之后，由于主要构件允许的非弹性损坏，传统的结构侧向抗荷载系统的钢结构的修复和修复是困难的，这也抵抗了重力载荷。据报道，在北岭（1994年）和神户地震（1995年）期间，根据当时流行的代码设计的建筑物从生命安全角度和结构损坏程度上表现良好。然而，修理费用出乎意料地高（Ghobarah 2001 ; FEMA-355D 2000）。因此，定位螺栓熔断元件内的非弹性损坏，其消散地震能量并且可以在强烈地震发生后进行更换，这将降低维修成本。甚至，具有旗形滞后曲线的结构系统也将使结构系统具有弹性。在二十世纪之后，这些与地震后修复和恢复有关的可行性得到了显着的探索。本文对研究工作进行了全面的综述，试图在可更换的保险丝内部包含非弹性损伤，以简化强震后的侧向抗荷载系统的修复工作，同时具有稳定的地震能量耗散。

2抵抗框架（MRF）

抗弯框架是一种流行的侧向抗荷载系统，其中由于梁柱连接的刚性，横向力（风和地震）主要受到梁和柱的弯曲作用的抵抗。由于Northridge（1994）地震期间焊接梁柱连接的脆性破坏，进行了广泛的研究工作，以改造损坏的钢结构并改善其耗散特性。据报道，受损建筑物的修复和改造通常非常困难，对某些建筑物来说，这是不切实际的（FEMA-267 1995））。虽然许多研究工作集中在梁柱连接上，确保了梁端的可塑性，但与修复相关的问题并未得到解决。为了改造/升级现有的结构，这些结构是用1994年以前未加强的螺栓网焊接法兰预认证连接建造的，因此建议采用许多方案来加强梁柱节点。一个有趣的建议（Leelataviwat 1998 ）通过在开口内创建一个矩形开口并焊接X-支撑来削弱中跨梁的腹板，在这种情况下，弱化部分的设计应使得在完全屈服和应变硬化条件下由弦杆，对角线和垂直构件提供的剪切阻力应小于由于弯曲导致的梁屈服期间产生的剪切力。地震荷载，从而确保梁和柱处于弹性状态。基于这些研究，证明了非弹性行为仅限于所提出的保险丝系统。然而，尽管保险丝系统的强度没有减少高达3％的楼层漂移，但是在腹板开口的角落处开始出现裂缝，在1.8％的层内漂移。诸如削弱有意位置的结构以增强结构的耗散能力的研究导致了单独的耗散元件的概念，

关键区域的螺栓耗散元件提供地震能量耗散和易损坏保险丝的可更换性。引入了可拆卸螺栓耗散元件的这种概念，代替减小的梁截面，远离梁柱接头（Balut和Gioncu 2003 ）。它由带有端板的工字梁或两个通道背对背连接成一个横梁连接起来构成弯曲铰链，实验工作的结果（Shen等人。2010 ）证实，可拆卸耗散元件中的MRF表现良好循环荷载下并有利于非弹性变形后熔丝元件的替换性。此外，据报道具有端板连杆的工字梁比通道连杆具有更高的能量耗散，但是通道连杆比具有端板连杆的工字梁具有更高的旋转能力。然而，通过耗散元件，修复工作被限制在局部区域，尽管RCC板块在耗散元件上受到严重损坏。

虽然可以修复板坯损坏，但避免这种损坏可以进一步减轻维修工作。为了避免板坯受损，在板坯中提供了一个小间隙的膨胀节，并在耗散元件上进行连续加固（Castiglioni等，2012 ）。这里，耗散元件是使用带螺栓连接的板开发的。在板之间具有断裂的所提出的耗散元件的图示视图。连接在底部法兰中的板起主要作用，需要仔细设计，使得熔断装置在强度和由于弯曲引起的延展性显着降低之前容许更大的旋转。

由于熔丝元件插入梁端之间，因此减小了结构的强度和刚度之间的相互作用，这便于结构的设计。但是，它涉及额外的制造工作和增加的安装时间。通常，连接元件的重量约为钢框架重量的5-10％。此外，连接的制造成本在总框架成本的30-40％范围内（Steelconstruction.info 2016）。在现有连接附近引入螺栓式耗散可更换保险丝进一步增加了构造的成本和时间。为了避免这些缺点，进行了研究以将熔丝链或耗散机构结合在梁柱连接内，这通常被描述为通过实践规范的部分强度连接。

在部分强度弯矩连接中，使用高强度螺栓将用管和板构成的单独的自包含结构部件连接在梁端板和柱法兰之间（Khonsari等人，2008 ）。该连杆由两个平行的连接板组成，连接板使用平行或垂直于梁弯曲轴的管连接，由于较小的尺寸，这种布置可以退火，以改善容纳部件的延展性。通过实验研究，证明了建议的部分强度弯矩连接在单调荷载下具有良好的延性。然而，当经受反向循环加载时，在达到0.04弧度的连接旋转之前观察到断裂，这是旋转的预期值（AISC341-16 2016 ）以限定特殊抗弯矩框架（SMRF）的连接。

现有广泛研究的双分裂三通（DST）螺栓梁柱连接不是故意削弱（Latour等人2011 ）在DST法兰的小时玻璃形状，其中最大弯曲时刻。减少的DST螺栓梁柱连接在反向循环加载下表现良好，并且持续高达8％的层漂移。但是，复杂性由于法兰板弯曲，三维弯曲效应，悬链线作用和法兰的应变硬化导致的弯曲截面减弱，撬动作用，使得连接的力矩 - 旋转行为的预测变得麻烦。为了使连接行为更加可预测，而不是削弱法兰板，主要在轴向力（称为“阀杆” ）下的板被一个额外的板削弱和约束（Pryor和Hiriyur 2010 ）以避免在压缩力下弯曲。保险丝（屈服连杆）系统由一家名为“Simpson Strong-Tie”的公司获得专利，是第一个由ANSI / AISC 358-16（2015年）认证的部分强度钢力矩框架连接）用于SMRF，对光束深度约为400 mm的应用有限制。

观察到上述形成的熔断体通过轴向或弯曲变形的作用消散能量，以避免对主要构件的损坏。甲梁柱连接用有开口的板开发的，被称为槽阻尼器（Oh等人。2009年; KOKEN和Kouml;roğlu 2013 ），用于通过剪切变形的作用主要是耗散的能量。与狭缝阻尼器的连接。由于梁的弯曲作用，狭缝阻尼器受到剪切力。从实验结果可以看出，超过90％的能量通过狭缝阻尼器消散，并且由于应力集中而在支柱末端发生断裂。由于应变硬化和相当大的变形后的悬链线作用，难以预测连接的最大强度。所提出的过程（Oh等人。2009年），以分析确定连接的强度具有高于20％的误差。

通常，在对称的梁柱连接中，增加梁的深度增加了连接元件的变形要求。在狭缝阻尼器中，梁的顶部凸缘处设有梁的旋转中心，这进一步增加了梁的变形要求阻尼器增加了梁的深度。但是，可以减少板坯损坏。基于这些研究，可以理解，可更换连接可以在不影响主要结构构件的情况下耗散地震能量，并且使用部分强度梁柱连接作为可替换连杆将是抗弯矩框架的经济选择。关于部分强度梁柱连接的行为以及它们各自的优点和缺点，可以进行有限的调查。

此外，为了改善MRF的横向刚度并减少梁柱连接的负担，研究了膝部支撑的MRF用于地震应用（Kim和Seo 2003 ; Leelataviwat等人 2010 ）。对膝关节支撑门架（Inoue等，2006 ）进行了实验研究，以证明在地震荷载作用下的行为。在这里，为了减少使用超高强度螺栓的螺栓数量，并且为了增强能量耗散特性，屈曲约束支撑件用过的。提出了膝关节支撑系统的两种配置：（i）在梁的两侧上的膝盖支撑，以及（ii）仅在梁的底侧上的膝盖支撑。实验结果表明，屈曲约束膝关节支撑消除了大部分地震能量，而梁和柱保持弹性的情况下，结果令人满意。在比较这两种配置时，发现第二种系统在结构问题方面优于第一种系统，与第一种系统具有相当的性能。为了降低屈曲约束膝关节支撑及其与梁和柱的关节相关的复杂性，Hsu和Halim（2017年）研究了带有销关节的弯曲膝关节支撑。）。将性能与传统的刚性框架进行比较，并且观察到弯曲的膝盖支撑门架的增强的刚度和耗散特性。

3支撑框架

由于其高刚度特性，同心支撑框架（CBF）和偏心支撑框架（EBF）在高层建筑中更受欢迎，这有助于在适用的极限范围内控制横向漂移。开发EBF是为了改善CBF中不存在的建筑物的延展性，以及高刚度。EBF由支撑偏心率形成，或者具有梁柱接头或梁中点。

传统的CBF在负载的逆转下表现出不对称的滞后行为，这导致强度和刚度的显着降低。为了改善CBF的能量吸收特性，屈曲约束支撑（BRBs）在四十年前被引入（Yoshino和Karino 1971 ），并且许多研究人员仍在积极地研究BRBs（Xie 2005 ; Judd等人2016 ）。文献中报道了许多类型的BRB，最流行的BRB是通过将未粘合的钢板嵌入混凝土或砂浆填充的钢管中建造的（Sabelli等人，2003 ），虽然能量耗散是稳定的，并且具有BRB的CBF的滞后行为很简单，但是在加载期间嵌入式核心单元的状态是未知的，并且没有关于BRB的可替换性的指导。此外，一旦损坏，必须更换整个支架，这是一项艰巨的任务。为了简化维修工作并降低改装成本，局部熔断元件（Bonetti和Matamoros 2008 ）在支撑构件内演变而来，该支撑构件由金属杆组成，通过非弹性轴向作用作为熔断器并嵌入受限聚合物基体中抑制屈曲变形。用于支架的受限熔断元件如图12 所示。该熔丝元件的配置使用类似的BRB概念，并且这种布置对于具有圆形截面的支架是有利的。

通常，设计规定建议连接的强度应该比连接的构件强，这有助于在连接的构件中形成塑料铰链。因为这涉及大量的制造工作，或者欧洲规范8（2004年））如果连接有助于消散与全局变形一致的地震能量和伸长能力，则连接强度不必大于连接构件。然而，这需要通过进行非线性分析来完全理解连接系统及其耗散元件的滞后行为。基于这些研究，如果确保用于耗散地震能量的连接能力，则不必提供额外的耗散元件，从而降低总体成本和构造时间。为此，开发并设计了两种类型的耗散连接，即引脚连接和U形连接，作为欧洲委员会资助的INERD项目的一部分（Plumier等人，2006年）; Vayas和Thanopoulos 2005 ）。这里，连接通过销或U形板的非弹性弯曲作用消散能量。它是证明了在强度，刚度和能量耗散特性方面，引脚连接优于U型器件。然而，在引脚连接中，由于孔的椭圆化，观察到挤压行为。

通常，一旦熔丝被移除，结构的残余漂移将减少（Bruneau等人2011 ），即弹性结构将返回到原始未变形位置。然而，可能需要小的横向负载来重新定位框架。在改装期间，有必要重新安置乘员。如果地震发生后剩余漂移率小于0.5％，建筑物可立即占用（McCormick等人，2008年））。设计具有高屈服后刚度的结构被认为是具有较小残余漂移的有效策略。通过为结构提供更多冗余，可以增加屈服后刚度。其中一种方法是结合支撑和抗弯矩框架，其中由于高刚度，支撑系统首先抵抗横向载荷，而在后状态，抗弯框架增加了阻力。此外，在支撑和梁构件中引入能量耗散熔断系统（Baiguera等人，2016 ）将减少严重地震发生后的修复工作。Balut和Gioncu（2003 ）提出的耗散机制被用于INERD项目的MRF和耗散引脚连接（Plumier等人，2006）; Vayas和Thanopoulos 2005 ）用于牙箍。基于非线性动力学分析，据报道，即使在非常罕见的最大考虑地震（MCE）之后，所提出的系统具有很小的残余漂移（平均值为0.12％），因此能够在不显着中断使用建筑物的情况下进行修复。

如果设计得当，EBF可以提供非常好的延展性和更多用途（提供开口）CBF。EBF中的耗散区局限于剪切连接，剪切连接主要受剪切力。在北岭地震

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[608934]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word