新型组合碟簧自复位防屈曲支撑钢框架体系抗震性能与设计方法

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基本信息

  • 批准号:
    51878217
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0804.结构工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Plastic deformation of both buckling-restrained braces and steel frames induces large residual deformations of buckling-restrained braced steel frames, challenging self-centering function of structures. Usually, when the axial yield force of a self-centering buckling-restrained brace, commonly formed by welding the ends of buckling restrained brace and those of self-centering system together to let them work in parallel, and that of a buckling-restrained brace are the same in design, the energy dissipation capacity of the self-centering buckling-restrained brace is deteriorated greatly because the commonly used self-centering system formed by steel strands (or fiber tendons), etc. doesn’t have nearly energy dissipation capacity. Moreover, the limited elastic deformation capacity of post-tensioned steel strands (or fiber tendons) further deteriorates the ductility and self-centering capacity of the self-centering buckling-restrained braces. When the ends are welded together, post-tensioned steel strands (or fiber tendons) induce initial stress in buckling restrained brace and it is difficult to inspect and reuse the brace. Regarding the problems above, a novel type of assembled self-centering buckling-restrained brace with disc springs in various combinations is proposed and constructed in this project. The self-centering system, formed by pre-compressed disc springs, etc., and buckling-restrained brace are assembled together by bolt connections in this new self-centering buckling-restrained brace to improve its ductility, self-centering and energy dissipation capacity and to facilitate check and reuse of the brace. By employing the disc springs in various combinations, the self-centering forces and axial deformation capacity of the self-centering system can be acquired easily by appropriately changing the ways to stack the pre-compressed disc springs. At the same time, the frictional action in the stacked disc springs can provide additional energy dissipation capacity. The working mechanism, numerical simulation models, seismic behavior and design methods of both this novel assembled self-centering buckling-restrained brace and self-centering buckling-restrained braced steel frame will be investigated by large scale cyclic loading tests and finite element method analysis. The important part research will be focus on both frictional mechanism in the stacked disc springs and the effects of the frictional mechanism on the hysteretic behavior of the self-centering buckling-restrained braces and on both the formation of self-centering buckling-restrained braced steel frame, in which the plastic deformation would concentrate mainly on the self-centering buckling-restrained braces, and the effects of the formation on the self-centering capacity of the self-centering buckling-restrained braced steel frames. This study will be helpful to further improve the seismic behavior of the buckling-restrained braced steel frames.
防屈曲支撑和钢框架的塑性变形均使支撑钢框架复位困难。当按轴向屈服承载力相同设计支撑时,常用不耗能的预拉钢绞线或纤维筋等组成的复位系统与防屈曲支撑并联后大幅降低了自复位支撑的耗能。复位系统弹性变形不足等又劣化了支撑的延性和复位能力。端部焊接并联后张拉钢绞线使防屈曲支撑产生初应力且不利于支撑检修和再利用。针对上述问题,本项目拟采用装配式组合碟簧自复位防屈曲支撑,通过螺栓并联预压碟簧复位系统和防屈曲支撑,调整碟簧组合形式获得所需的轴向复位力和变形能力,并用碟簧间的摩擦补充耗能,改善支撑的延性、耗能和复位能力,且便于检修支撑。结合试验和数值模拟,研究该种新型自复位支撑和支撑钢框架结构的工作机理、数值模型、抗震性能和设计方法。重点研究组合碟簧的摩擦机制及其对支撑滞回性能的影响规律,以及将塑性变形集中于自复位支撑的结构组成及其对复位能力的影响规律。该研究有助于进一步提高防屈曲支撑钢框架体系的抗震性能。

结项摘要

将防屈曲支撑和组合碟簧并联形成新型自复位防屈曲支撑(SCBRB)可用于中心支撑钢框架中来控制结构残余变形和维持震后使用功能。. 本项目对SCBRB以及该种自复位支撑钢框架结构(SCBRBF)的抗震性能进行了往复加载试验、数值模拟和理论研究。试验表明,两种构造下的SCBRB复位能力良好,其承载和耗能分别主要由自复位系统和防屈曲支撑提供,宜采用同轴组装且防屈曲支撑轴向安装长度可调的构造。与支撑端部刚接相比,销接时支撑的累积耗能更好。除钢板支撑低周疲劳受拉断裂,其他部件保持完好,有望重复利用。梁柱销接SCBRBF结构塑性发展集中于防屈曲支撑,延性和复位能力更好,即使防屈曲支撑断裂,自复位系统的完好存在仍能确保结构有较好的承载、变形能力和整体性。与之相比,刚接框架大侧移下更易发展塑性、局部屈曲和断裂,且需更高的复位比率来控制残余变形。梁柱刚接而柱脚销接时,可减小框架塑性发展和利于复位。基于试验,构建出了SCBRB和SCBRBF的合理数值模型,获得了关键构造对SCBRB和SCBRBF抗震性能的影响规律,给出了关键参数的取值范围。SCBRB的复位比率需兼顾耗能和复位能力,一般可取1/50加载侧移角下不超过1.0。此外,还可采用高强度钢材制成钢框架和在梁柱销接处增设复位装置两个措施来增强钢框架的复位能力。. 通过试验和理论分析,提出了基于力矩平衡和叠合面间相对滑动考虑组合碟簧叠合面间摩擦效应的计算公式,提出的综合考虑叠合面间以及端部碟簧与垫片间的摩擦效应的计算公式可准确预测组合碟簧轴向承载-变形关系曲线,便于设计和应用。综合10层和30层结构时程分析表明,与纯防屈曲支撑框架相比,SCBRBF的最大层间侧移不一定小,但残余侧移角更易满足1/200的限值要求。提出基于三个控制目标的设计流程和实现方法可行,可供SCBRBF结构抗震设计参考。本项目研究有助于进一步提高防屈曲支撑钢框架结构的抗震性能。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(2)
组装式防屈曲支撑整体稳定性研究
  • DOI:
    10.13204/j.gyjzg201909100004
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    工业建筑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁玉坤;鲍宗辉;李文文;张文元;张耀春;宋罕宇;李达明
  • 通讯作者:
    李达明
碟簧自复位防屈曲支撑滞回性能试验与模拟
  • DOI:
    doi:10.11990/jheu.202103062
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    哈尔滨工程大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁玉坤;刘洋涛
  • 通讯作者:
    刘洋涛
Cyclic tests for assembled X-shaped buckling restrained brace using two unconnected steel plate braces
两块未连接钢板支撑组装式X形屈曲约束支撑循环试验
  • DOI:
    10.1016/j.jcsr.2021.106680
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Constructional Steel Research
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Yukun Ding;Chuanzhen Zhao
  • 通讯作者:
    Chuanzhen Zhao
Cyclic tests of assembled self-centering buckling-restrained braces with pre-compressed disc springs
带预压缩碟形弹簧的组装式自定心防屈曲支撑的循环试验
  • DOI:
    10.1016/j.jcsr.2020.106229
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Constructional Steel Research
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Yukun Ding;Yangtao Liu
  • 通讯作者:
    Yangtao Liu
连接墙板内置支撑的钢框架节点加强构造分析
  • DOI:
    10.3389/fmicb.2018.01739
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    哈尔滨工业大学学报
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Smith A;Kaczmar A;Bamford RA;Smith C;Frustaci S;Kovacs-Simon A;O'Neill P;Moore K;Paszkiewicz K;Titball RW;Pagliara S
  • 通讯作者:
    Pagliara S

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防屈曲支撑钢框架结构中被撑柱抗震设计探讨
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    丁玉坤
  • 通讯作者:
    丁玉坤
钢筋混凝土墙板内置无粘结钢支撑抗冲切研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    哈尔滨工业大学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    丁玉坤
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    丁玉坤

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
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          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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