铰接隅撑钢框架抗震性能研究

传统抗弯钢框架的梁柱节点通常设计为刚性连接,这种刚性节点具有很大的抗弯刚度,然而节点延性不足,罕遇地震作用导致节点脆性断裂。研究学者提出了多种解决该问题的思路,例如半刚性连接节点、节点加强或削弱方法使塑性铰外移等。本文提出了一种简化的梁柱节点连接方式-铰接连接,改变梁柱节点的传力方式,在节点处设置隅撑提供框架的抗侧刚度,控制结构的失效模式。本文设计了三组抗弯钢框架和铰接隅撑钢框架,分别为3层、5层和8层结构,通过Pushover分析和非线性动力时程分析,对比二者之间的承载力、刚度、延性和层间侧移等抗震性能。研究结果表明:铰接隅撑钢框架具有和传统抗弯钢框架相似的抗侧刚度,且承载能力略高。罕遇地震作用下,铰接隅撑钢框架的层间侧移较小。传统抗弯钢框架失效模式为梁端出现塑性铰,而铰接隅撑钢框架的塑性区域转移至隅撑与梁连接部位。     

隅撑支撑钢框架的抗震性能

隅撑支撑框架是一种新型的耗能支撑钢框架结构形式,在小震作用下,具有较大的抗侧移刚度,在大震作用下,具有较好的耗能性能。隅撑是隅撑支撑框架中的耗能构件,其设计参数对隅撑支撑框架的抗震性能有重大影响。本文主要通过非线性有限元分析,探讨了隅撑的设计参数对隅撑支撑钢框架抗震性能的影响。     

钢纤维增强十字形异形柱中节点的抗震性能试验

针对异形柱节点的薄弱特性,通过在节点处掺加钢纤维,对比了钢纤维增强的异形柱中节点和未掺加钢纤维的普通混凝土异形柱中节点的破坏特征、承载力、延性、滞回性能和刚度退化等抗震性能指标。结果表明:钢纤维增强的异形柱节点试件承载力明显提高,节点核心区破坏程度明显较轻,加载后期,刚度保持效果有明显改善,说明钢纤维可以提高异形柱节点的抗震能力。     

应用OpenSees模拟钢管混凝土不等跨框架抗震性能

基于一榀方钢管混凝土柱-H型钢梁不等跨平面框架的抗震性能试验,应用OpenSees有限元软件,模拟了低周反复荷载作用下框架的荷载-位移曲线,并对其抗震性能影响参数进行分析。研究结果表明:OpenSees中塑性铰纤维单元模拟栓焊连接的H型钢梁具有合理性。混凝土强度对框架的抗震性能影响较小,提高钢材强度可以有效提升框架结构的承载力和延性,其中Q345具有较高的性价比。柱截面宽厚比越小,框架承载力越高。轴压比增大会对框架抗震性能产生不利影响,工程中应避免出现高轴压比。在钢管混凝土不等跨框架结构设计中,钢梁跨度要综合考虑梁截面抗弯能力和梁柱线刚度比,其变梁异型中节点宜选择合适的梁高比。     

一种高层框架振动分析新方法--修正的Ho1zer迭代法

基于框架侧移柔度系数和等效侧移刚度提出了一种高层框架结构自振频率与振型计算的新方法--修正的Holzer迭代法,使之推广于弯曲型框架,并适用于梁柱任意刚度比情况,可考虑梁柱节点转动和柱的轴向变形,计算简单,精度良好,可供实用.     

异形柱框架节点抗震性能试验研究

通过6个2/3比例的T形柱框架节点的低周反复试验,考察了轴压比、柱翼缘宽度等因素对节点裂缝开展、节点的破坏机理的影响。提出了翼缘宽度对节点抗剪性能的影响与梁柱抗弯刚度比有关,指出了翼缘板对节点抗剪承载力影响的修正系数ξf须考虑梁柱抗弯刚度比的影响,而不能仅按《混凝土异形柱结构技术规程》(征求意见稿)中的bf-bc来反映。     

古建筑木结构直榫节点抗震性能试验研究

为了研究不同形式直榫榫卯节点的抗震性能,参照《营造法式》及相关文献的构造要求,考虑不同榫头形式、不同模型比例、不同榫头伸出长度及不同材料对直榫榫卯节点抗震性能的影响,制作了14个T型直榫榫卯节点。通过直榫节点的低周反复加载试验,得到了不同形式直榫节点的破坏特征、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、转动刚度及其退化规律和耗能等性能。试验结果表明:直榫节点的破坏形态主要是卯口、榫头的挤压变形和榫头部分拔出,梁、柱无明显破坏;直榫节点弯矩-转角滞回曲线形状呈反‘S’型,单向直榫节点的滞回环对称且饱满度较好,透榫节点、半榫节点的正向和反向滞回曲线呈现不对称性且饱满度较差,半榫节点尤为明显;单向直榫节点、透榫节点的承载力和转动刚度较大且相差不多,半榫节点较小;单向直榫节点的承载力大致与模型比例的平方成正比,但不符合模型相似关系;单向直榫节点增加榫头长度有助于提高其转动刚度,但当榫头长度大于柱径时,其提高幅度减小;透榫节点的耗能能力好于单向直榫节点和半榫节点;不同木材种类对直榫节点的承载力、转动刚度等性能有明显影响;直榫节点的转角可以达到1/8rad,表现出良好的变形能力。研究成果可为古建筑木结构的抗震分析提供依据。     

悬臂摩擦式自复位RC框架节点的试验研究

本文提出了一种悬臂摩擦式自复位混凝土框架节点,并通过8次低周反复加载试验,对节点在循环荷载下的复位机制和耗能特性进行研究,分析钢绞线预应力、螺杆预应力对于节点性能的影响。试验结果表明,悬臂摩擦式自复位混凝土框架节点具有良好的自动复位能力与耗能能力,节点的张合由悬臂端与梁端的相对转动完成,从而使框架柱的受力更为明确,同时外包钢板避免了混凝土构件在相对转动时的局部受压破坏。节点的转动刚度与预应力筋的抗拉刚度呈正比,预应力螺杆正应力的增大和悬臂长度的增加均能够提高节点的耗能能力,提高节点的自复位能力则有赖于预应力筋初始张拉力的增大。为保证节点的滞回能力,应加强悬臂端钢筋在框架柱中的锚固。     

一种高层框架振动分析新方法——修正的Holzer迭代法

基于框架侧移柔度系数和等效侧移刚度提出了一种高层框架结构自振频率与振型计算的新方法——修正的Holzer迭代法，使之推广于弯曲型框架，并适用于梁柱任意刚度比情况，可考虑梁柱节点转动和柱的轴向变形，计算简单，精度良好，可供实用。     

基于OpenSees的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架数值模拟

提出了一种既有钢筋混凝土框架结构的抗震加固方法,该法采用防屈曲支撑提高框架结构体系的水平承载力和耗能能力,利用外包钢进一步提高柱子的抗弯和抗剪承载力。采用开源有限元程序OpenSees,分别建立空钢筋混凝土框架和防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的分析模型,对2榀钢筋混凝土框架的抗震性能进行模拟。防屈曲支撑采用了弹塑性桁架单元模型,加固框架柱混凝土考虑了外包钢的约束作用。将分析结果与拟静力试验结果进行比较,以检验分析模型的准确性,以及研究防屈曲支撑和外包钢对混凝土框架抗震性能的影响。分析结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好,验证了基于OpenSees建立的数值模型的准确性;外包钢有效改善了框架柱的抗弯承载力和变形能力;防屈曲支撑显著提高了加固框架体系的水平刚度、水平承载力和耗能能力。     

采用纤维模型的钢管混凝土框架-中心支撑结构抗连续倒塌非线性分析

为研究不同形式的中心支撑对钢管混凝土结构抗连续倒塌性能的影响,基于纤维梁模型建立5种钢管混凝土框架-中心支撑结构数值模型,在合理选取钢材和混凝土材料本构模型的基础上,计算不同失效工况下结构的抗连续倒塌非线性动力响应,通过非线性静力加载获得结构的整体刚度和极限承载力。研究结果表明：设置中心支撑均可以提高结构的整体刚度和抗倒塌承载能力,其中对边柱失效工况的提升效果好于中柱失效工况;设置中心支撑提供了新的荷载传递路径,可以有效减小失效柱相邻构件的分配内力;X型支撑在不同失效工况下都能显著提升框架刚度和承载能力,降低失效节点的竖向位移,反斜支撑框架表现出更好的延性和极限承载能力,研究结果可为建筑结构抗连续倒塌设计提供参考。     

设置局部粘滞消能支撑的框架节点抗震试验研究

提出了具有位移放大效应的局部粘滞消能支撑的构成及工作原理,开展了设置该类支撑的钢筋混凝土梁-柱节点的反复加载试验,初步考察了节点的抗震性能,并通过对比试验与常规钢筋混凝土梁-柱节点进行了比较。研究结果表明,安装该类支撑后节点的耗能能力明显提高,梁端位移幅值较大时提高幅度可达200%以上,大大改善了节点的抗震性能。     

装配式预制混凝土框架结构拟动力试验研究

本文对2个采用橡胶垫螺栓连接梁柱节点的单层两跨的装配式预制混凝土框架结构进行拟动力试验,考察结构的破坏模式,研究结构的强度、刚度、滞回、耗能等抗震性能。试验结果表明:此类装配式预制混凝土框架结构具有较好的抗震性能,当层间位移角达到1/25时,结构仍具有一定的承载能力,采用橡胶垫螺栓连接的梁柱节点抗震性能良好,结构体系破坏模式为柱底弯曲破坏。     

新型装配式混凝土框架连接节点抗震性能试验

为推广装配式混凝土框架结构的应用,提出3种不同的新型装配式钢筋混凝土框架中节点连接形式,进行低周往复荷载试验。对比各试件的破坏形态、滞回性能、刚度退化、累积耗能和节点剪切变形等抗震指标。研究结果表明:采用方钢管连接的装配式混凝土节点呈现梁端弯曲破坏,采用工字钢连接或对拉螺栓连接的节点呈现节点核心区剪切破坏。采用方钢管的连接形式既能改善节点核心区的破坏形态,又能提高其承载能力、变形能力、耗能能力和梁端转动能力,同时显著改善节点的滞回特性,减小核心区的剪切变形。在弹塑性和塑性变形阶段,采用方钢管连接形式的装配式混凝土节点的抗震性能优于工字钢连接和对拉螺栓连接的节点。此外,采用工字钢连接形式比对拉螺栓连接形式的节点具有更高的承载能力、耗能能力和较小的核心区剪切变形。     

装配式钢筋混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过对2个新型装配式混凝土框架节点和1个现浇混凝土框架节点进行拟静力试验研究,对比分析装配式混凝土框架节点破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等指标。研究结果表明:新型装配式混凝土框架节点比普通现浇混凝土框架节点具有较好的滞回性能,较高的耗能能力以及较缓的刚度退化。在满足梁筋锚固长度要求的前提下,预制梁内钢端头长度增加使框架节点抗震性能稍有提高。装配部分后浇混凝土可以提高框架节点的承载能力和刚度。采用ABAQUS有限元软件对节点进行数值模拟,发现模拟结果与试验结果吻合较好。     

设计参数对高层装配式钢结构建筑抗倒塌能力的影响

以某高层装配式钢结构建筑为研究对象,研究设计参数对其抗倒塌能力的影响,通过ABAQUS有限元软件,对装配式混凝土平面框架的低周反复加载试验进行模拟。结果表明,增大框架柱轴压比可提高结构承载力,在荷载峰值达到后会有较快的降低,显著降低了延性。在荷载低周反复作用下,结构延性、承载力、耗能等随着梁柱线刚度比的降低,抗震指标全部呈现增加趋势。随着梁柱线刚度比的增大,层间位移角沿楼层分布均匀性变得越来越差;由于受到荷载作用低周反复后,会大大增加混凝土的强度,并降低耗能和延性指标,同时结构承载力则略微增大。增大轴压比后,如果保持相同的地震动强度,则将会大大提高结构性能极限状态的可能性,而如果结构的轴压比较大,很可能会出现对地震响应性能水平产生破坏等问题。     

Seismic performance of steel reinforced ultra high-strength concrete composite frame joints

To investigate the seismic performance of a composite frame comprised of steel reinforced ultra high-strength concrete (SRUHSC) columns and steel reinforced concrete (SRC) beams, six interior frame joint specimens were designed and tested under low cyclically lateral load. The effects of the axial load ratio and volumetric stirrup ratio were studied on the characteristics of the frame joint performance including crack pattern, failure mode, ductility, energy dissipation capacity, strength degradation and rigidity degradation. It was found that all joint specimens behaved in a ductile manner with flexural-shear failure in the joint core region while plastic hinges appeared at the beam ends. The ductility and energy absorption capacity of joints increased as the axial load ratio decreased and the volumetric stirrup ratio increased. The displacement ductility coefficient and equivalent damping coefficient of the joints fell between the corresponding coefficients of the steel reinforced concrete (SRC) frame joint and RC frame joint. The axial load ratio and volumetric stirrup ratio have less influence on the strength degradation and more influence on the stiffness degradation. The stiffness of the joint degrades more significantly for a low volumetric stirrup ratio and high axial load ratio. The characteristics obtained from the SRUHSC composite frame joint specimens with better seismic performance may be a useful reference in future engineering applications.     

考虑梁端耗能能力影响的钢框架结构易损性分析

一般采用梁柱焊接节点钢框架结构在遭遇强烈地震地震作用下,结构倒塌破坏可能由于是耗能能力不足所导致。以某钢框架结构为算例,选取20条实际地震动记录,对结构进行易损性分析,对比不同损伤指标和不同梁端构造形式的钢框架结构抗震性能差异。研究显示:对梁柱焊接的普通钢框架结构,其倒塌破坏是由于结构耗能能力不足所导致的,评价结构抗震性能不仅需考虑结构变形能力,尚需同时考虑结构耗能能力;对于改进形式的钢框架结构,结构耗能能力得到显著提高,使得位移首超破坏先于累积损伤破坏,此时基于变形的评价结果更加可靠。