Y形偏心钢支撑RC框架结构滞回性能试验研究

为了研究耗能段与RC框架梁采用不同连接节点形式对Y形偏心钢支撑RC框架结构滞回性能的影响,进行了2榀1/3缩尺Y形偏心钢支撑RC框架的低周反复荷载试验。介绍了试验过程,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明:应用Y形偏心钢支撑加固RC框架合理可行,Y形偏心钢支撑承担了结构80%以上的水平荷载;U型外包钢与框架横梁连接的试件连接节点承载能力较高,耗能段耗能充分,结构的滞回曲线饱满;钢板与框架横梁底部连接的试件滞回曲线捏缩,耗能段耗能不充分,结构整体耗能能力差;U形外包钢与框架横梁连接的试件,耗能段破坏导致结构失效;钢板与框架梁底部连接的试件,连接节点破坏导致结构失效。     

方钢管混凝土柱—钢梁节点抗震性能数值分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作了两类带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点,即栓焊连接和全对焊连接。建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,通过低周反复加载有限元分析,研究两类节点的抗震性能,并对两类节点的滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能指标等进行对比分析。结果表明:栓焊连接节点由于螺栓的滑移致使节点的刚度较全对焊连接节点小,螺栓的滑移导致节点的屈服荷载较全对焊节点低,且全对焊节点与栓焊连接节点相比,承载力较大;两类节点滞回曲线均比较饱满,具有较好的耗能性能,由滞回曲线分析得出的耗能指标均满足结构抗震设计的要求,且全对焊连接节点的耗能能力大于栓焊连接节点的耗能能力,抗震性能优于栓焊连接节点。为钢管混凝土结构设计提供了理论依据。     

木结构榫卯节点抗震性能及其加固试验研究

为研究木结构榫卯节点的抗震性能及其加固后性能的变化,进行了6个榫卯节点的拟静力试验,并对试验后的榫卯节点分别采用扒钉、碳纤维、钢销、U型铁箍、角钢、弧形钢板进行加固。对比研究加固前后榫卯节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及刚度退化等抗震性能参数。试验结果表明:加固前节点滞回曲线有明显的捏缩现象,木结构良好的抗震性能正是依赖于节点的滑移摩擦耗能;加固后榫卯节点的抗震性能良好,可以达到破坏前的抗震性能;其中弧形钢板加固后的节点初始刚度较大,滞回环饱满,累计耗能为加固前的3倍,承载力提高70%,加固效果明显。根据试验结果给出了基于转角的震损榫卯节点加固设计方法。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。     

非对称自复位SMA连接的力学性能研究

提出了一种用于梁柱节点中的非对称自复位形状记忆合金(shape memory alloy, SMA)连接,可有效提高相应钢框架结构的抗震性能和震后功能恢复能力。设计8个考虑SMA面积、SMA预应变、滑移螺杆预拉力的非对称自复位SMA连接,并进行低周循环加载试验研究,得到相应滞回曲线、骨架曲线、割线刚度、耗能能力和复位性能等。研究结果表明：新型连接具有良好的自复位能力和耗能能力,滞回曲线呈明显的旗帜型,最大自复位率达到87.2%,且整个加载过程无任何构件发生损伤。增大SMA面积、SMA预应变可提高连接的承载力、耗能能力和自复位能力,并减小其残余变形;螺杆预拉力取30 N·m时新型连接的性能最佳。基于Umat子程序编制SMA本构模型并用于ABAQUS软件中,可较准确地模拟其力学性能,为相应连接的有限元参数化分析提供理论基础。     

不同装配节点轻型钢管再生混凝土框架抗震性能试验研究

为研究不同梁柱连接节点构造以及了解内填再生混凝土、梁柱截面尺寸对轻型钢管再生框架抗震性能的影响,本文提出了4种新型装配式节点构造,进行了6个框架试件的低周反复荷载试验,分析了各试件的破坏形态、承载能力、滞回性能、延性、强度及刚度退化、耗能能力等。结果表明:节点构造对框架抗震性能影响较大,本文提出的加强型节点构造可显著提高钢管再生混凝土框架的承载力、刚度及耗能能力;内填再生混凝土可以显著提高轻钢框架的抗震性能,耗能能力提高635.7%;适当增大梁柱截面尺寸有利于提高结构的承载力、刚度及延性。     

型钢高强混凝土短肢剪力墙-连梁节点抗震性能试验研究

通过4个型钢高强混凝土短肢剪力墙-连梁节点试件和1个高强混凝土短肢剪力墙-连梁节点试件的低周反复荷载试验,主要研究配钢形式、轴压比和连梁结构类型对节点的滞回特性、变形能力及耗能能力等性能的影响。结果表明:型钢高强混凝土短肢剪力墙-连梁节点的滞回曲线饱满,承载力、刚度以及抗震性能较高强混凝土短肢剪力墙节点均有所改善,所有试件的延性均小于3,极限层间位移角均小于1/100,等效黏滞阻尼系数在0.17～0.24之间,表现出其延性和抗倒塌能力较差,耗能能力较好。     

T型钢半刚性连接梁柱节点抗震性能试验研究

通过对两组T型钢连接梁柱节点的单向与循环加载试验,了解该类型节点的抗震性能以及翼缘厚度对节点抗震性能的影响,并通过IDARC程序模拟节点的受荷过程,讨论T型钢连接梁柱节点理论建模的方法.试验研究表明:T型钢梁柱连接滞回曲线饱满,连接表现出了良好的延性,极限转角均超过了欧洲规范规定的极限转角0.03 rad,具有较为理想的抗震性能;T型钢翼缘越厚,节点初始刚度、承载力以及耗能能力越大;对于半刚性连接中螺栓刚度大于T型钢翼缘刚度的试件应按T型钢的极限承载力设计.程序分析表明:利用刚度均匀变化的节点板模拟T型钢的半刚性连接具有较高的模拟精度,通过调整节点板底部刚度以及屈服弯矩可以模拟不同翼缘厚的T型钢半刚性连接.     

型钢混凝土十字形柱抗震性能试验及有限元分析

为研究型钢混凝土十字形柱的抗震性能,对6个不同轴压比、配钢形式的试件进行低周往复荷载试验,分析滞回曲线、延性、耗能能力、残余变形和累积损伤等抗震性能指标,研究结果表明型钢混凝土十字形柱的滞回曲线饱满对称、变形能力和耗能能力良好,配钢形式为T形钢加方钢管的试件的抗震性能较好。运用ABAQUS对试件进行有限元分析,得到试件的滞回曲线、骨架曲线及刚度退化曲线与试验结果吻合较好。对骨架曲线的影响因素进一步分析,结果表明:轴压比增大,试件的极限承载力增大,但刚度退化加速;型钢屈服强度、配箍率的增大,试件的峰值荷载增大,变形能力增强;配钢率和纵筋强度增大,试件的极限承载力和初始刚度值明显提高。     

两层带新型连接节点预制叠合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究带新型水平连接节点的预制叠合板式剪力墙结构的抗震性能,设计制作了两片采用新型水平连接节点的两层预制叠合剪力墙和一片作为对比的现浇剪力墙,其中两个预制构件连接形式分别为螺旋箍筋连接和钢板连接方式。对3个构件进行拟静力试验,分析结构的承载力、破坏机理、滞回性能、刚度退化、延性、耗能能力及拼装节点滑移情况等。试验结果表明:所有构件均呈现弯曲破坏特征,预制构件的极限层间位移角大于1/50,滞回曲线饱满,结构承载力接近于现浇剪力墙构件;采用新型连接节点的预制叠合剪力墙连接可靠,传力性能良好,预制构件底部相对滑移较小,整体抗震性能良好。     

扩孔螺栓连接型消能梁段的力学模型及参数研究

当前国家对建筑结构的抗震性能和震后功能恢复能力提出了更高要求。基于短剪切型消能梁段的受剪屈服特性和剪切扩孔型螺栓连接的受剪滑移性能,提出一种新型扩孔螺栓连接型消能梁段,可有效增大消能梁段的延性和耗能能力并同时减小消能梁段的损伤,使带扩孔螺栓连接型消能梁段的新型Y形偏心支撑结构更好地适应当前要求。采用有限元方法详细分析扩孔螺栓连接型消能梁段的滞回性能、破坏模式和耗能机理,由此得到其骨架曲线和力学模型,并阐述其力学模型的影响参数,为相应偏心支撑结构的设计和分析提供理论依据。     

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。     

高强混凝土预应力框架梁抗震性能试验研究

通过5根高强钢筋(500 MPa)高强混凝土(C60)预应力框架梁与1根非预应力框架梁的低周反复加载试验,研究了换算配筋率、预应力强度比、箍筋强度等参数对预应力框架梁抗震性能的影响。试验结果表明:随着换算配筋率的增加,预应力框架梁滞回曲线逐渐捏拢,承载力下降段变陡,延性性能和耗能能力降低;当换算配筋率为2.6%~3.1%时,位移延性系数均大于3.0;当换算配筋率为3.6%时,位移延性系数为2.82,延性稍差。但若采用高强箍筋替代普通箍筋,将改善预应力框架梁的延性性能和耗能能力,此时位移延性系数为3.36;在换算配筋率等其他因素相同的情况下,预应力强度比的提高并没有明显改变梁的抗震性能;非预应力梁的延性性能及耗能能力等抗震性能均要优于预应力梁。     

方钢管混凝土柱与钢梁的外肋环板节点抗震性能试验研究

为研究外肋环板节点的抗震性能,本文对3个十字型足尺试件进行了低周反复循环加载试验,分析了各试件的破坏过程及特征,然后根据实测的滞回曲线对节点的承载力、延性、耗能能力、强度退化、刚度退化等抗震性能指标进行了详细的比较分析。研究结果表明,外肋环板节点构造措施简单合理,具有较好的抗震性能。通过空钢管试件和填充混凝土试件的对比分析,表明在钢管中填充混凝土有利于改善节点的抗震性能。     

梁柱节点刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响

为了研究不同梁柱节点刚度对Y形偏心支撑半刚接钢框架抗震性能的影响,利用ABAQUS有限元软件建立了不同梁柱节点连接刚度的六层两跨平面钢框架模型,并对其滞回性能进行了非线性数值分析,对比分析了各模型的承载力、侧向刚度、延性、耗能能力等特性。结果表明:随着节点刚度的增大,各模型的屈服荷载、极限荷载、抗侧刚度、延性系数逐渐增大。Y形偏心支撑半刚接钢框架节点刚度越接近理想刚接情况,其抗震性能越好。倒三角水平循环荷载作用下,各模型均为耗能连梁首先屈服,且按照由底层到顶层的顺序逐渐屈服,中间底层柱在受力过程中应力较大,设计时应重点考虑。     

圆截面型钢不同强度混凝土巨柱的抗震性能

结合国内某超高层建筑型钢混凝土巨型柱为工程背景,进行了2个圆截面内置H型钢混凝土巨型柱试件的低周反复荷载试验,2个试件混凝土强度等级分别为C70和C50,截面尺寸、配钢率及配筋率等完全一致。研究了混凝土强度对其抗震性能的影响,比较分析了2个试件的破坏特征、滞回曲线、承载力、变形、刚度退化过程及耗能,推导了承载力计算公式,采用ABAQUS软件进行了有限元模拟。结果表明:2个试件最终呈现出以弯曲为主的破坏特征;滞回曲线均较为饱满,承载力下降缓慢,极限位移角达到5%,表现出良好的耗能能力和抗震性能;混凝土强度较高的试件承载力较高,刚度退化较慢,具有更好的抗震耗能性能;承载力计算结果及有限元数值模拟结果均与实测符合较好。     

两层两跨方钢管混凝土框架抗震性能试验研究

为了研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土框架的抗震性能,对一榀两层两跨的方钢管混凝土柱-钢梁框架进行了竖向荷载和低周反复水平荷载作用下的抗震性能试验研究,观测了框架的破坏形态,得到了框架试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线,分析了方钢管混凝土框架的破坏机制、滞回性能、延性、耗能能力、强度及刚度退化等力学性能。结果表明:框架试件基本实现了梁铰破坏机制,具有良好的变形性能和耗能能力,位移延性系数为5.86~6.42,等效黏滞阻尼系数达到0.454,均满足延性框架的抗震要求。框架试件的强度和刚度退化较为平缓,具有较强的抗侧移能力。     

不同剪跨比下型钢再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢再生混凝土柱的破坏形态和抗震性能,进行了4个不同剪跨比的型钢再生混凝土柱低周反复荷载试验,观察了其受力过程及破坏形态,分析了剪跨比对柱的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、耗能及刚度退化等力学性能的影响.研究结果表明:根据剪跨比的不同,型钢再生混凝土柱的破坏形态主要为剪切斜压破坏、弯剪破坏以及弯曲破坏.随着剪跨比的增大,试件水平承载力降低,但滞回曲线愈加饱满,承载力下降越缓慢,刚度退化速率越慢,延性及耗能越好.总体上看,剪跨比较大试件的抗震性能较好,可以用于实际工程.     

圆钢管再生混凝土柱抗震性能影响因素有限元分析

为深入而全面地研究圆钢管再生混凝土柱的抗震性能,在试验研究和有限元分析的基础上,改变构件的设计参数,进行了27个足尺构件的有限元拓展分析。获取了滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能性能等抗震性能指标,揭示了设计参数对抗震性能指标的影响规律。结果表明:基于抗震性能指标需求,圆钢管再生混凝土应用于实际工程承重结构中是可行的。随着含钢率的增大,滞回曲线越来越饱满,峰值承载力和位移延性系数越来越大。随着钢材牌号的增大,滞回曲线越来越饱满,构件的峰值承载力增大,位移延性系数变化幅度远远小于5%,同级循环位移下构件的耗能系数逐渐减小。随着轴压比的增大,峰值承载力和延性减小,同级循环位移下各构件的耗能系数逐渐增大。     

带可替换腹板连接型耗能梁段的恢复力模型研究

带可替换耗能梁段的偏心支撑钢框架具有震后修复方便、经济等优点,但目前国内外学者对该类型的研究很少。为此,设计16组与偏心支撑钢框架采用螺栓连接的腹板连接型耗能梁段,并对16组试件进行数值模拟分析,讨论截面尺寸、耗能长度、加劲肋间距、加劲肋布置以及综合参数等变化参数对腹板连接型耗能梁段在低周往复荷载作用下的滞回性能、骨架曲线的影响,建立腹板连接型耗能梁段简化的恢复力模型。结果表明,影响腹板连接型耗能梁段耗能的主要参数是截面尺寸,建立的恢复力模型与模拟的骨架曲线对比吻合较好,可以为此类耗能梁段弹塑性分析作为参考。