改进型非对称加腋节点的抗震性能分析

为研究十字型非对称加腋节点的抗震性能,设计了上翼缘翼缘板加强和下翼缘加腋的节点形式,并与仅下翼缘加腋、上翼缘盖板加强下翼缘加腋的加腋节点进行了对比研究,通过理论计算以及Ansys模拟研究了不同节点构造及参数取值对加腋节点抗震性能的影响。分析结果表明:3种构造的加腋节点试件塑性铰均发生离加腋端约梁高的1/4-1/3处。美国规范AISC steel design guide series12所计算的梁塑性破坏时剪力偏小。梁上翼下翼缘梁柱焊缝应力呈中部大两端小的分布趋势,上翼缘焊缝应力对于焊缝起到决定性作用。随着加腋长度的增加,塑性铰的位置离加强端的距离变大;翼缘板加强节点的梁柱上翼缘焊缝应力变小,其他2种构造节点应力有变大趋势;梁柱下翼缘的焊缝应力均随加腋长度的增加而变小;3种构造的试件最大承载力均随之加大。     

钢框架扩翼型节点抗震性能研究

基于4个梁端翼缘扩大型节点试件和1个传统节点试件的低周循环加载试验,对直接圆弧扩翼型节点和加侧板扩翼型节点2种钢框架扩翼型节点采用ANSYS软件进行了往复荷载作用下的节点性能有限元分析,研究了这2种不同型式的梁端扩翼节点的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、极限荷载、延性和耗能系数等抗震性能,其结果与试验结果吻合较好.研究结果表明,通过合理地设计扩翼截面,圆弧扩翼型节点和侧板扩翼型节点均能有效的将塑性铰移出焊缝热影响区,且较传统节点具有更强的承载力、延性和耗能能力,能满足我国现行抗震规范的要求.另外,圆弧扩翼型节点构造相对简单,扩翼处连接焊缝少,可避免焊接热影响区母材变脆而发生脆性撕裂,其抗震性能要优于梁端翼缘侧板加强型节点.     

楼板及其配筋在RC框架结构实现抗震延性机制中的作用分析

总结采用梁有效翼缘来考虑楼板及配筋对“强柱弱梁”机制形成的影响的实验和数值仿真研究。基于SAP2000采用三种侧向加载模式对RC框架结构不带楼板、不带楼板考虑梁刚度放大、带楼板的三个模型进行pushover分析,对力与位移的关系曲线、塑性铰的出铰顺序以及顶点位移与层间位移等方面进行探讨。结果表明:三个模型的“强柱弱梁”现象不带楼板的纯框架结构最明显,考虑梁刚度放大的模型次之,带楼板结构最不明显,证明负弯矩承载力和刚度等反映“强柱弱梁”的参数及塑性铰的出现顺序与楼板、板内配筋存在明显的对应关系;楼板及配筋影响框架结构的整体变形性能和塑性耗能能力,是抗震延性机制实现的重要影响因素。在后续的结构设计中,建议考虑实际楼板和钢筋建模进行计算分析。     

梁端楔形翼缘连接钢框架抗震性能和抗震设计研究

根据两跨两层梁端楔形翼缘连接钢框架试件的低周反复加载试验,研究了梁端楔形翼缘连接钢框架结构在地震作用下的滞回性能、耗能机制、耗能能力和破坏形态。结果显示,试件破坏模式为延性,塑性铰出现在梁翼缘变化处,远离梁柱交界,梁端楔形翼缘连接钢框架具有良好的抗震性能。针对梁端楔形翼缘连接钢框架的特点,提出了强柱弱梁、强节点弱杆件和节点域抗震设计要求。     

边框架弱轴加腋连接抗震性能研究

本文提出了一种新型的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接形式,并基于此节点形式设计边框架节点足尺标准试件和加腋试件进行单调荷载试验研究。采用有限元软件ABAQUS对两种节点在单调荷载作用下的受力性能进行模拟对比验证后,对两种节点进行低周反复荷载作用下的有限元模拟分析。研究结果表明:在荷载作用下2种节点均能在梁上形成塑性铰,节点域和工字形柱基本处于弹性状态,说明新型弱轴连接能较好地符合"强柱弱梁"、"强节点弱构件"的抗震设计理念,并具有"强节点域"的特点;采用梁端加腋方式能够增大节点的转动刚度进而提高节点的承载能力,但是其延性较标准试件略有降低;标准试件和加腋试件的塑性转动能力均能达到0.03 rad;加腋试件梁上塑性铰在加强区外侧形成,其梁端上下翼缘焊缝处的应力明显小于标准试件。     

钢框架梁柱栓焊扩翼-翼缘削弱节点优势分析性能试验

为了对钢框架梁柱栓焊扩翼-翼缘削弱节点的性能优势进行分析,设计制作了3个较大比例的十字节点试件,包括栓焊扩翼-翼缘削弱型节点、单纯削弱型节点和单纯加强型节点,对其进行了低周往复循环加载试验,研究其破坏形态、承载力、延性性能和耗能能力等滞回性能,并用ABAQUS有限元软件对其进行了非线性有限元分析,进一步对比验证试验结果。研究结果表明,3种钢框架梁柱节点均能实现梁端塑性铰外移,保护梁端焊缝,避免节点脆性破坏。栓焊扩翼-翼缘削弱节点比其它两类节点有较好的延性和耗能能力,能够充分发挥加强式节点和削弱式节点的双重优势。     

钢筋混凝土梁柱边节点抗震性能参数分析

通过2个钢筋混凝土梁柱边节点的低周反复荷载试验,从骨架曲线、变形能力和耗能等方面对边节点的抗震性能进行了研究,进一步应用有限元程序ABAQUS对梁柱边节点进行有限元参数分析,研究轴压比和配筋率对节点抗震性能的影响。研究结果表明:随着柱端弯矩增大系数的提高,边节点试件的破坏模式从柱端混凝土压溃破坏转变成梁端塑性铰破坏,现行规范规定柱端弯矩增大系数有效实现了"强柱弱梁"预期设计目标;若边节点试件发生梁端破坏,柱轴压比变化对钢筋混凝土节点承载力和抗震性能影响甚微;随着柱配筋率逐步提高,框架梁梁端出现了塑性铰,显著提高了节点的承载力和抗震性能。     

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.     

带斜筋单排配筋Z形截面剪力墙翼缘方向抗震性能

为了了解带斜筋单排配筋Z形截面剪力墙的翼缘方向的抗震性能,进行了2个Z形截面剪力墙的低周反复荷载试验,其中1个为普通双向单排配筋剪力墙,1个为带斜筋的双向单排配筋剪力墙。在试验的基础上,对比分析了2个剪力墙在翼缘方向的承载力、刚度、延性、滞回特性、耗能能力及破坏特征,并建立了其极限承载力的简化计算模型。研究结果表明,带斜筋单排配筋Z形截面剪力墙在翼缘方向的抗震性能明显优于普通双向单排配筋剪力墙,可以更好地满足多层住宅结构的抗震设计要求。     

近场加载制度下狗骨式钢框架子结构抗震性能的试验评估

为评估狗骨式钢框架子结构在近场加载制度下真实的抗震性能,改变钢梁翼缘和腹板的板件宽厚比设计了2榀单跨狗骨式钢框架子结构试件。通过对狗骨式钢框架子结构试件按Krawinkler提出的用于模拟近场带速度脉冲的加载制度进行拟静力试验,重点评估了狗骨式钢框架子结构的破坏形态、变形能力及累积耗能能力等性能。试验结果表明:试件钢梁端部焊缝未出现脆性断裂,狗骨式钢框架子结构均可通过近场加载的抗震性能检验。两个试件的钢梁翼缘削弱部位均在近场加载制度阶段出现延性塑性铰,并形成了理想的塑性屈服机构。具有较小板件宽厚比的试件Frame-1在延性系数、累积延性比、累积滞回耗能及等效能量耗散系数等方面均大于板件宽厚比较大的试件Frame-2。     

新型摩擦“塑性铰”构造的抗震性能研究

提出了一种安全性高、成本低的新型摩擦"塑性铰"构造的概念和几何设计,以实现精准耗能和大震可修的延性设计抗震目标。以钢结构梁柱延性节点的设计理论为基础,推导了该构造的力学性能理论和工作机制,并应用于钢框架结构进行了静力弹塑性分析。通过ABAQUS有限元软件建立了5个工况的数值分析模型,进行了有限元模型的循环往复位移荷载分析,探究了新型摩擦"塑性铰"构造的抗震性能。结果表明:该构造模型仅发生了抗剪螺栓的剪切破坏,可实现其精准耗能和结构的快速修复;具有较好的转动性能,满足层间位移角要求;摩擦耗能随着旋转加载螺栓预应力和摩擦系数的增大而增大,其滞回曲线较饱满,延性系数较大,具有较好的抗震性能;理论分析和有限元分析的承载力基本吻合,分别为15.92 kN、15.84 kN;抗剪螺栓的剪切和纯摩擦耗能两阶段的等效粘滞阻尼系数分别为0.318、0.671,纯摩擦耗能阶段的耗能能力较好。在钢框架中摩擦"塑性铰"的形成与发展符合抗震性能要求,Pushover分析可作为结构抗震性能评估的有效方式。     

Q690板式加强与锥型削弱组合节点抗震性能研究

高强度钢材由于其强度大,变形能力差等原因,将其应用在传统焊接连接中节点虽有较大刚度,但转动能力不足,致使强震下材料的塑性变形很难开展,难以满足高烈度抗震设防区结构的延性需求。基于同步塑性设计理念,对梁翼缘采取"锥型削弱"的改进思路,能有效扩大塑性区屈服面积;结合"板式连接过渡",在提高节点变形和耗能能力的同时,保护柱面梁端焊缝不发生脆性断裂。文中对5个高强钢锥型削弱型节点形式进行了低周往复试验,讨论锥型削弱对节点性能的影响,对比分析了节点的承载力、刚度及延性等关键性能指标。研究结果表明:板式加强与锥型削弱组合节点的塑性变形主要集中在锥型削弱区域,锥型削弱降低了节点的承载力但明显提升了节点的延性,实现塑性铰外移。组合型节点的极限转角均超过0.034 rad,等效粘滞阻尼比大于0.36,分析关键位置处的应变发现,削弱段塑性铰发展不完全,节点的承载力、延性、耗能能力以及转动能力仍有较大的提升潜力。     

CFRP板条嵌入式加固RC框架节点的抗震性能试验研究及有限元分析

为验证 CFRP板条嵌入式加固方法对提升十字形 RC框架节点抗震性能的有效性,开展了1 个 CFRP板条嵌入式加固节点和1个对比节点的拟静力试验研究.试验结果表明:在核心区及相邻梁端嵌入 CFRP板条可起到类似箍筋的抗剪作用,使得节点由核心区剪切破坏转变为梁端受弯破坏,且梁铰得到转移;构件抗震性能明显提升,承载力和延性分别提高了16．3%和13．7%.同时, 利用 ABAQUS建立试验数据验证的有限元模型,并对节点主要加固设计参数进行影响分析.结果表明,节点承载力随着 CFRP板条面积的增大、板条间距的减小和基体混凝土强度的提高而提高.所提节点加固方法体现出塑性铰转移的抗震设计理念,同时提高核心区抗剪强度和梁端的抗弯强度,可用于 RC节点的抗震加固.     

新型外包加强型节点抗震性能试验研究

为了减小钢筋混凝土(RC)框架-轻钢增层混合结构的鞭梢效应,本文提出了一种用于该类结构的新型外包加强型节点,旨在加强对上部结构的约束,减小上下部结构的刚度突变。为了深入研究其抗震性能,与另一种外包锚固式节点进行了低周往复荷载作用下的对比性试验研究。结果表明:两种节点均表现为梁端塑性铰破坏,并能有效控制裂缝开展;新型外包加强型节点滞回曲线饱满,捏拢速度较慢,并能将塑性铰外移,有效保护了节点核心区,其刚度退化、等效黏滞阻尼系数、耗能能力等各项指标都较外包锚固式节点有不同程度的提升,提高了节点的承载力和刚度,具有更好的抗震性能。本文的研究可以为轻钢增层混合结构的推广应用提供科学依据和技术支持。     

HPFRC耗能墙-RC框架结构有限元模拟及参数分析

在高性能纤维增强混凝土(HPFRC)耗能墙-钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能试验研究基础上,对其进行了有限元模拟分析,结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,考虑HPFRC耗能墙材料强度、配筋率、距离柱边距离、耗能墙宽厚比以及高宽比等因素,利用有限元方法进行了参数扩展分析。结果表明:随着上述前3个参数取值的增加,试件各个荷载特征点的水平承载力均有所提高,但变形能力变化不大;随着HPFRC耗能墙宽厚比的增大,试件各个荷载特征点的水平承载力均明显减小,极限位移也有所减小;随着HPFRC耗能墙高宽比的增大,试件各个荷载特征点的水平承载力均明显减小,但峰值荷载点对应的位移有所增大。为保证此类结构的抗震性能,针对HPFRC耗能墙材料强度、配筋率、HPFRC耗能墙宽厚比、高宽比和HPFRC耗能墙距离柱边距离等参数,提出了相关建议值供设计参考。     

翼缘削弱型端板连接节点抗震性能分析

为克服梁柱外伸式端板连接节点抗震性能的不足,论文提出了梁翼缘削弱型外伸式端板连接节点这种新的节点形式。应用ANSYS有限元对此种节点进行了非线性单调和滞回有限元分析。研究了端板厚度、端板上螺栓数量、翼缘削弱尺寸(削弱区起始位置、削弱区长度、最大深度)对节点承载力、塑性铰形成规律以及滞回性能的影响。结果表明:所提出的梁柱外伸式端板连接节点的抗震性能优于普通外伸式端板连接节点;选择合理削弱参数可以有效地提高外伸式端板连接节点的抗震性能,克服其不足。     

新型PEC柱-钢梁T形件连接组合框架层间抗震性能数值模拟

以采用预拉对穿螺栓T形焊接连接的新型卷边PEC柱-钢梁组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行了拟静力循环荷载下抗震机理的数值模拟。基于模拟数据整理,分析了试件结构的承载力、抗侧刚度、节点连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点域传力机理和破坏机构等抗震性能。研究结果显示:试件具有较高的承载能力、较大的初始抗侧刚度和良好的耗能能力;新型卷边PEC框架柱平均分担水平力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓连接表现出部分自复位功效;T形件的设置既保证了节点的必要刚度,又使得试件破坏模式为梁端出现塑性铰位置外移至T形件外端部的塑性机构,更好地满足了"强柱弱梁"的抗震要求,且对应层间剪切角和节点连接转角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好的抗倒塌能力。研究成果可为卷边PEC柱相关框架结构体系的进一步研究和工程应用推广提供参考。     

T形双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究T形双波纹钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能,以轴压比、波纹钢板形式、翼缘宽度和剪跨比为变化参数,完成了5个试件的拟静力加载试验。基于试验中观测的破坏形态和滞回曲线,对T形双波纹钢板混凝土组合剪力墙的破坏规律和抗震性能进行了分析。试验结果表明:在低周反复荷载作用下试件破坏形态表现为压屈和受拉破坏,破坏发生在腹板端柱底部,滞回曲线呈捏拢的S形,具有非对称性;波纹形状对试件整体抗震性能影响不大;随着轴压比的提高,核心混凝土的约束作用得到加强,水平承载力提升较大,破坏时位移减小,延性变差;增大翼缘宽度可以减小强度退化程度;减小剪跨比可以显著提高试件的初始刚度和水平承载力,但耗能能力变差。     

耗能梁段与RC框架梁连接节点的滞回性能试验

为研究耗能梁段与RC框架梁连接节点的抗震性能,进行了5个足尺耗能梁段与RC框架梁连接节点的低周往复加载试验,获得了连接节点的滞回曲线、承载力、变形、延性、刚度退化及耗能等。结果表明:结构胶可增强U型外包钢同RC框架梁之间的整体性,提高节点的承载力和刚度,但后期RC框架梁易出现剪切破坏。随着高强螺杆数量的增加及直径的增大,U型外包钢连接节点的承载力和刚度均呈增大趋势。总体上,U型外包钢连接节点的滞回曲线捏缩,耗能能力一般。为确保U型外包钢连接节点抗震性能的可靠性,高强螺杆应可靠传递水平剪力和弯矩,避免在整个受力过程中高强螺杆剪断失效。     

大尺度新型卷边PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型连接中节点抗震试验研究

本文考虑柱轴压力、PEC柱布置方式和钢板组合截面类型等设计参数,对4个大尺度新型PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型中节点试件进行拟静力试验。基于试验数据,分析了试件承载能力、连接力学性能、节点传力机理和破坏模态等抗震性能。研究结果发现:新型卷边PEC柱较大程度增强了核心区混凝土的约束作用,更好满足"强柱弱梁"的抗震设计要求;PEC柱轴压力增大了节点初始转动刚度,其二阶效应降低了节点抗弯承载力,但加快了梁截面进入屈服的损伤进程;预拉对穿螺栓使节点域实现了混凝土斜压带传力机理,相应降低了节点区的抗剪需求,且具有一定的自复位功效;由于T形件对节点的加强作用,使得除试件SLJ3外的其余试件破坏模态均为T形件端部外排螺栓附近钢梁截面充分屈服形成塑性铰的理想延性破坏机构,对应连接转角均大于大震层间相对侧移限值1/30,表明摩擦耗能型连接较好实现了"小震通过摩擦耗散地震能,中大震利用T形件端部外排螺栓附近梁截面屈服耗散地震能"的设计目标。