双防线可恢复性能斜交网格结构耗能机制和抗震性能研究

为提高斜交网格结构的抗震性能，提出一种双防线可恢复性能斜交网格结构。双防线可恢复性能斜交网格结构采用剪切耗能段和特定梁端塑形铰进行集中耗能，使主体结构构件保持弹性。剪切耗能段不承受和传递重力荷载，易在震后修复或更换，使建筑可迅速恢复功能。为实现目标耗能机制，对等效能量塑形设计法进行改进以适用于可恢复性能斜交网格结构，并进行结构设计举例。采用OpenSees软件对所设计结构建立详细的有限元计算模型，进行非线性动力时程分析，以验证双防线耗能机制并评估抗震性能。分析结果表明:（1）小震、中震和大震下的结构顶部位移角分别为0.28%、0.8%和1.7%，与性能设计目标基本相同；（2）中震时剪切耗能段屈服，特定梁端未出现塑性铰；（3）大震时，特定梁端出现塑性铰以增加结构耗能能力，剪切耗能段屈服且处于延性范围内。因此新型可恢复性能斜交网格结构具有有效的双防线耗能机制，在中震后可迅速修复，在大震中可保持延性，实现"中震可修，大震不倒"的性能目标。     

反复荷载下混凝土框架柱塑性铰区基于延性的抗剪承载力机理分析

在试验研究的基础上，以框架结构延性设计为目的采用桁架＋拱模型研究了框架柱塑性铰区域抗剪受力机理，分析了，位移延性系数、加载循环次数等因素对框架柱构件塑性铰区域剪切受力性能的影响，并结合试验结果提出了混凝土框架柱塑性铰区域剪切承载力抗震延性设计实用公式，可有效实现结构的延性破坏机制。主要为配合GBJ10-89的修订，该成果已被《混凝土结构设计规范》（GB50010—2003）吸收。     

摩擦耗能钢框架刚塑性抗震设计方法的研究

基于强震下摩擦耗能钢框架的能量转化机制,发展了一种结构基于性能刚塑性抗震设计方法。将预设的耗能部位(梁柱塑性铰及摩擦耗能元件)假定为理想刚塑性,其它部位为刚性,采用刚塑性模型来预测结构地震反应。以预控的塑性机构及位移限值作为性能目标,考虑结构的P-Δ效应,根据能量相等原则,将结构等效为刚塑性单自由度体系,运用刚塑性位移反应谱完成结构内力计算,最后通过9层的摩擦耗能钢框架进行设计,并运用pushover分析和非线性动力分析进行了验证,结果表明该方法具有满意的精确度。     

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.     

不同可替换构造钢连梁抗震性能研究

为实现剪力墙结构或框剪结构的震后快速修复,在钢连梁中采用震损可替换技术;采用ABAQUS软件对不同可替换构造的钢连梁进行数值仿真,研究不同跨高比下试件的抗震性能。研究表明:当跨高比较小时(≤2),由于受剪需求较高,采用摩擦端板连接构造的钢连梁比采用传统拼接板构造的钢连梁更容易形成受力明确的屈服耗能段,同时具有更大的初始刚度、强度和更稳定的滞回高能性能;随着跨高比增大(3),采用摩擦端板连接构造的钢连梁由于端板和螺栓的变形较大,抗震性能受到一定程度的削弱,增长摩擦端板并加设螺栓的构造能有效限制端板之间的相对变形,对试件抗震性能有明显的改善。而采用传统拼接板构造的钢连梁则具有更高的刚度和强度。在参数分析的基础上,对满足不同工程需求的可替换钢连梁连接构造提出建议,其研究成果可为建筑工业化和震后快速修复提供借鉴。     

地震区混凝土框架柱塑性铰区剪切抗力延性设计试验研究

允许钢筋混凝土框架柱端出现塑性铰但又不形成柱铰破坏机构是一个十分现实而又未得以很好解决的课题。通过10个钢筋混凝土框架柱构件抗震剪切抗力的试验研究，明确了加载全过程框架柱构件中箍筋与混凝土的抗剪贡献及比例，并根据相关试验资料，提出了反复荷载下框架柱抗剪承载力随构件延性系数的变化关系，并提出了框架柱塑性铰区抗震剪切承载力延性计算公式，部分成果已为修订《混凝土结构设计规范》采用。     

不同延性条件下框架柱塑性铰区箍筋抗剪能力试验研究

允许钢筋混凝土框架柱端出现塑性铰但又不形成柱铰破坏机构是一个十分现实而又未得以很好解决的课题。通过10个钢筋混凝土框架柱构件抗震剪切抗力的试验研究，明确了加载全过程骶架柱构件中箍筋与混凝土的抗剪贡献及比例，分析了框架柱塑性铰区抗剪机理，为框架柱基于延性的抗震设计提供了试验依据。     

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。     

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。     

反复荷载下钢筋混凝土框架柱抗剪承载力分析

钢筋混凝土框架柱作为高层房屋建筑的主要承重构件,在历次地震中因框架脆性剪切破坏而造成结构严重损坏甚至倒塌的现象十分常见.本文通过分析有关试验资料,提出了钢筋混凝土框架柱塑性铰区剪切强度的计算公式及有关构造措施,以保证框架柱在一定延性条件下具有足够的抗剪强度,实现"强剪弱弯"的抗震设计原则,使抗震设计的框架结构具有足够的强度和良好的延性,以配合混凝土结构设计规范(GBJ10-89)的修订工作.本文的主要结论已被规范(GBJ10-2000)修订所采纳.     

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。     

T形配钢钢骨混凝土柱抗震性能数值分析

为研究非对称配钢钢骨混凝土柱的抗震性能,基于12根T形配钢钢骨混凝土柱的拟静力试验研究进行非线性数值模拟,了解其破坏机制、承载力、延性及耗能能力,探讨轴压比、配钢率、剪跨比对抗震性能的影响。结果表明,低周反复荷载作用下T形配钢钢骨混凝土柱滞回曲线饱满,具有良好的延性和耗能能力。在峰值荷载前,数值模拟结果与试验结果吻合较好。轴压力在一定范围内提高了试件承载力,但降低了延性;增大配钢率能提高试件的承载力、刚度和延性,使得峰值荷载后试件的性能退化趋于平缓;剪跨比对试件破坏形态有显著影响,随剪跨比的增大试件延性性能提高。     

模块化装配式钢连梁-混合联肢墙节点抗震性能研究

借鉴模块化装配式多高层钢结构的优势,提出一种全螺栓连接的模块化装配式钢连梁-混合联肢墙结构体系。为研究该体系梁墙连接节点的受力性能,设计了6个该类型节点、1个暗柱焊接节点和1个端板螺栓连接节点,并利用有限元软件ABAQUS建立了节点的有限元模型,基于已有试验进行了验证。在此基础上研究了连接方式、变形形态、端板厚度对节点抗震性能的影响。研究表明,模块化装配式钢连梁具有较高的承载力及延性,当钢连梁设计为弯曲屈服时,螺栓连接节点中翼缘相对位移由翼缘螺栓抗拉承担,螺栓变形较小,传力效率较高,更容易形成受力明确的屈服耗能段。当钢连梁为剪切屈服时,由于钢连梁腹板接触面的相对滑移,传力效率降低,刚度退化较快。端板设置能够有效抑制节点区混凝土开裂速度,显著提高节点后期刚度,对节点抗震性能有明显改善。     

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。     

反复荷载下钢筋混凝土框架柱杭剪承载力分析

钢筋混凝土框架柱作为高层房屋建筑的主要承重构件,在历次地震中因框架脆性剪切破坏而造成结构严重损坏甚至倒塌的现象十分常见。本文通过分析有关试验资料,提出了钢筋混凝土框架柱塑性铰区剪切强度的计算公式及有关构造措施,以保证框架柱在一定延性条件下具有足够的抗剪强度,实现“强剪弱弯”的抗震设计原则,使抗震设计的框架结构具有足够的强度和良好的延性,以配合混凝土结构设计规范（ＧＢＪ１０－８９）的修订工作。本文的     

抗震结构柱端塑性铰形成机制有限元分析

针对汶川地震中钢筋混凝土结构出现大量的脆性破坏,以抗震结构设计中的塑性铰为研究目标,应用ANSYS程序对框架结构中最易出现塑性铰的节点部位进行了有限元分析。计算中采用了钢筋单元与混凝土单元变形不协调模型。结果显示,引起柱端脆性破坏的原因在于节点部位梁与柱的刚度失衡,柱端延性下降。目前抗震设计规范中的"强柱弱梁"、"强剪弱弯"原则和相关措施,不能保证塑性铰一定出现在梁端,结构抗震设计中常用的本构关系模型有待改进。     

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。     

再生混凝土框架顶层角节点的抗震性能试验研究

通过对3榀再生混凝土框架顶层角节点(再生粗骨料掺量为100%)在低周反复荷载作用下的抗震性能试验,对试件的破坏形态、延性、耗能能力等进行了分析。研究表明,再生混凝土框架顶层角节点试件在低周反复荷载作用下经历初裂、通裂、极限、破坏4个阶段,最终呈节点核心区剪切破坏。位移延性系数在3.27～3.95之间,具有良好的抗震性能,可用于有抗震设防要求的框架。采用ANSYS软件建立了节点的有限元计算模型,进行了单调荷载下的有限元非线性分析,得到了骨架曲线和试件的应力分布形态,有限元计算结果与试验结果吻合较好。采用《混凝土结构设计规范》规定的公式对角节点抗剪强度进行了计算并与试验数据相比较,发现计算值偏于不安全。     

钢管混凝土边框内藏钢板-钢撑低矮剪力墙抗剪性能分析

提出了钢管混凝土边框内藏钢板-钢撑组合剪力墙。为研究这种新型组合剪力墙的抗剪性能,在已有相关低矮剪力墙抗震性能试验基础上,进行了2个新的不同构造低矮剪力墙模型低周反复荷载试验。比较分析了两个试件的滞回特性、承载力、刚度、耗能和破坏特征,提出了抗剪承载力计算公式,计算与实测符合较好。研究表明:钢管混凝土边框,对墙体主斜裂缝发展有明显约束作用;不同构造剪力墙,墙体裂缝开展与损伤过程有明显差异;边框、钢板-钢撑和墙体的设计参数应合理匹配,以提高剪力墙的延性和抗震耗能能力。     

双层钢箱-混凝土组合墩双向拟动力试验研究

双层钢箱-混凝土组合墩具有强度高、延性好、抗震及抗爆性能优越等特点,是一种理想的可满足"多灾害防御"理念的桥梁墩柱形式。本文主要考虑钢管壁宽厚比、截面长宽比和长细比等参数,进行了3根双层钢箱-混凝土组合墩的双向拟动力试验研究,并基于Opensees平台,考虑界面粘接、钢板屈曲等的影响进行了此类墩柱的非线性动力时程响应分析,综合来考察其在地震作用下的加速度响应、位移响应、滞回特点及耗能能力。结果表明:双向地震动作用下,双层钢箱-混凝土组合墩柱的墩底出现钢板屈曲、开裂和混凝土压碎等现象,破坏时墩底出现塑性铰;墩柱两个方向的滞回曲线均比较饱满,表明钢箱-混凝土组合墩柱总体具有较好的滞回耗能能力;模型墩柱的加速度与位移响应计算结果与实测结果吻合较好,表明基于带塑性铰的纤维梁单元可以较好地预测双层钢箱-混凝土组合墩柱的抗震性能。本文研究可为双层钢箱-混凝土组合墩柱的抗震设计和工程应用提供参考。