可更换剪切钢板阻尼器偏心支撑框架分析

针对偏心支撑框架体系耗能梁段震后修复难度大、经济性差的问题,提出了采用剪切钢板阻尼器作为可更换耗能梁段的偏心支撑结构体系。采用ABAQUS有限元软件对国外已完成的可更换耗能梁段偏心支撑试验进行结构分析,验证了有限元建模的正确性,分别对不同腹板宽厚比、腹板钢材屈服强度、腹板加劲肋设置情况下的剪切钢板阻尼器K型、D型偏心支撑钢框架进行结构分析,研究了耗能梁段的变形机制、滞回耗能能力以及局部失稳、局部破坏形态。分析结果表明:剪切钢板阻尼器作为耗能梁段是可行的,阻尼器首先发生屈服,起到了主要耗能作用,在实际工程应用中建议剪切钢板阻尼器腹板宽厚比宜小于30,腹板钢材宜采用软钢及低屈服点钢,采用加劲肋来保证阻尼器不发生平面外屈曲。     

受火侵袭波纹腹板钢梁的侧向弯扭屈曲及其参数分析

基于ANSYS的有限元数值计算,考查了简支波纹腹板钢梁在火灾作用下的侧向弯扭屈曲。通过与平腹板钢梁的临界温度作比较,研究了波纹腹板钢梁分别在纯弯矩和集中载荷作用下的抗火性能,并分析了栽荷比、初始缺陷等因素对波纹腹板钢梁抗火性能的影响。分析表明,波纹腹板钢梁与平腹板钢梁在火灾作用下有相同的侧向弯扭屈曲性能。     

火灾高温作用下波纹腹板钢梁剪切屈曲系数研究

波纹腹板钢梁具有优良的抗剪切性能,在常温条件下,它的剪切屈曲模式通常有3种：局部剪切屈曲、总体剪切屈曲和相关剪切屈曲。根据火灾燃烧不同时刻波纹腹板钢梁的温度变化,考虑火灾高温对结构钢材料性能的影响,研究了波纹腹板钢梁在火灾高温作用下的3种剪切屈服模式,给出了高温下波纹腹板钢梁临界剪切屈曲应力和剪切屈曲系数的计算表达式,分析了其随火灾温度的变化趋势,提出在进行火灾高温作用下的波纹腹板钢梁的力学性能分析时,应首先根据钢梁剪切屈曲系数的变化,准确判断其在火灾燃烧不同阶段所处的受力状态,从而使火灾高温下波纹腹板钢梁的受力分析更加精确合理。     

双腹板角钢-顶底角钢连接半刚性梁柱节点的滞回性能模拟分析

利用ANSYS软件对双腹板角钢-顶底角钢连接半刚性梁柱节点进行了非线性有限元分析。分析考虑了几何、材料和接触非线性,获得了连接在循环荷载作用下的应力分布、塑性变形以及弯矩-转角滞回曲线,并与试验结果进行了对比。研究结果表明:双腹板角钢-顶底角钢连接梁柱节点具有稳定的滞回性能、良好的延性和耗能能力;ANSYS可用于模拟角钢连接半刚性节点的受力性能。     

腹板摩擦式钢框架节点震后可更换性能的试验研究

主要针对梁腹板带有摩擦耗能螺栓的自复位钢框架节点结构进行抗震性能和可更换性能的试验研究,探讨该类节点在往复荷载作用下的滞回性能以及节点域的变形特征。在参数选型的基础上,对5组钢框架节点试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验,其中:4组试件具有自复位能力,分析了各试件的承载力、刚度、耗能性能和滞回特性等性能。综合研究结果表明:所提出的拼接节点能够利用摩擦螺栓的滑移提高节点的耗能能力,有效减少梁和柱主体构件的损伤,同时预应力筋提供了结构的自复位能力。试验结果表明:在地震作用之后,通过更换腹板及摩擦螺栓可以使结构的承载能力和耗能性能与震前基本一致,从而实现结构功能的快速恢复。     

反复荷载作用下矩形钢管混凝土树状节点的非线性分析

本文在确定了往复应力作用下钢管混凝土的钢材和核心混凝土的应力-应变关系的基础上,利用纤维杆元模型,有限元模型对钢管混凝土Y形柱和十字形钢梁连接的节点的荷载-位移滞回关系曲线及其骨架曲线进行了计算,并与试验结果进行了比较。结果表明：由纤维杆元模型与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,但在峰值荷载后差异较大;由纤维杆元模型和有限元所得的在低周反复荷载作用下滞回曲线也与在反复荷载作用下试验所得的结果相一致。纤维杆元模型能准确地预测节点的弹塑性行为和整体抗震性能,可用于节点滞回性能的非线性参数分析研究。在此基础上研究了方钢管混凝土柱的轴压比,宽厚比及核心混凝土强度对节点受力性能的影响。     

Q690高强钢T-stub节点力学性能有限元分析

基于Q690高强钢焊接T型节点拉伸试验结果,通过ABAQUS程序对节点进行了有限元分析,获取了节点荷载-位移曲线、初始刚度以及塑性承载力,并与试验结果进行了对比。结果表明:在弹性阶段,计算曲线与试验曲线吻合较好,而屈服阶段计算曲线与试验曲线存在一定差异,但其塑性承载力与试验值吻合良好,表明采用简化方法模拟T型节点拉伸性能的有效性。在此基础上,分析了翼缘板尺寸效应、螺栓直径和强度等级等主要因素对节点螺栓力的影响规律,发现螺栓直径和翼缘板厚对螺栓力影响较大,螺栓力极值约为相应螺栓预拉力的1.62倍左右。提高螺栓强度等级对螺栓力极值影响程度甚微,增幅不足5%。当螺栓边距小于螺栓中心线到腹板边的距离时,螺栓边距变化对螺栓力增幅影响程度较大;当螺栓边距大于螺栓中心线到腹板边的距离时,螺栓力增幅基本保持不变。     

基于OpenSees的屈曲约束支撑混凝土框架抗震性能分析

通过有限元软件OpenSees对采用了T型钢锚固型节点的一个两层三跨屈曲约束支撑混凝土框架进行了模拟,并与试验结果对比,来验证模拟结果的准确性。在此基础上,对试验框架的原屈曲约束支撑结构体系进行抗震性能分析。结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合良好,OpenSees可以准确的模拟屈曲约束支撑混凝土框架的受力性能;屈曲约束支撑混凝土框架具有良好的耗能性与水平承载力;屈曲约束支撑框架体系具有较好的抗震性能;屈曲约束支撑能够增加结构体系的侧向刚度,有效控制结构变形。     

防屈曲加劲肋钢板剪力墙试验研究

在综合考虑加劲肋型、组合型及防屈曲型薄钢板剪力墙优缺点的基础上,提出一种新型的防屈曲加劲肋钢板剪力墙。介绍了该新型防屈曲约束加劲肋钢板剪力墙的构造与工作原理,设计了一个1:3的缩尺试验试件,对其进行了拟静力试验研究,系统地分析了该新型钢板剪力墙的抗震性能及破坏特征。试验结果表明,所提出的防屈曲约束加劲肋钢板剪力墙具有较高的抗侧刚度、延性及耗能性能;预制混凝土板及加劲肋在一定程度上抑制了钢板的屈曲变形,充分地发挥了钢材的塑性,使其具有良好的滞回耗能性能;角部连接失效是导致试件破坏的主要因素。综上所述,所提出的防屈曲约束加劲肋钢板剪力墙抗震性能良好,是一种较好的新型抗侧力构件。     

复式钢管混凝土外肋环板节点抗剪承载力研究

在已有理论和试验研究的基础上,对复式钢管混凝土外肋环板节点的抗剪受力性能进行分析。建立了节点核心区的抗剪受力模型,将节点域抗剪贡献分为三部分:节点域内外钢管腹板的抗剪贡献、节点主要连接件竖向肋板与锚固腹板的抗剪贡献以及节点域混凝土的抗剪贡献,推导了复式钢管混凝土柱节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的计算公式,为复式钢管混凝土柱节点的工程设计提供承载力计算方法。理论得到的节点屈服剪力和极限剪力值与试验结果进行了对比,并提出抗剪能力储备系数这一新指标反映节点的抗剪切破坏能力,量化地解释了节点发生梁铰破坏后抗剪能力的安全储备。得出此类新型节点在破坏时抗剪储备能力充足,可保证节点达到良好延性的破坏模式,说明节点设计符合强剪弱弯的抗震设计原则。     

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.     

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。     

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。     

增设节点阻尼器的外附钢框架结构抗震性能试验研究

提出一种组合型减震结构,由钢框架、节点阻尼器和原结构连接组成,外附钢框架将节点阻尼器连接在原混凝土框架结构上形成的增设节点阻尼器的外附钢框架结构,节点阻尼器的剪切滞回变形可以减小结构自身需要消耗的能量,从而提高原结构抗震性能。对原混凝土结构和增设节点阻尼器的组合型结构进行了的振动台试验。通过分析结构在不同地震波激励下的加速度和位移响应,得出楼层加速度和层位移的减震效果。研究结果表明:该结构体系在小震作用下通过提高结构刚度来增强其抗震性能;在大震作用下则可借助节点阻尼器的变形耗能来提升结构耗能能力,结构加速度减震系数达到53%,层间位移减震系数高达72%,验证了增设节点阻尼器的外附钢框架结构的减震效果。     

施工缝对框架结构抗震性能影响的数值分析

为研究施工缝对框架结构抗震性能的影响,利用提出的施工缝模型,基于OPENSEES平台建模进行静力非线性分析和非线性动力时程分析。通过对比整浇框架与带缝框架的顶点最大位移、层间位移角、塑性铰出现和分布规律等明确施工缝对框架结构的抗震性能的影响程度。结果表明,施工缝使框架结构的变形和层间位移角显著增大,并且使8、9度区框架结构的层间位移角分布发生改变;施工缝使柱端更易出现塑性铰,更易发生"强梁弱柱"的破坏模式;在高烈度区,施工缝的影响比较显著,如果忽略其影响,将会高估框架结构的抗震性能。     

A three-dimensional nonlinear reduced-order predictive joint model

Mechanical joints can have significant effects on the dynamics of assembled structures. However, the lack of efficacious predictive dynamic models for joints hinders accurate prediction of their dynamic behavior. The goal of our work is to develop physics-based, reduced-order, finite element models that are capable of replicating the effects of joints on vibrating structures. The authors recently developed the so-called two-dimensional adjusted Iwan beam element (2-D AIBE) to simulate the hysteretic behavior of bolted joints in 2-D beam structures. In this paper, 2-D AIBE is extended to three-dimensional cases by formulating a three-dimensional adjusted Iwan beam element (3-D AIBE). Impulsive loading experiments are applied to a jointed frame structure and a beam structure containing the same joint. The frame is subjected to excitation out of plane so that the joint is under rotation and single axis bending. By assuming that the rotation in the joint is linear elastic, the parameters of the joint associated with bending in the frame are identified from acceleration responses of the jointed beam structure, using a multi-layer feed-forward neural network (MLFF). Numerical simulation is then performed on the frame structure using the identified parameters. The good agreement between the simulated and experimental impulsive acceleration responses of the frame structure validates the efficacy of the presented 3-D AIBE, and indicates that the model can potentially be applied to more complex structural systems with joint parameters identified from a relatively simple structure.     

带隅撑胶合木梁-双肢柱框架结构节点抗震性能试验研究

针对胶合木梁-柱节点抗弯能力弱的问题,提出了一种带隅撑的胶合木梁-双肢柱框架结构节点,以提高节点的转动刚度,改善梁柱结构框架的抗侧性能.对3组6个足尺胶合木梁-双肢柱框架结构节点进行了单调和低周反复加载试验以研究节点的抗震性能.结果表明:无隅撑节点类似于铰接,抗弯承载力很小,增设隅撑后显著提高了节点的转动刚度和抗弯承载...     

水平加劲肋对刚性梁柱全焊节点力学性能的影响分析

梁柱节点是钢框架的关键连接部分,其连接性能直接影响框架结构在荷载作用下的整体行为。采用有限元法对刚性梁柱全焊节点的力学性能进行数值模拟,分析不同受力条件下全焊节点的力学行为,揭示不同弯矩作用时刚性梁沿长度方向的Mises应力变化特性,并对比分析有无水平加劲肋对全焊节点位移和Mises应力的影响规律。结果表明：有水平加劲肋的全焊节点总位移明显小于无水平加劲肋的,弯矩为65kN·m时,有水平加劲肋与无水平加劲肋全焊节点位移差值出现突变,且有水平加劲肋时,全焊节点转角随着所施弯矩的增大近似呈指数变化;无论有无水平加劲肋,Mises应力值从悬臂梁自由边缘到梁柱连接节点逐渐增大,梁与柱连接节点的Mises应力值较大,柱腹板节点域的Mises应力值最大。对比发现,有水平加劲肋时,悬臂梁及柱腹板节点域的Mises应力明显小于无水平加劲肋时的。由此可见,水平加劲肋可有效提高刚性梁柱全焊节点的承载能力,并有效防止节点处应力集中。     

The effect of axial inertia on the bending eigenfrequencies of a timoshenko two-bar frame

The equations of free lateral vibrations of a uniform Timoshenko two-bar frame including the effects of axial motion and joint mass with its rotational inertia are presented. The influence on the flexural eigenfrequencies of the axial motion alone or in combination with other parameters is fully assessed and thoroughly discussed. These parameters are: the translational and rotational inertia of the joint mass, the transverse shear deformation and rotatory inertia, the length, stiffness and slenderness ratios of the two bars of the frame. The variety of numerical results presented herein leads to the important finding that for framed structures the effect of axial inertia on the flexural eigenfrequencies alone or in combination with the foregoing parameters may be considerable. In particular, if the joint mass should be accounted for, the foregoing effect cannot be ignored, since it leads, in general, to considerable errors even for frames with relatively slender bars.     

新型预制预应力混凝土框架结构有限元分析

为了研究新型预制预应力混凝土框架结构的抗震性能,本文采用ABAQUS软件对试验节点进行有限元分析,验证了建模方法的正确性,并以试验节点为原型,建立相应的两层两跨的新型预制预应力混凝土平面框架模型。采用低周往复加载方式分析了新型预制预应力混凝土框架结构和现浇框架结构的滞回性能,并模拟了新型预制预应力混凝土框架结构在不同的初始荷载、预应力筋数量及控制应力和U形筋配筋率下的滞回性能。结果表明,新型预制预应力混凝土框架和现浇框架的滞回性能非常接近;框架轴压比、预应力筋数量和U形筋配筋率对新型预制预应力混凝土框架的滞回性能有影响,而梁上荷载和预应力筋控制应力的影响较小。