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。     

防屈曲支撑的有限元模拟及滞回性能分析

结合防屈曲支撑拟静力实验的研究成果,本文采用有限元软件ABAQU S对其进行了数值模拟分析。在模拟过程中,应用金属Com b ine本构模型设置内芯钢板材料属性。该模型是对传统双线性本构模型的改进,模拟结果很好地符合了实验结果,同时验证了防屈曲支撑具有良好的减震耗能性能,其在轴向加载达到7倍屈服位移时,依然能保持良好的滞回特性。通过对模型中橡胶无粘结层的合理设置,研究了内芯钢板在失稳变形中无摩擦滑移与能量缓冲转化的形变特点。分析表明,当外包约束强度和刚度足够时,内芯钢板在受轴向压力时只发生多波微幅弯曲失稳;随着内芯钢材与外包有效约束间隙的增大,支撑的失稳波幅也随之增大,支撑承载力与耗能能力显著降低。     

端部加强型双重钢管防屈曲支撑试验研究

为了研究端部加强型双重钢管防屈曲支撑的力学性能,检验间隙及约束比变化对支撑性能的影响,设计并制作了6个防屈曲支撑试件,通过低周循环加载静力试验,研究了力-位移滞回曲线、恢复力模型、割线刚度变化规律、粘滞等效阻尼比、耗能系数等滞回性能,并比较研究了间隙及约束比变化对防屈曲支撑性能的影响.研究表明:端部加强型双重钢管防屈曲支撑性能稳定,延性较高,具有良好的耗能性能和抗低周疲劳特性,其恢复力特性可以采用双线性模型进行描述;间隙应控制在合理的范围内,大于2mm或为0mm时均不利于内核钢管材料强度的发挥,影响支撑的耗能及延性;随着约束比的增大,耗能能力增强,但增加的幅度变小,在满足约束比限值情况下,约束比的变化对支撑的性能不产生明显的影响.     

带竖向隔板的屈曲约束钢板剪力墙抗震性能试验研究

提出了一种带竖向隔板的屈曲约束钢板剪力墙,通过角钢加劲肋的设置在内嵌钢板与外围约束混凝土板之间形成间隙,并在内嵌钢板中部设置竖向隔板。采用1/3缩尺模型,对该新型钢板剪力墙在低周反复荷载作用下的破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性性能、等效刚度、承载力退化及耗能能力等性能进行研究。利用ABAQUS对试件进行了有限元模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明,由于该新型钢板剪力墙设置竖向隔板,避免了内嵌钢板的整体屈曲,延缓了混凝土板的破坏,改善了剪力墙的受力性能,是一种性能优越的新型钢板剪力墙。     

带钢板暗支撑高阻尼混凝土核心筒斜向加载拟静力试验研究

为研究双向耦合作用对带钢板暗支撑高阻尼混凝土核心筒抗震性能的影响,对两个试件进行了低周往复荷载试验,其中HCW-P加载角度为0°,HCW-D为45°。研究了不同加载角度时,试件的破坏形态、承载力、延性、耗能等。结果表明,斜向45°加载试件的破坏形态与0°加载试件有较大的不同,HCW-D斜裂缝主要集中于中部墙肢,端部墙肢则主要为水平裂缝,而HCW-P则是水平及斜裂缝共存于腹板;在抗震性能方面,HCW-D的屈服位移、极限位移均有提高,延性系数下降,峰值承载力及耗能增加。对HCW-D的混凝土及钢筋应变进行了分析,应变分布表明,在受到正向水平荷载作用时,一个端部墙肢以受拉为主,呈小偏心受拉,另一个则是以受压为主,呈小偏心受压,且中部墙肢洞口约束边缘构件受压较大,连梁参与作用较小。     

铝管约束轻型防屈曲支撑的实验研究

针对传统的混凝土灌浆型和全钢型防屈曲支撑质量较大,无法适用于大跨空间结构等轻型建筑的问题,本文提出一种铝管约束轻型防屈曲支撑的设计方法。在核心钢管和约束管间设置不同宽度的间隙并对部分核心钢管进行开孔,通过拉压往复试验,研究了间隙和开孔对试件性能的影响,得到构件的相关恢复力特征,并分析了试件相关参数对耗能特性的影响。结果表明,本文设计的轻型防屈曲约束支撑,滞回曲线饱满,耗能效果良好;核心钢管宜开孔且支撑间隙应设置在1 mm左右,以减轻试件端部压力并简化施工工艺。     

侧边加劲波纹钢板墙弹性剪切屈曲分析

结合两边连接及波纹钢板的优点,提出一种新型的侧边加劲波纹钢板墙。建立了侧边加劲波纹钢板墙的有限元精细化分析模型,采用有限元软件ANSYS对其进行抗剪屈曲分析,推导了波纹钢板墙的弹性抗剪屈曲强度。研究了墙板参数、波纹参数及加劲肋参数对屈曲模态和抗剪屈曲承载力的影响规律。研究结果表明,所提出的波纹钢板墙,其抗剪屈曲承载力较平钢板墙显著提高;在不同的参数下具有整体屈曲和局部屈曲两种不同的屈曲模态;其临界剪切屈曲应力值随跨高比的增加而大致保持不变,随高厚比的增大而逐渐减小,随波纹倾角及子板宽的增大皆先增大后减小。因此,实际工程应用中应合理选择波纹钢板墙参数,以避免发生局部屈曲而导致角部连接失效以及不稳定承载,从而使之具有较大的弹性屈曲承载力,更好地发挥钢材的强度和延性。     

半刚接框架-斜加劲钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

对一榀单跨两层半刚接框架-斜加劲钢板剪力墙结构进行了低周反复荷载试验,分析结构破坏模式和耗能机理,得到了承载力、延性、刚度、耗能能力等指标.结果表明:该种结构具有良好的延性和耗能性能,安全储备高;半刚框架和墙板协同工作良好;斜加劲肋的设置缓解了钢板沿拉力带方向的面外变形,提高了墙体的弹性屈曲倚载及初始刚度,减轻了滞回曲...     

内加劲双钢板剪力墙抗震性能研究

为改善钢板剪力墙的“捏缩”效应,提出了一种新型耗能内加劲双钢板剪力墙。首先采用ABAQUS程序对典型的两边连接钢板剪力墙进行有限元分析,验证了模型建立、分析方法的正确性。其次进行了不同高宽比内加劲双钢板剪力墙、加劲钢板剪力墙的有限元分析。分析结果表明,与加劲钢板剪力墙相比,文中所提的内加劲双钢板剪力墙滞回曲线的“捏缩”效应得到明显改善,承载能力和耗能能力得到显著提高。同时,进行了不同参数的内加劲双钢板剪力墙的有限元分析。分析结果表明,均匀布置且侧边自由长度取为中部加劲肋间距1/2的加劲肋布置方式,可使得内加劲双钢板剪力墙获得较高的承载能力和耗能能力;随着加劲肋间距的减小,内加劲双钢板剪力墙承载能力和耗能能力均逐步提高,考虑施工方便同时兼顾承载能力和耗能能力,建议加劲肋间距控制为500 mm为宜;不同加劲肋厚度的内加劲双钢板剪力墙的承载能力和耗能能力均相差不大。     

加劲T形钢管约束混凝土柱滞回性能研究

异形柱框架结构较传统框架结构能有效地改善建筑内部的使用空间,但目前应用较多的钢筋混凝土异形柱结构在抗震性能方面限制较严,制约了其进一步的推广和应用。加劲钢管约束混凝土异形柱可有效提高核心混凝土的约束作用,改善其滞回性能。为研究加劲T形钢管约束混凝土柱的滞回性能,进行了2个T形组合柱的压弯滞回性能试验研究。试验结果表明:外包钢管越长,试件的承载力和延性也相应越高;相比T形钢筋混凝土柱,T形钢管约束混凝土柱的刚度、承载力以及耗能性能均明显提高;对拉钢筋加劲肋能有效限制钢管局部屈曲和阴角处钢管与混凝土脱开。提出了适合T形钢管约束混凝土柱的数值分析程序并将数值程序计算所得的水平荷载-位移曲线与试验曲线对比,吻合较好。     

高轴压比下圆钢管钢渣混凝土柱抗震性能试验研究

通过2根圆钢管普通混凝土柱与5根圆钢管钢渣混凝土柱在高轴压比下的水平低周反复加载试验,研究圆钢管钢渣混凝土柱的轴压比、钢管壁厚、钢渣砂替代率和长细比对其破坏形态、滞回耗能能力、骨架曲线、延性及耗能、刚度退化的影响规律。研究结果表明:钢渣混凝土试件破坏过程和破坏形态与普通混凝土试件基本相同,主要表现为钢管底部鼓曲的压弯破坏;所有试件滞回曲线饱满,无明显“捏缩”现象;高轴压比试件存在明显承载力突降现象,合理的径厚比（钢管直径/钢管壁厚）对高轴压比试件承载力突降有明显改善作用;低轴压比试件延性系数大于4.0,高轴压比试件延性系数介于1.57～3.76之间,轴压比增大,试件延性下降;试件破坏时等效粘滞阻尼系数ξ_eq介于0.259～0.437之间;建议采用《钢管混凝土混合结构技术标准》（GB/T51446－2021）或《钢管混凝土结构技术规程》（DBJ/T13－51－2010）计算地震作用下钢管钢渣混凝土柱压弯承载力,但高轴压比钢管钢渣混凝土柱计算结果需乘以折减系数0.8。     

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。     

L形连接件滑移摩擦柱脚节点抗震性能研究

柱脚节点是钢结构体系中的关键部位,其损伤将直接影响到结构体系的性能。基于损伤控制理念,提出了一种装配式L形连接件滑移摩擦柱脚节点。利用有限元软件ABAQUS建立了柱脚节点模型,考虑摩擦界面是否设置填充板和外连接件是否设置加劲肋,以及改变轴压比、连接件竖肢和水平肢厚度等因素,分析不同参数对节点受力模式、滞回曲线、耗能能力和损伤特征的影响。结果表明:柱脚节点主要承受摩擦力和轴压荷载的作用,柱端在受力过程中发生滑移,通过摩擦机制耗能,避免主体结构发生塑性损伤。填充板的设置增强了结构的摩擦性能,且在不同轴压荷载下均具有良好的延性和转动性能。在设置填充板的结构中,合理设置连接件竖肢厚度、水平肢厚度和加劲肋,在保证了节点摩擦耗能性能实现的同时,充分发挥了保护主体结构优势,达到了损伤控制的预期。     

部分预制型钢混凝土梁抗震性能试验研究

为探究部分预制型钢混凝土梁的抗震性能,进行了7个部分预制型钢混凝土梁试件的拟静力试验,研究了试件的裂缝开展过程、破坏形态、承载能力、延性、耗能能力和刚度退化情况,探究预制截面模式、剪跨比和后浇混凝土强度等对其抗震能力的影响。结果表明:地震作用下,该7个试件力学性能较好,剪跨比是影响试件抗震性能的首要要素,剪跨比大的试件耗能能力强,型钢约束部分混凝土可以提高试件的耗能能力,截面模式和后浇混凝土强度对抗震性能影响不大。     

内约束方钢管混凝土柱抗震性能研究

由于方钢管对混凝土约束作用较弱,地震作用下方钢管混凝土柱底部钢管易出现屈曲,因此本文提出一种新型内约束方钢管混凝土柱。基于ABAQUS有限元软件,本文采用合理的材料本构模型建立内约束方钢管混凝土柱三维实体精细有限元模型,该模型能准确反应钢管、混凝土以及拉筋之间的相互作用,又能反应拟静力作用下混凝土的塑性损伤和钢材的循环硬化规律。有限元结果与试验结果吻合良好。首先,在此基础上笔选出最佳内约束形式,对拉箍筋方钢管混凝土柱的抗震性能明显优于圆环箍筋;其次,提出在不同轴压比下内约束方钢管混凝土柱的焊接拉筋最佳布置长度和合理体积配箍率;再次,探讨不同参数对内约束方钢管混凝土柱滞回性能的影响,结果表明:提高截面含钢率和长细比能有效改善组合柱的极限承载力,而轴压比在一定范围内有利于能提高柱的承载力;最后,讨论了约束措施对内约束方钢管混凝土柱耗能性能的影响。     

An experimental study on steel‐encased buckling‐restrained brace hysteretic dampers

This paper describes a seismic test program performed on 12 steel‐encased buckling‐restrained braces (BRBs). The use of rolled or built‐up buckling‐restraining mechanisms with welded or bolted attachments was examined. In addition, the effects of bolt pretension, core‐to‐encasing attachment details, aspect ratio of core segment and imperfections due to manufacturing on the brace response were investigated. All specimens were subjected to a stepwise incremental quasi‐static testing protocol with a maximum axial strain amplitude of 2%. All specimens except one showed satisfactory performance with stable hysteretic response and sustained cumulative inelastic deformations in excess of 200 times the yield deformation. Based on the experimental results, the compression strength adjustment factor, and the strain hardening adjustment factor for each excursion were quantified. Test results revealed that these two factors are significantly influenced by the parameters investigated in the experimental program. BRB details were also found to influence the buckling and the yielding patterns of the core segment. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点抗剪承载力分析

为研究方钢管混凝土柱-H型不等高钢梁框架节点的抗剪承载力,分析其破坏机理,建立适用于不等高钢梁节点的抗剪计算模型,提出了节点的抗剪承载力计算公式,比较了基于不同抗剪模型建立的抗剪承载力计算值与试验值的差异性。结果表明:节点域的破坏模式主要为上核心区的剪切斜压破坏;节点域抗剪承载力主要由钢管腹板、核心区混凝土主斜压杆及约束斜压杆共同承担。对比分析表明:提出的节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力理论公式计算值更为接近试验值,验证了方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点传力机理和承载力计算公式的正确性。     

高强钢筋混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究

通过对采用高强钢筋的6片T形混凝土短肢剪力墙和采用高强钢筋高强混凝土的6片L形短肢剪力墙进行低周往复加载试验,研究了T形和L形的破坏形态与性能差异,分析了高厚比、轴压比、配箍间距等参数对构件破坏形态、滞回耗能、骨架曲线、延性及耗能等抗震性能的影响,对比分析了构件与普通短肢剪力墙的抗震性能差异。试验结果表明:采用腹板端部箍筋加密的方式可减轻构件端部的损伤和降低正负向加载时承载力和延性的不对称性;T形构件中高厚比为5的试件表现为弯曲破坏,其他构件表现为弯剪破坏;试验中高厚比小的构件相对于高厚比大的试件延性耗能更好,轴压比增大,构件承载力提高但延性降低;与普通短肢剪力墙相比,T形短肢剪力墙承载力和变形能力提高,耗能增加,L形短肢剪力墙承载力提高较大,极限位移增大,构件后期变形能力略有降低,但可以满足抗震性能要求。     

应用OpenSees计算双钢管高强砼柱的水平力—位移滞回曲线

应用OpenSees计算外方内圆复合钢管高强混凝土柱（简称双钢管高强混凝土柱）的水平力—位移滞回曲线。分析了双钢管高强混凝土柱的单元和截面纤维划分。钢管材料采用双线性模型Steel02,混凝土模型采用Concrete02,圆钢管内和钢管之间的混凝土采用Susantha模型,考虑钢管对混凝土的约束作用,计算得到的水平力—位移滞回曲线与试验结果符合较好。在此基础上,应用OpenSees对双钢管高强混凝土柱进行参数影响分析,讨论了轴压比、方钢管壁厚（宽厚比）、径宽比、径厚比对双钢管高强混凝土柱抗震性能的影响。结果表明：增大轴压比,延性降低;增大方钢管壁厚（减小宽厚比）,水平承载力增大;增大圆钢管直径和壁厚,有助于提高双钢管高强混凝土柱的竖向和水平承载力能力,增大耗能能力。     

Seismic design and testing of buckling‐restrained braces with a thin profile

A thin‐profile buckling‐restrained brace (thin‐BRB) consists of a rectangular steel casing and a flat steel core that is parallel to a gusset plate. A thin configuration reduces the width of the restraining member and thus saves usable space in buildings. However, deformable debonding layers, which cover the steel core plate in order to mitigate the difference between the peak tensile and compressive axial forces, provide a space for the steel core to form high mode buckling waves when the thin‐BRB is under compression. The wave crests squeeze the debonding layers and produce outward forces on the inner surface of the restraining member. If the restraining member is too weak in sustaining the outward forces, local bulging failure occurs and the thin‐BRB loses its compression capacity immediately. In order to investigate local bulging behavior, a total of 22 thin‐BRB specimens with a ratio of steel core plate to restraining steel tube depth ranging from 0.3 to 0.7 and axial yield force capacities ranging from 421 kN to 3036 kN were tested by applying either cyclically increasing, decreasing, or constant axial strains. The restraining steel tube widths of all the specimens were smaller than 200 mm and were infilled with mortar with a compressive strength of 97 MPa or 55 MPa. Thirteen of the 22 thin‐BRB specimens' restraining members bulged out when the compressive core strains exceeded 0.03. A seismic design method of the thin‐BRB in preventing local bulging failure is proposed in this study. Test and finite element model (FEM) analysis results suggest that the outward forces can be estimated according to the BRB compressive strength, steel core high mode buckling wavelength, and the debonding layer thickness. In addition, the capacity of the restraining member in resisting the outward forces can be estimated by using the upper bound theory in plastic analysis. Both the FEM analysis and test results indicate that the proposed method is effective in predicting the possibility of local bulging failure. Test results indicate that the proposed design method is conservative for thin‐BRB specimens with a large steel core plate to restraining steel tube depth ratio. This paper concludes with design recommendations for thin‐BRBs for severe seismic services. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.