带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构地震易损性分析

综合利用钢-混凝土组合结构技术和耗能减震技术, 提出带耗能腋撑型钢混凝土新型转换结构, 利用耗能腋撑改善转换结构抗震性能差的问题。以普通和带耗能腋撑型钢混凝土转换框架结构为研究对象, 进行增量动力分析, 建立该新型转换结构地震易损性曲线方程, 研究防屈曲耗能腋撑对型钢混凝土转换结构破坏机制的影响。分析结果表明:防屈曲耗能腋撑有效降低型钢混凝土转换结构在中度、重度损伤破坏及倒塌破坏状态的超越概率, 可作为一道可靠的抗震防线。耗能腋撑的设置避免了普通型钢混凝土转换框架结构在转换层及其相邻楼层处形成层侧移机构, 减小转换构件的塑性变形, 有效地防止型钢混凝土转换结构发生整体或局部倒塌破坏。     

框支短肢剪力墙加腋梁式转换结构抗震性能研究

为了研究框支短肢剪力墙加腋梁式转换层结构的抗震性能,分别对一榀框支短肢剪力墙加腋梁式转换框架及一榀相同尺寸的不加腋梁式转换框架进行了竖向荷载和水平低周反复荷载共同作用下的拟静力试验。试验表明1)加腋梁式转换结构可明显增强支座区段的抗剪承载力,有效减小转换梁尺寸,且更易实现"强柱弱梁,强剪弱弯"的抗震设计原则;2)加腋梁式转换结构,只要设计合理,可以获得较好的抗震性能。     

薄壁方钢管新型梁柱节点抗震性能试验研究

为减少薄壁方钢管梁柱连接施焊次数,避免焊接区域脆性恶化,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求,提出了一种分散焊接的新型节点。利用往复加载试验对不同轴压比下两类节点的8个足尺试件进行研究。通过对比分析得到新型节点试件的破坏模式、滞回曲线及评价节点抗震性能的主要参数(承载力、延性、刚度退化和能量耗散系数等)。同时,利用非线性有限元模型对两类节点进行了模拟计算,并将计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:试验与有限元计算结果吻合良好;新型节点延性好,屈服平台长,弹塑性得到充分发挥,累计耗能能力强,能较好地吸收和耗散能量;轴压比对耗能能力及位移发展影响小;新型节点采用分散焊接的方式,提高了节点变形能力,降低了节点板件的脆性,破坏时以C钢腹板屈曲作为破坏准则,节点发生延性破坏,适合在高烈度抗震设防区使用。     

T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

为研究T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架的抗震性能,进行了1榀3层2跨、缩尺比例为1∶3的框架试件拟静力试验,了解其破坏形态、滞回曲线和骨架曲线,分析了试件的延性、耗能能力、刚度和强度退化规律。基于纤维模型对框架试件进行了数值模拟,研究了结构抗震性能在不同轴压比、配钢率和混凝土强度下的变化规律。结果表明:在水平低周往复荷载作用下,试件出现"梁铰"破坏,具有良好的延性和耗能能力,满足"强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件"的抗震设计要求。轴压比对试件屈服后的性能影响较大,结构的承载力和延性随轴压比增大而有所降低,设计时需合理控制轴压比;配钢率主要影响初始刚度和极限承载力,结构的抗震性能随配钢率增大得到有效改善;结构的极限承载力随着混凝土强度增大而提高,但结构的延性会略有降低,设计时需合理考虑。研究成果可为该类结构的设计提供可靠的支撑。     

位移约束刚架拓扑优化的非线性有无复合体方法

为了提高基于物理模型的结构拓扑优化的寻优效率, 该文提出了非线性有无复合体, 以刚架结构在位移约束下的拓扑优化为例, 进行了结构重量目标函数极小化的数学模型建立和程序实现。与线性有无复合体不同, 非线性有无复合体是无限多个无穷小的“有单元”和“无单元”各自长度的非线性组合。由于每个梁单元“有”单元长度和“无”单元长度之和的不变性, 其拓扑变量可以用“有”单元的总长度予以表达。推导了结构重量、位移约束同结构拓扑变量的显式函数, 建立了优化模型。使用线性规划算法求解了相应的优化模型, 算例表明, 该文方法的寻优效率得到了提高。同作为数学变换的ICM(独立、连续和映射)方法比较, 该文提出的作为物理模型的方法, 二者在解决结构拓扑优化上具有异曲同工之效:后者的“有”单元长度的非线性关系替代了前者的单元重量、位移约束中的过滤函数。数学变换方法与物理模型方法的异同点更是耐人寻味。 方法     

钢框架-装配式两边连接薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

该文提出了一种适用于装配式高层钢结构的两边连接间断式盖板钢板剪力墙连接节点（DCPC）,分别对一个带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙试件（FPSPSW）和一个两边焊接钢框架-钢板剪力墙试件（FWSPSW）进行了低周往复加载试验,研究了两种不同连接形式的钢框架-钢板剪力墙试件的抗震性能,得到了两组试件各自的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线及抗震性能指标等,对比分析了两者的破坏特征、延性性能、耗能能力及刚度退化等力学性能。结果表明:带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;结构本身符合"强框架弱墙板、强柱弱梁"的抗震设计理念;DCPC节点在不损失抗震性能的基础上,可提供比传统焊接钢板剪力墙结构更好的耗能能力,且保证了良好的震后可修复功能。     

钢支撑设计方法对多层框架实际抗震性能的影响

钢结构支撑设计分人为放大支撑内力设计的强剪型支撑架和不放大内力设计的弱剪型支撑架,该文对4条地震波作用下的强剪型和弱剪型支撑架的地震响应进行了非线性弹塑性时程响应分析,结果表明:1)强剪型支撑架,不仅增大了地震力,且柱先于支撑屈服发生无侧移失稳,导致结构水平和竖向位移快速增加;而弱剪型支撑框架在地震下发生有侧移变形;2)强剪型支撑架的层间剪力-位移时程响应曲线和支撑的应力应变响应曲线、柱子应力应变响应曲线封闭面积较小,表明结构即使具有耗能能力,也难以发挥作用。并且耗能只是依靠柱的无侧移屈曲,对抗震结构比较危险,而且是一种单一的抗侧力体系;3)弱剪型支撑框架中,支撑能够更早发生屈服,然后支撑和框架继续发生侧移变形,组成支撑架一部分的框架能够起到第二道防线的作用,支撑和梁柱的延性及耗能能力能够充分发挥作用。根据上述分析结果,该文认为不宜人为放大支撑内力,并增加支撑先于柱子屈服的机构验算,保证最薄弱层支撑屈服后属于支撑架一部分的柱子仍基本在弹性阶段工作。     

空间索形悬索桥主缆线形施工过程空间转换控制方法

由于空缆与成桥的横向坐标相差很大,空间索形悬索桥主缆在施工过程的线形转换直接决定着吊索能否安装与其弯折损伤程度。通过分析典型工程的横向偏位与偏角,揭示了不同桥型空间转换的作用与对策;分析指出不同工法的吊索横向偏角差异,并给出计算公式。提出临时缆间横撑法,发明缆间横撑装置和配套索夹,有效解决了一座“先缆后梁”法施工的空间索形悬索桥的主缆线形转换及吊索安装问题。工程应用和算例分析表明,该文方法适用于“先梁后缆”法和“先缆后梁”法;施力效率高,安全余度大,安装一次到位无需中间调整,不会制约和影响施工工序的制定;对吊点提供刚性约束,对横向偏位与偏角的控制效果更好,有更大的安全余量容许施工误差,能够适应复杂现场常需的工序中途调整,可施工性更强。     

型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙结构恢复力模型试验研究

对7榀1/2.5比例单层单跨型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙模型进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究,分析了墙体设置形式、填充墙砌块强度、拉筋构造形式、轴压比以及墙体宽高比等设计参数对该种结构抗震性能的影响。研究了模型的典型破坏形态、荷载-位移曲线、承载能力以及位移延性等。结果表明:试验模型的典型破坏形态均符合“强柱弱梁”的破坏模式,框架部分的破坏程度随墙体全高填砌而减轻;在框架中加设墙体后可明显提高结构承载力和初始刚度,墙体填充率越大、填充墙砌块强度越高、拉筋间距越小、轴压比越高、墙体宽高比越大,结构承载力与初始刚度提高越明显;结构的位移延性均值达到6.26,高于钢筋再生混凝土框架-填充墙、普通钢筋混凝土框架-填充墙以及钢筋混凝土异形柱框架-填充墙等结构,抗倒塌能力较强。在试验研究的基础上,通过有限元与试验结合的方法,建立了相应的四折线恢复力模型,可用于型钢再生混凝土框架结构的弹塑性地震反应分析。     

梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能研究

采用试验和数值的方法对梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了研究。试验结果表明:在设计水准下腹板开圆孔的钢框架仍能够满足现有规范的相关要求,结构性能并没有因为梁腹板开孔削弱而降低;在强震作用下,梁腹板削弱处率先形成空腹梁机制,结构通过梁的局部变形来耗散地震能量,形成所谓的"强柱弱梁,强节点弱构件"延性框架。该文以一栋在Northridge地震中梁柱节点遭受严重破坏的17层钢框架结构为算例,对腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了数值分析。分析结果表明:在原框架的梁腹板开设一定大小的圆孔后,并没有降低结构的刚度;在强震作用下,腹板开圆孔的钢框架形成了"强柱弱梁、强节点弱构件"的延性框架,最大塑性区移至梁腹板削弱处,最大限度的减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的抗震性能。     

钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计

两边连接屈曲约束钢板剪力墙具有承载力高、耗能能力强、延性好等优点;而且在结构中布置灵活,能够减小对框架柱的作用力,避免框架柱过早发生破坏.为确定墙体在结构中的布置方式以使结构抗震性能充分发挥,提出了钢板剪力墙-RC框架结构基于能量平衡的大震塑性设计方法.设定结构预期的整体破坏模式和目标位移,基于能量平衡原理计算结构的设...     

约束剪力墙对SRC框排架结构破坏模式及耗能性能的影响研究

通过SRC框排架模型结构拟动力试验、伪静力试验以及结构中典型SRC异型节点的伪静力试验,研究约束剪力墙对结构破坏模式与耗能性能的影响。结果表明：剪力墙能够起到第一道抗震防线的作用,形成利于抗震的破坏模式;薄弱部位随着地震作用的增强由煤斗层、运转层到底部两层下移;结构的荷载-位移滞回曲线比较饱满,耗能性能较好;剪力墙对结构中SRC异型节点的裂缝开展具有很好的约束作用,沿纵横向同时布置约束剪力墙能够改善该类节点的破坏模式;约束剪力墙可明显提高SRC异型节点的耗能性能、承载能力与延性性能。本文的研究可为推广应用SRC框排架结构体系提供基础研究资料。     

不同连接强度带悬臂梁段的钢框架结构滞回性能研究

为了研究利用钢梁高强度螺栓拼接耗能的带悬臂梁段钢框架结构的滞回性能,按照不同的设计方法,设计了3个带悬臂梁段上下各半层的钢框架试件并进行循环加载试验,分析试验现象,研究其滞回性能、应变分布、转动能力、能量耗散系数、刚度等参数。通过对比分析表明:等强拼接方法设计的钢框架刚度大,延性较差,在梁端处形成塑性铰,梁端焊缝处易开裂;削弱拼接节点,使高强度螺栓提前滑移,增强了钢框架的延性和转动能力,延缓了梁端板件的屈服,降低了整个框架的屈服荷载,钢框架的极限荷载不受影响;实际内力值方法设计的带悬臂梁段钢框架结构抗震性能最好,建议按此方法设计带悬臂梁段钢框架结构中的钢梁拼接节点,并将拼接节点尽量靠近梁端设置。     

带Z字形悬臂梁段拼接的装配式钢框架节点抗震性能试验研究

提出一种适用于装配式钢结构的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点。以滑移耗能的理念设计了基础试件,通过关键参数的变化得到六组试件。对六组试件进行了低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式和拼接区的滑移情况进行了分析,获得了节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、转动能力以及刚度退化等抗震性能。结果表明:带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点属于半刚性连接节点,节点变形性能良好。节点能有效利用拼接区摩擦面滑移、螺栓和孔壁挤压以及板件屈服实现耗能。适当减少翼缘高强螺栓数目能有效提高节点延性性能和塑性转动能力。翼缘和腹板螺孔开大孔和使用三角形垂直加劲肋对节点的耗能能力和承载能力影响很小。     

WCFT柱-钢梁节点抗震性能试验研究

提出了壁式钢管混凝土(WCFT)柱与钢梁连接的侧板式节点。为研究其抗震性能,设计了3个侧板式节点足尺试件进行拟静力试验,分析试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化和节点域应变。试验结果表明:3个节点试件的节点域均处于弹性阶段,满足侧板水平及竖向强度比的侧板式节点试件破坏形态为梁端塑性铰破坏,发生梁端塑性铰破坏的节点试件具有较好的变形和耗能能力;侧板水平或竖向强度比不足100%的侧板式节点试件呈现脆性破坏特征。在试验研究的基础上,结合梁端内力传导机制提出了侧板式节点在节点域外的三种破坏模式及相应判别公式,与试验结果基本吻合,从而为工程设计提供参考。     

不同连接强度带悬臂梁段的钢框架结构滞回性能研究

为了研究利用钢梁高强度螺栓拼接耗能的带悬臂梁段钢框架结构的滞回性能,按照不同的设计方法,设计了3个带悬臂梁段上下各半层的钢框架试件并进行循环加载试验,分析试验现象,研究其滞回性能、应变分布、转动能力、能量耗散系数、刚度等参数。通过对比分析表明:等强拼接方法设计的钢框架刚度大,延性较差,在梁端处形成塑性铰,梁端焊缝处易开裂;削弱拼接节点,使高强度螺栓提前滑移,增强了钢框架的延性和转动能力,延缓了梁端板件的屈服,降低了整个框架的屈服荷载,钢框架的极限荷载不受影响;实际内力值方法设计的带悬臂梁段钢框架结构抗震性能最好,建议按此方法设计带悬臂梁段钢框架结构中的钢梁拼接节点,并将拼接节点尽量靠近梁端设置。     

矩形钢管混凝土边框组合剪力墙及筒体结构抗震研究

钢管混凝土边框组合剪力墙及筒体是一种新型抗侧力部件。该文对不同混凝土强度等级,不同轴压比,不同剪跨比,不同强弱抗剪连接键等设计参数的矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的抗震性能进行了研究。进行了2个普通钢筋混凝土剪力墙和7个矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的低周反复荷载试验,以及2个设置不同形式抗剪连接键的剪力墙节点的低周反复荷载试验。在试验基础上,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征。建立了组合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明:这种新型组合剪力墙及筒体可有效地将混凝土剪力墙侧向刚度和承载力大的优势与钢管混凝土柱抗震延性好的优势组合,钢管混凝土边框柱与混凝土剪力墙之间的抗剪连接键能可靠工作。工程应用效果良好。     

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱（partially encased concrete composite column）-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明:PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25~0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足"强节点弱构件"的抗震设计要求,在进行工程设计时应予以重视。