新型软钢阻尼器滞回性能的试验与模拟分析

对一种新型可分阶段屈服的软钢阻尼器进行了试验研究和有限元分析,并将模拟结果与试验数据进行对比.在FTS伺服器上对两组耗能钢片厚度不同的阻尼器施加渐增位移循环荷载和固定位移循环荷载进行试验；利用ABAQUS有限元软件对4种不同尺寸的耗能钢片分别单独建模分析,得出单片耗能钢片的力学性能；再对两组试验的阻尼器整体建模,完全按照试验的加载制度和边界条件来对试验进行模拟.基本性能试验和疲劳性能测试结果显示这种阻尼器的滞回曲线饱满,并没有明显的低周疲劳现象,表明了这种分阶段屈服型软钢阻尼器具有很强的耗能能力,性能稳定.数值模拟结果显示有限元分析与试验结果吻合良好.这种阻尼器具备可分阶段耗能的优点,必将在将来具有更加广阔的应用前景.     

新型黏滞阻尼器的力学性能试验研究

研制了一种新型黏滞阻尼器,对D1～D6六种不同型号的黏滞阻尼器进行低周循环加载试验和抗低周疲劳性能试验,研究阻尼器的耗能性能、参数相关性能及恢复力模型。研究结果表明,研制的黏滞阻尼器达到了预期设计要求,具有良好的耗能性能与抗低周疲劳性能,阻尼器设计与加工技术可靠、工作性能稳定、密封性好;Maxwell模型能够很好地描述新型黏滞阻尼器的恢复力模型,反映阻尼器的实际受力情况,理论与试验滞回曲线吻合性良好。     

黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验加载制度研究

我国现行规范及规程对于黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验要求未能完全真实地反映其性能特点,使得许多性能优良的黏弹性阻尼器不能满足现行标准中的疲劳性能要求,而黏弹性阻尼器由于其黏弹性材料的特殊性,若其未发生破坏,放置一段时间后力学性能会有明显恢复。因此,针对黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验中的加载制度低估了黏弹性阻尼器性能这一问题,提出了一种改进的黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验加载制度,即先在100%应变幅值下预加载5圈以剔除初始刚度的影响,再按照“5圈100%应变幅值加载,20圈50%应变幅值加载,5圈100%应变幅值加载”的加载制度进行30圈加载。通过对比黏弹性阻尼器的滞回耗能,发现黏弹性阻尼器在改进加载制度下的滞回耗能大于绝大部分天然地震动下的滞回耗能,从能量的角度验证了所提改进加载制度的合理性。     

预压弹簧自恢复耗能支撑受力性能分析与试验研究

预压弹簧自恢复耗能支撑由内管、外管、摩擦耗能装置及组合碟簧自复位装置组成,对其受力性能进行分析,并建立了描述该支撑滞回特性的恢复力预测模型。通过对预压弹簧自恢复耗能支撑的低周往复加载试验,研究其滞回特性、自恢复性能及耗能能力,并与建立的预测模型进行了对比分析。结果表明：预压弹簧自恢复耗能支撑具有稳定的“旗形”滞回曲线,耗能能力随摩擦耗能装置提供摩擦力的增大而增大,且碟簧间及碟簧与内管间摩擦可为支撑提供一定耗能能力;当碟簧预压力能够克服摩擦耗能装置提供的摩擦力时,支撑具有更好的自恢复性能。所建立的恢复力预测模型与试验的滞回曲线吻合较好,能够有效地反映支撑的实际受力情况。     

剪切金属软钢阻尼器设计与试验研究

伴随着地区抗震等级的提高,在建建筑不得不进行加固,剪切金属软钢阻尼器的初始刚度大、耗能好和体积小的特点,可对在建建筑进行加固。分析剪切金属软阻尼器的构造形式及工作机理,加工了2组不同截面尺寸,每组3个试件的剪切金属软钢阻尼器,进行水平滞回试验,研究其水平滞回性能、疲劳性能和耗能性能。研究表明,剪切金属软钢阻尼器具有稳定的水平滞回性能、良好的疲劳性能和较好的耗能性能。     

钢管铅阻尼器疲劳性能试验研究

设计4个钢管铅阻尼器,对其中3个钢管铅阻尼器进行疲劳循环往复加载试验,对1个钢管铅阻尼器进行常规低周往复加载试验,研究钢管铅阻尼器的疲劳性能及抗过载能力,验证钢管铅阻尼器滞回耗能性能,揭示疲劳循环往复加载试验与常规低周往复加载试验中钢管铅阻尼器性能的异同。研究结果表明:钢管铅阻尼器在设计位移循环加载下,各项疲劳性能指标均能够满足JGJ 297—2013《建筑消能减震技术规程》中对金属阻尼器疲劳性能规定的要求;在2倍设计位移和1.5倍设计位移循环加载下,能够承受一定循环次数的加载,疲劳性能良好;经历偶然过载后仍能承受一定循环次数的加载,抗过载能力强;钢管铅阻尼器疲劳性能试验的破坏形式与常规性能试验的破坏形式一致,随着高径比的增加,钢管铅阻尼器破坏形式由剪切型变为弯剪型;钢管铅阻尼器在不同加载位移下,滞回曲线对称且饱满,近似于平行四边形,滞回耗能性能优良。     

防屈曲支撑滞回性能试验研究

针对我国钢材市场,选用Q235热轧角钢设计并制作了两种截面、两种组合方式的4个防屈曲支撑试件。为检验组合热轧角钢防屈曲支撑的构造和滞回性能,进行了低周反复加载静力试验,研究了包括荷载-位移滞回曲线、割线刚度及其退化规律、等效粘滞阻尼比等在内的抗震性能。结果表明:试件荷载-位移滞回曲线稳定、饱满、对称;钢材品种、截面形式对刚度退化规律及等效阻尼比的变化规律没有影响;国产组合热轧角钢防屈曲支撑构造合理,具有良好的耗能性能和抗低周疲劳性能,是一种新型的耗能支撑。     

一种新型钢管橡胶摩擦耗能器的恢复力模型

提出一种新型钢管橡胶摩擦耗能器,对设计制作的两种不同构造形式的耗能器试件进行不同加载速率、加载幅值和疲劳条件下的低周反复加载试验,并基于试验结果建立了恢复力模型。结果表明:钢管橡胶摩擦耗能器滞回曲线饱满,耗能良好;耗能器速率相关性和位移相关性明显,其耗能能力随着加载速率的增大而减弱,随着滑移位移的增大而近似线性增强;在耗能器的摩擦橡胶块内增设帘布能够使其保持较强且稳定的耗能能力;建立的恢复力模型能够较为准确地模拟耗能器的滞回特性。     

克服薄膜效应的新型分阶段耗能器性能研究

薄膜效应一直是钢板屈服耗能器值得注意的问题,却往往被设计者们忽视。本文首先通过理论分析、有限元软件模拟相结合的方法,论证了其对弯曲型耗能器会产生不容忽视的影响。在此基础上,又基于经典的弯曲型软钢阻尼器,提出一种新型的双X型软钢耗能器,此耗能器不仅能够克服常规弯曲型耗能器会产生的薄膜效应,还能通过采用不同材质的耗能钢板达到分阶段耗能。通过ABAQUS对该新型耗能器进行仿真模拟,对其耗能机理、力学性能、耗能性能进行分析研究。结果表明:此新型耗能器滞回曲线规则饱满,分阶段效果良好且性能稳定,有一定的实用价值和应用前景。     

预制外挂墙板半刚性耗能连接节点力学性能研究

为提高预制外挂墙板结构的抗震性能,基于预制外挂墙板点支承连接方式的变形特征,提出一种新型半刚性耗能连接节点(简称SEDC),通过结合摩擦耗能机理与金属弯曲机理,实现SEDC与主体结构正常使用状态及小震下的刚性连接,以及大震作用下的柔性耗能连接。设计并制作了3组共9个SEDC试验试件,分别进行单调加载、低周反复加载与低周疲劳加载,研究SEDC的半刚性受力特性、滞回性能、承载性能、耗能能力、延性以及低周疲劳性能。结果表明：SEDC具有显著的半刚性受力特性,滞回曲线饱满,承载力稳定,耗能能力良好,变形能力较强,弯曲单元与摩擦单元具有良好的协同工作能力。基于试验结果,建立了SEDC的数值分析模型,研究了弯曲单元与摩擦单元设计参数对其受力性能的影响。分析了预制外挂墙板在各工况作用下的节点反力计算方法,基于SEDC的半刚性受力特性提出了预制外挂墙板与主体结构的协调设计方法。     

钢板墙对方钢管柱-H型钢梁边框抗震性能影响的数值模拟

方钢管柱-H型钢梁边框内填钢板剪力墙是一种新型抗震剪力墙.为研究填充钢板墙对钢框架结构的抗震性能和受力性能的影响规律,该文进行了两层单跨方钢管柱-H型钢梁框架结构和内填带竖缝薄钢板框架剪力墙在单调加载和低周反复加载情况下的ANSYS数值模拟分析,研究对比分析了两种框架结构的承载能力、延性、耗能能力、破坏特征以及破坏机理。结果表明,钢板墙使钢框架的承载能力和初始刚度大幅度提高,同时也具有良好的抗震性能和耗能能力。     

高强螺栓连接钢梁-混凝土柱组合节点的抗震性能

提出了一种螺栓端板连接的钢梁-钢筋混凝土柱新型组合节点,为了研究这种新型节点的抗震性能,对两组足尺试件进行了模拟地震加载试验。试验结果表明,两组试件均具有较高的承载力、良好的延性和耗能能力,它们的延性系数都超过4。由于试件JD02采用了比试件JD01更厚的端板、更大直径的高强螺栓,破坏形态由JD01的螺栓断裂变成JD02螺栓断裂同时还发生梁铰破坏。结果表明,JD02具有更高的承载力、更大的延性和更好的耗能能力。由试验结果可看出,这种新型节点具有优良的抗震性能;影响其抗震性能的主要因素是高强螺栓的预拉力和端板的厚度。     

模块化装配式钢框架抗震性能研究

针对国内外工业化装配式高层钢结构体系的研究不足,为多高层装配式钢框架结构体系的研发与设计提供依据,利用有限元软件ANSYS 14.0对取自装配式实际工程中的单榀两层单跨钢框架进行静力及拟静力分析;研究框架在低周反复荷载作用下的耗能能力及延性性能,分析框架的承载能力及破坏机理。研究表明:装配式钢框架具有良好的变形性能,地震作用下,桁架梁端部弦杆形成塑性铰以消耗能量,装配式钢框架滞回曲线饱满表现出较好的塑性变形能力及耗能性能。     

内填钢板剪力墙中心支撑钢框架的抗震性能研究

为研究内填钢板剪力墙的中心支撑钢框架的抗震性能,利用有限元数值模拟方法分析了在低周往复荷载作用下内填板高厚比对滞回耗能、能量耗散系数和墙板中心点平面外最大位移的影响,并给出了板平面外的位移滞回曲线,通过骨架曲线进一步分析了高厚比对水平承栽力、抗侧刚度和延性的影响。结果表明：内填钢板剪力墙的中心支撑钢框架具有良好的水平承栽力和耗能性能,建议内填板的高厚比取为300。     

钢筋缀件轻钢耗能格构柱抗震性能研究

新型轻钢耗能格构柱具有自重轻、产业化生产、施工周期短、抗震性能好等优点。主要是通过对两种轻钢耗能格构柱在低周往复荷载作用下的数值模拟分析,研究轻钢耗能格构柱的延性性能、刚度退化、滞回性能等。结果表明:轻钢耗能格构柱的滞回曲线饱满,具有较好的抗侧力能力,可以作为一种新型的轻钢耗能格构柱用于多层钢结构住宅。     

一字形全钢防屈曲支撑耗能性能试验研究

对一种新型防屈曲支撑进行性能试验研究。该种防屈曲支撑（以下称一字形全钢防屈曲支撑）的内核为一字形钢板,外约束单元为双腹板工字形钢,中间用薄橡胶作为无黏结材料。通过对8个一字形全钢防屈曲支撑试件进行轴向循环往复加载试验,研究了防屈曲支撑的耗能性能以及不同芯材特性、支撑长度对其耗能性能的影响。结果表明：一字形全钢防屈曲支撑的构造合理,所有试件的滞回曲线稳定饱满;芯材特性和支撑长度对于该种防屈曲支撑的耗能性能均有较大影响;以SLY225为芯材的防屈曲支撑,其耗能性能、低周疲劳性能与塑性变形能力均明显优于以SN490B为芯材的防屈曲支撑;SLY225能提供45%以上的附加有效阻尼比;增加支撑长度,防屈曲支撑的塑性变形能力与低周疲劳性能均有所下降。     

装配式自复位摇摆钢框架抗震性能研究

为了减轻传统钢框架在强震作用下的损伤与破坏,提出了具有自复位柱脚的装配式摇摆钢框架结构,阐述了该结构的构造形式与工作机理。设计并加工了一榀缩尺比例为1/4的摇摆钢框架,对其进行了低周反复加载试验和有限元模拟,研究其抗震性能。结果表明：利用复合组合碟形弹簧的弹性恢复力能够实现柱脚在强震作用下的可控摇摆,通过梁柱节点的消能减震装置有效控制了结构的累积损伤与残余变形;摇摆钢框架的滞回曲线是较为饱满的旗帜形,表明其具有较好的自复位性能和耗能性能;在加载至层间位移角1/30时,梁柱节点和柱脚没有发生任何屈服或屈曲,主体结构保持为弹性,损伤与破坏集中在消能减震装置处,拆卸和更换消能减震装置后,再加载曲线与原曲线基本吻合,有效实现了消能构件地震损伤可更换以及结构功能可恢复的设计目标;有限元的模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建立的有限元模型能够较好地模拟摇摆钢框架在循环加载时的滞回性能。     

钢骨混凝土组合框架抗震性能研究

通过2榀钢骨混凝土柱-钢梁框架的低周反复荷载试验,对钢骨混凝土组合框架的滞回性能、延性、耗能性能、刚度衰减等抗震性能进行研究。并依据JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规程》及YB 9082—2006《钢骨混凝土结构技术规程》计算组合框架的极限承载力。结果表明,钢骨混凝土柱-钢梁框架结构具有良好的抗震性能,两部规程的计算方法均有较高的精度。     

土坯填充墙钢框架抗震性能有限元分析

对一榀钢框架和一榀带土坯填充墙的钢框架进行了ABAQUS有限元分析,得到该体系在低周反复荷载作用下的变形及应力分布情况,并从承载能力、滞回性能、延性、耗能能力等方面与纯钢框架的抗震性能进行对比.结果表明:土坯填充墙钢框架抗侧刚度和承载能力更高,其在墙体开裂前的延性和耗能能力更好,土坯墙退出抗侧工作后,作为主体受力构件的...     

钢管铅阻尼器的性能试验研究

提出一种新型的钢管铅阻尼器,介绍其构造形式、工作机理及特点。设计制作两个钢管铅阻尼器试件,对其进行低周反复荷载试验和有限元模拟分析,研究钢管铅阻尼器的工作性能、耗能能力和破坏特征。研究结果表明:钢管铅阻尼器工作性能和耗能性能稳定;滞回曲线对称且饱满,近似于平行四边形,耗能能力强,屈服后等效阻尼比在0.45~0.50之间;阻尼器能在很小位移下屈服耗能,屈服位移小于1mm,而屈服后的变形能力很强,延性比大于20;钢管中部合理削弱能有效控制阻尼器的应力分布,使得阻尼器的变形和耗能集中在中部,避免阻尼器由于端部连接破坏而使阻尼器过早退出工作。