半刚接钢框架-钢板剪力墙结构滞回性能的有限元分析

为研究半刚接钢框架-钢板剪力墙结构(Partially-restrained Steel Frame Steel Plate Shear Wall)的抗震性能,利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了低周往复荷载作用下梁柱半刚性连接对强、弱框架SPSW结构滞回性能、承载力、刚度、耗能能力的影响.分析结果表明:SPSW结构的滞回曲线具有双重特征,当周边钢框架较强时,滞回曲线趋于饱满;当内填剪力墙板较强时,滞回曲线趋于捏缩.随着节点抗弯承载力的增加,强、弱框架的SPSW结构的滞回性能趋于饱满,耗能能力增强,水平承载力呈增大趋势,但对强框架SPSW结构的影响程度大于弱框架SPSW结构.节点抗弯承载力对强框架SPSW结构的抗侧刚度影响较大,对弱框架SPSW结构抗侧刚度影响相对较小.     

Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架的滞回性能试验

为研究Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架结构的抗震性能,通过对2榀1/3缩尺、单层、单跨损伤的混凝土框架采用Y型偏心钢支撑加固后的低周往复加载试验,系统研究Y型偏心支撑加固震损混凝土框架的滞回性能、刚度退化、延性性能、耗能能力及耗能梁段的剪切变形等。结果表明:Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架具有较高的水平承载力和抗侧刚度,并具有较强的耗能能力。随着耗能梁段腹板高度的增加,加固后试件的水平承载力有所提高,但试件的位移延性和耗能等性能略有劣化。     

双波形钢板剪力墙滞回性能研究

为研究双波形钢板剪力墙的滞回性能,利用有限元软件ABAQUS分别建立单波形钢板剪力墙与双波形钢板剪力墙的有限元模型,对2种波形钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的受力机制及滞回性能进行对比分析,研究了内嵌波形钢板的设计参数对双波形钢板剪力墙滞回性能的影响规律,给出了波形钢板设计参数的取值建议。结果表明:与单波形钢板剪力墙相比,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力及耗能能力均提高,但其延性有一定程度的降低; 内嵌波形钢板的厚度与波形几何尺寸是影响双波形钢板剪力墙滞回性能的关键参数,随着厚度的增大,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度、承载能力、耗能能力及延性均提高; 随着波长的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度提高,但承载能力及耗能能力降低; 随着波幅的增加,双波形钢板剪力墙的抗侧刚度降低,但承载能力及耗能能力均提高。     

开斜槽钢板剪力墙的滞回性能

为寻求适用于自复位结构且具有显著捏缩滞回特征抗侧力部件,对单向斜槽钢板剪力墙(steel plate shear wall with inclined slots,IS-SPSW)、双向IS-SPSW及传统薄钢板剪力墙(traditional thin steel plate shear wall,TT-SPSW)的滞回性能进行了研究。分析了剪力墙板高厚比、跨高比参数对IS-SPSW滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响,对比了双向IS-SPSW与TT-SPSW滞回性能的差异。分析结果表明,随剪力墙板高厚比的增加,单向IS-SPSW的水平承载力、抗侧刚度、耗能能力呈降低趋势。剪力墙板跨高比对单向IS-SPSW的水平承载力影响较大,对其滞回曲线、抗侧刚度及耗能能力几乎无影响。与TT-SPSW相比,对称布置的双向IS-SPSW具有显著捏缩的滞回特征和较高的水平承载力,非常适合作为自复位结构的主要抗侧力构件,可降低对复位部件用量的需求。     

阻尼砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

通过对阻尼砌体填充墙框架、空框架和普通砌体填充墙框架的低周反复加载试验,对比研究阻尼砌体填充墙框架结构的滞回性能、承载能力、变形能力、延性、刚度退化、耗能性能和破坏特征等。结果表明：阻尼砌体填充墙通过砌体单元往复剪切阻尼层参与结构的滞回耗能,具有良好的耗能效果,阻尼砌体填充墙框架结构滞回曲线饱满,耗能能力强,等效黏滞阻尼系数在0.1以上;阻尼砌体填充墙能为框架提供一定的抗侧力和抗侧刚度,但其对框架提供的抗侧刚度和约束效应较普通砌体填充墙大为削弱,避免了框架柱产生剪切破坏;阻尼砌体填充墙框架结构的承载力衰减速率和刚度退化速率明显较普通填充墙框架结构缓慢,极限层间位移角与空框架的基本相同,具有良好的延性和变形能力。     

加固后钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

为研究不同加固方式对混凝土框架结构抗震性能的影响,通过对6榀采用钢支撑和剪力墙加固的单层、单榀混凝土框架试件进行低周反复荷载试验,对比分析不同加固方式下框架结构的水平极限承载力、累积滞回耗能、变形能力和破坏方式等抗震性能。结果表明:采用弱钢支撑加固的混凝土框架试件水平极限承载力和初始抗侧刚度得到一定程度的提高,其水平承载力达到峰值后缓慢下降,试件具有良好的变形能力和耗能能力;采用强钢支撑和混凝土剪力墙加固的混凝土框架试件水平极限承载力和初始抗侧刚度均得到较大程度的提高,由于剪力墙以及强钢支撑加固试件的外框架发生破坏,水平承载力达到峰值后迅速下降,试件变形能力和耗能能力较弱。因此采用强钢支撑加固混凝土框架时,应同时对框架构件进行加固以避免水平荷载作用下构件先于支撑发生破坏,加固后结构不仅具有较高的水平极限承载力和初始抗侧刚度,也具有较好的耗能和变形能力。     

柱脚耗能的连柱钢支撑结构抗震性能分析

为了提高连柱钢支撑结构耗能能力,增加耗能连梁进入塑性的程度,提出在柱脚处设置耗能连梁,形成柱脚可耗能的连柱钢支撑结构形式。设计了柱脚耗能的连柱钢支撑结构试件,采用ABAQUS有限元分析软件,对试件进行低周往复加载,分析耗能连梁长度和支撑跨跨度等设计参数对结构滞回性能的影响。分析结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线以及耗能能力等方面的特征,结果表明:柱脚可耗能的连柱钢支撑结构滞回曲线比较饱满,耗能能力较强,破坏模式是较为理想的。随着耗能连梁长度增加,结构的承载力和刚度下降,结构的耗能能力呈现先增加后降低的趋势,建议耗能连梁长度取值范围(1. 0～1. 51) Mp/Vp,其中,Mp为耗能连梁的塑性抗弯承载力,Vp为耗能连梁的抗剪承载力。随着支撑跨跨度的增加,结构的承载力和刚度以及耗能能力方面都有所增加。     

波纹钢板剪力墙抗震性能试验研究

提出一种新型钢板墙-波纹钢板剪力墙。设计了两个不同形式的波纹钢板剪力墙试件,采用低周往复加载试验,分析二者的破坏形式,对滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度及耗能性能等性能进行了系统的研究。研究表明：两种波纹钢板剪力墙均具有较高的极限承载力及初始刚度;屈曲承载力较高,屈服位移较小,能够较快地进入塑性耗能;滞回曲线较为饱满,不易发生捏缩现象。与横向波纹钢板剪力墙相比,竖向波纹钢板剪力墙的滞回性能及屈服后承载力更加出色。结果表明,在合理的参数设计下,所提出的波纹钢板剪力墙承载力高、耗能性能较强,是一种极具前景的新型抗侧力构件及耗能构件。     

钢框架-蝴蝶形钢板墙的承载力和耗能研究

为研究新型钢框架-蝴蝶形钢板墙结构的层间抗震机理,利用ABAQUS有限元软件建立了3层(包含2个半层不连续布置蝴蝶形钢板墙的钢框架模型。应用上述模型,分析了结构的承载力、抗侧刚度、滞回性能、累积耗能等力学性能。结果表明:蝴蝶形钢板墙能够较好与钢框架协同工作,在为钢框架提供耗能的同时也提供一定的抗侧刚度;随着钢板墙厚度的增加,结构的承载能力和耗能能力都会有不同程度的增加;当框架柱的轴压比增大时,结构的极限承载力会下降。     

水平加劲钢板剪力墙承载性能试验研究

加劲钢板剪力墙结构是一种适合工业化生产的新型抗侧力构件。为考察水平加劲钢板剪力墙的受力性能,分别对两榀1/3水平加劲模型试件进行推覆和低周反复荷载试验,研究水平加劲钢板剪力墙的变形性能,分析结构滞回性能、刚度退化、延性和耗能能力等。研究结果表明:水平加劲钢板剪力墙的抗侧刚度较高、耗能能力好、延性系数大于3、承载力退化缓慢。钢板剪力墙水平加劲肋门槛刚度的确定应基于钢板剪力墙弹塑性分析。     

蝴蝶形钢板墙抗震性能研究

为更加充分利用钢材屈服耗能,同时降低带缝钢板墙在开缝端部应力集中以及受力不利因素等引起的低周疲劳影响,提出一种新型蝴蝶形钢板墙作为耗能构件,并为整体结构提供一定的抗侧刚度。通过简化假定建立钢板墙初始水平刚度并利用Abaqus有限元软件验证了初始理论公式的合理性。以蝴蝶杆高厚比和蝴蝶杆宽厚比作为主要参数,进行了滞回性能的分析。研究结果表明:随着蝴蝴蝶杆高厚比的减小,承载力和弹性初始刚度都有所增加,钢板墙的滞回曲线趋向饱满,耗能性能逐渐增强;宽厚比减小时,承载力和弹性刚度都有不同程度的减小,等效黏滞阻尼比较大,耗能性能增加;当宽厚比为150/8时,钢板墙基本满足在2%弹塑性层间位移角限制前充分耗能,2%以后捏缩耗能,并且捏缩后承载力降低,有效减少对框架梁的作用,从而保护主体框架,此外,研究也表明初始缺陷幅值较小时,承载力所受的影响也较小。     

波形钢板阻尼器的理论分析及数值模拟

设计了一种新型波形钢板阻尼器,在简述其构造特点及耗能机理的基础上,用有限元分析软件ABAQUS对阻尼器进行了数值模拟,研究阻尼器的耗能、变形能力、延性性能,以及阻尼器的波形腹板和波形翼缘板的厚度、横截面几何尺寸对阻尼器的承载力、变形能力、延性性能、耗能能力的影响,对比分析阻尼器的滞回曲线、骨架曲线、延性系数以及等效黏滞阻尼比等参数。分析结果表明:波形钢板阻尼器的初始刚度高、屈服位移小,且具有良好的滞回耗能能力和变形能力;随着阻尼器波形腹板和波形翼缘板的厚度的增加,其承载力、变形能力以及延性性能提高显著;波形腹板横截面尺寸的增加也可适当提高其承载力、变形能力和延性性能。     

蜂窝钢板剪力墙抗震性能研究

利用ADINA有限元软件,采用有限元数值模拟的方法分析在低周往复荷载作用下蜂窝钢板剪力墙结构的抗震性能。通过改变开孔位置、开孔率、高厚比和轴压比等参数,研究其对蜂窝钢板剪力墙结构滞回和耗能性能的影响,并绘制骨架曲线研究其对蜂窝钢板剪力墙结构水平承载力和抗侧刚度的影响。结果表明:当开孔率一定时,钢板上开孔应避开对角线,开孔宜在板上交错分布,不宜按顺序集中分布;随着开孔率、高厚比和轴压比的增大,蜂窝钢板剪力墙的耗能能力、抗侧刚度和极限承载力均有所降低。     

基于等效拉杆模型的薄钢板剪力墙结构滞回性能分析

为了系统研究多层薄钢板剪力墙(SPSW)结构的抗震性能,利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了在低周往复荷载作用下内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢梁刚度、钢柱刚度、柱中轴力等参数对SPSW结构滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响.结果表明:等效拉杆模型可以较好地模拟薄钢板剪力墙结构的滞回性能,内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢柱刚度对SPSW结构的抗震性能影响较大,钢梁刚度及柱中轴力对SPSW结构的抗震性能影响较小,但柱中轴力较大时,会导致结构过早失效.     

钢支撑束柱抗震性能试验研究

通过试验和有限元理论对比研究了钢支撑束柱的抗震性能和破坏特性。试验模型采用2层钢支撑束柱构件,其中钢支撑为长肢相并的双角钢支撑。试验共分为3组,1组为单调加载试验,另外2组为滞回性能试验。另对钢支撑束柱的抗震性能进行了有限元理论分析,经试验结果验证,得到了钢支撑束柱试件的抗侧承载力、刚度及滞回性能。研究表明,钢支撑束柱的承载力、刚度主要来自钢支撑,而束柱外框架部分的贡献很小。钢支撑束柱的破坏只发生在钢支撑中,外框架部分没有任何损坏。     

偏心支撑钢框架可替换剪切连接件试验研究

将偏心支撑钢框架中的耗能梁段从框架梁中分离,作为可替换剪切连接件,不仅能达到将结构塑性变形集中于耗能梁段区域的目的,也能实现震后损坏耗能梁段易于替换的目标。为此,对9根不同参数的可替换剪切连接件进行循环加载试验,并对剪切连接件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、塑性转角及刚度退化等进行分析。结果表明：可替换剪切连接件的滞回曲线饱满,性能稳定,塑性转角均满足对于耗能梁段极限塑性转角大于0.08rad的限值要求,具有良好的塑性性能,满足罕遇地震作用下的变形要求;承载能力和初始刚度随着长度、加劲肋间距的减小而增大;有焊接工艺孔的连接件刚度退化更加明显,塑性性能得到充分发挥,耗能能力良好;通过参数分析发现截面尺寸、长度比、加劲肋间距及焊接工艺孔构造等是影响剪切连接件抗震性能的主要因素。     

几何参数变化对钢筋混凝土深梁滞回性能的影响

钢框架内填钢筋混凝土深梁是一种新型的高层结构抗侧力体系。应用ANSYS程序分析了高跨比、厚度变化对钢筋混凝土深梁滞回性能的影响。研究结果表明,钢框架内填钢筋混凝土深梁随着几何参数变化,可以实现宽范围的刚度渐变调幅,其极限承载力、延性及耗能能力均发生变化。通过对比分析不同几何参数的钢筋混凝土深梁在反复荷载下的滞回性能,建议采用高跨比为1.5的钢筋混凝土深梁。研究成果可以应用于新建框架结构、建筑结构改造、加固与修复。     

钢板带加固砖填充墙RC框架抗震性能试验研究

为研究钢板带加固砖填充墙RC框架的抗震性能,设计了缩尺单层单跨的纯RC框架1个、砖填充墙RC框架1个以及钢板带加固砖填充墙RC框架2个,考虑砂浆强度的影响,并对钢板带施加一定的预应力。基于低周往复荷载试验,对比分析了不同类型框架的破坏过程、滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性和耗能能力。结果表明：钢板带加固砖填充墙RC框架可提高其承载力与耗能能力,但位移延性系数略有下降;钢板带加固基本不影响砖镇充墙RC框架的初始抗侧刚度,但是在层间位移角为1/100~1/50时,割线刚度可以提高24.6%~31.9%;螺栓孔对水平灰缝的削弱会影响填充墙的破坏形态;砂浆强度的提高会增加钢板带加固砖填充墙RC框架的初始抗侧刚度、峰值荷载与耗能能力。此外,提出了预应力钢板带加固砖填充墙RC框架的水平承载力计算方法,具有较好的预测精度。     

钢板-砖砌体组合框架抗震性能试验研究

为了研究钢板-砖砌体组合框架的抗震性能,制作了2榀缩尺比例为1∶2的单层单跨组合框架,考虑竖向压应力水平分别为0.1和0.2,进行低周往复荷载试验。根据试验结果,分析其破坏特征,研究其滞回曲线、骨架曲线、承载力、承载力退化、刚度退化、延性和耗能能力等受力性能。结果表明：钢板-砖砌体组合框架的破坏特征主要表现为梁端与柱脚处钢板的局部屈曲、焊缝撕裂与砖砌体压碎;竖向压应力水平在0.2以下时,其对钢板-砖砌体组合框架的刚度退化、承载力尚未构成显著影响,但已经对承载力退化、延性与耗能能力产生较明显的影响;钢板-砖砌体组合框架屈服后延性好,滞回曲线饱满,具有较好的抗震耗能能力。     

交叉型防屈曲钢板剪力墙滞回性能有限元研究

交叉型防屈曲钢板剪力墙是装配式构件中一种新型抗侧力体系。通过有限元软件ABAQUS建立交叉型防屈曲钢板剪力墙的有限元模型进行数值模拟,研究不同参数包括构件长高比、内嵌钢板高厚比、框架柱刚度、初始缝隙对该新型抗侧力构件滞回性能的影响。研究结果表明:所建立有限元模型能较好地模拟交叉型防屈曲钢板剪力墙的抗侧力性能,承载力随着构件长高比、框架柱刚度的增大而增大;随着内嵌钢板高厚比、构件初始缝隙的增大,构件承载力减小。