不同SCED参数下自复位耗能摇摆柱的滞回性能分析

自复位耗能摇摆柱由摇摆柱、四根小型自复位耗能支撑(SCED)和预埋连接件构成。SCED对自复位耗能摇摆柱的耗能性能有重要作用,因此,研究SCED的不同参数是有必要的。利用Open Sees软件建立自复位耗能摇摆柱的有限元模型并进行了不同SCED参数下的滞回性能分析。分析表明:在几个关键参数进行一定幅度的调整时,自复位耗能摇摆柱仍具有良好的自复位性能;SCED的第一刚度对自复位耗能摇摆柱的抗侧承载力和耗能性能影响较小;随着第二刚度、摩擦力及初始预应力的增大,其承载力和耗能能力也增大。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能，以扭弯比、轴压比为变化参数，设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态，得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线，以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据，分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明：低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏，滞回曲线呈捏拢的S形，随着扭弯比的增大，柱根部压碎区高度变小，翼缘裂缝发展更为完善，纵筋应力增大，箍筋应力减少，开裂荷载和受扭承载力均有提高，试件扭转延性提高但位移延性降低，初始刚度较小且退化更为平稳；而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关，轴压比越大，受扭承载力越大，弯曲刚度提高；试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0.08~0.28之间，扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0.13~0.23，试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变，L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

形状记忆合金滑动摩擦阻尼器自复位支撑受力性能研究

当设置SMA滑动摩擦阻尼器延展为自复位支撑时，连接的刚度可能影响支撑的力学性能，支撑可能会出现面内旋转和整体失稳。为检验由形状记忆合金滑动摩擦阻尼器和钢管串联而成的自复位支撑能否实现预期的滞回性能，针对支撑的轴向刚度、转动刚度和稳定性进行理论分析。通过往复加载试验获得了形状记忆合金棒的滞回曲线和摩擦机制的动摩擦系数。制作了1个1/3缩尺的支撑试件，并进行了拟静力试验和频率为1.0 Hz的动载试验，结果表明，轴向荷载作用下，支撑的荷载-位移滞回曲线呈光滑稳定的旗帜形，展示出优越的自复位能力和良好的耗能能力。基于滞回曲线，分析了支撑的承载力、割线刚度、耗散能量和等效黏滞阻尼比等滞回性能参数，发现其等效黏滞阻尼比可达16%。建立了支撑的三维有限元模型，数值模拟与试验数据吻合良好。通过数值模拟对钢管的轴向刚度予以分析，发现当钢管的轴向刚度降低至文中基准模型刚度的20%时，可能导致钢管屈服和支撑整体失稳。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比为变化参数,设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态,得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线,以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据,分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明:低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏,滞回曲线呈捏拢的S形,随着扭弯比的增大,柱根部压碎区高度变小,翼缘裂缝发展更为完善,纵筋应力增大,箍筋应力减少,开裂荷载和受扭承载力均有提高,试件扭转延性提高但位移延性降低,初始刚度较小且退化更为平稳;而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关,轴压比越大,受扭承载力越大,弯曲刚度提高;试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0. 08～0. 28之间,扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0. 13～0. 23,试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变,L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

摩擦耗能型摇摆柱节点抗震性能研究

基于可恢复功能的概念,提出了一种摩擦耗能型摇摆柱节点。阐述了该节点的构造形式并研究了其抗震性能。通过试验和数值模拟,分析了轴压比、弹簧刚度等参数对节点抗震性能的影响及节点在余震和修复情况下的韧性。研究结果表明,在±3%层间位移角内,节点呈现出低损伤特性,摇摆柱始终保持弹性。在轴向力作用下,滞回曲线呈明显的“旗帜形”,节点具有良好的自复位性能,最大残余转角仅为0.23%。通过重新拧紧螺栓,节点性能即可恢复至震损前水平,实现抗震韧性。弹簧刚度的增大可以显著提高节点的抗弯承载力;增大轴压比可以提高节点的“屈服”弯矩和极限弯矩。在轴向力作用下节点属于典型的半刚性连接,并确定了节点初始转动刚度的取值范围。针对该节点提出了一个简化的恢复力模型,理论结果与试验结果吻合度较好,为进一步对整体结构进行分析和设计奠定了基础。     

圆端形截面钢管混凝土柱抗震性能研究

圆端形截面钢管混凝土柱已被应用于抗震设防区的结构中。为了研究轴压比及高宽比对该类组合柱抗震性能的影响规律,进行了12根圆端形截面钢管混凝土柱的滞回试验。试验结果表明：和矩形钢管混凝土柱相比,圆端形截面钢管混凝土柱的破坏程度更轻,滞回曲线更饱满,变形能力、延性和耗能能力更高;柱承载力、刚度、耗能能力随着高宽比的增大而提高,但延性随之降低;高宽比对刚度退化速率和阻尼比的影响较小。建立了圆端形截面钢管混凝土柱的有限元模型,对比得到有限元模拟骨架曲线和实测结果吻合较好。采用经验证的有限元模型开展了圆端形截面钢管混凝土柱的参数分析,主要影响参数包括材料强度、含钢率、轴压比、长细比和高宽比。参数分析结果表明：圆端形截面钢管混凝土柱的承载力和刚度随着高宽比的增大而增大,但延性随之降低;当钢材屈服强度由235 MPa增大到700 MPa时,承载力提高了89.1%;当含钢率由0.05增大到0.2时,承载力提高了146%;当长细比由20增大到100时,承载力降低了88.3%;当轴压比由0.01增大到0.8时,承载力降低了61.2%;当高宽比由1提高到3时,承载力提高了215.3%。基于圆钢管混凝土恢复力模...     

高温后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

对5个高温后型钢混凝土柱试件和3个常温下对比柱试件进行低周反复加载试验,研究高温后型钢混凝土柱的承载力和抗震性能。由试验获得了高温后型钢混凝土柱的破坏形态和滞回曲线,分析了剪跨比、轴压比、受火时间对高温后型钢混凝土柱滞回特性、延性、耗能能力、承载力及刚度退化的影响。结果表明：高温后剪跨比为1.5的型钢混凝土柱的破坏形态与常温下基本相同,剪跨比为2.5的型钢混凝土柱的破坏形态则发生明显变化,常温下发生弯曲型破坏的柱在高温后往往发生黏结破坏。与常温下的型钢混凝土柱相比,高温后型钢混凝土柱的滞回曲线更加饱满、骨架曲线的上升段和下降段更为平缓、位移延性系数略有增大、耗能能力更强。高温后型钢混凝土柱的延性、耗能能力与剪跨比、轴压比密切相关。位移延性系数随剪跨比的增大而增大,随轴压比的增大而减小;剪跨比越大,破坏时的等效阻尼比越大。经历高温作用后,型钢混凝土柱的刚度和承载力退化显著,初始刚度退化程度随剪跨比的增大而减小,屈服后刚度和受剪承载力退化程度随剪跨比的增大而加大。提出了火灾高温后型钢混凝土柱受剪承载力计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

新型柱中螺栓连接预制柱抗震性能数值分析

设计了一种新型柱中螺栓连接预制柱,通过拟静力试验和数值模拟对比分析其滞回曲线特性来验证数值模拟方法的有效性。采用相同数值模拟方法,以对比试验所建模型为基础,设计了不同轴压比下的预制柱模型3个、提高下半部柱混凝土强度等级的预制柱模型2个、现浇柱模型1个。通过分析各模型的承载力、刚度、位移延性系数、耗能等参数指标,对比其抗震性能的差异。结果表明:随着轴压比逐渐增大,预制柱的极限承载力有所提高,耗能能力增强,但刚度退化速率变快,位移延性性能变差;当轴压比相同时,提高下半柱混凝土强度等级,构件极限承载力提高,刚度增大,但延性性能变差,耗能能力减弱;在轴压比相同的条件下,预制柱的抗震性能与现浇柱基本等同。     

加设自复位支撑冷弯型钢龙骨剪力墙滞回性能研究

为改善冷弯型钢龙骨剪力墙的抗震性能,提出一种自复位耗能支撑,并对其构造和工作原理进行介绍。通过建立有效的有限元模型,提出了自复位耗能支撑的简化模拟方法。将有、无加设支撑的冷弯型钢剪力墙的滞回曲线进行对比,并对自复位耗能支撑进行变参分析,考察预压力、碟簧刚度和摩擦力对墙体抗震性能的影响。结果表明：加设自复位耗能支撑可以提高墙体的承载力,增强墙体耗能能力和延性,减少结构的残余变形,提高抗震性能;墙体的残余变形随碟簧刚度和预压力增大而减小,随摩擦力增大而增大。     

高强冷弯矩形钢管混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

基于试验结果,采用OpenSEES有限元软件模拟高强冷弯矩形钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下抗震的受力全过程。分析试验构件的滞回性能,并基于纤维模型理论数值计算方法对高强矩形冷弯钢管混凝土的骨架曲线进行理论计算。探讨了截面长宽比、钢管的宽厚比、轴压比对高强冷弯矩形钢管混凝土柱的力学性能的影响。结果表明:采用Open SEES计算得到的滞回曲线、骨架曲线与试验实际滞回曲线、骨架曲线吻合较好;在一定范围内,高强冷弯矩形钢管混凝土柱的截面长宽比越小,其水平承载力和刚度越大;钢管宽厚比减小可有效提高高强冷弯矩形钢管混凝土柱的水平承载力和刚度;轴压比越小,高强冷弯矩形钢管混凝土柱水平承载力越高且延性越好。     

基于SMA装置的框架-受控摇摆墙结构抗震性能试验研究

该文提出一种新型的框架-受控摇摆墙结构实现形式,由SMA装置代替传统的预应力筋实现摇摆墙体的受控约束,在墙体与基础之间安装V形铰接支座实现墙体的摇摆及提供竖向支撑,并在墙体与框架柱间安装耗能连接件增强摇摆结构的耗能能力。通过一个对比框架试件和一个基于SMA装置的框架-受控摇摆墙试件的低周往复试验,对比研究所提出的新型结构形式的抗震性能、破坏模式和自复位特性。试验结果表明：基于SMA装置的框架-受控摇摆墙结构的刚度和承载能力得到显著提高,提高幅度分别达到150%和103%;耗能连接件有效地发挥延性变形特性,使结构的滞回耗能能力显著提高,提高幅度达到183%,有效地减轻主体结构梁端、柱端以及梁柱节点区的损伤;所研发的SMA装置有效地实现了预设的工作机制,为摇摆墙体的自复位提供了恢复力;摇摆墙、耗能连接件和SMA装置的参数匹配还需进一步深入研究。     

SMA节点自回复性能的有限元研究

已有研究显示,角钢尺寸对SMA节点滞回耗能和自回复性能有很大的影响,施加初始预应变可以显著改善节点小变形下的力学行为。为了进一步讨论螺杆预应变和角钢尺寸对SMA节点自回复性能的影响,分别以螺杆预应变、角钢承载力比为参数设计了一系列SMA节点,采用ANSYS14.5对上述节点进行有限元模拟,并分别从刚度、强度、延性、滞回耗能和自回复性能等五个方面讨论螺杆预应变和角钢承载力比对SMA节点抗震性能的影响。有限元结果表明:SMA节点残余层间位移角和滞回耗能量均与角钢承载力比近似呈线性关系;施加初始预应变可以明显改善节点初始刚度、提高节点极限承载力和自回复性能,但不能保证节点在大层间位移角下的延性。     

附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点 动力循环加载性能分析

进行了4个附设黏滞阻尼器及2个未附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点在动力循环荷载作用下的试验研究,获得其荷载-位移滞回曲线,分析其延性、耗能能力等力学性能。结果表明：附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点试件滞回曲线饱满,延性及耗能性能良好。基于试验研究结果,采用ABAQUS软件建立三维有限元模型,对试件进行数值模拟分析,研究附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点的承载力、延性等性能;非线性模拟分析得出的结果与试验实测结果吻合较好。在此基础上对该类构件进行参数分析,研究轴压比、混凝土强度、方钢管屈服强度、阻尼器关键参数等对其力学性能影响。结果表明：随混凝土强度、方钢管屈服强度、阻尼系数提高,试件承载能力逐渐增大;随轴压比及混凝土强度增大,试件的承载力虽有提高,但试件延性逐渐降低;提高方钢管屈服强度,试件延性增大;随着阻尼指数的增大,试件的承载力和位移延性呈现出先上升后下降的特征。表明要提高附设黏滞阻尼器试件的抗震性能,应合理选择黏滞阻尼器的性能参数。     

增设翼墙加固钢筋混凝土柱受力性能分析

为了研究轴压比、翼墙厚度对增设翼墙加固的钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下受力性能的影响,在考虑加固柱的二次受力特性的前提下,采用数值模拟的方法分析加固柱的荷载位移滞回曲线和骨架曲线.结果表明:随着轴压比的增大,加固柱承载力、刚度增加,延性降低;翼墙厚度的变化对加固柱的承载力影响较小,但能够提高柱的耗能能力.     

空腹式型钢混凝土异形柱中框架拟静力试验及有限元分析

通过1榀缩尺比为1/2.5的两跨三层的空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架在水平反复荷载作用下的试验研究,获得其荷载-位移滞回曲线及最终破坏形态,分析其结构延性、层间位移角及耗能性能。结果表明,空腹式SRC异形柱中框架滞回曲线饱满,弹塑性层间变形能力强,延性及耗能能力良好。基于试验研究结果,采用ABAQUS软件对该结构进行了非线性有限元分析,研究空腹式SRC异形柱框架的承载力、刚度退化以及出铰机制。有限元分析得出的结果与试验实测结果吻合较好;在此基础上对该结构进行参数分析,研究轴压比、混凝土强度、型钢屈服强度、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比以及梁柱屈服弯矩比等参数对其力学性能的影响。结果表明：增大混凝土强度、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比以及梁柱屈服弯矩比,能够提高结构的水平承载力和弹性刚度,但对结构延性的影响不大;随着轴压比和型钢屈服强度的增大,结构弹性刚度均变化不大,但增大轴压比,结构水平承载力和延性均降低,增大型钢屈服强度,能够同时提高结构水平承载力和延性。     

双金属复合管混凝土构件受弯滞回性能研究

在不锈钢(外)-碳素钢(内)双金属复合管内填入混凝土所形成的双金属复合管混凝土(CFBT)构件，具有良好的受力性能和耐腐蚀性。为研究CFBT构件在低周往复荷载作用下的弯曲滞回性能，开展了3个CFBT试件和1个传统碳素钢管混凝土(CFST)试件的加载试验和有限元模拟，分析不同混凝土强度条件下试件的破坏形态、荷载-变形滞回曲线、骨架曲线、承载力和刚度等受力性能。研究结果表明：往复荷载作用下CFBT受弯构件的变形和破坏特征与CFST受弯构件相似，最终均呈现为底梁附近钢管局部鼓曲、对应位置的内填混凝土压溃破坏；所有构件的弯曲滞回曲线饱满，无明显捏拢和退化现象，表明双金属复合管与内填混凝土能有效共同工作，使整体构件具有良好的承载力和滞回耗能能力；内填混凝土的强度对CFBT构件受弯承载力和滞回性能的影响不显著；在常用金属材料强度范围内，双金属复合管的不锈钢与碳素钢材料厚度比对CFBT受弯构件的受力性能无明显影响；增大碳素钢的强度或提高含钢率可有效提高CFBT受弯构件的受弯承载力。利用现有的CFST受弯构件计算模型可较好预测相同几何和材料参数条件下CFBT构件的受弯承载力。     

内藏钢板支撑预应力自复位剪力墙抗震性能研究

内藏钢板支撑预应力自复位剪力墙,由钢筋混凝土端柱、底部开水平短缝无粘结预应力自复位剪力墙体、两侧钢筋混凝土空心墙体、空心墙体内藏X型钢板支撑等构件组成。为探究该类剪力墙的抗震性能,设计一个试件进行低周往复加载试验,得到了试件的破坏形态、承载力、滞回曲线、刚度退化、耗能等,并采用有限元软件ABAQUS对试件进行数值模拟。试验结果表明:破坏集中在混凝土端柱塑性铰区,墙身损伤较小,预应力筋能够提供自复位能力,试件具有较高的水平和竖向承载力。ABAQUS软件数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

自复位Y型偏心支撑钢框架结构滞回性能的参数分析

通过将传统Y型偏心支撑中耗能梁段制作材料更换为形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA),提出了一种具有自复位功能的新型Y型偏心支撑钢框架结构。为研究此新型自复位结构的滞回性能,采用ANSYS软件建立精细化有限元模型,并进行数值分析。通过改变钢柱截面、钢梁截面、耗能梁段腹板厚度、耗能梁段长度及支撑截面尺寸,设计了5组11个自复位Y型偏心支撑钢框架结构,考察了各参数对其自复位性能及滞回性能的影响。研究发现钢柱截面及耗能梁段腹板厚度对结构承载力、初始刚度影响显著;钢梁截面、耗能梁段长度及支撑截面尺寸对承载力、初始刚度有一定影响。此外,随着SMA耗能梁段水平剪力承担比例的增加,结构复位效果显著提高。     

火灾后十字形型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究分析火灾后十字形型钢混凝土柱的力学性能,以是否受火以及轴压比两个变化因素,设计3根受火和1根未受火的型钢混凝土十字形柱并进行低周反复荷载试验。受火试验后,对十字形柱的滞回曲线、位移延性系数、骨架曲线等力学性能进行分析。试验结果表明:十字形型钢混凝土柱在轴压比不同时表现的破坏形态不同,构件的破坏形态随轴压比的增加发生了由剪弯破坏到弯曲破坏再到剪切破坏的过程;较未受火试件,火灾对十字形型钢混凝土柱的材料力学性能造成损伤,试件耗能能力降低,水平极限承载力明显下降,同时试件的刚度退化也比较严重;在一定范围内提高轴压比,十字形型钢混凝土柱耗能能力增大,其延性系数减小,同时增大轴压比能够有效地提高试件的极限承载力、增大试件的刚度。     

初始扭矩下全装配预应力混凝土梁端界面弯扭性能试验研究

为了研究初始扭矩作用下全装配预应力混凝土矩形截面梁端界面的弯扭性能,设计了2组共8个不同配筋及不同初始扭矩的装配式预应力混凝土梁柱边节点,并对其进行拟静力试验。对比研究梁端的受扭变形和承载力、裂缝分布特征以及受弯滞回性能等。结果表明：屈服位移角后,随着位移角增加,梁端界面耗能钢筋屈服耗能,受压区高度减小,界面受扭承载力降低,界面受扭承载力主要由界面预应力筋作用下的静摩擦力承担;界面抗扭失效后的扭转变形不可恢复,扭转变形随着位移角的逐级循环加载而累积增加;扭弯比为0.02、0.04和0.06的扭矩作用时,抗扭失效后的扭转变形导致耗能钢筋剪弯变形,其对极限位移角下的梁端受弯滞回性能和自复位性能有不利影响,但影响较小;增加耗能钢筋配筋量不能有效提高节点屈服后的界面受扭性能,增加预应力筋配筋量能提高极限位移角下的界面受扭承载力,但承载力较低。