带耗能钢板的自复位方钢管混凝土框架抗震性能研究

为了减小“梁增长”现象对自复位框架的影响,提出一种自复位方钢管混凝土框架,该框架由钢管混凝土柱、钢梁及带耗能钢板的自复位梁柱节点组成。对3榀1/3比例的自复位方钢管混凝土框架进行低周往复荷载试验,研究其自复位性能和抗震性能。利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值分析,并验证了有限元模型的准确性,同时构建足尺模型研究了钢绞线初始预拉力和耗能钢板耗能段截面积对自复位框架性能的影响。结果表明：加载至2%层间位移角时,自复位框架表现出较好的自复位能力和耗能能力;增大钢绞线初始预拉力,结构承载能力与耗能能力增强,自复位能力先增强后减弱;增大耗能钢板耗能段截面积,结构的承载力随之增大,残余变形亦增大,自复位能力减弱。     

钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构滞回性能研究

钢板剪力墙具有承载力高、延性好、耗能能力强等优点,将抗震性能优越的钢板剪力墙用于钢管混凝土框架中形成钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构体系。对这种组合结构体系和钢管混凝土框架在滞回荷载作用下的性能进行试验研究,研究结构体系的承载力、延性和耗能能力等指标,分析钢板剪力墙对结构体系的承载力和耗能能力的提高幅度;同时采用有限元软件分析结构体系的性能,有限元计算结果和试验结果吻合较好,验证有限元分析模型的正确性。研究结果表明:钢板剪力墙具有较高的承载力、良好的延性和优越的耗能能力,和钢管混凝土框架具有良好的协同工作性能,钢板剪力墙的存在显著提高结构体系的承载力和耗能能力;在该文分析的结构体系中采用混合杆系模型可以较好模拟钢板剪力墙的滞回性能,结构体系分析模型也为钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构体系在实际工程中的应用提供参考。     

方钢管混凝土框架内置十字加劲薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

为了研究方钢管混凝土框架内置十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,分别对1/3缩尺比的单跨两层方钢管混凝土框架内置十字加劲薄钢板剪力墙和方钢管混凝土框架内置非加劲薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,得到了方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标等,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等性能。结果表明:方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙具有较高的承载能力、抗侧刚度、良好的延性及耗能性能;十字加劲肋的设置降低了薄钢板墙的高厚比,有效抑制了薄钢板墙的面外变形,改善了薄钢板墙的受力性能,提高了其强度和刚度。     

方钢管混凝土框架-中间开洞薄钢板剪力墙的力学性能研究

进行了一榀1/3比例单跨两层方钢管混凝土框架-中间开洞薄钢板剪力墙的低周反复荷载试验,研究了钢板剪力墙中间开洞对方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙抗震性能的影响。利用有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土框架-中间开洞薄钢板剪力墙进行了数值分析,研究了钢板剪力墙开洞位置、洞口宽度比、钢板剪力墙厚度以及加劲肋等对其力学性能的影响。结果表明:开洞位置的变化对结构影响很小;增大钢板剪力墙洞口宽度比降低了结构的承载能力和初始刚度;增大钢板剪力墙厚度提高了结构的承载能力和初始刚度;通过在洞口周边设置加劲肋,减小了钢板剪力墙的高厚比,减弱了钢板剪力墙对竖向边缘构件的影响。     

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构水平承载力研究

为研究方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构的抗震性能和水平承载力,进行了一榀缩尺比为1∶3的2层单跨方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构的拟静力试验,得到了其破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等。利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值模拟,分析了方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能、受力机理和破坏机制。基于试验和数值模拟结果,结合理论研究,提出了方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙的水平承载力的计算式,并将其计算结果与试验、数值模拟结果进行对比。结果表明：方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙具有较高的水平承载力、初始刚度及良好的延性和耗能能力,水平承载力计算式的计算结果与试验、数值模拟结果吻合较好。     

带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为减小耗能部件对自复位性能的影响,提出一种带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱 钢梁节点。对4个2/3缩尺比例的自复位节点试件进行了拟静力试验,研究钢绞线初始预应力、耗能钢棒直径及是否布置楔形装置对节点受力性能、自复位性能和抗震性能等的影响。结果表明：在梁端往复荷载作用下,各试件的滞回曲线均为典型的“双旗帜”形,具有良好的自复位性能和耗能能力。加载过程中,仅耗能钢棒进入塑性,主体构件及钢绞线均保持弹性。震后仅需更换耗能钢棒并调整楔形装置位置即可快速恢复使用功能。增加钢绞线初始预应力可以显著提高节点的承载力;增大耗能钢棒直径明显提高了节点的承载力和耗能能力;设置楔形装置可以显著提高节点的耗能能力。提出了带楔形装置自复位节点的简化恢复力模型,简化恢复力模型与试验滞回曲线吻合较好。     

带装配式MDW混凝土框架抗震性能研究

为研究带装配式金属消能减震复合墙板(metal energy dissipation composite wallboard,MDW)混凝土框架的抗震性能,基于有限元数值分析软件ABAQUS建立了10榀单层单跨带装配式MDW混凝土框架试件的有限元模型,分别研究耗能钢板厚度、墙板厚度及墙板间距等参数对试件抗震性能的影响,并将空框架数值模拟结果与已有相关试验结果进行对比验证,以确定数值仿真分析的正确性。研究结果表明:增加耗能钢板厚度能够明显提高试件的滞回性能、初始刚度、承载力,耗能钢板厚度过大的试件框架梁两端弯矩差值较大;增加墙板厚度,试件的初始刚度略有增加,墙板厚度变化对试件的抗震性能影响较小;随着墙板间距的增加,试件的耗能能力、初始刚度及承载力有所降低,延性略有提高。     

装配式轻型钢管混凝土框架-不同构造内藏钢板组合墙结构抗震试验

为提高村镇住宅的抗震性能,提出了一种装配式轻型钢管混凝土框架-内藏钢板组合墙结构。该结构由轻型钢管混凝土框架和内藏钢板组合墙组成。为研究不同构造内藏钢板组合墙对该结构抗震性能的影响,进行了4个足尺试件的低周反复荷载试验,比较了试件破坏特征、承载力、滞回性能、刚度退化、耗能能力等。采用“混合拉-压杆模型”对内藏钢板组合墙进行简化,并基于OpenSEES软件对轻型钢管混凝土框架-内藏钢板组合墙结构进行推覆模拟。研究表明：内藏钢板组合墙可显著提高钢管混凝土框架的承载力;钢筋暗支撑提高了内藏钢板组合墙的承载力,减缓了刚度退化并增加了耗能能力;“混合拉-压杆模型”较好地考虑了内藏钢板混凝土组合墙的受力特性,计算结果与试验结果吻合较好,可用于此类组合墙受力分析。     

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对3个单跨两层1∶3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行了低周反复荷载试验,研究了十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,并与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙比较。对比了框架梁柱内隔板式节点与穿芯高强螺栓-端板节点对结构性能的影响。得到了方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标等,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能。结果表明,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有良好的抗震性能;十字加劲肋限制了薄钢板剪力墙的面外变形,提高了其承载力与耗能能力,但对整体刚度影响较小;穿芯高强螺栓-端板节点提高了结构的承载力与刚度。     

外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚抗震性能试验研究

外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚是一种便于钢绞线张拉和耗能部件更换的自复位柱脚节点。根据钢绞线与防屈曲钢板(BRS板)布置方式的不同,将自复位柱脚分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型,以适应平面和空间复位模式。通过3个3/4比例的Ⅰ型自复位柱脚的低周往复荷载试验,研究初始预应力、轴压比对柱脚承载能力、自复位性能和抗震性能等的影响。结果表明：在竖向荷载和水平往复荷载的共同作用下,外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚的滞回曲线为典型的“双旗帜”形,该柱脚具有良好的自复位能力和耗能能力;加载至4%侧移角时,柱和钢绞线仍保持弹性,仅BRS板进入塑性状态,因此通过更换BRS板可以实现震后的快速修复;增大轴压比和钢绞线初始预应力,可有效提高柱脚的承载力,增大自复位能力,变形能力和耗能能力减小。所提出的自复位柱脚弯矩计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

变轴力钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究地震作用下轴力变化对圆截面钢管混凝土框架柱抗震性能的影响,采用子结构拟动力试验方法进行了4个水准地震作用下的框架结构拟动力试验。试验程序利用有限元程序OpenSees进行数值计算,并与拟动力试验控制系统实现数据实时交互传递。建立了一个4层钢管混凝土框架模型,将首层钢管混凝土柱作为试验子结构进行变轴力作用下钢管混凝土柱抗震性能试验。分析轴力变化对钢管混凝土柱滞回特性、耗能能力、塑性变形等性能的影响,并对比研究地震作用对边柱与角柱的影响。试验结果表明:地震作用下框架柱的轴力会发生较大变化;轴力变化导致钢管混凝土框架柱滞回曲线"捏缩效应"更加明显,塑性铰区域塑性变形累积增长较快、局部屈曲提前出现;与定轴力作用相比,变轴力下框架柱耗能能力受到削弱,抗震性能降低。     

钢管型钢再生混凝土柱钢梁框架-混凝土核心筒结构抗震性能研究

钢管型钢再生混凝土框架是钢管混凝土框架-核心筒结构的重要组成部分,主要承担竖向荷载。在强震作用下,钢管型钢再生混凝土框架也需要抵抗极大部分的水平荷载,其抗震性能在整体结构的抗震性能中起着很大的作用。为了系统地分析钢管型钢再生混凝土框架-混凝土核心筒结构的抗震性能,对一榀钢管型钢束再生混凝土框架以及增加核心筒剪力墙的一榀框架-剪力墙平面结构进行抗震性能研究,研究其滞回、延性、刚度、耗能等抗震性能。     

消除框架扩展的自复位钢板剪力墙—钢框架结构抗震性能研究

普通后张拉节点(posttensioned connenction,以下简称PT节点)自复位钢板剪力墙-钢框架结构由于框柱绕梁上下翼缘转动,形成开口,导致框架"扩展",因而转动会受到框架柱以及楼板的约束,影响此节点的性能。文章采用NewZBREAKSS节点,使得框架柱只绕梁上翼缘转动,从而解决上述诸多不利影响。为深入研究NewZ-BREAKSS节点自复位钢板剪力墙钢结构的抗震性能,利用有限元软件ANSYS,分别对不同厚度的内填钢板的1组试件进行模拟,对其受力分析、滞回性能、耗能能力、复位能力等进行了理论分析。分析表明:该节点形式的自复位钢板剪力墙-钢框架结构可以基本上消除了框架"扩展"现象,改善了节点区受力状态,同时便于梁与楼板的连接;节点局部及梁跨中锚固处强度不足会导致局部变形进而造成钢绞线预应力损失,影响复位性能;随着内填钢板厚度的增加,整体结构的承载力和耗能能力大幅提高,但是复位性能会降低。     

两边连接钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构#br# 抗震性能研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和端板组成框架,薄钢板剪力墙与钢梁采用两边连接方式,形成钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构。为获悉两边连接钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架的抗震性能和破坏机理,对2榀2层单跨钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架试件进行水平低周反复荷载试验,研究柱截面类型、墙梁连接方式和半刚性节点类型对该体系破坏形式和抗震性能的影响。在试验过程中观察结构的破坏特征和发展,分析滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力以及主要构件的应变规律。研究结果表明,两边连接钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,其弹性刚度比纯装配式钢管混凝土框架结构提高了163.8%~249.4%,水平极限承载力提高了41.0%~97.1%。采用OpenSees程序建立钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架的非线性分析模型,通过试验结果验证计算模型的准确性,为该结构体系的理论分析提供基础。文章研究结果将有助于钢板剪力墙-装配式钢管混凝土框架结构的应用和推广。     

CFST框架-SPWS结构的地震响应分析

对一按8度抗震设防的钢管混凝土框架-带竖缝钢板剪力墙结构(简称CFST框架-SPWS结构),基于LS-DYNA有限元程序对其进行了常遇地震作用下的动力响应分析,及罕遇地震作用下的倒塌分析。同时,进行了无带竖缝钢板剪力墙的框架结构在相应地震作用下的动力响应分析及倒塌分析。对比分析结果表明:钢管混凝土框架-带竖缝钢板剪力墙结构具有良好的抗震性能,在较高水平地震作用下,其结构局部破坏总是先于钢板剪力墙中出现,从而阻止或延缓了结构其他部位的破坏;钢管混凝土框架-带竖缝钢板剪力墙结构的抗倒塌能力明显强于不带钢板墙的结构,且在相同的地震作用水平下,有剪力墙结构的层间侧移明显小于无剪力墙结构。     

空心普通和再生钢管混凝土柱抗震性能研究Ⅰ:试验与有限元研究

目前,空心钢管混凝土结构被大量应用和推广,但对其抗震性能的研究却比较少,制约了其在实际工程中的进一步应用。对空心普通和再生钢管混凝土柱的抗震性能进行了试验与有限元研究,首先介绍了3根空心圆钢管混凝土柱在定轴力和水平反复荷载作用下的滞回性能试验,分析了不同混凝土和空心率对试件耗能能力及位移延性等抗震性能的影响,研究表明再生混凝土构件的抗震性能要差于相应普通混凝土,而空心率越大,构件的延性和耗能能力越小。其次,采用有限元软件ABAQUS对空心钢管混凝土压弯构件的荷载-位移骨架曲线进行了大量数值计算,分析了各参数对构件骨架曲线及延性的影响。     

钢管混凝土边框内藏钢板剪力墙抗震试验与分析

完成了6个钢管混凝土边框钢板剪力墙抗震性能试验研究,试件包括3个不同钢板厚度的钢管混凝土边框纯钢板剪力墙和3个对应钢板厚度的钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙.基于试验,分析了各试件的承载力与变形特点.采用ABAQUS软件对各试件的受力与变形特点进行了有限元分析,有限元模拟结果与试验结果符合较好.试验及分析表明:钢管混凝土边框纯钢板剪力墙具有良好的延性;钢管混凝土边框内藏钢板组合剪力墙,承载力和刚度比纯钢板剪力墙明显提高,综合抗震性能良好.     

不同节点型式的装配式方钢管再生混凝土框架结构有限元分析

随着经济、科技的不断发展,装配式结构在建筑中逐渐成为一个重要的结构形式,依据课题组提出的四种不同节点型式的装配式方钢管再生混凝土框架结构抗震性能试验,基于已有理论分析,利用有限元软件ABAQUS进行仿真模拟,对其受力特点、耗能性能进行分析,并研究柱截面尺寸与混凝土强度变化对框架性能的影响。     

梁端弹簧自复位框架耗能节点试验研究

梁端弹簧自复位框架耗能节点是一种新型自复位节点形式,通过在梁端布置弹性恢复装置和节点阻尼器,使得节点具有确定的转动刚度和阻尼,可以同时实现结构的自复位和地震能量耗散。为了验证节点的可行性、研究其抗震性能,选择钢板弹簧作为弹性恢复装置、腹板屈服耗能金属阻尼器作为耗能装置进行节点构造,并对足尺梁端弹簧自复位框架耗能节点进行拟静力试验,得到无控节点和有控节点的试验滞回曲线和骨架曲线。试验结果表明,梁端弹簧自复位耗能框架有控节点试验的滞回曲线饱满、具有良好的耗能能力,通过无控节点试验的骨架曲线求得的节点转动刚度与预设设计值一致,表明采用梁端弹簧耗能节点构造自复位框架是可行的,为进一步研究整体框架抗震性能提供依据。     

再生混凝土梁柱组合框架抗震性能分析

为探究再生混凝土梁柱组合框架的抗震性能,利用有限元软件ABAQUS模拟了11个方钢管再生混凝土框架在循环加载作用下的受力,以研究钢管内再生混凝土粗骨料取代率、轴压比及钢管柱屈服强度的变化对框架抗震性能的影响。研究发现随着钢管内再生粗骨料取代率的提高,框架的刚度有所减小,水平承载能力也随之降低,但降低不是特别明显,且模型的延性系数介于3.35～3.43之间,根据抗震延性要求,不同取代率下的方钢管再生混凝土框架运用于实际工程中的承重结构中是可行的;随着方钢管再生混凝土框架轴压比的增大,框架结构骨架曲线下降段表现较为明显,并且延性逐渐降低,但在相同位移条件下框架结构的等效粘滞阻尼系数逐渐增大,耗能能力较好;当钢管屈服强度提高时,钢管对再生混凝土的约束效应增强,使框架的刚度、承载力等均有明显提升,随着方钢管屈服强度的提高,结构的延性变差。