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。     

三阶段屈服金属阻尼器抗震性能研究

总结了弯曲屈服型、剪切屈服型、轴向屈服型及弯剪组合屈服型4种不同耗能机理的分阶段屈服金属阻尼器的研究现状。在此基础上,提出了一种由矩形剪切钢板和U形弯曲钢板组合的三阶段屈服金属阻尼器,分析了其构造形式、耗能机理及设计参数。利用有限元软件ABAQUS对其进行模拟,结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满,耗能性能优良,在不同强度地震作用下能依次实现各耗能钢板的分阶段屈服的目标,以期为分阶段屈服金属阻尼器在实际工程应用中提供借鉴。     

低碳钢耗能器循环拉伸耗能性能研究

针对低碳钢耗能器的耗能性能,设计了6个试件的循环拉伸试验,研究了不同尺寸设置的的耗能器在承载能力、耗能能力、位移延性、刚度退化等方面的差异。在此基础上,根据已有研究提出的相互作用参数确定方法,改进耗能器粘结段设置,修正相互作用参数,分析低碳钢与约束系统的相互作用受力机理。研究结果表明:低碳钢耗能器的滞回曲线形状饱满,耗能性能优越;粘结段的设置对耗能器屈服强度有提升;耗能器耗能段的直径与端部直径的差值对耗能器的性能有重要影响;在后期加载阶段,约束系统和低碳钢的相互作用效应显著,受力机制较为明确;低碳钢耗能段整体的变形性能较好,在耗能性能上具有较大的优势。     

基于形状记忆超弹性拉索耗能器的框架振动控制研究

本文分析了形状记忆合金(SMA)超弹性拉索耗能器的工作原理，研究了SMA耗能器的超弹性恢复力模型，并将该种耗能器安装在2层框架结构模型上，进行了框架结构振动试验。对装有SMA拉索耗能器与装有钢丝的框架结构分别进行了地震响应分析。试验和数值模拟结果表明，形状记忆合金耗能器可有效地降低结构的振动反应，是一种性能良好的消能减振装置。     

火电厂悬吊煤斗结构限位铅阻尼器耗能减震问题研究

对设置铅阻尼器的火电厂悬吊煤斗结构的耗能减震性能进行了研究。首先用解析方法分析了一个双自由度悬吊体—阻尼器结构的地震反应。然后基于地震弹塑性时程计算方法,通过设计具有不同屈服点的双线性屈服模型,分析了设置有铅阻尼器的煤斗悬吊结构的地震反应。计算结果表明,铅挤压式阻尼器对控制悬吊煤斗与结构的相对位移、减小火电厂的结构地震反应有显著的效果。     

Z型支撑分级屈服阻尼器抗震性能研究

为实现阻尼器分级耗能屈服,文章提出一种基于Q235钢材由内部Z型支撑及两侧开孔钢板组合形成分级屈服金属阻尼器。通过对3组不同肢高Z型支撑分级屈服阻尼器施加水平低周往复位移加载,进行试验与ABAQUS模拟抗震滞回性能分析,探究Z型支撑分级屈服阻尼器耗能状态及抗震性能,揭示该阻尼器的耗能机理与破坏模态。研究结果表明：阻尼器可实现分级屈服,随着肢高减小,Z型支撑分级屈服阻尼器能更有效提高主体结构抗震滞回性能。     

含减震外挂墙板装配式混凝土剪力墙结构抗震性能研究

U形钢板消能器是一种能适应大位移的弯曲屈服型消能器。通过两个U形钢板消能器的拟静力试验,验证消能器具有良好稳定的耗能能力和变形能力。在此基础上,为研究减震外挂墙板对主体结构抗震性能的影响,设计并制作了一榀足尺含减震外挂墙板装配式混凝土剪力墙试件。试件中外挂墙板采用预制混凝土夹芯保温板,墙板顶部与连梁采用双排钢筋线连接(避开梁端塑性铰区),墙板底部设置U形钢板消能器并通过螺栓与基础相连。对其进行了拟静力试验研究,结果表明:U形钢板消能器在较小位移时率先屈服,此后墙肢根部和连梁端部相继出现塑性铰,最后梁端和剪力墙墙肢根部塑性铰区混凝土压碎,能够形成梁铰屈服机制; U形钢板消能器变形较为理想,符合预期的履带式滚动变形;试件滞回环较为饱满,具有良好的耗能能力和变形能力。     

基于开孔钢板拉压屈服的耗能阻尼器力学性能计算方法与验证

为进一步明确基于开孔钢板拉压屈服的新型耗能阻尼器力学性能,使其能更好地应用于工程,开展了力学性能计算方法的推导与验证研究。根据耗能核心钢板的构造形式以及轴向变形叠加原理,推导出了阻尼器初始刚度、屈服荷载和屈服位移的计算公式。考虑耗能核心钢板的主要构造参数(包括核心钢板厚度、开孔段长度、过渡段长度等)的变化,收集了2个试验试件,并设计了9个用于有限元分析的阻尼器模型。通过有限元建模,得到上述9个耗能阻尼器的力学性能分析结果。利用这些试验结果和有限元模型结果,对本文所提出的计算方法进行验证。结果表明：(1)耗能核心钢板考虑其一定比例的有效高度为初始几何缺陷时,可较为准确模拟阻尼器受力性能,得到的有限元与试验结果误差较小;(2)提出的耗能阻尼器力学性能计算公式较为准确,其中阻尼器初始刚度、屈服荷载、屈服位移理论值与有限元模拟值和试验值的误差较小。     

钢板橡胶复合耗能器试验研究

对一种新型钢板橡胶复合耗能器进行了试验研究,结果表明,钢板橡胶复合耗能器的耗能效果与螺栓扭矩大小线性相关。该耗能器滞回曲线呈菱形,且在疲劳荷载作用下耗能效果良好,工作性能稳定。增大预紧螺栓扭矩值,耗能器的启滑位移显著降低,刚度和滑动摩擦力随之增大。在设定扭矩下,该型耗能器最大稳定耗能摩擦力达178. 79kN,且试验结果与拟合计算吻合良好,为钢板橡胶复合耗能器的结构优化设计及工程运用提供了依据。     

基于中国尊大厦项目的高烈度区巨型超高层结构设计关键技术研究

对高烈度区巨型超高层结构的地震作用及效应、整体稳定性进行了分析研究,提出了地震作用剪力的质量分布法。对内置钢板混凝土组合剪力墙组合作用及抗裂、多腔钢管混凝土巨柱组合作用进行了原理分析、设计研究,工程实践和监测结果表明,工程中采用上述墙柱抗震效果非常理想。对巨柱分叉节点进行了有限元及试验研究,验证了该节点能很好地满足小震、中震及大震下的性能目标。对内置钢板支撑混凝土组合剪力墙结构进行了试验研究,大震弹塑性时程分析表明,该结构具有较好的延性,有效改善了核心筒墙的损伤程度。对钢制耗能双连梁阻尼器进行了试验验证,研究表明,钢制耗能双连梁阻尼器可以有效减缓混凝土梁的刚度退化。对三钢板高强混凝土叠合墙组成及抗剪承载力进行了分析。利用变刚度调平设计理论设计,实现了桩筏基础无缝设计,很好地控制了差异沉降和总沉降变形。     

Y形支撑耗能环有限元分析

在钢结构当中,可通过添加耗能支撑的做法来提高结构的抗震性能.经验表明,耗能支撑在实际工程当中的作用仍然存疑.近年来的研究发现在Y形耗能支撑端部添加钢环(耗能环)能明显改善系统的抗震性能.本文基于已有试验结果,利用有限元软件ANSYS对钢环的参与作用进行了参数分析,包括连接板长度以及钢环厚度,分析结果显示,增加连接板长度...     

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。     

不同屈曲约束形式的钢板剪力墙往复剪切性能试验

为研究不同冷弯薄壁型钢屈曲约束形式的钢板剪力墙的往复剪切性能,剥离框架对钢板剪力墙结构抗侧力的贡献,单独对3个不同屈曲约束形式的钢板剪力墙结构试件和1个纯钢板剪力墙结构试件进行了拟静力试验研究,并通过试验与理论分析揭示了不同屈曲约束形式的钢板剪力墙在往复剪切作用下的力学性能与失效机理。结果表明:冷弯薄壁型钢对钢板剪力墙的面外变形具有较好的约束作用,显著提高了钢板剪力墙的耗能能力、延性和承载力; 竖向屈曲约束构造形式对钢板剪力墙的耗能能力提高效果最好,其次是水平约束形式,最差是45°斜向约束形式; 对于带45°斜向约束的试件而言,由于约束形式非轴向对称,其承载力在推、拉方向上表现出明显的差异,即在拉力带垂直于冷弯薄壁型钢约束时,其承载力更高。     

内嵌CCA板填充墙对钢框架结构受力性能的影响

为了研究蒸压无石棉纤维素纤维水泥板(CCA板)填充墙对钢框架结构受力性能的影响,对纯框架和带CCA板填充墙钢框架进行了低周往复加载试验,并利用有限元软件ABAQUS进行了模拟分析。根据试验及有限元模拟结果对带CCA板填充墙钢框架的承载能力、抗侧刚度和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明:在低周往复荷载作用下,CCA板填充墙提高了钢框架结构的承载能力、抗侧刚度;CCA板填充墙参与了钢框架结构的滞回耗能,带CCA板填充墙钢框架的累积耗能能力明显优于纯框架;与纯框架相比,带CCA板填充墙钢框架的初始刚度有所提高;当位移角达到某一限值时,CCA板填充墙的损坏会引起钢框架结构的刚度发生突变,钢框架结构非弹性设计不应考虑CCA板填充墙对钢框架结构刚度的提高作用;所得结论可为带CCA板填充墙钢框架的工程应用提供参考。     

钢板剪力墙简化模型研究

本文用斜拉杆简化模型分析了钢板墙从弹性屈曲到拉力带全部屈服的受力全过程。考虑了真实的拉力带倾角、塑性变形系数和屈服后阶段弹模折减等因素影响,用斜拉杆模型模拟了拉力带的受力过程,推导了斜拉杆初始屈服应力、极限应力、钢板墙剪力和位移计算公式,得到了钢板墙的弹塑性荷载-位移曲线,最后与试验资料比较验证了公式的有效性。     

钢板攻丝高强螺栓连接钢框架节点力学性能试验研究

对采用钢板攻丝高强螺栓连接的钢框架节点分别进行了高强螺栓拉伸及剪切试验、钢柱法兰连接节点静力及拟静力试验、梁柱半刚性连接静力试验.基于试验数据对节点连接的承载能力、失效模式以及刚度特征等关键问题进行了分析.研究结果表明:由自攻螺纹钢板及高强螺栓构成的连接形式具有良好的抗拉、抗剪性能,以螺杆断裂为最终破坏模式;钢柱法兰连...     

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构性能研究

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能。为研究不同梁柱连接刚度对双体系结构抗震性能的影响,完成了3个单跨两层不同梁柱连接刚度试件的水平低周往复加载试验研究,系统分析了三者的整体性能和破坏模态,拟从承载力、刚度、延性、耗能、整体性能和节点性能六个方面对双体系的节点刚度与墙体的匹配效果进行评价。结果表明:在半刚性框架内设置钢板墙能较大程度提高结构的极限承载力与侧向刚度;结构具有理想的屈服顺序,内填板在加载初期非常有效。屈服区域延伸至整个墙体时,附加荷载将基本上由边缘构件承担,试件破坏主要由内填板的屈服和框架柱的弯扭失稳控制;节点刚度退化小,且内填板的设置缓解了节点区自身的延性要求,梁柱连接形式对试件的抗侧刚度和整体强度的影响不大,降低连接刚度有利于提高试件延性和耗能能力。     

波形反对称软钢阻尼器力学性能试验研究

设计了一种波形软钢阻尼器，针对其滞回力学特性和耗能减震能力，进行了2个波形钢板不同放置形式的波形软钢阻尼器的拟静力试验,试验结果表明波形软钢阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力。其中由于竖向波形软钢阻尼器在水平方向会产生拉压应力场，压缩刚度大，导致其滞回性能和延性均比水平波形软钢阻尼器的差。在整个试验加载过程中，未出现焊缝撕裂现象，说明二氧化碳保护焊可以很好地保证阻尼器整体结构承载和变形能力。利用ABAQUS有限元分析软件建立6个波形软钢阻尼器模型，以试验中的水平波形软钢阻尼器作为基本模型，钢板厚度和波角两个因素作为变量，进行数值分析，结果表明:模拟分析与试验结果吻合较好；当钢板波角为60°时，波形软钢阻尼器力学性能最优；钢板厚度过大会使阻尼器角部应力集中，过早产生局部屈曲，而厚度偏小会使得阻尼器的耗能能力和承载能力不佳，钢板厚度取值6 mm时力学性能最佳。     

带不同类型组合暗支撑剪力墙抗震性能试验研究

本文选取剪力墙结构体系中较为薄弱的抗震构件一字形截面剪力墙,采用不同类型的暗支撑进行了4个1/3缩尺的带暗支撑剪力墙构件的低周反复荷载试验,4个模型分别为普通剪力墙、带钢筋暗支撑剪力墙、带型钢暗支撑剪力墙、带钢筋-型钢暗支撑剪力墙。试验表明,带暗支撑剪力墙的主斜裂缝角度有明显向暗支撑的角度逼近的趋势,其裂缝细密且分布区域较大,墙体耗能能力较强。带暗支撑剪力墙比普通剪力墙底部塑性耗能区的高度显著增大。与普通剪力墙相比,带暗支撑剪力墙的屈服荷载、极限荷载明显提高,后期刚度稳定性较好,延性系数及耗能能力显著提高,滞回环饱满,抗震性能比普通剪力墙显著改善,特别是带钢筋-型钢组合暗支撑剪力墙的抗震性能提高最为显著。     

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.