自复位装配式混凝土框架结构抗震性能试验研究

提出了一种采用新型连接节点构造的自复位装配式混凝土框架结构。设计并制作了两榀单层单跨框架结构试件,包括一榀现浇混凝土框架和一榀新型装配式混凝土框架。其中,对装配式混凝土框架结构进行了两次拟静力试验,第二次试验是在第一次试验完成后并更换结构的耗能钢筋进行的。试验结果表明：新型装配式混凝土框架结构的承载能力和耗能能力略低于现浇混凝土框架结构,但延性较现浇框架有较大提高,层间位移角超过1/50时,承载力仍无下降趋势;另外,装配式混凝土框架结构在第一次试验后的残余变形约为现浇框架结构的15%,构件损伤轻微,结构可以实现自主复位;装配式框架结构在第二次试验中的承载力较第一次试验略有下降,残余变形有所增大,仍然具有一定的自主复位能力,结构损伤仍较轻微,说明其经过简单地更换耗能钢筋就可以实现抗震能力的基本恢复。     

低损伤预应力自复位装配式混凝土耗能框架节点试验和数值研究

为了提高传统预应力干连接节点的抗震性能,提出一种带软钢阻尼器的低损伤自复位装配式混凝土（self-centering precast concrete,SCPC）耗能框架节点。设计了10个不同参数试件,对其进行拟静力试验,研究不同试验参数下梁柱组合体的裂缝开展情况、滞回特性、预应力筋合力、骨架曲线、钢筋应变等。试验结果表明：相比传统的RC节点,低损伤SCPC节点具有良好的自复位能力和抗震性能,预制构件最大裂缝宽度仅为0.08mm;试验中预应力筋始终保持弹性状态,初始预应力越大、预应力筋四周布置能明显提高SCPC节点的初始刚度和耗能能力,耗能条尺寸为中等型号的软钢阻尼器D1在三种阻尼器中耗能效果最佳;梁中纵向钢筋的应变也随梁端位移的增加而增加,且拉应变值明显大于压应变。此外,通过节点有限元模拟和试验结果的误差分析可得,节点张开弯矩、极限弯矩、初始刚度和开裂后刚度的最大误差均在7%以内,从而验证了有限元模拟方法的精确性,可为低损伤SCPC框架结构的整体抗震分析奠定基础。     

Experimental and numerical study on low damage self-centering precast concrete energy dissipated frame connections

为了提高传统预应力干连接节点的抗震性能，提出一种带软钢阻尼器的低损伤自复位装配式混凝土（self-centering precast concrete，SCPC）耗能框架节点。设计了10个不同参数试件，对其进行拟静力试验，研究不同试验参数下梁柱组合体的裂缝开展情况、滞回特性、预应力筋合力、骨架曲线、钢筋应变等。试验结果表明：相比传统的RC节点，低损伤SCPC节点具有良好的自复位能力和抗震性能，预制构件最大裂缝宽度仅为0.08mm；试验中预应力筋始终保持弹性状态，初始预应力越大、预应力筋四周布置能明显提高SCPC节点的初始刚度和耗能能力，耗能条尺寸为中等型号的软钢阻尼器D1在三种阻尼器中耗能效果最佳；梁中纵向钢筋的应变也随梁端位移的增加而增加，且拉应变值明显大于压应变。此外，通过节点有限元模拟和试验结果的误差分析可得，节点张开弯矩、极限弯矩、初始刚度和开裂后刚度的最大误差均在7%以内，从而验证了有限元模拟方法的精确性，可为低损伤SCPC框架结构的整体抗震分析奠定基础。     

新型装配式混凝土框架节点抗震性能试验研究

为了改善装配式混凝土框架结构的抗震性能,实现装配式结构震后具有一定的可修复功能,通过在梁端塑性铰区纵向钢筋上串联碟簧装置为节点提供恢复力并保护塑性铰区混凝土,提出一种基于全灌浆套筒连接的新型装配式混凝土框架节点。设计并制作钢筋混凝土现浇节点试件、采用全灌浆套筒连接的装配式混凝土框架节点试件和内置碟簧装置的新型装配式混凝土节点试件各1件,通过低周往复试验分析节点试件的破坏过程、滞回特性、耗能能力等抗震性能,并采用数字图像相关法(Digital Image Correlation, DIC)对框架节点的破坏特征进行分析。试验结果表明：新型装配式混凝土节点的耗能和抗震性能优于普通灌浆套筒连接的装配式混凝土框架节点;碟簧装置在新型装配式节点加载过程发挥了类似阻尼器的作用,将节点核心区的一部分损伤转移到梁端内置碟簧区域,具有集中损伤的特性;DIC技术能够预测和记录试件在加载过程中的裂缝开展和破坏过程,可精细化分析试件破坏特征,适用于钢筋混凝土结构的裂缝分析和损伤监测。     

装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点抗震性能试验研究

为研究装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点的抗震性能,对2个预制装配式混凝土节点试件和1个现浇普通混凝土节点试件进行低周往复荷载试验,对比分析装配式混凝土节点试件的破坏特征、滞回特性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：节点核心区加入工字钢的装配式高强钢筋钢纤维混凝土梁柱中节点试件发生梁端弯曲破坏,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求;普通现浇节点和采用钢板焊接端板连接的节点均发生节点核心区剪切破坏,而装配式混凝土节点核心区破坏程度较轻;在节点核心区及后浇区加入钢纤维能减少裂缝宽度,延缓裂缝传播,减轻核心区混凝土剥落程度,改善节点破坏形态;预制装配式混凝土梁柱节点试件的极限荷载、滞回性能和耗能能力均得到提高,刚度退化得到减缓,从而改善预制混凝土框架节点的抗震性能。     

耗能杆增强预应力装配式混凝土框架节点性能研究

基于已经开展的新型耗能杆增强预应力装配式混凝土框架节点试验建立了Open Sees分析模型。首先,通过数值分析结果与试验结果对比,表明有限元模型能够准确地反映节点承载能力和自复位特性。其次,随着附加耗能杆所用材料的屈服点的增加,新型耗能杆增强预应力装配式混凝土框架节点的承载力与耗能能力增加,具有较低屈服点的耗能杆能够较早地为预应力装配式混凝土框架节点提供耗能能力;最后,与采用附加软钢耗能杆的预应力装配式混凝土框架节点相比,当采用铝合金耗能杆时,虽然节点的承载力基本保持相同,但是节点的刚度和屈服点明显降低。     

自复位混合连接节点抗震性能及影响因素分析

在分析已有文献试验数据的基础上,采用ABAQUS有限元软件建立了自复位混合连接框架节点数值模型,研究讨论该节点形式的承载力、自复位能力、耗能能力、位移延性等抗震指标,并把模拟结果与试验结果进行对比,以验证数值分析的可靠性。然后通过参数化数值分析,深入研究了不同弯矩贡献比和不同轴压比对节点抗震性能的影响。研究结果表明:随着耗能钢筋弯矩贡献比的增大,节点承载力逐渐增大,耗能能力增强,但柱顶残余变形增大;而柱端轴压比对节点初始刚度影响不大,但随着轴压比的增大,节点承载力呈现下降趋势。     

装配式隔震结构中隔震节点抗震性能研究

针对装配式隔震结构,提出一种新型装配式隔震节点,采用1/2缩尺模型对该新型装配式隔震节点在低周反复荷载作用下的破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性性能、耗能能力等性能进行研究,并与现浇节点进行对比。结果表明,此类新型装配式隔震节点应用于装配式隔震结构是可行的。利用有限元分析软件Open Sees对试验的装配节点和现浇节点的滞回特性进行数值模拟,模拟结果与试验结果基本吻合。     

关于抗剪钢筋对预压装配式节点抗震性能影响的研究

在已有装配式混凝土框架结构的基础上,提出了一种新型装配式不对称混合连接节点(PPEFF节点)。此节点梁纵筋呈不对称设置,仅在梁上部设置耗能钢筋,节点在满足较高施工效率的同时,在梁柱接触面上设置抗剪钢筋,提高了梁柱接触面承载力,保证了结构在节点预应力意外失效后的安全性。为了研究抗剪钢筋的配筋率大小对PPEFF节点抗震性能的影响,结合低周往复荷载试验与ABAQUS有限元软件模拟分析,重点从节点承载能力、耗能性能、刚度退化与自复位能力4个方面分析抗剪钢筋的配筋率大小对节点抗震性能的影响。研究发现：PPEFF节点具有较好的抗震性能,且抗剪钢筋的配筋率增大,能提升节点承载力、刚度、耗能能力。但抗剪钢筋的设置,提高了节点的截面刚度,在一定程度上抑制了节点的自复位能力,从而违背预压装配式节点自复位能力较强的初衷。因此,建议PPEFF节点中抗剪钢筋的配筋率宜设置为0.3%～0.5%。同时提出PPEFF节点梁柱接触面承载力计算式,并通过试验数据与模拟数据验证梁柱接触面承载力计算式的适用性。     

新型装配式半刚性节点抗震性能试验研究

提出一种新型装配式半钢性节点,通过高强螺栓将预制梁柱贯通连接,旨在通过更换螺栓构件来完成震后受损节点的修复工作。通过制作节点足尺构件,对其施加低周反复荷载,分析其承载能力及耗能性能。运用有限元分析软件建立节点数值模型,分析其在低周反复荷载作用下节点核心区应力分布情况及承载能力。试验结果与已有现浇节点和数值模拟结果对比可知：新型装配式节点破坏主要集中于节点核心区,T形梁端承压板附近开裂严重,远离T形梁端无明显裂缝,预制柱端、牛腿部位均完好,满足“强柱弱梁”的设计要求;新型装配式节点在低周反复荷载下,其屈服荷载及极限荷载较现浇节点明显提高,其整体承载能力提升,耗能性能优良;模拟结果显示,节点在服役期间,高强螺栓为主要的承载构件,混凝土预制梁柱为次要承载构件,符合该新型节点的设计理念。     

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。     

预制预应力装配式框架节点抗震性能有限元分析

预制装配式框架梁柱节点通过后张预应力和非预应力插入钢筋混合式连接是由美国PCI学会提出的一种新型抗震节点形式。对该类节点的抗震性能进行了非线性有限元分析,对比研究了该预制装配式节点与现浇节点的承载能力、滞回性能及耗能能力等,可供相关研究参考。     

装配式RC梁柱塑性可控钢质节点抗震性能足尺试验研究

装配式RC梁柱塑性可控钢质节点由钢制节点模块、上下柱模块、梁模块以及阻尼器模块装配组成。通过对该装配式节点及现浇节点进行拟静力加载足尺试验，并采用ABAQUS软件进行有限元数值模拟，研究装配式节点承载力、滞回耗能、延性以及承载力退化等抗震性能指标。试验及有限元模拟结果表明：相较于现浇节点，装配式RC梁柱塑性可控钢质节点的滞回曲线更饱满，耗能能力更强，延性更好，承载能力退化更缓慢；该装配式节点的极限承载力低于现浇节点，但能有效控制混凝土损伤，避免梁端混凝土发生弯曲破坏，实现梁端“塑性可控”；建立的有限元模型可较准确地预测同种装配式节点的承载能力和变形能力。     

节点区外包钢管穿筋式预制装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

梁柱节点的连接方式是影响装配式混凝土框架结构抗震性能的关键。为实现装配式结构现场高效施工并保证其抗震性能良好,提出一种节点区设置外包钢管和对拉钢筋的装配式梁柱节点。通过改变外包钢管厚度和补强板构造方式,设计制作4个足尺中节点梁柱组合体进行低周往复加载试验,深入探讨该类型节点的滞回性能、延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：随着外包钢管厚度增大,梁端塑性铰向远离节点核心区方向发展;梁柱组合体的破坏现象主要表现为柱边缘混凝土压碎脱落、外包钢管鼓起变形及短钢梁段翼缘屈曲变形;梁端荷载-位移滞回曲线较为饱满,在往复荷载作用下有较好的延性和耗能能力;增大外包钢管厚度能明显提高承载力和耗能能力但延性会降低,补强板的设置有益于提高延性和耗能能力但对承载力影响不大。建立了该形式节点梁端受弯承载力计算方法,计算结果与试验结果比较吻合,可为该形式节点的工程应用提供参考。     

一种新型装配式钢结构节点的力学性能研究

Con XL节点是一种施工快速、标准化制造、绿色环保的新型装配式节点。根据国内《钢结构设计规范》(GB 50017—2003),对节点的螺栓间距和位置进行重新布置,利用ABAQUS进行非线性有限元分析,考察改进后装配式节点在低周反复荷载作用下的力学性能及柱壁厚度、翼缘套板厚度、翼缘连接板厚度和梁端圆弧削弱深度这4个参数对该新型梁柱装配式节点受力性能的影响。研究结果表明,新型装配式节点具备良好的抗震性能和耗能能力。根据有限元分析结果对该新型节点的设计给出建议:柱壁厚度的增加能较明显改善节点受力状况,方钢管柱截面高厚比取22~25较为合适;翼缘套板厚度与钢梁翼缘厚度比值不应大于3.4;梁端圆弧削弱深度与钢梁翼缘宽度比值应控制在0.20~0.22之间。     

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。     

自复位装配式钢-混凝土混合框架节点抗震性能试验研究

结合装配式梁、柱构件螺栓连接施工便捷的特性与后张预应力筋预压连接的抗震性能优势,提出一种自复位装配式钢-混凝土混合结构框架节点,该节点由钢筋混凝土柱和钢-混凝土混合梁通过高强螺栓拼装而成,主要通过后张梁内的无黏结预应力筋提供复位力,并通过摩擦耗能装置与钢梁段塑性变形进行耗能。共完成了5个边节点的低周往复加载试验,分别研究了混合梁内预应力筋的初始预拉力与摩擦装置中高强螺栓的初始预紧力对该节点承载能力、抗震性能、耗能能力和复位能力的影响。研究结果表明：试件表现出明显的两阶段滞回特性,第一阶段为钢梁段屈服前,混凝土梁与钢梁段接触面呈现出持续开合复位机制,滞回曲线呈现明显双旗形,复位效果明显;第二阶段为钢梁段屈服后,随着荷载增大,钢梁的塑性变形逐渐增大,滞回曲线趋于饱满,试件耗能能力显著增加。试件的峰值荷载、延性系数和累积耗能值随摩擦装置中高强螺栓的初始扭矩增大而增大,峰值荷载和复位能力随梁内预应力筋的初始预拉力增大而增大。在整个试验过程中,各试件梁、柱主体构件损伤不明显,基本实现震后可恢复。     

预应力全装配混凝土框架结构梁端刚度试验研究

以预应力全装配混凝土框架结构的连续梁为研究对象,研究该结构体系梁端的变形能力、刚度退化和内力重分布,并结合钢筋混凝土自复位节点试验,确定梁端刚度的折减系数。研究结果表明,该结构体系梁端具有良好的变形及变形恢复能力,卸载后,80%的结合面转角变形可以恢复;截面刚度随着结合面开裂、跨中受拉钢筋屈服、耗能钢筋屈服而不断减小,其中耗能钢筋屈服对刚度变化影响最为显著;耗能钢筋屈服前,连续梁的力矩分配与传统现浇结构基本相同,与传统现浇结构相比,结合面刚度折减系数约为0.94。     

装配式混凝土框架钢管约束耗能节点抗剪性能分析

提出了一种装配式混凝土框架钢管约束耗能节点,建立了该节点的有限元模型,从承载力、变形、耗能、破坏形态等方面分析该节点的力学性能,并与普通现浇混凝土节点进行了对比。研究了轴压比、核心区混凝土强度及钢管厚度等参数对该节点受力性能的影响。结果表明,随着轴压比的增大,节点抗剪承载力先增大后减小,节点抗剪承载力随着核心区混凝土强度、钢管厚度的增加而增大,其中钢管厚度的影响最为显著。最后提出了装配式耗能节点的抗剪承载力实用计算公式,简化计算结果与有限元分析结果吻合较好且总体稍偏安全,可供工程实践参考。     

自复位预制框架边节点抗震性能试验研究

提出一种新型的自复位预应力预制节点形式PTED节点,为了研究PTED节点的抗震性能,进行5个PTED边节点的低周往复荷载试验,对试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、延性及残余变形等抗震性能进行分析,试验结果表明:加载到层间位移角为4%时,预应力筋保持在弹性阶段,梁柱连接处缝隙及梁自身的裂缝均能在预应力筋的回弹作用下闭合,节点残余变形较小,PTED节点具有良好的自复位的能力,提高了震后结构的可修复性。加载过程中,梁柱基本保持弹性,而通过角钢的弹塑性变形耗散能量。增大角钢厚度、长度,增大梁高及减小预应力筋的初始应力可提高节点的耗能能力。节点的承载力随梁高的增加、预应力筋初始应力的增大、角钢厚度和长度的增大而提高。在加载后期,节点承受的荷载仍持续增长,加载到4%时,PTED节点仍具有稳定的屈服后刚度。PTED节点还具有较好的延性和梁端转动能力。PTED节点具有良好的抗震性能,可在地震区推广应用。