高轴压比双层钢板-高强混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究高轴压比下双层钢板-高强混凝土组合剪力墙的抗震性能, 对4个剪跨比为2.5的试件进行了拟静力加载试验。通过改变约束拉杆和加劲肋的间距, 研究其在往复水平荷载作用下的破坏机理、滞回性能、变形能力以及耗能能力。试验结果表明, 这种剪力墙的破坏形态为墙底部截面钢板被压曲、核心混凝土被压碎的弯曲型破坏;试件的滞回曲线饱满, 没有明显的捏缩现象;位移延性系数在3.11~4.37, 等效粘滞阻尼比在0.158~0.291, 延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。在轴压比相同条件下, 设置加劲肋试件的抗震性能优于设置约束拉杆的试件, 随着约束拉杆和加劲肋间距的减小, 试件的变形能力增加, 表现出较好的耗能能力。     

腹板屈曲约束钢连梁抗震性能研究

腹板屈曲约束钢连梁通过在钢连梁腹板两侧设置约束板,保证钢连梁在往复剪切荷载作用下腹板剪切屈服后承载力能够持续强化,相比在腹板上设置加劲肋的传统方式,腹板屈曲约束钢连梁的腹板在接近钢材极限剪应变前不会发生面外屈曲,具有优越的耗能能力。通过5个腹板屈曲约束钢连梁的拟静力试验,研究了不同约束方式对钢连梁抗震性能的影响。试验结果表明:所有试件均实现了剪切屈服及承载力强化,破坏模式主要为翼缘、端板焊缝断裂和约束板弯曲破坏。钢连梁的超强系数平均值为1.38,大于《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的最低要求1.1,其中采用50 mm厚的钢筋混凝土约束板和25 mm厚的木板约束板的试件的超强系数超过了1.5。通过建立有限元分析模型进行试验对比验证和参数分析,提出了约束板最小厚度的建议取值,可为实际工程设计提供参考。     

火灾下加劲肋对梁柱外伸端板连接性能的影响

为深入了解柱腹板加劲肋对外伸端板连接节点耐火性能及破坏模式的影响,采用非线性有限元法研究了加劲肋对外伸端板连接节点耐火性能及破坏模式的影响。结果表明:柱腹板加劲肋对节点的耐火极限及破坏模式影响很大。柱腹板不设加劲肋,柱腹板承拉及承压域内的塑性应变随温度升高不断增加,最终形成塑性铰,柱失稳;只设承压加劲肋时,柱腹板承拉区屈服,导致柱失稳,节点失效;设置承拉及承压加劲肋时,节点域内的塑性应变较小,破坏模式为端板承拉区形成塑性效线并与柱翼缘脱开,引发梁的大转动,导致梁承压下翼缘局部屈曲失稳及梁轴向温度内力减小。梁轴向温度内力的减小有助于柱及整体框架结构火灾下的稳定。     

两边连接钢板混凝土组合剪力墙端部构造措施试验研究

该文对4 个两边连接钢板组合剪力墙在滞回荷载作用下的性能进行了试验研究.研究了混凝土板与角钢端部的间距以及端部设置加劲肋对两边连接钢板组合剪力墙力学性能的影响.试验结果表明:在钢板角部设置短加劲肋能有效提高构件的延性和耗能能力,相比不设置加劲肋试件,最大层间侧移角由1/35提高到1/25,能量耗散系数提高了35%.混凝土板和角钢的间距也影响构件的受力性能,设置的过大或过小都会使试件节点过早出现破坏.     

加热炉带壁板足尺钢结构抗震性能试验研究

进行足尺的石化加热炉带壁板钢结构试件在水平反复荷载作用下的试验研究,分析了此类结构的抗震性能。记录试验现象并作数据处理,系统分析了结构的破坏过程、破坏模式和耗能机理,研究了其滞回性能,得到了骨架曲线、刚度退化、延性和耗能能力等指标。试验结果表明,加热炉带壁板钢结构具有良好的延性和耗能性能;滞回曲线饱满呈梭形;钢框架和壁板协同工作良好;加劲肋的设置改善了壁板的受力性能,延缓了壁板的屈曲,提高了壁板的承载力及刚度;结构破坏模式为柱的局部屈曲、柱脚翼缘开裂,壁板发生加劲区格内的局部屈曲;底层梁柱连接部位形成塑性铰。该试验为此类结构的进一步研究及工程应用提供了依据。     

钢筋混凝土柱-钢梁盒式节点抗震性能试验研究

为改善钢筋混凝土柱-钢梁(reinforced concrete columns and steel beam,RCS)节点的抗震性能,在柱贯通型RCS节点的基础上,提出了一种盒式RCS节点。通过对4个RCS盒式节点试件的低周往复加载试验,研究了节点的破坏特征、受力特点和抗震性能,分析了节点梁端附加盖板加强、内部腹板间距和厚度对试件破坏模式、滞回耗能特性及变形的影响。结果表明:试件的破坏集中在柱端和梁端,节点区未发生失效,满足"强节点弱构件"的设计要求;试件破坏时,其延性系数均大于3.0,等效黏滞阻尼系数在0.16～0.27的范围内,具有较好的抗震性能;RCS盒式节点的剪力主要由内部腹板承担,而外部侧板主要起箍筋作用并承受部分剪力;加大内部腹板间距会减小对钢梁端板的约束,使内部腹板、外部侧板、钢梁端板和钢梁翼缘的应变减小;盖板会增加梁端抗弯刚度并增强钢梁端板的约束,使钢梁翼缘的应变减小,内部腹板和钢梁端板的应变显著增加;加厚内部腹板会增加钢梁端板的约束,使钢梁翼缘的应变显著增加,钢梁端板的应变略有增加,内部腹板的应变略有减小。盒式节点设计时应适当增大内部腹板间距并选用较大的板厚。研究成果可为该类RCS盒式节点设计提供参考。     

腹板并合双肢冷弯薄壁Σ型钢压弯构件畸变性能试验研究

为研究腹板并合双肢冷弯薄壁Σ型钢拼合钢柱的畸变屈曲性能及其相关作用,并评估现行各国规范计算方法适用性,设计制作了22根构件进行压弯试验。以Σ型加劲、腹板孔位、偏心荷载作用位置、柱长等为主要参数,考察其对试件屈曲行为、破坏特征和极限承载能力的影响。结果表明：试验主要发生畸变屈曲或畸变-整体、畸变-局部相关屈曲,Σ型加劲有效地防止了腹板局部屈曲;腹板开孔不会影响屈曲模式的改变;关于强轴和弱轴的偏压位置及偏心距离对试件畸变屈曲行为有显著影响。采用中美技术标准包括中国规范GB50018-2002、JGJ/T 421-2018以及北美规范NAS 100-2016计算的承载力结果与试验结果进行了对比分析,结果表明：荷载绕强轴偏心作用时,中美规范计算结果均偏于安全;荷载绕弱轴偏心作用时,GB 50018-2002和NAS 100-2016计算结果偏于安全,而JGJ/T 421-2018计算值较为保守,试验与其比值约为1.64,该文建议腹板双肢并合截面整体协同工作下绕弱轴稳定承载力可按全截面计算。     

加劲钢板剪力墙弹性抗剪屈曲性能研究

系统地分析了三个主要参数(板高厚比λ、肋板刚度比η和柱刚度β)对钢板剪力墙弹性屈曲性能的影响;提出了钢板剪力墙的三种弹性屈曲形式(局部屈曲、整体屈曲和相关屈曲),指出肋板刚度比η=40时(相当于I s=3.7bt3)能保证十字加劲板发生小区格板的局部屈曲或整块板的相关屈曲;指出现行高层建筑钢结构规范用于纵横加劲板局部屈曲荷载的设计表达式仅适用于η≥40的条件,而在η<40范围内,其计算结果偏于不安全;研究了交叉加劲板的弹性屈曲荷载,并与非加劲板和十字加劲板的屈曲性能进行了比较;最终给出了柱刚度对弹性屈曲荷载的修正系数,提出了交叉加劲板弹性屈曲荷载的简化计算公式。     

带Z字形悬臂梁段拼接的装配式钢框架节点抗震性能试验研究

提出一种适用于装配式钢结构的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点。以滑移耗能的理念设计了基础试件,通过关键参数的变化得到六组试件。对六组试件进行了低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式和拼接区的滑移情况进行了分析,获得了节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、转动能力以及刚度退化等抗震性能。结果表明:带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点属于半刚性连接节点,节点变形性能良好。节点能有效利用拼接区摩擦面滑移、螺栓和孔壁挤压以及板件屈服实现耗能。适当减少翼缘高强螺栓数目能有效提高节点延性性能和塑性转动能力。翼缘和腹板螺孔开大孔和使用三角形垂直加劲肋对节点的耗能能力和承载能力影响很小。     

T型内芯防屈曲支撑的拟静力滞回性能试验研究

提出了一种内芯与约束构件均为型钢的全钢装配式防屈曲支撑,该支撑具有全装配、内芯可更换、工艺简单、造价低廉和可用于既有构件加固等优点。钢内芯由2个角钢与加劲板组成T型截面,外约束构件由角钢和盖板通过螺栓连接形成。对6个该支撑试件进行拟静力试验,讨论其滞回性能、抗震性能及破坏机理,并分析内芯上设置填板、内芯与约束构件的间隙、内芯双角钢之间的间距以及限位方式对滞回性能的影响。结果表明,该支撑的实际性能与设计性能基本一致,具有稳定的滞回性能;在支撑中间设置填板对支撑的滞回性能基本没有影响;内芯与约束构件的间隙及内芯双角钢之间的间距过大会降低支撑的滞回性能;采用中部限位方式的支撑滞回性能优于端部限位方式。对试件的抗震性能分析表明,该支撑具有较好的延性和累积塑性变形能力,可作为阻尼器应用于结构中。通过分析破坏模式发现,加劲板末端的焊缝应力集中会造成支撑的断裂位置由屈服段转移至止焊处;设置中部限位卡可以减小摩擦力的不利影响。     

具有PBL加劲的方钢管混凝土构件受弯性能

为研究具有PBL加劲的方钢管混凝土构件的受弯性能,该文进行了无加劲肋、钢板加劲肋和PBL加劲肋三种方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,同时考察PBL加劲肋孔径大小和间距的影响,试验结果表明,无加劲肋构件为单波鼓曲破坏,钢板加劲肋和PBL加劲肋构件均为双波鼓曲破坏;PBL加劲肋试件管内受拉混凝土裂缝分布更为均匀,裂缝宽度和间距更小,钢管与混凝土共同受力更好;PBL加劲肋对方钢管混凝土抗弯承载力提高不明显,抗弯刚度提高约20%;钢板加劲肋是否开孔对试件的刚度影响不大。该文还进行了PBL加劲肋构造参数的影响分析,结果表明:具有PBL加劲的方钢管混凝土构件抗弯承载力随着PBL加劲肋高度、宽度的增加而增加,随着开孔孔径d₀的增大而减小;开孔间距对承载力的影响很小。在试验研究和数值分析基础上,提出了具有PBL加劲的方钢管混凝土构件抗弯承载力的简化计算方法,建议在实际工程中,相对开孔孔径和间距分别取0.5和2.0为宜。     

联肢加劲钢板剪力墙滞回性能试验研究与数值分析

完成了3个1/3比例的3层联肢钢板剪力墙试件的低周反复加载试验。3个试件的钢板剪力墙分别采用非加劲、槽钢竖向加劲和井字加劲的形式,钢板剪力墙的竖向边缘构件采用方钢管混凝土。得到了联肢钢板剪力墙试件的荷载-位移滞回曲线和破坏形态,对试件的骨架曲线、应力发展、延性及耗能能力等进行了分析。采用有限元软件ABAQUS对试件进行了数值模拟。结果表明:非加劲和槽钢竖向加劲墙板先屈曲后屈服,井字加劲墙板先屈服后屈曲,墙板屈服后连梁与钢板剪力墙边框梁相继屈服。方钢管混凝土柱脚屈服较早,屈服后仍具有良好的承载力和弹塑性变形能力。采用非加劲墙板的试件承载力最低,滞回环捏缩效应最严重,其次是采用槽钢竖向加劲墙板的试件。采用井字加劲墙板的试件滞回环较饱满。井字加劲和槽钢竖向加劲试件的峰值荷载分别比非加劲试件的峰值荷载提高了11.7%和6.9%,井字加劲和槽钢竖向加劲试件的等效黏滞阻尼系数分别比非加劲试件的等效黏滞阻尼系数提高了65.9%和19.9%。各试件的延性系数均大于4.5,表明不同加劲形式的联肢钢板剪力墙均具有良好的延性。数值分析与试验结果吻合较好,可充分地反映试件的滞回性能和破坏过程。加劲肋对连梁和边缘构件的内力影响较小,但可显著提高剪力墙板的抗剪承载力。相较于两片单肢钢板剪力墙,联肢钢板剪力墙的承载力和耗能能力均有大于20%的提高。     

圆角多边孔蜂窝梁孔间腹板屈曲承载力研究

提出一种圆角多边形孔蜂窝梁孔间腹板受剪屈曲承载力的分析方法。该孔型蜂窝梁具有与圆孔蜂窝梁相同的良好受力性能,但制作工艺简易且不损失扩展比。采用有限元方法研究了跨中集中力作用下蜂窝梁孔间腹板的屈曲模式和屈曲承载力。有限元分析考虑的参数包括孔间距与孔高之比和孔高与腹板厚之比等。并提出了改进的斜压柱理论模型以用于圆角多边形孔蜂窝梁孔间腹板的屈曲承载力计算。     

外包钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为改善小跨高比连梁的抗震性能,采用高延性混凝土（HDC）代替混凝土,设计了2个外包钢板-HDC组合连梁、1个外包钢板-混凝土组合连梁和1个内置钢板-HDC组合连梁试件。通过拟静力试验,研究其破坏形态、变形能力及耗能能力。试验结果表明:采用HDC代替混凝土可提高外包钢板组合连梁的变形能力和耐损伤能力;HDC与钢腹板的协同工作性能较好,有利于钢腹板抗剪作用的发挥;外包钢板-HDC组合连梁的耗能能力明显高于外包钢板-混凝土组合连梁和内置钢板组合连梁;外包钢板-HDC组合连梁的剪压比设计值为0.65~0.70,其剪压比明显高于内置钢板组合连梁。因此,采用外包钢板-HDC组合连梁,可提高小跨高比连梁的剪压比限值,解决连梁设计中剪压比超限的问题。     

内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩抗震性能研究

基于可恢复功能结构设计理念,提出一种新型内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩。开展了6榀门式箱型钢桥墩试件在变轴压和水平往复加载下的拟静力试验,通过分析试件的破坏模式、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化特征、强度退化系数和累积滞回耗能等性能指标,探讨了设置耗能钢板、轴压比和耗能钢板厚度等对新型门式钢桥墩抗震性能的影响规律。建立门式钢桥墩试件的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。研究表明：设置耗能钢板能够提升门式箱型钢桥墩的延性、变形能力和耗能能力,且能有效延缓壁板的屈曲变形和开裂。新型门式箱型钢桥墩根部壁板螺栓孔附近钢板易因应力集中而开裂,致使试件最大承载力迅速降低。随着轴压比的增大,试件的承载力、耗能能力和震后可恢复性能提高。可更换耗能钢板的厚度越小,试件的承载力越低、刚度退化越快,但其延性和耗能能力得到提升。轴压比和耗能钢板厚度对试件强度退化的影响相对较小。为便于新型门式钢桥墩的推广应用,基于试验研究结果提出内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩的延性评估简化公式和承载力的抗震设计公式。     

带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙抗震性能研究

钢板剪力墙因具有良好的抗震性能被大量应用到高层建筑和高烈度区域。为解决装配式钢板剪力墙滞回曲线捏缩、平面外屈曲问题,该文提出一种带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙。针对该装配式高强钢板剪力墙,变化高厚比和钢材牌号对其进行拟静力荷载作用下抗震性能有限元和试验研究,分析破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能和延性。研究结果表明：该装配式高强钢板剪力墙内嵌板环形阻尼器和边界连接板带屈服破坏,其他构件完好;滞回曲线饱满,位移延性系数在5.7～8.7,抗震性能良好;提出的抗剪承载力计算公式简单明了、概念明确,与有限元模拟和试验吻合良好。     

带消能连梁的矩形空心双柱式高墩抗震性能试验研究

基于震后功能可恢复的设计理念，按1/20几何缩尺比设计和制作了矩形空心双柱式高墩和带消能连梁的矩形空心双柱式高墩模型，开展了低周往复荷载作用下的拟静力试验研究，分析了试件的破坏形态及过程，比较研究了试件的强度、累积滞回耗能、墩柱曲率和位移延性等抗震性能参数。试验结果表明:与普通的矩形空心双柱式高墩相比，带消能连梁的矩形空心双柱式高墩具有更好的耗能能力、承载能力和位移延性能力，消能连梁可有效减小墩柱曲率，从而有效降低了墩柱的地震损伤。因此，带消能连梁的矩形空心双柱式高墩具有更优良的抗震性能。     

内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为提高钢板与混凝土的协同变形能力,提出采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土,设计了2个内置钢板-高延性混凝土(HDC)组合连梁与2个内置钢板-混凝土组合连梁对比试件。通过拟静力试验,研究试件的破坏过程、破坏形态、滞回特性、耗能能力及刚度退化等。结果表明:跨高比为1.5的试件均发生剪切破坏,跨高比为2.5的试件均发生剪切黏结破坏;与混凝土组合连梁相比,HDC组合连梁的延性和耐损伤能力均得到明显提高;试件发生剪切破坏时,HDC组合连梁较混凝土组合连梁的极限位移角和累积耗能分别提高了44.4%和83.5%;试件发生剪切黏结破坏时,HDC组合连梁的耗能能力仍有较大幅度提高。根据4个小跨高比组合连梁试验结果,计算得到其设计剪压比为0.48~0.57,明显高于小跨高比连梁的剪压比限值。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比组合连梁的受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

钢管混凝土组合结构全螺栓隔板贯通节点的抗震性能试验研究

该文以方形钢管混凝土柱-H型钢梁全螺栓隔板贯通连接节点为研究对象,以梁偏心为参数,进行了2个足尺的节点试件SJ1和SJ2的低周往复荷载试验,研究了该类型节点的破坏机理与抗震性能。通过试验数据处理与分析得出了该节点类型的破坏机理、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及刚度变化规律;通过隔板应变分析验证了试件的破坏机理。试验结果表明:该类型节点具有很好的抗震性能,节点承载力高,滞回曲线饱满,延性系数较大,耗能能力强等特点;主要变形发生在梁端塑性铰区域,隔板与柱连接处容易出现应力集中现象。两组节点在设计时均考虑了抗震设计要求,破坏形式基本相同,以隔板端部梁翼缘及腹板屈曲破坏为主,但由于SJ2梁存在偏心,在荷载作用下节点下隔板与柱连接处被撕裂。     

Unilateral buckling of elastically restrained rectangular mild steel plates

 This paper considers the elastic unilateral buckling of rectangular mild steel plates that are restrained elastically and subjected to bending and axial actions. A variational formulation of the Ritz method using linear combinations of harmonic functions for the buckling deformations is used to establish an eigenproblem to determine the plate local buckling coefficients. The motivation for the study is the retrofit of reinforced concrete beams by gluing and then bolting steel plates to the sides of the beam. Such plates, when acting compositely with the concrete beam, are subjected to predominantly bending and axial actions which may cause unilateral local buckling. Whereas the bolts provide complete restraint against buckling at discrete points, the glue may also inhibit local buckling between these nodal points since it acts as a continuous elastic restraint. The influence of the glue stiffness, support conditions and plate proportions on the unilateral buckling of such plates are assessed.