大位移往复加载下钢框架节点地震损伤试验研究

结构临近倒塌状态时,构件不可避免发生较大变形。节点区梁柱焊接处是钢框架结构薄弱环节,易发生脆性破坏,设计了3个不同的大位移加载制度对钢框架节点构件进行低周往复加载,考察其破坏过程与特征,研究了不同大位移加载方式对钢框架节点的荷载-位移滞回曲线、滞回耗能、损伤演化等力学性能的影响。结果表明:加载制度对构件的破坏形态起控制作用,变幅加载与等幅60mm循环加载下试件为脆性破坏,等幅90mm循环加载下试件为延性破坏。采用变形作为损伤模型的参数不适合评价钢框架节点,且构件变形在地震作用下不可能达到其极限变形,针对钢框架节点,提出简单通用的累积破坏损伤模型。     

大位移往复加载下钢框架节点地震损伤试验研究

结构临近倒塌状态时,构件不可避免发生较大变形。节点区梁柱焊接处是钢框架结构薄弱环节,易发生脆性破坏,设计了3个不同的大位移加载制度对钢框架节点构件进行低周往复加载,考察其破坏过程与特征,研究了不同大位移加载方式对钢框架节点的荷载-位移滞回曲线、滞回耗能、损伤演化等力学性能的影响。结果表明:加载制度对构件的破坏形态起控制作用,变幅加载与等幅60mm循环加载下试件为脆性破坏,等幅90mm循环加载下试件为延性破坏。采用变形作为损伤模型的参数不适合评价钢框架节点,且构件变形在地震作用下不可能达到其极限变形,针对钢框架节点,提出简单通用的累积破坏损伤模型。     

考虑近海环境劣化作用的钢框架节点抗震性能试验研究

采用室内加速锈蚀试验模拟近海大气环境对钢框架材性试件与节点试件力学性能的劣化作用.得到节点试件梁柱翼缘与腹板钢材锈蚀率随近海环境作用时间的相关关系,对材性试件进行拉伸破坏试验,统计回归得到屈服强度、极限强度、伸长率与弹性模量4个钢材材性性能指标随锈蚀率的衰变关系.对4个不同锈蚀程度的钢框架节点试件进行变幅加载试验,考察其破坏形态与特征,分析锈蚀对构件滞回性能、骨架曲线与刚度的影响,得到节点构件耗能能力、累积塑性变形能力、刚度等性能指标随锈蚀率的衰变规律.结果表明：近海大气环境作用使得钢框架节点构件产生初始损伤,致使节点构件梁端在位移低周加载下越早发生断裂,延性降低.     

蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能

为避免梁柱翼缘相交处的焊缝在地震作用下发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行了低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和低周往复加载试验。充分分析了各框架试件有限元模型和实验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等,探讨蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对此节点框架滞回性能的影响。分析结果表明：蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满,具有良好的抗震性能;等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度,可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力。蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。     

蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能

为避免在地震作用下梁柱翼缘相交处的焊缝发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和加载试验,分析各框架试件有限元模型和试验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等,研究蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对节点框架滞回性能的影响。结果表明：蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力;等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度,可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力;蜂窝式耗能环阵列法向厚度从H型钢梁腹板厚度增加到3倍H型钢梁腹板厚度时,蜂窝式梁柱框架试件的耗能能力显著提高。蜂窝式梁柱框架试件试验中蜂窝式耗能单元的破坏位置与蜂窝式梁柱框架试件有限元模型中应力分布较大的位置几乎完全吻合,符合实际情况。相较于传统钢结构梁柱抗震节点,蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点将梁柱焊缝处的脆性破坏转化为梁上特定位置的破坏,充分转移梁柱节点焊缝处的应力,蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。蜂窝式可替换塑性铰节点有效减少梁柱节点焊缝开裂现象,降低钢结构在大震下发生焊缝开裂而倒塌的几率,易于模块化工厂加工,显著提高施工效率,便于消防管道、电缆等设施的转向和穿线。     

火电厂钢框排架-消能支撑结构低周往复加载试验

为研究钢框排架-消能支撑结构的抗震性能,以某钢结构火电厂主厂房为原型并采用防屈曲支撑作为消能装置,设计了1榀5层的钢框排架-消能支撑结构试件.通过低周往复加载试验,分析其破坏机制、滞回性能、刚度退化规律、层间变形及防屈曲支撑耗能能力.试验结果表明:钢框排架-消能支撑结构具有较高的抗侧刚度及承载能力.模型试件滞回曲线呈饱满的梭形,等效黏滞阻尼系数达0.262,位移延性系数超过3.53,表现出良好的耗能及延性性能.试验过程中,防屈曲支撑可在较小加载位移时先于主体梁柱进入屈服且塑性耗能特征明显,增加了结构阻尼且耗能稳定,有效提高了结构抗震性能.     

再生混凝土框架顶层边节点的抗震性能试验研究

对3榀再生混凝土框架顶层边节点的抗震性能进行了试验研究。试件节点区域采用三种不同的配筋形式,在低周反复荷载下观测试件破损特点、发展过程及最后破坏形式,得到梁端荷载-位移滞回曲线,对3榀试件滞回特性、位移延性、刚度退化和耗能能力进行了研究。结果表明配筋形式对再生混凝土框架顶层边节点的抗震性能有一定影响;再生混凝土试件可用于有抗震设防要求的工程。     

钢框架双钢板内填混凝土剪力墙结构滞回性能试验研究

为了研究钢框架双钢板内填混凝土剪力墙结构(SFSCSW)的滞回性能,设计了单跨2层半、缩尺比为1∶3的SFSCSW试件,并对试件进行了的低周反复加载试验,研究了试件在循环荷载作用下的破坏模式、变形能力、耗能能力,得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、承载力降低系数曲线、延性系数等.试验结果表明:钢框架双钢板内填混凝土剪力墙结构承载能力高、抗侧刚度大,具有较好的延性和较强的耗能能力;在水平荷载作用下,剪力墙底部墙角外鼓,柱脚翼缘部分屈曲,剪力墙结构发生压弯破坏;钢框架双钢板内填混凝土剪力墙试件1层的层间刚度比2层大,侧向变形比2层小;钢框架双钢板内填混凝土剪力墙结构刚度退化平缓,同一位移加载,承载能力减小程度有限;钢框架双钢板内填混凝土剪力墙结构试件的剪切变形较小.     

混合连接装配式框架内节点抗震性能研究

为了提供一种适用于高烈度抗震设防区的装配结构连接方式,并为建立该结构的抗震设计方法提供依据,通过6个混合连接装配式混凝土框架内节点试件在低周反复荷载下的加载试验,对其破坏形态、滞回特性、变形恢复能力、位移延性、能量耗散等进行了研究。结果表明,混合连接装配式混凝土框架节点的耗能能力与整体现浇混凝土节点相当,而其延性和变形恢复能力则优于整体现浇混凝土节点,其综合抗震性能优于整体现浇混凝土节点。     

钢框架梁柱腹板连接的有限元分析

针对钢框架结构中梁柱节点在震害中的脆断破坏,利用有限元计算程序ANSYS对梁柱腹板连接试件模型进行循环加载计算,通过对试件滞回特性、节点域应力分布详细研究后得出,节点域有较好的延性和耗能能力,并揭示了节点发生脆断的原因缘于焊缝处剪应力集中,为该种连接钢框架的设计及理论分析提供了依据.     

可替换式偏心支撑钢框架抗震性能

为了研究耗能梁段屈服类型、柱轴压和震后替换耗能梁段对可替换式偏心支撑钢框架抗震性能的影响,采用拟静力循环加载的方法对4个可替换式偏心支撑钢框架进行试验,并从滞回曲线、刚度退化、延性系数和构件应变等方面分析其抗震性能. 结果表明,耗能梁段屈服类型对可替换式偏心支撑钢框架抗震性能影响较大,随着耗能梁段从剪切型过渡到弯曲型,结构的承载能力、延性和耗能能力均呈下降趋势;随着柱轴压的增加,试件的初始刚度和延性系数逐渐降低;震后替换耗能梁段的模型与原模型相比,仅耗能能力有所下降,其余性能变化不大,说明这种结构具有良好的可替换性. 通过对应变分析发现,直至试验结束,耗能梁以外绝大部分区域仍处于弹性阶段,说明耗能梁段作为第一道抗震防线可以保护其他构件.     

中高强度钢材钢框架组合节点滞回模型研究

钢框架节点在低周往复荷载作用下的滞回曲线是评价其抗震性能的重要指标,为了得到中高强度钢材钢框架梁柱组合节点滞回模型,本文通过4个足尺组合节点试件在往复荷栽作用下的破坏试验,获得了节点滞回曲线的骨架曲线和包络图,分析了混凝土楼板配筋率和加裁方式对节点承载和延性的影响,并由此得到考虑组合节点承载能力和刚度退化的三线型恢复力模型.由分析结果可以看出,楼板配筋率主要影响节点延性;正对称加载会明显提高节点的初始刚度和正弯矩极限承载力;恢复力模型可用于弹塑性地震时程反应分析.     

预应力混凝土框架边节点抗震性能试验

预应力混凝土框架结构在地震作用下的反应与普通钢筋混凝土结构相比存在着差异,且受力复杂,难以通过理论分析得到其抗震性能.结合实际工程,通过框架节点试验模型在低周反复加载作用下的拟静力试验,研究了后张有粘结预应力混凝土框架边节点的破坏形态、滞回特性、骨架曲线、刚度退化、破坏时应变等.研究结果表明:水平地震作用下有粘结预应力混凝土框架边节点模型的位移滞回曲线由梭形变化到反S形,存在捏拢现象;位移延性系数能达到4.0以上,耗能能力较强,结构具有较好的抗震性能;建议通过加大柱截面和增强柱端抗剪钢筋来实现强剪弱弯.     

T型钢连接钢框架抗震性能研究

为研究T型钢梁框架连接节点的抗震性能,设计了2个足尺中柱节点试件和2个边柱节点试件.按建筑结构抗震试验规程对试件进行安装,采用拟静力试验方法进行往复荷载试验研究,从试件的滞回性能、极限承载力、梁柱转角等方面分析中柱节点和边柱节点的抗震性能.结果表明:连接件厚度对短T型钢连接平面梁柱节点抗震性能影响较大,连接件厚度增加,节点极限承载力、延性、累计耗能均提高.4个梁柱节点的滞回曲线均呈菱型,滞回曲线形状饱满,边柱的极限弯矩承载力和极限转角较中柱高.破坏时,梁柱相对转角均超过0.03 rad,说明T型钢连接梁柱边柱节点和中柱节点均具有较好的耗能能力和延性,本文研究可为工程实践提供实际参考.     

反复荷载作用下型钢混凝土异形柱框架边节点力学性能试验研究

通过对9个型钢混凝土(SRC)异形柱框架边节点进行低周反复加载试验,观察了不同配钢形式、不同轴压比条件下SRC异形柱框架边节点的受力过程及破坏形态,得出了SRC异形柱框架边节点的荷载一位移滞回曲线和骨架曲线.根据试验结果,分析了节点承载力、延性、耗能以及刚度退化等性能.研究表明,SRC异形柱框架边节点的滞回曲线比较饱满,承载力高,耗能能力强,位移延性系数平均值可达到3.60,具有较好的抗震性能.     

基于GBDT算法的基桩竖向承载力预测方法

目的 为研究支撑-半刚接钢框架结构体系的抗震性能,方法 设计了一榀由嵌套式单边螺栓与T型钢构成的半刚性梁柱节点的中心支撑钢框架,并进行了拟静力试验与有限元数值模拟,通过观测整个试验现象,分析了其滞回、承载力、刚度退化、耗能等抗震指标。结果 结果表明：试件破坏过程明显经历了弹性段、塑性段、破坏段三个阶段,试件破坏模式主要为支撑受压失稳破坏,塑性变形主要累积在支撑体系上,整体呈现延性破坏特征;支撑断裂后,梁柱及T型钢节点无明显塑性变形,钢框架仍具有较高的安全储备,符合“强节点、弱构件”设计原则,表明了结构具有两道抗震防线;结论 支撑与半刚接钢框架协同工作使得试件具有较高的抗侧刚度抵抗水平变形,且承载力较高、滞回性能稳定、耗能能力优良;单边螺栓在试验过程中的受力性能较普通高强螺栓并无较大差别,未出现严重的预紧力松弛现象,并能高效的保持螺栓预紧力。通过有限元数值模拟分析可知,减小支撑长细比,虽能有效提高结构的抗震性能,但长细比较小会导致支撑刚度增大,加速其余构件的损坏。故应以考虑结构的延性为前提,降低支撑的长细比,才能有效提高结构的抗震性能。     

单边螺栓连接中心支撑钢框架抗震性能分析

目的 为研究支撑-半刚接钢框架结构体系的抗震性能,方法 设计了一榀由嵌套式单边螺栓与T型钢构成的半刚性梁柱节点的中心支撑钢框架,并进行了拟静力试验与有限元数值模拟,通过观测整个试验现象,分析了其滞回、承载力、刚度退化、耗能等抗震指标。结果 结果表明：试件破坏过程明显经历了弹性段、塑性段、破坏段三个阶段,试件破坏模式主要为支撑受压失稳破坏,塑性变形主要累积在支撑体系上,整体呈现延性破坏特征;支撑断裂后,梁柱及T型钢节点无明显塑性变形,钢框架仍具有较高的安全储备,符合“强节点、弱构件”设计原则,表明了结构具有两道抗震防线;结论 支撑与半刚接钢框架协同工作使得试件具有较高的抗侧刚度抵抗水平变形,且承载力较高、滞回性能稳定、耗能能力优良;单边螺栓在试验过程中的受力性能较普通高强螺栓并无较大差别,未出现严重的预紧力松弛现象,并能高效的保持螺栓预紧力。通过有限元数值模拟分析可知,减小支撑长细比,虽能有效提高结构的抗震性能,但长细比较小会导致支撑刚度增大,加速其余构件的损坏。故应以考虑结构的延性为前提,降低支撑的长细比,才能有效提高结构的抗震性能。     

高强钢筋高韧性混凝土框架中节点抗震性能试验研究

对4个高强钢筋高韧性混凝土框架中节点进行低周往复加载试验,对比不同范围采用高韧性混凝土进行增强的节点与同条件下未增强的节点的承载能力、变形能力、滞回特性、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标。结果表明,在节点中采用高韧性混凝土进行增强,可以改善节点破坏形态,提高试件的承载能力和变形能力,提高构件的抗震性能,由节点核心区延伸至1倍有效梁高范围内采用高韧性混凝土进行增强的节点对变形性能、刚度退化、延性和耗能能力增强效果最佳。     

冷弯薄壁C型钢框架体系抗震性能研究

对冷弯薄壁C型钢框架进行试验研究,共设计3榀框架,梁柱皆采用C型钢作为主要承重构件,截面形式为双肢C型钢背靠背,双肢C型钢由节点板和高强螺栓连接而成.试验主要研究螺栓间距和轴压比两因素对整体框架抗震性能的影响,得到框架在低周反复循环荷载下的滞回曲线、骨架曲线与应变分布情况,对框架的破坏机理、承载力退化、刚度退化、延性以及耗能性能进行研究,并分析各参数变化对试件抗震性能的影响.结果表明:试件的破坏形式均为平面内失稳,两侧梁端及柱脚腹板位置出现局部失稳.螺栓间距对承载力退化影响较大,而轴压比是影响刚度退化的主要因素,框架的延性系数、耗能性能高于一般混凝土结构和其他轻钢结构.     

具有特殊功能的钢结构节点的力学性能

为了使钢框架结构在倒塌时具有方向性并延缓倒塌时间，提出具有方向性、耗能性、延时性的新型钢框架节点.对新型节点试件进行拟静力试验，研究节点的破坏形态、滞回性能、刚度退化曲线、骨架曲线及延性性能，探讨材料屈服强度、摩擦系数和削弱深度对新型节点的影响.运用有限元分析软件Abaqus对新型节点的循环往复位移加载过程进行准确模拟，进一步分析节点的力学性能，预测构件被首先破坏的部位.结果表明：新型节点试件的破坏形态基本一致，均为低屈服点翼缘板先发生屈服破坏；设置低屈服点翼缘板和在试件表面涂抹摩擦材料可以增加结构的耗能能力，低屈服点翼缘板的屈服强度和摩擦系数越大，耗能能力越好；节点的延性性能随着腹板削弱深度和摩擦系数的增加而增加，屈服点越低，延性越大.