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。     

加设自复位支撑冷弯型钢龙骨剪力墙滞回性能研究

为改善冷弯型钢龙骨剪力墙的抗震性能,提出一种自复位耗能支撑,并对其构造和工作原理进行介绍。通过建立有效的有限元模型,提出了自复位耗能支撑的简化模拟方法。将有、无加设支撑的冷弯型钢剪力墙的滞回曲线进行对比,并对自复位耗能支撑进行变参分析,考察预压力、碟簧刚度和摩擦力对墙体抗震性能的影响。结果表明：加设自复位耗能支撑可以提高墙体的承载力,增强墙体耗能能力和延性,减少结构的残余变形,提高抗震性能;墙体的残余变形随碟簧刚度和预压力增大而减小,随摩擦力增大而增大。     

自复位钢板剪力墙结构性能分析

自复位钢板剪力墙是将后张拉节点和薄钢板剪力墙相结合而构成的一种新型抗侧力体系。后张拉梁柱节点和柱脚节点提供复位能力,减小结构震后残余变形,内填钢板则是主要的抗侧力元件和耗能元件。地震后通过更换钢板可使结构恢复正常使用功能。建立了自复位钢板剪力墙有限元模型进行水平加载分析,研究了内填钢板和边缘框架的相互作用,以及内填钢板的厚度和跨高比对自复位钢板剪力墙强度、刚度、滞回性能及耗能能力的影响。分析结果表明,自复位钢板剪力墙的塑性变形发生在内填钢板上,边缘构件保持弹性以提供复位能力。随着钢板厚度和跨高比增大,自复位钢板剪力墙的强度、刚度、耗能能力增大,但残余变形也随之增大。自复位钢板剪力墙的复位刚度与钢板厚度无关,但随着跨高比的增大而减小。     

利用钢板剪力墙耗能的自复位结构抗震性能研究

为考察利用钢板剪力墙耗能的自复位结构的抗震性能,通过理论分析和有限元模拟,研究钢板剪力墙厚度和钢绞线的预拉力对结构的影响。对结构受力性能进行分析,得到结构的理论复位刚度值。采用有限元对模型试件在循环荷载作用下的抗震性能进行模拟,通过对所得滞回曲线、结构耗能性能、骨架曲线、结构水平承载力、抗侧刚度及延性的分析,了解各个影响因素对结构的作用并与理论计算进行对比。结果表明:随着钢板剪力墙厚度的增加,结构在相同循环荷载作用下,每次循环的耗能量增加,承载力显著增大,延性更优,但是结构的复位能力逐渐变差;随着钢绞线的预拉力增加,每次循环的耗能量略微减小,结构最大层间位移增加,致使极限承载力增大,并且使结构的复位能力增强。     

自复位两边连接钢板剪力墙工作性能分析

自复位钢板剪力墙是将后张拉节点和薄钢板剪力墙相结合而构成的一种新型抗侧力体系。后张拉梁-柱节点和柱脚节点提供复位能力,减小结构震后残余变形,内填钢板则是主要的抗侧力元件和耗能元件。内填钢板只与钢梁连接可以减小对边框柱的需求,消除节点开口在钢板角部的应力集中,从而避免了钢板角部撕裂。建立自复位两边连接钢板剪力墙有限元模型进行水平加载分析,研究内填钢板和边缘框架的相互作用,并与自复位四边连接钢板剪力墙的工作性能进行对比分析。分析结果表明,与自复位四边连接钢板剪力墙相比,钢板两边连接的自复位钢板墙具有更好的复位能力,但强度、刚度和耗能能力较小。     

耗能钢筋配筋率对圆形自复位空心桥墩抗震性能影响分析

为了进一步研究自复位桥墩的抗震性能,基于有限元软件ABAQUS建立圆形自复位空心桥墩模型。对模型施加低周往复荷载,进行拟静力分析。以耗能能力、极限位移、屈服荷载、极限荷载、屈服位移为研究目标,对比分析在不同耗能钢筋配筋率(分别为0.2%,0.22%,0.24%,0.26%,0.28%,0.30%)下自复位空心桥墩的的抗震性能。结果表明,圆形自复位空心桥墩可有效减小残余位移;随着耗能钢筋配筋率的增加,自复位桥墩屈服位移保持不变,屈服荷载、桥墩耗能能力逐渐增大;当耗能钢筋配筋率超过0.28%时,桥墩耗能能力提升趋势、极限位移下降趋势有所减缓;为避免耗能钢筋失效,桥墩产生过大残余变形,同时保证自复位空心桥墩抗震性能,耗能钢筋配筋率宜控制为0.24%～0.28%。     

带钢板耗能键的钢管混凝土排柱组合剪力墙抗震性能研究北大核心CSCD

采用ABAQUS软件,建立4个带钢板耗能键的钢管混凝土排柱组合剪力墙模型,在验证建模方法可靠的基础上,对不同试件进行低周反复荷载下滞回特性、耗能能力、骨架曲线、延性、强度退化及刚度退化的对比研究,得出试件骨架曲线、滞回曲线,计算出承载力和位移延性系数,并分析剪跨比、钢管套箍率、材料强度等级三个不同参数对组合剪力墙的影响。结果表明,该组合剪力墙的承载力高、耗能能力强、后期刚度稳定、抗震性能良好;组合结构的承载力、耗能能力均随钢板数量增加而提高,但延性下降,外包混凝土能够大大提高结构的承载力和耗能能力;随剪跨比的增大,组合剪力墙承载力下降,但变形能力增强;随钢管套箍率增大,组合剪力墙的承载力和延性系数比增大,钢管套箍率宜取1.01;钢管内部的混凝土对整体结构强度影响的效果不明显。     

嵌入单个蝴蝶形钢板剪力墙的自复位结构体系的抗震性能研究

在蝴蝶形钢板剪力墙研究的基础上设计了单个蝴蝶形钢板剪力墙。对单个蝴蝶形钢板剪力墙构造和原理进行了说明,研究单个蝴蝶形钢板剪力墙嵌入自复位钢框架中的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、承载力退化、耗能和复位性能。分析结果表明,不含钢板的自复位钢框架自复位效果较好,框架不耗能,可以用于自复位结构体系的研究。当单个加劲蝴蝶形钢板剪力墙嵌入到自复位钢框架中,随着高宽比的变化,结构的滞回性能、承载力峰值及稳定性、耗能和结构残余位移角影响程度较小,可以为设计单个蝴蝶形钢板剪力墙的设计提供参考。     

钢筋混凝土自复位剪力墙抗震性能试验研究

自复位剪力墙是通过无黏结预应力钢绞线将预制墙板与预制墙板/基础连接成整体,其震后恢复能力良好。通过1个现浇钢筋混凝土剪力墙试件和3个自复位剪力墙试件的拟静力试验,研究了地震作用下自复位剪力墙的破坏特征、滞回性能、自复位特性及耗能能力等。研究结果表明：与现浇剪力墙相比,自复位剪力墙震后残余变形较小,破坏轻微,易于修复;自复位剪力墙滞回曲线捏拢明显,滞回环呈旗帜形;随着弯矩贡献比的增大,试件的自复位能力逐渐提高,但耗能能力有所下降。     

RC剪力墙地震损伤试验研究

为了研究地震作用下RC剪力墙的损伤演化过程,通过改变轴压比、边缘配箍、混凝土强度和加载方式,对9榀RC剪力墙试件进行单调与低周反复加载试验,考察试件经历不同次数循环加载后其损伤及其力学性能的变化规律,从损伤的角度分析不同设计参数及加载方式对试件荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、变形能力、累积滞回耗能等的影响,同时探讨试件残余变形与位移幅值的关系。结果表明,随着循环次数和位移幅值的增加,试件损伤逐渐累积,使其刚度、强度逐渐退化,耗能能力以及极限变形能力不断降低;变幅循环加载下试件的损伤发展呈先缓后急的特点,而常幅循环加载下试件的损伤演化过程较为缓慢,损伤发展速率较为平稳。研究结果为进一步建立能够描述RC剪力墙损伤程度的地震损伤模型,揭示损伤对RC剪力墙力学性能的影响提供试验支撑。     

预压弹簧自恢复耗能支撑子结构抗震性能研究

对预压弹簧自恢复耗能支撑进行了低周往复加载试验及数值模拟分析,结果表明,二者滞回曲线吻合较好,自恢复耗能支撑具有稳定的旗形滞回特性、良好的耗能能力和复位能力。对自恢复耗能支撑分别通过刚接和铰接与结构组成的支撑子结构进行了抗震性能数值模拟分析。结果表明：铰接支撑子结构具有更好延性、更稳定旗形滞回性能、更高承载力,对自身残余变形具有更好的控制能力;刚接支撑受力性能受连接板传递弯矩影响较大,铰接支撑耗能能力是刚接支撑的1.4~2.3倍,对结构的耗能贡献比刚接支撑提高了34%~40%,铰接支撑最大残余变形为刚接支撑的25.5%,基本消除了残余变形。     

设置组合工字钢梁的自复位框架抗震性能试验研究

基于“可恢复功能抗震结构”的设计理念,设计并制作了一种设置组合工字钢梁的自复位框架,采用消能杆作为耗能元件,进行了由不同消能杆组成的4个自复位框架的低周往复荷载试验,在分析其受力机理的基础上,对比分析了结构的受力发展过程、耗能能力和卸载后的自复位能力。结果表明：各自复位框架的试验宏观现象基本相同,其荷载-位移滞回曲线均呈“双旗帜”形;锚固板开口后,框架的抗弯刚度由预应力钢绞线和消能杆提供;层间侧移角加载至4%时,骨架曲线仍无下降趋势,结构具有良好的承载能力和变形能力;自复位框架的塑性变形都集中于消能杆,更换消能杆后,结构的抗震性能得以迅速恢复,实现了震后易于修复的设计目标;通过对残余层间侧移角和等效黏滞阻尼系数的分析表明,结构具有良好的自复位能力和耗能能力,且框架的抗震性能主要由自复位参数确定。     

纯剪荷载作用下帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板墙元的抗震性能试验研究

提出了一种帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构抗侧力体系。为了研究该帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构的抗震性能,剥离了钢板剪力墙结构抗侧力体系中梁柱框架刚接对体系抗侧力的贡献,从钢板剪力墙中提取出“墙元”,并保证其为纯剪受力状态,设计了5个帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙墙元试件,对其进行往复剪切荷载下的拟静力试验。结果表明：帽型冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构承载能力稳定,位移延性系数达到7以上,极限位移角达0.03rad,塑性变形能力较强;帽型冷弯薄壁型钢可以阻断内嵌钢板斜向通长拉力带,使钢板约束覆盖区域处于平面剪切受力变形状态,从而提升结构承载力、刚度和耗能能力,充分发挥钢板的材料性能;外贴OSB装饰板材可以满足建筑功能的适用性,同时强化了整体结构的抗震性能。     

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。     

竖向荷载对防屈曲组合钢板墙受剪性能的影响

以ABAQUS为模拟平台,考虑内嵌钢板参与承重,建立两种防屈曲组合钢板墙模型BR-CSPWⅠ和BR-CSPWⅡ,后者的混凝土板与钢板共同承受竖向荷载。对防屈曲组合钢板墙的受剪性能、内嵌钢板的应力分布以及混凝土面外约束板的损伤与竖向荷载变化的相关性进行有限元分析,并对2个试件进行拟静力试验。结果表明：随竖向荷载增大,内嵌...     

内嵌钢板混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为改善传统高层建筑剪力墙连梁的抗震性能,设计并制作3个内嵌钢板混凝土组合(SPC)连梁和1个交叉斜筋钢筋混凝土连梁试件并进行低周往复加载试验。试件变化参数包括连梁纵筋配筋率和配板形式。对比分析各连梁的破坏过程、滞回性能、耗能能力、强刚度退化、承载力、延性以及变形能力等。结果表明,连梁试件发生弯剪和弯曲两种破坏模式;增大连梁纵筋配筋率在提高承载力的同时降低了试件的延性变形;在配板率相同情况下,钢板形式由单钢板改变为拉结双层钢板,连梁受力性能相似,当单层钢板厚度较大时可采用双层钢板设计方案;钢板的设置可有效提高试件的承载力与延性,较好改善滞回曲线的捏拢效应,同时参与连梁端部塑性铰区的抗弯,提供较大的抵抗弯矩,钢板的受压作用也可提高塑性铰的转动能力。与交叉配筋钢筋混凝土连梁相比,利用钢板良好的承载力和延性变形能力,内嵌钢板混凝土组合连梁具有稳定的滞回性能和耗能能力且施工简单,其综合抗震性能优于传统配筋混凝土连梁。     

自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙滞回性能研究

为改善自复位钢板剪力墙结构中由钢板墙对框架柱的附加弯矩造成的框架柱截面尺寸增大及平钢板剪力墙过早屈曲导致的承载力下降的情况,提出一种采用侧边加劲半圆形波纹钢板剪力墙的自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙,通过对其各组成部分的力学特性进行分析得到自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的恢复力模型及影响其可恢复性的关键点和参数。采用通用有限元软件ABAQUS建立了单层单跨自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的分析模型,通过参数分析研究了自复位钢框架及半圆形波纹钢板剪力墙设计参数对自复位钢框架 半圆形波纹钢板剪力墙滞回性能的影响。结果表明：随着自复位钢框架的第二与第一刚度比及预应力钢绞线的初始张拉力的增大,自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的复位性能增强,但当层间位移角大于1.5%时,耗能性能随着自复位钢框架的第二与第一刚度比及初始张拉力的增大反而降低;随着波纹钢板剪力墙的弹性初始刚度与自复位钢框架第一刚度比及侧边加劲半圆形波纹钢板剪力墙圆弧直径的增大,自复位钢框架-半圆形波纹钢板剪力墙的复位性能降低,当层间位移角大于1%时,耗能能力随着波纹钢板剪力墙的弹性初始刚度与自复位钢框架第一刚度比及圆弧直径的增大而提高。     

带PEC柱的钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为了解决薄钢板剪力墙结构中框架柱易发生破坏而失效的问题,将强度高、刚度大的PEC柱引入薄钢板剪力墙结构,作为竖向边缘构件形成PEC-SPSW结构,分别对1榀带H形钢柱、2榀带PEC柱的钢板剪力墙结构,进行了低周往复荷载作用下的抗震性能试验研究。通过分析该结构的承载力、初始刚度、耗能能力、应力分布及破坏模式,得到了带PEC柱的钢板剪力墙结构具有更好的抗侧刚度、承载力和耗能性能。PEC柱构件对薄钢板有更好的锚固约束作用,从而使得薄钢板充分发挥屈曲后强度作用,带PEC柱的钢板剪力墙结构有更好的发展前景。     

人字支撑复合结构的合理耗能机制选择分析

通过对柔性梁柱加"人字"支撑形成的一榀新型复合结构进行静力弹塑性(Pushover)分析,从理论上研究该复合结构的抗震性能,满足按9度多遇地震的抗震能力和罕遇地震的抗倒塌验算。其耗能机制为"混合机制",塑性铰出现的位置及顺序为:支撑、梁端、柱下端、柱上端。为了得到更合理的抗震耗能机制,对影响复合结构耗能机制的主要因素、底层柱刚度和配筋、底层及二层支撑的配筋进行分析,由此优化出满足"强柱、中梁、弱支撑"多道防线抗震性能要求的合理耗能机制。计算结果表明,人字支撑复合结构的水平侧移表现为剪切变形。     

Research and development of an innovative self‐centering energy dissipation brace

Innovative self‐centering energy dissipation braces (SCBs) with super‐elastic shape memory alloy wires are designed and tested on a uniaxial MTS 810 hydraulic servo‐controlled fatigue testing machine. This type of SCB is modeled using finite element method and analyzed by ANSYS software. The test and analysis results show that this type of innovative SCB possesses energy dissipation capacity and self‐centering ability. This paper also describes the multistage working mechanism of the SCBs and exhibits the mechanical behaviors of the braces. The hysteretic behavior of steel frame structures with conventional braces, the buckling‐restrained braces, and the SCBs are compared by conducting low‐frequency cyclic loading. Nonlinear dynamic analyses of steel frame structures with the conventional braces, the buckling‐restrained braces, and the SCBs under frequently occurred earthquake, design basis earthquake, and rare earthquake, respectively, are also performed to compare the seismic responses of steel structures with different braces. The seismic behaviors of these frames are investigated by comparing the peak acceleration, the maximum interstory displacement angle, and the maximum base shear. The results show that the innovative SCB possesses excellent energy dissipation capacity as well as self‐centering ability. Additionally, the innovative SCBs can effectively control the seismic response of the steel frame structure.