中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架数值模拟

装配式自复位钢框架具有震后结构自动复位、结构残余变形及损伤较小、可以恢复结构正常使用功能等优势。但是当装配式自复位钢框架跨度较大时,常因刚度不足导致其层间位移角不能满足抗震设计规范限值要求。为此,提出了中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架,在拟动力试验研究基础上,通过有限元软件ABAQUS进行数值模拟,并与试验结果进行对比分析;在数值模拟校验的基础上,通过有限元分析研究了施加竖向活荷载对中间柱型阻尼器工作机制的影响。研究结果表明：数值模拟与子结构拟动力试验结果在结构位移峰值、滞回性能、索力变化等方面吻合较好,数值模拟方法可靠;中间柱型阻尼器可提高框架结构的抗侧刚度,有效控制结构层间位移角,同时提高结构耗能能力,延缓主体结构塑性发展进而保护主体结构,减小结构残余变形并控制损伤;中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架具有良好的自复位能力,竖向活荷载对中间柱型阻尼器滞回性能及耗能能力影响不大。     

带中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架拟动力试验

为解决较大跨度自复位钢框架结构层间位移角可能超限或耗能不足的关键问题,课题组前期提出将中间柱型阻尼器应用于装配式自复位钢框架。但是因门窗开洞等要求而不能在跨中处设置中间柱型阻尼器,从而提出了带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架,对其进行了拟动力试验,并与带单中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架的拟动力试验进行了对比,分析了其位移响应、滞回性能、中间柱摩擦阻尼器滑动、索力及典型部位应变变化等。结果表明,两榀框架震后短梁-长梁连接界面处残余转角和索力降低均较小,具有良好的开口闭合机制,耗能能力较优,能够有效避免主体结构的损伤,且带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架控制结构侧移效果更好,耗能性能更优,适用于较大跨度的多高层结构。     

木质变摩擦阻尼器滞回性能的试验研究与理论分析

基于对摩擦阻尼器材料及构造的改进,研制了一种木质变摩擦阻尼器。对9个不同参数的木质变摩擦阻尼器试件进行了低周反复荷载试验,研究了阻尼器的滞回性能,分析了摩擦块的坡度、螺栓预紧力等因素对阻尼器耗能性能的影响。根据木质变摩擦阻尼器的构造特点及工作原理,建立了其力学分析模型,确定了适用于该摩擦阻尼器的滞回规则和相应的滞回模型,并利用试验数据对滞回模型进行了验证。研究结果表明：木质变摩擦阻尼器的输出力在大变形时显著提升,滞回曲线较为饱满,具有分阶段耗能的特点,表现出稳定且良好的耗能性能;木质变摩擦阻尼器的耗能能力与木质摩擦块坡度和螺栓预紧力呈正相关。建立的滞回模型能较准确地反映木质变摩擦阻尼器的工作性能,理论与试验滞回曲线吻合较好。     

钢结构高效装配减震体系拟动力和静力试验研究

针对装配式钢结构中广泛应用的钢框架箱型柱全熔透焊接的传统连接技术存在热影响区力学性能差、施工效率低、人工成本高、污染环境等关键问题,课题组提出芯筒式全螺栓连接节点,结合中间柱摩擦阻尼器减震技术,构建一种高效装配式减震钢结构体系。以工程实例为原型结构,对其中一榀进行0.7倍缩尺,对钢结构高效装配减震体系试验框架进行拟动力和拟静力试验研究。研究表明在El-Centro波8度(0.2g)多遇、设防、罕遇和8度(0.3g)罕遇地震作用下,试验框架表现出良好的刚接性能,拟动力试验结束后基本无塑性损伤。拟静力试验大变形情况下,试验框架滞回曲线呈双线性,结构主要通过阻尼器进行耗能,试验结束时,除柱脚应变较大外,节点域以及梁和中间柱位置几乎保持弹性状态。结果表明钢结构高效装配减震体系节点有良好的受力性能,中间柱型阻尼器发挥了耗能作用。     

装配式钢框架梁柱节点抗震性能研究

针对两个不同厚度T型钢连接件连接的梁柱中跨半刚性节点,通过试验和有限元模拟方法,分析其螺栓预紧力变化规律、滞回性能和刚度退化。结果表明:在低周往复加载过程中,柱上的螺栓预拉力衰减较梁上螺栓的慢; T型钢厚度的增加,可提高节点的强度、刚度以及耗能性能,表明适当增加连接件厚度可以提高这类节点的抗震性能。     

基于转动型摩擦阻尼器滞回性能试验研究

为研究转动型摩擦阻尼器在静力反复荷载作用下的滞回性能,对6个转动型摩擦阻尼器试件进行拟静力试验研究,分析其工作机理、滞回性能、耗能能力及摩擦系数等并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,与试验结果进行对比分析。研究结果表明:1)转动型摩擦阻尼器滞回曲线饱满,有较好的耗能能力;2)无石棉有机物摩擦力较为稳定,铝镁合金、铜锌合金阻尼器摩擦力离散性较大; 3)增大阻尼器高强螺栓预紧力、单元数可增大阻尼器摩擦力,有效提高摩擦阻尼器耗能能力; 4)铝镁合金耗能能力优于铜锌合金、无石棉有机物,无石棉有机物能量耗散稳定性优于铜锌合金、铝镁合金; 5)铜锌合金、铝镁合金摩擦系数大于0. 3,无石棉有机物摩擦系数约为0. 16; 6)有限元分析结果与试验值误差较小,有限元模型可以较好地模拟试验。     

中间柱摩擦阻尼器预应力钢框架静力推覆试验研究

为研究跨度较大的预应力钢框架结构的可恢复功能,提出了具有可恢复功能的中间柱设有摩擦阻尼器的预应力钢框架体系,给出了中间柱摩擦阻尼器的典型构造。设计了一个8层原型结构,对底部两层平面框架子结构进行了静力推覆试验,同时采用ABAQUS有限元软件对试验进行了数值模拟。结果表明：中间柱的摩擦阻尼器在提高框架结构刚度的同时,还提高了结构的耗能能力;结构除梁翼缘加强板和柱脚翼缘出现塑性变形以外,其他主体结构始终保持弹性工作状态;第1、2层框架的层间剪力 位移滞回模型分别呈梭形和弓形。卸载后的检测结果显示,钢绞线的预应力损失很小,为结构提供了良好的自动复位和恢复结构功能的能力。     

Research on mechanical behavior of prefabricated steelframe columns using high-strength bolted flangeconnection with tapping steel plate

为了研究多高层装配式钢框架结构体系方钢管柱采用钢板攻丝高强螺栓法兰连接节点的受力性能,进行了钢柱法兰连接节点的足尺模型静力和拟静力试验,分析了这类节点的承载力、失效模式以及在单向水平地震作用下的滞回性能。试验研究表明：试件在静力试验中表现出较强的承载能力,失效模式为短柱受压侧屈服;试件在拟静力试验中得到的滞回曲线比较饱满,试件延性较好,耗能性能优良,失效模式为短柱受压屈服。对这类钢柱法兰节点的受力性能进行了有限元数值模拟分析,数值模拟结果与试验结果吻合较好。通过比较节点刚接模型及栓接模型的有限元分析结果,从设计角度考虑,认为该类节点在实际工程应用中可视为等效刚性连接。     

采用钢板攻丝高强螺栓法兰连接的装配式钢框架柱受力性能研究

为了研究多高层装配式钢框架结构体系方钢管柱采用钢板攻丝高强螺栓法兰连接节点的受力性能,进行了钢柱法兰连接节点的足尺模型静力和拟静力试验,分析了这类节点的承载力、失效模式以及在单向水平地震作用下的滞回性能。试验研究表明:试件在静力试验中表现出较强的承载能力,失效模式为短柱受压侧屈服;试件在拟静力试验中得到的滞回曲线比较饱满,试件延性较好,耗能性能优良,失效模式为短柱受压屈服。对这类钢柱法兰节点的受力性能进行了有限元数值模拟分析,数值模拟结果与试验结果吻合较好。通过比较节点刚接模型及栓接模型的有限元分析结果,从设计角度考虑,认为该类节点在实际工程应用中可视为等效刚性连接。     

转动型摩擦阻尼器力学性能及抗震效果分析

转动型摩擦阻尼器通过钢板间转动摩擦消耗地震能量。通过采用ABAQUS有限元软件对转动摩擦阻尼器的力学性能进行数值模拟,分析中考虑了转动摩擦阻尼器螺栓预紧力大小、转动摩擦系数和摩擦面个数3个设计参数;通过考察不同设计参数对该类阻尼器弯矩-转角滞回曲线的影响,确定影响转动摩擦阻尼器力学性能的主要影响参数。在OPENSEES分析软件中对包含了转动摩擦型阻尼器的钢框架结构进行弹塑性动力时程分析,动力时程分析中采用了Tohoku和El Centro两种地震波,分别考察了转动摩擦阻尼器在多遇地震和罕遇地震下对钢框架结构抗震性能的影响情况。研究结果表明:多层钢框架结构中的转动型摩擦阻尼器具有良好的耗能减震效果。