新型卷边PEC柱(弱轴)-钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架抗震性能研究

为研究PEC柱在弱轴布置条件下与钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架的抗震性能,同时考察参数:摩擦耗能T形件腹板长圆孔尺寸、T形件翼缘对穿螺栓的布排方式、柱底连接方式的影响,按1∶2的尺缩比设计了4个1榀两层的框架结构试件模型,并利用有限元软件ABAQUS进行建模,基于经试验验证的有限元模型进行了低周往复水平加载的有限元参数分析,基于模拟数据,分析各试件模型在加载过程中的自复位效果、耗能能力、承载能力以及节点区传力机理。结果表明:所有试件在加载至相对侧移角0. 035 rad时,其卸载后的残余转角仍小于0. 005 rad,该框架结构具有优良的自复位效果;在结构进入设计预定的承压型受力模式前,结构的耗能由连接处摩擦耗能提供,转化为承压型受力模式后,结构主体构件进一步发挥作用并开始发挥材料耗能,较好实现了结构设计性态目标;柱脚固接试件具有更高的承载力与抗侧刚度,其受力发展进程更快;采用在T形件翼缘内外侧布置螺栓的实际工程做法可缓解T形件翼缘的翘曲变形,从而更有利于自复位连接受力进程的发挥;对于不同建筑功能的建筑,其要求的性态设计目标可通过T形件上长圆孔的尺寸来实现;采用摩擦T形件部分自复位连接的组合框架试件均有效实现了自复位效果、耗能能力和结构安全冗余度的有机统一。     

有限长度预拉杆部分自复位PEC柱组合框架中间层抗震性能试验研究

为研究部分包裹混凝土（partial encased concrete,PEC)柱-钢梁有限长度预拉杆部分自复位连接组合框架中间层抗震机理,考虑耗能件形式和PEC柱布置方式,设计制作了3榀1∶2缩尺比例组合框架中间层子结构试件并进行水平低周往复荷载试验。基于试验结果,对试件的滞回特征、自复位功效、耗能能力进行了对比分析。研究表明：T形件螺栓孔的合理设置可有效实现“设计地震水平下通过耗能件耗能减震,大震水平下连接转化为承压型受力模式”的设计目标;部分自复位连接预拉杆预应力决定自复位功效,而辅助耗能件仅影响其耗能发展进程; PEC柱布置方式对部分自复位功效和耗能能力影响较小,验证了卷边PEC柱较好地改善了双向刚度的差异;T形件对穿螺栓与预拉杆传力方式促使节点区混凝土更好地形成斜压带传力模式和节点加强板增强了节点区混凝土约束的双重作用使得节点区较好地达到了“强节点”抗震要求;所有试件加载至设计地震水平下层间侧移限值1/50时,其整体与层间残余侧移最大值分别为0.21%和0.11%,基本满足了自复位结构残余侧移0.2%的要求,而加载超过大震水平下层间侧移限值的1/30时,所有试件承载能力仍继续增大,其整体与层间残余侧移最大值分别为0.86%和0.42%,即所有试件层间仍具有良好的自复位功效。     

半刚接钢框架内填不同构造措施钢筋混凝土墙子结构抗震性能试验研究

为研究半刚接钢框架内填RC墙结构的抗震性能,提出了一种考虑内填墙边界条件的子结构模型,进行了3榀1/3缩尺的3层单跨半刚接钢框架内填RC墙子结构的低周往复加载试验,研究了不同构造内填RC墙对结构抗震性能的影响,得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化、耗能能力及水平剪力分配。试验结果表明:内填贯通竖缝RC墙及暗竖缝RC墙试件的滞回曲线饱满,耗能能力强,但水平承载力及抗侧刚度略低,破坏模式均为缝间墙的弯曲破坏;内填实体RC墙试件的滞回曲线捏缩明显,耗能能力较弱,但水平承载力及抗侧刚度较高,破坏模式为内填墙的剪切破坏;内填墙降低了地震作用下周边框架节点转动能力,半刚性节点的最终塑性转角不超过0.025 rad,可避免钢框架节点失效导致的脆性破坏。内填墙承担约80%的水平荷载,但随着水平荷载的增大逐渐降低。     

T形件焊接加强型连接新型PEC柱-钢梁组合框架结构抗震性能数值模拟

利用ABAQUS对1榀两层单跨设置预拉对穿螺栓T形件焊接加强型连接新型卷边PEC-钢梁组合框架结构试验试件进行水平低周往复荷载下的抗震性能数值模拟。并对试件结构的滞回性能、水平抗侧刚度退化、节点连接性能、耗能性能、层间传力机理和破坏模式等抗震性能进行分析。结果显示:试件具有较高的承载能力和较大的初始抗侧刚度,且上下层初始抗侧刚度相差较大,随着加载导致试件损伤不断发展,上下层刚度逐渐衰减而趋向一致;试件下层受压PEC柱承担层间水平剪力60%,而上层层间剪力由PEC柱平均分担,且试件层间变形表现为剪切型模式;T形件焊接加强型连接实现了梁端塑性铰区远离节点区、节点区混凝土斜压带传力模式和节点连接部分自复位功效的设计目标,更好地满足了"强柱弱梁"的抗震要求;试件耗能主要通过PEC柱脚混凝土压溃与钢骨架屈服和T形件端部梁截面屈服来实现,且上下层耗能基本一致;试件结构最终破坏模式为T形件端部梁截面充分屈服和PEC柱脚部位钢骨架屈服与混凝土压溃形成塑性铰的塑性破坏机构,表明试件结构具有良好的延性及较好的抗震性能。     

恒定轴压力下Q690高性能钢管抗弯性能的试验研究

为研究国家电网输电塔中高强钢焊接中厚板圆管压弯稳定相关性,考虑长细比30、45和60,径厚比(D0/t)为31.25、50.00和58.33,以壁厚为6,8 mm国产Q690高性能钢板制作了5组15根焊接圆管试件,并对其进行恒定轴压力下的抗弯性能试验。记录各试件加载过程中变形现象,得到了试件的弯矩-轴向变形曲线。根据试验结果分析试件的承载力、失稳破坏模式和破坏状态等力学性能,并采用中国及美国相关行业规范公式对压弯承载力进行验算对比。结果显示:失稳破坏类型主要取决于钢管试件径厚比和长细比,随长细比减小或径厚比增大,构件破坏类型由整体失稳转化为局部失稳;失稳状态关键在于径厚比,随径厚比减小,破坏状态由弹性转化为弹塑性;所有规范设计公式均偏于保守,验证了相关规范压弯设计公式和稳定系数取值用于指导工程设计的可行性和合理性。     

承载力比值对摩擦型自复位节点抗震性能的影响

钢绞线与高强螺栓连接提供的节点抗弯承载力比值是影响摩擦耗能型梁柱自复位节点抗震性能的重要参数.采用有限元软件ANSYS 10.0,对5个按照不同抗弯承载力比值设计的节点模型进行单调和循环加载模拟,分析该参数对节点抗震性能的影响.研究表明：当高强螺栓连接的抗弯承载力比钢绞线的抗弯承载力略小时,节点的耗能性能最强且具有自复位能力.建议将节点设计弯矩按钢绞线与高强螺栓连接承载力比值分配,分别设计钢绞线与高强螺栓连接.     

新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)滞回性能足尺试验研究

基于薄壁钢板组合截面PEC柱的研究成果,为更好满足受压构件双向等刚度原则和进一步改善薄壁钢板组合截面PEC柱的力学性能,提出采用翼缘卷边和设置外拉结板条的新型卷边钢板组合截面PEC柱。对变化拉结板条间距的3个卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)足尺试件在恒定轴压下进行水平循环荷载的滞回性能试验。观察记录了各试件加载过程中钢板组合截面翼缘局部屈曲和混凝土裂缝开展与压溃现象,得到试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析试件的承载力、抗侧刚度、构件抗震延性与耗能、变形规律和破坏模式等力学性能。结果表明:试验卷边PEC柱试件充分发挥了薄板局部屈曲后性能,具有良好的变形能力与耗散地震能的双重功效;构件的破坏模式为柱脚部位卷边钢板组合截面翼缘局部屈曲区域不断增加,柱脚混凝土压溃面积加大和拉结板条屈服。研究进一步丰富了PEC柱研究成果,为PEC组合柱设计规范的制订和工程应用提供了理论依据。     

T形件加强型节点PEC柱-钢梁组合框架层间倒塌机理试验研究

为研究T形件焊接加强型节点卷边PEC柱-钢梁组合框架层间倒塌机理,按1:2缩尺设计制作了1榀组合框架中间层子结构模型试件并进行拟静力试验,从试件受荷过程分析了组合框架中间层子结构的滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、变形模式和倒塌破坏机构等抗震性能.研究结果表明:T形件焊接加强型连接方式增强了节点连接的刚度,实现了梁塑性铰位置远离节点区和结构梁端塑性屈服耗能的设计目标;T形件预拉对穿螺栓连接有效实现了节点域混凝土斜压带传力模式,相应降低了节点区的抗剪需求,更好满足了"强节点"的抗震要求;试件沿高度刚度分布均匀,试件整体水平位移表现为理想的倒三角弯剪型变形模式;试件结构的破坏模式为中间层T形件端部梁截面形成塑性铰的塑性倒塌机构,对应层间剪切角和节点连接转角均超过大震层间侧移限值1/30,且试件承载力未出现明显下降趋势,试件结构具有良好的抗倒塌性能.     

基于Kanai-Tajimi模型的地震作用荷载新型识别方法

目的研究一种识别地震作用荷载的方法,为地震作用荷载的识别与相应结构的动力特性、损伤的识别提供一种新的途径,进一步为结构的安全性、损伤进程和耐久性等研究提供理论参考.方法利用Kanai-Tajimi模型将单位强度白噪声过程模拟为未知的地震作用,并将其作用在结构上,然后根据数值模拟计算得到的结构体系响应作为观测量,采用Kalman滤波对未知荷载状态加以识别.结果最终可以利用结构的加速度响应反演得出地震作用的等效荷载,在人工添加5%观测噪声的条件下,最大误差率为7%左右,而在人工添加10%观测噪声的条件下,最大误差率为8%左右.结论通过算例的验证,说明笔者所采用的方法精度较高,获得了较好的识别效果.     

新型PEC柱-钢梁端板连接组合框架层间抗震机理试验研究

良好的抗倒塌性能是维系结构在大震下的必要整体性、实现“大震不倒”抗震设防水准的关键所在。为研究新型卷边PEC柱-钢梁外伸端板连接组合框架结构的层间抗震机理,按1:2缩尺设计了1榀组合框架层间子结构模型试件并进行水平低周往复荷载试验。基于试验现象和测试数据,分析了试件结构的破坏过程与破坏模式、滞回特性、刚度退化、耗能能力、变形模式等抗震性能。研究结果表明：试件结构最终破坏模式为端板附近梁截面充分屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构;试件整体与层间位移延性系数μu=3.74和最大等效黏滞阻尼系(ζeq)max=0.325,具有良好抗震延性和耗能能力;试件结构整体性好、水平抗侧刚度沿高度分布均匀,水平位移分布规律表现为理想的倒三角弯剪型变形模式;试件结构整体与层间侧移和节点转角均超过大震层间侧移限值1/30,即试件结构具有良好的抗倒塌能力。