自复位装配式钢-混凝土混合框架节点抗震性能试验研究

结合装配式梁、柱构件螺栓连接施工便捷的特性与后张预应力筋预压连接的抗震性能优势,提出一种自复位装配式钢-混凝土混合结构框架节点,该节点由钢筋混凝土柱和钢-混凝土混合梁通过高强螺栓拼装而成,主要通过后张梁内的无黏结预应力筋提供复位力,并通过摩擦耗能装置与钢梁段塑性变形进行耗能。共完成了5个边节点的低周往复加载试验,分别研究了混合梁内预应力筋的初始预拉力与摩擦装置中高强螺栓的初始预紧力对该节点承载能力、抗震性能、耗能能力和复位能力的影响。研究结果表明：试件表现出明显的两阶段滞回特性,第一阶段为钢梁段屈服前,混凝土梁与钢梁段接触面呈现出持续开合复位机制,滞回曲线呈现明显双旗形,复位效果明显;第二阶段为钢梁段屈服后,随着荷载增大,钢梁的塑性变形逐渐增大,滞回曲线趋于饱满,试件耗能能力显著增加。试件的峰值荷载、延性系数和累积耗能值随摩擦装置中高强螺栓的初始扭矩增大而增大,峰值荷载和复位能力随梁内预应力筋的初始预拉力增大而增大。在整个试验过程中,各试件梁、柱主体构件损伤不明显,基本实现震后可恢复。     

基于损伤可控的梁柱节点受力性能的试验研究

提出一种基于损伤可控的梁柱节点(Web-Connected and Prestressed节点,简称WCP节点)。通过在梁端腹板设置连接钢板、摩擦耗能螺栓以及预应力筋,将梁柱连接在一起。为了研究该类节点的滞回性能、自复位能力和损伤特征,设计、制作并完成了4个足尺节点试件的低周往复试验,分别考虑了预应力筋的初始张拉力、高强度螺栓的预紧力以及拼接板的表面处理方式对节点性能的影响。试验结果表明:该类节点的破坏主要集中在拼接部分;节点通过螺栓的滑移变形提供了较好的耗能能力;预应力筋能够增强节点的刚度,降低节点的残余变形,提供一定的自复位能力,且预应力筋的初张拉力越大,节点的复位性能越明显;高强度螺栓预紧力越大,节点的承载力越大,耗能性能越好;采用普通表面处理的试件比采用喷砂处理的试件承载力大,耗能性能好。     

腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架梁柱节点的试验研究

提出了一种腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架梁柱节点形式,并通过14个低周反复加载试验,对节点在循环荷载下的力学行为以及耗能特性进行研究,分析钢绞线预应力、螺杆预应力、梁端钢套、螺旋箍筋等参数对于节点性能的影响。试验结果表明,腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架梁柱节点具有震后自动复位、主体结构基本无损、耗能机制明确等优点。梁端的钢套避免了混凝土梁柱在相对转动时的局部受压破坏,而位于梁端腹板的摩擦装置则提供了良好的耗能能力。随着初始预应力的加大,节点的初始刚度、临界张开弯矩加大并具有更强的自定心能力;节点的耗能效果主要受摩擦力的大小控制,预应力螺杆的正应力越大,耗能效果越明显。为保证槽钢的传力和摩擦耗能效果,须加强柱预埋钢板在框架柱中的锚固。     

正交胶合木预应力剪力墙体系优化

正交胶合木预应力剪力墙体系主要由正交胶合木墙板、预应力筋和软钢阻尼器组成,相比于传统体系,其自复位性能好,耗能性能稳定。预应力体系由软钢阻尼器提供耗能能力,软钢阻尼器存在最优化问题,尺寸参数、钢号、数量和位置优化方案各有区别。此外,预张力大小也影响体系的耗能效率和自复位性能。故基于ABAQUS软件,采用数值模拟方法分析阻尼器参数对剪力墙体系耗能的影响,以及预张力对体系耗能和自复位的双重作用。结果表明,软钢阻尼器尺寸、钢号和数量存在最优组合,位置不影响。预张力分别存在耗能最优值和复位最优值。     

低损伤预应力自复位装配式混凝土耗能框架节点试验和数值研究

为了提高传统预应力干连接节点的抗震性能,提出一种带软钢阻尼器的低损伤自复位装配式混凝土（self-centering precast concrete,SCPC）耗能框架节点。设计了10个不同参数试件,对其进行拟静力试验,研究不同试验参数下梁柱组合体的裂缝开展情况、滞回特性、预应力筋合力、骨架曲线、钢筋应变等。试验结果表明：相比传统的RC节点,低损伤SCPC节点具有良好的自复位能力和抗震性能,预制构件最大裂缝宽度仅为0.08mm;试验中预应力筋始终保持弹性状态,初始预应力越大、预应力筋四周布置能明显提高SCPC节点的初始刚度和耗能能力,耗能条尺寸为中等型号的软钢阻尼器D1在三种阻尼器中耗能效果最佳;梁中纵向钢筋的应变也随梁端位移的增加而增加,且拉应变值明显大于压应变。此外,通过节点有限元模拟和试验结果的误差分析可得,节点张开弯矩、极限弯矩、初始刚度和开裂后刚度的最大误差均在7%以内,从而验证了有限元模拟方法的精确性,可为低损伤SCPC框架结构的整体抗震分析奠定基础。     

Experimental and numerical study on low damage self-centering precast concrete energy dissipated frame connections

为了提高传统预应力干连接节点的抗震性能，提出一种带软钢阻尼器的低损伤自复位装配式混凝土（self-centering precast concrete，SCPC）耗能框架节点。设计了10个不同参数试件，对其进行拟静力试验，研究不同试验参数下梁柱组合体的裂缝开展情况、滞回特性、预应力筋合力、骨架曲线、钢筋应变等。试验结果表明：相比传统的RC节点，低损伤SCPC节点具有良好的自复位能力和抗震性能，预制构件最大裂缝宽度仅为0.08mm；试验中预应力筋始终保持弹性状态，初始预应力越大、预应力筋四周布置能明显提高SCPC节点的初始刚度和耗能能力，耗能条尺寸为中等型号的软钢阻尼器D1在三种阻尼器中耗能效果最佳；梁中纵向钢筋的应变也随梁端位移的增加而增加，且拉应变值明显大于压应变。此外，通过节点有限元模拟和试验结果的误差分析可得，节点张开弯矩、极限弯矩、初始刚度和开裂后刚度的最大误差均在7%以内，从而验证了有限元模拟方法的精确性，可为低损伤SCPC框架结构的整体抗震分析奠定基础。     

预应力自复位装配式混合框架结构抗震性能试验研究

为了提高传统装配式混凝土结构的抗震能力,结合螺栓连接的施工性能、后张预应力筋的复位性能和腹板摩擦装置的耗能性能优势,提出一种预应力自复位装配式混合(SPH）框架结构。SPH框架结构由预应力钢筋混凝土柱和预制预应力钢-混凝土混合梁通过高强螺栓拼装而成,主要通过布置在梁与柱内的后张无黏结预应力筋提供复位力,通过混合梁内的摩擦装置与钢梁段的塑性变形进行耗能。完成了1榀无预应力装配式混合(NPH）框架及2榀SPH框架的低周往复加载试验,分别考虑了预制梁、柱内预应力筋初始预应力、摩擦装置处高强螺栓初始预紧力及柱脚构造措施对该类结构承载能力、复位性能及耗能能力等抗震性能的影响。研究结果表明：采用千斤顶非接触锚具的后张预应力筋方法行之有效;SPH框架相较于NPH框架表现出更好的承载性能、复位效果、变形及耗能能力;SPH框架表现出明显的两阶段特征,即在位移角2.0%以前,结构整体表现为“强复位、低耗能”特点,可以有效控制残余变形,相对自复位率保持在85%左右,在位移角2.0%以后,结构整体表现为“弱复位、强耗能”特点;整个试验过程中SPH框架主体构件损伤不明显,基本实现震后可恢复功能。     

初始扭矩下全装配预应力混凝土梁端界面弯扭性能试验研究

为了研究初始扭矩作用下全装配预应力混凝土矩形截面梁端界面的弯扭性能,设计了2组共8个不同配筋及不同初始扭矩的装配式预应力混凝土梁柱边节点,并对其进行拟静力试验。对比研究梁端的受扭变形和承载力、裂缝分布特征以及受弯滞回性能等。结果表明：屈服位移角后,随着位移角增加,梁端界面耗能钢筋屈服耗能,受压区高度减小,界面受扭承载力降低,界面受扭承载力主要由界面预应力筋作用下的静摩擦力承担;界面抗扭失效后的扭转变形不可恢复,扭转变形随着位移角的逐级循环加载而累积增加;扭弯比为0.02、0.04和0.06的扭矩作用时,抗扭失效后的扭转变形导致耗能钢筋剪弯变形,其对极限位移角下的梁端受弯滞回性能和自复位性能有不利影响,但影响较小;增加耗能钢筋配筋量不能有效提高节点屈服后的界面受扭性能,增加预应力筋配筋量能提高极限位移角下的界面受扭承载力,但承载力较低。     

新型PEC柱-钢梁摩擦耗能部分自复位节点抗震性能数值模拟

为研究采用预拉对穿螺栓的新型PEC柱-钢梁摩擦耗能型部分自复位连接中节点的抗震性能,考虑PEC轴压力、钢板组合截面布置(强/弱轴)、预拉杆预应力、加强型盖板厚度和预拉对穿螺栓设置方式等5个设计参数,利用有限元软件ABAQUS建立8个中节点模型试件并对其进行循环荷载下受力性能的数值模拟。根据模拟结果分析了连接的弯矩-转角关系、自复位功效、耗能能力、受力变形模式和节点传力机理。研究结果显示:PEC柱轴压力产生的二阶效应加快了自复位节点受力发展进程,但不影响自复位功效;组合柱布置方式通过改变梁柱刚度匹配影响连接部位力的分配模式,但不影响部分自复位节点受力机理;预拉杆预应力明显改变节点摩擦滑移耗能和自复位能力;预拉对穿螺栓的设置较好实现了节点区混凝土斜压带传力机理;采用实际工程作法的所有试件残余转角均不超过自复位节点最小转角限值0.005rad,且在达到设计预定的中震侧移角限值0.02rad后,结构主要受力构件梁开始进一步发挥力学性能,实现了自复位功效、耗能能力与结构安全冗余度有机统一的性能设计目标。     

自复位预制框架边节点抗震性能试验研究

提出一种新型的自复位预应力预制节点形式PTED节点,为了研究PTED节点的抗震性能,进行5个PTED边节点的低周往复荷载试验,对试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、延性及残余变形等抗震性能进行分析,试验结果表明:加载到层间位移角为4%时,预应力筋保持在弹性阶段,梁柱连接处缝隙及梁自身的裂缝均能在预应力筋的回弹作用下闭合,节点残余变形较小,PTED节点具有良好的自复位的能力,提高了震后结构的可修复性。加载过程中,梁柱基本保持弹性,而通过角钢的弹塑性变形耗散能量。增大角钢厚度、长度,增大梁高及减小预应力筋的初始应力可提高节点的耗能能力。节点的承载力随梁高的增加、预应力筋初始应力的增大、角钢厚度和长度的增大而提高。在加载后期,节点承受的荷载仍持续增长,加载到4%时,PTED节点仍具有稳定的屈服后刚度。PTED节点还具有较好的延性和梁端转动能力。PTED节点具有良好的抗震性能,可在地震区推广应用。     

预应力预制混凝土框架节点形式及设计方法

构建了一种新型的预应力预制混凝土框架节点,该节点的梁、柱构件通过预应力筋、角钢以及高强螺栓连接而成,经试验验证该类节点兼具良好的自复位能力和耗能能力。为了便于推广应用,针对这种基于角钢-高强螺栓连接的预应力预制混凝土框架节点的梁柱连接,提出设计方法,包括使用阶段的承载能力极限状态和正常使用极限状态并考虑施工阶段节点的工作状态,提出确定预应力筋的面积、初始张拉力、角钢尺寸及螺栓连接位置等设计参数的方法。     

一种新型钢骨梁柱节点性能研究

提出一种新型钢骨梁柱节点,应用有限元软件模拟论证了节点耗能性能及抗震性能。指出节点主要由角钢、螺栓及预应力筋耗能,橡胶垫块及预应力筋提供节点的自复位性能,且适用于装配式结构。     

摩擦耗能型PEC柱(柱弱轴)–钢梁连接组合框架层间抗震机理研究

为研究摩擦耗能型PEC柱(柱弱轴)–钢梁连接组合框架层间抗震机理,文章采用因素分析法通过改变高强螺杆初始预应力值、T形件腹板长圆孔的开孔长度、高强预拉螺杆的长度、摩擦力、新型卷边PEC柱顶竖向力等设计参数,对模型试件做往复荷载下抗震性能的数值模拟。基于整理的模拟数据,对比分析模型试件的承载力、连接性能、耗能能力、抗倒塌机理和自复位功效等滞回性能,可以得到以下结论 :增大高强螺栓的初始预应力可以提高试件的自复位功效;改变T形件腹板的开孔长度可以灵活控制试件进入承压型传力模式的进程;部分自复位的设计使得应力集中在钢梁翼缘端部,保护了主要受力构件,地震后替换掉辅助耗能元件,结构便能继续使用。     

带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为减小耗能部件对自复位性能的影响,提出一种带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱 钢梁节点。对4个2/3缩尺比例的自复位节点试件进行了拟静力试验,研究钢绞线初始预应力、耗能钢棒直径及是否布置楔形装置对节点受力性能、自复位性能和抗震性能等的影响。结果表明：在梁端往复荷载作用下,各试件的滞回曲线均为典型的“双旗帜”形,具有良好的自复位性能和耗能能力。加载过程中,仅耗能钢棒进入塑性,主体构件及钢绞线均保持弹性。震后仅需更换耗能钢棒并调整楔形装置位置即可快速恢复使用功能。增加钢绞线初始预应力可以显著提高节点的承载力;增大耗能钢棒直径明显提高了节点的承载力和耗能能力;设置楔形装置可以显著提高节点的耗能能力。提出了带楔形装置自复位节点的简化恢复力模型,简化恢复力模型与试验滞回曲线吻合较好。     

矩形脉冲激励下自复位墙动力摇摆倾覆分析

针对自复位墙在矩形脉冲作用下的动力摇摆响应,在考虑预应力筋断裂基础上,采用数值方法求解墙体动力方程,对比普通摇摆墙和自复位墙的倾覆谱,并针对影响自复位墙特性的参数进行倾覆谱计算分析。结果表明减小墙体高宽比和增加预应力筋初张力使墙体在预应力筋断裂后倾覆概率增加,预应力筋刚度对于墙体倾覆影响有限。自复位墙倾覆谱附加安全区域SN的位置和面积与墙体高宽比、预应力筋初张力和刚度均有关。     

含摩擦型消能装置预应力钢柱的耐震性能

针对预应力钢柱基底含摩擦型消能装置的耐震性能进行研究,探讨初始钢绞线预应力与消能装置的影响。通过钢绞线施拉预应力接合钢柱与基础,用来提供钢柱自复位能力;消能装置采用摩擦型消能,提供柱构件与基础接合的滞回消能能力,因此柱构件在受震后拥有自复位与无残余变形特性。研究参数包含初始预应力大小、摩擦消能面积与摩擦型消能装置的位置。通过理论推导建立预应力与消能装置在钢柱与基础接合的性能模式,进而设计试件进行试验来验证其性能。试验结果表明,柱与基础接合面有开启与闭合的现象;提高摩擦型消能装置螺栓的预应力量,能有效提升滞回消能面积;提升初始钢绞线预应力量,能使滞回循环远离原点,确保自复位能力;消能装置安装在柱翼板处比安装在柱腹板处有较好的消能能力,且较为经济。预应力钢柱基底含摩擦型消能装置具有良好的自复位能力,具有滞回消能能力且柱构件无残余变形,理论分析亦能准确预测其性能。     

预制装配混凝土剪力墙结构新型装配技术试验研究

对预制装配混凝土剪力墙结构的承载性能、抗震性能进行了试验研究。根据预应力筋截面面积不同,预拉力值不同共设计制作了8个装配混凝土剪力墙试件以及1个现浇模型试件。在试验室条件下进行低周水平反复荷载试验,研究了试件承载力性能、预应力筋的应力变换以及试件耗能能力等,得出以下几点结论:预应力预制装配试件承载能力高于现浇试件,预应力筋截面增大一倍可使试件模型峰值荷载增大约19%,屈服荷载增大约10%;增大预应力筋截面面积或增大预应力筋预拉力导致结构耗能能力降低。     

新型串联式自复位屈曲约束耗能构件的滞回性能分析

提出一种新型串联式自复位屈曲约束耗能(SC-BRED)构件,该构件由套管-玄武岩纤维预拉杆式自复位系统提供自复位能力,通过屈曲约束核心钢板耗能,并通过串联式的构造提高构件变形能力。在分析该新型构件的工作机理与力学性能的基础上,通过ABAQUS软件开展了新型构件的滞回性能数值模拟,验证其串联式工作机理并研究其滞回性能。结果表明:串联式的构造能使构件变形能力较现有非串联式构件提升2倍;新型构件具有饱满且稳定的旗帜型滞回曲线,拉压对称,通过自复位体系有效控制了残余变形。对预拉杆尺寸、初始预张力及核心板尺寸等参数进行分析,以研究新型构件滞回性能和耗能能力。结果表明:预拉杆尺寸影响构件刚度,初始预张力影响构件自复位能力和残余变形,核心板尺寸主要影响构件耗能能力。     

自复位屈曲约束支撑框架耗能组件影响分析

为探究屈曲约束支撑耗能组件对自复位屈曲约束支撑(SCBRB)框架抗震性能的影响,基于"等强原则"和自复位需求设计了不同核心板面积的SCBRB框架,并开展了地震作用下的动力分析。分析结果表明:随着核心板面积的增大,支撑的耗能能力增大,结构的最大位移响应减小,加速度和剪力响应也减小;但在相同预应力筋的情况下,初始张拉应变增大会降低支撑的变形能力,可能会导致支撑变形能力不能满足变形需求。     

预应力混凝土框架自复位节点的抗剪性能试验研究

通过对6组共18个预应力混凝土框架自复位节点进行抗剪性能试验,研究了预应力螺杆轴力、构件连接面尺寸、梁下钢牛腿对抗剪性能的影响,提出了预应力混凝土框架自复位节点接缝抗剪承载力计算公式,并分析了摩剪系数的取值。研究表明:节点抗剪承载力与预应力螺杆轴力呈正相关关系,构件连接面尺寸对节点抗剪承载力影响不明显;使用钢牛腿能提高节点的抗剪性能。