自复位混凝土剪力墙抗震性能研究进展与展望

强震后工程结构功能快速恢复,是近年来可持续发展工程抗震的重要研究领域.由于通过释放墙片节点约束并沿墙高通长布置并后张无黏结预应力筋实现摇摆回复及倾覆控制,地震动下摇摆和界面张合效应可使自复位混凝土剪力墙表现为无震损或低震损及小残余变形,甚至无残余变形.作为可恢复功能结构体系重要组成部分的自复位混凝土剪力墙结构、技术、理论与设计方法正持续发展.在结构体系上,包括受控摇摆单肢墙、混合摇摆单肢墙、竖向连接耗能联肢墙以及连梁耗能联肢墙结构4种自复位剪力墙,均具备明确的自复位能力,但耗能钢筋/部件组装程度导致了不同结构体系的耗能能力差异明显;在设计方法上,传统的基于力的抗震设计方法难以直接应用,应确定相关性态极限状态和控制点并完善残余变形验算,提出基于位移性态的自复位剪力墙抗震设计方法;非线性分析方法上,纤维模型、集中塑性模型、多弹簧模型以及实体有限元模型等均可较精确地进行自复位剪力墙结构的模拟分析,但仍需有针对性考虑相关参数敏感程度.进而,提出开展预应力筋弹性和非弹性受力行为及其摇摆转动中的变形能力与损失,楼屋盖等水平连接对自复位能力和震损影响,强震下预应力筋和耗能元件失效下自复位剪力墙倾覆,多墙片拼装竖向多节点摇摆的自复位剪力墙高阶振型效应与残余变形预测等四方面研究,为自复位混凝土剪力墙结构体系研发与应用提供理论和技术支撑.     

钢绞线预应力的改变对自复位钢框架性能影响

通过ANSYS模拟和试验结果对比,说明了模拟方法的正确性.在此基础上,通过改变自复位钢框架钢绞线上施加预应力大小,建立了四个单层单跨自复位钢框架结构模型.对比分析了钢框架上角钢Mises应力云图、力-位移滞回曲线、结构骨架曲线以及刚度退化曲线.研究表明,随着钢绞线预应力的增加,钢框架刚度增大,屈服荷载与极限荷载增加,自复位钢框架耗能能力稍微降低,自复位能力明显增强.     

基于形状记忆合金的自复位摩擦耗能支撑滞回性能

针对基于形状记忆合金(SMA)的自复位摩擦耗能支撑,提出了简化分析模型,研究了其在往复荷载作用下的滞回性能.首先通过理论推导,得出了往复荷载作用下自复位摩擦耗能支撑的力-位移曲线,提出了简化的滞回模型,然后通过参数分析研究了各参数对其滞回性能的影响.结果表明:自复位摩擦耗能支撑在卸载后存在一定的残余位移,其大小仅与阻尼器元件摩擦力及SMA元件奥氏体弹性刚度有关;自复位摩擦耗能支撑的滞回性能可采用修正的FS(Flag-shaped)模型来描述;SMA元件屈服力及耗能参数对自复位摩擦耗能支撑的滞回性能影响较大,奥氏体弹性刚度及屈服后刚度系数影响较小;增加阻尼器元件的摩擦力,可显著增强自复位摩擦耗能支撑的耗能能力,但会产生残余位移.     

连梁中安装SMA阻尼器框剪结构非线性分析

为改善钢筋混凝土框架-剪力墙结构中小跨高比连梁的脆性破坏模式,提出在连梁中安装形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)阻尼器,并采用数值分析对此类结构的抗震性能进行研究．以一幢阻尼器控制的18层平面框剪结构为例,对该结构进行Pushover分析及静力往复荷载作用下的非线性分析,研究了安装SMA阻尼器的连梁的两个设计参数(屈服力比和屈服位移比)取值对整体结构非线性性能的影响．分析结果表明:屈服力比对结构损伤模式影响显著,当屈服位移比相同时,屈服力比越小,阻尼器进入屈服越早,变形集中在阻尼器中,结构自复位能力越强;屈服力比相同时,随着屈服位移比增大,连梁中SMA阻尼器屈服被延后,结构中混凝土构件越早发生损伤．     

自复位RC框架柱脚抗震性能模拟分析研究

针对一种带钢套靴的自复位RC框架柱脚,在分析其受力机理的基础上,采用有限元模型对不同轴压比下柱脚的抗震性能进行了模拟分析,并与试验结果对比分析,结果表明:模拟分析和试验所得的滞回曲线在各加或卸载段、峰值特征点和柱脚开口情况均吻合较好,验证了本文有限元模型的有效性.最后通过参数分析,对比研究了不同初始预应力筋面积、预应力筋初始应力、耗能元件面积、轴压比对自复位柱脚抗震性能的影响规律,为该节点的抗震设计提供参考.     

新型自复位方钢管混凝土框架的抗侧刚度研究

提出一种新型绕梁腹板销轴转动的自复位方钢管混凝土框架梁柱连接节点.推导了自复位方钢管混凝土框架的抗侧刚度计算公式,通过有限元分析验证了公式的正确性.研究了钢绞线截面面积和初始预应力大小对自复位方钢管混凝土框架自复位能力的影响,探明了自复位框架的失效机制.结果表明:自复位方钢管混凝土框架具有良好的自复位能力,框架构件保持弹性.随着钢绞线截面面积增大,自复位框架刚度和承载力增大;钢绞线处于弹性时,初始预应力大小对自复位框架刚度影响很小.初始预应力合理取值可避免自复位框架失效机制的发生,并给出了初始预应力取值范围.     

带铅阻尼器冷弯薄壁型钢组合墙抗震性能试验

锁铆或自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢组合墙在低周往复加载试验中,滞回曲线"捏拢"现象较为严重、耗能能力较差.为减轻地震作用下冷弯薄壁型钢组合墙的破坏,提高结构体系的耗能能力,提出了一种带有铅阻尼器的冷弯薄壁型钢组合墙结构体系,并基于冷弯薄壁型钢组合墙的角部连接方式、面板铆钉间距及种类3种变量对其进行抗震性能试验研究.试验结果表明:加入铅阻尼器后,基于锁铆或自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢组合墙结构体系在低周往复荷载作用下,变形能力和耗能能力均有大幅度提升,刚度退化趋于平缓,损伤指数有较明显的降低,破坏形态也得到优化,但屈服荷载及峰值荷载略有降低;其次减小铆钉间距后,组合墙的屈服荷载、峰值荷载、峰值位移、抗剪强度得到一定程度的提高,但能量耗散系数差别不大;同时基于锁铆连接的冷弯薄壁型钢组合墙的屈服位移、屈服荷载、峰值位移、峰值荷载也明显高于基于自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢组合墙,延性及能量耗散系数相差不大.     

短肢剪力墙低周反复试验研究

通过低周反复荷载试验揭示了短肢墙从弹性应力状态到砼开裂、钢筋屈服、直至结构破坏的全过程.试体分为两组,无翼墙与有翼墙各一组,结果表明:当无翼墙试体墙肢较短时,墙肢底部纵筋首先屈服;墙肢较长时,连梁箍筋首先屈服.有翼墙试体无论肢厚比大小,均在墙肢和翼墙底部纵筋处首先屈服.从强度和耗能能力来看,肢厚比在6.5左右时,结构的综合性能较好.     

带自复位耗能连梁的剪力墙结构的抗震性能

为了减小强地震作用下钢筋混凝土联肢剪力墙的连梁结构损伤,实现震后结构功能的快速恢复,提出了一种兼具自复位和耗能功能的新型自复位耗能连梁.新型自复位耗能连梁在跨中安装了由形状记忆合金绞线和粘弹性耗能单元并联而成的新型复合自复位阻尼器.以一榀10层双肢剪力墙结构为例,对连梁跨中分别安装该新型自复位阻尼器的联肢剪力墙、粘弹性...     

装配式轻型钢管框架-轻墙共同工作性能

提出一种适用于低层或多层农房建筑的装配式轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构,框架由轻型钢管再生混凝土梁、柱及连接节点螺栓连接而成,轻墙为单排配筋再生混凝土薄墙板,框架与轻墙之间通过构造钢板进行螺栓连接,形成共同工作的受力体系.框架承担主要竖向荷载,同时与轻墙共同工作提供水平抗侧力.为研究钢筋间距、墙体厚度对装配式轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构中框架与墙体共同工作性能的影响,进行了4个装配式轻型钢管再生混凝土框架-轻墙试件及1个空框架试件的低周反复荷载试验,分析了配筋间距、墙体厚度对试件损伤演化过程、滞回特性、承载力、延性、刚度以及耗能性能的影响.结果表明:轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构具有良好的共同工作性能,有明确的两道抗震防线;轻墙破坏形态为剪切破坏,随后框架压弯破坏,装配式连接构造安全可靠,结构具有良好的延性;缩小配筋间距、增加墙体厚度可提高轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构的延性和耗能能力.