带支撑胶合木框架抗震性能试验研究

针对胶合木框架侧向位移不易满足抗震要求这一问题,研究了增设人字形胶合木支撑和铝合金屈曲约束支撑的带支撑胶合木框架的抗震性能。对纯胶合木梁柱框架和3个增设支撑胶合木框架进行了低周反复加载试验,分析了4个胶合木框架试件的水平承载力、耗能能力、刚度退化、转角变形和木支撑应变。结果表明:增设人字形木支撑和铝合金屈曲约束支撑均可以显著提高胶合木框架的承载力、耗能能力和刚度;支撑端部连接形式对胶合木框架的抗震性能有一定影响;增设支撑的3个胶合木框架试件均在支撑或支撑连接处发生破坏,胶合木框架主体并未发生明显损伤,两类支撑均很好地起到了第一道抗震防线的作用,保证了主体框架的安全。胶合木框架数值模拟和木支撑截面尺寸参数分析结果表明,经柱截面尺寸修正后的有限元模型针对框架抗侧刚度和承载力具有较好的预测精度。     

混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

设计制作了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱试件,并对其进行低周反复荷载试验以研究其抗震性能。通过分析破坏现象、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能指标,探讨纤维种类、纤维体积掺量对试件各抗震性能指标的影响规律。结果表明:钢-聚丙烯混杂纤维的掺入使得试件滞回曲线更加丰满、捏拢现象减缓,骨架曲线延性平台更为明显,达到峰值荷载后,骨架曲线下降更为缓慢、刚度退化趋缓,塑性变形能力和耗能能力相应增加,柱的抗震性能得到提高。在选取的纤维体积掺量中,钢纤维体积掺量为1.5%时试件的抗震性能最优。     

偏心支撑钢框架可替换剪切连接件试验研究

将偏心支撑钢框架中的耗能梁段从框架梁中分离,作为可替换剪切连接件,不仅能达到将结构塑性变形集中于耗能梁段区域的目的,也能实现震后损坏耗能梁段易于替换的目标。为此,对9根不同参数的可替换剪切连接件进行循环加载试验,并对剪切连接件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、塑性转角及刚度退化等进行分析。结果表明：可替换剪切连接件的滞回曲线饱满,性能稳定,塑性转角均满足对于耗能梁段极限塑性转角大于0.08rad的限值要求,具有良好的塑性性能,满足罕遇地震作用下的变形要求;承载能力和初始刚度随着长度、加劲肋间距的减小而增大;有焊接工艺孔的连接件刚度退化更加明显,塑性性能得到充分发挥,耗能能力良好;通过参数分析发现截面尺寸、长度比、加劲肋间距及焊接工艺孔构造等是影响剪切连接件抗震性能的主要因素。     

Design and seismic response of tall chevron panel buckling‐restrained braced steel frames

The numerical analysis of the seismic performance for tall chevron panel buckling‐restrained braced steel frames (PBRBFs) under small and strong earthquake excitations has been carried out to investigate a capacity design procedure for chevron PBRBFs and to examine the effects of axial strength distribution of braces along the height of buildings, vertical supports of braces for the braced beams and the overstrength of braces on the seismic response of PBRBFs. It revealed that the chevron braces that remained elastic can actually provide the vertical supports for the braced beams. Under severe earthquake excitations, the vertical supports deteriorated greatly after braces yielding. The PBRBFs designed by omitting vertical supports of braces for the braced beams and considering the overstrength of braces exhibited superior performance with smaller plastic deformations for braced beams and reduction in ductility demands for panel buckling‐restrained braces (PBRBs) as compared with the others. The distribution of yielding for PBRBs in 10‐story buildings verified that the participation from the higher modes is not very remarkable and that the capacity design based on the first‐mode response can be considered for multistory PBRBFs. Moreover, on the basis of the analysis results of the 30‐story PBRBF, the participation of the higher modes should be taken into account for high‐rise PBRBFs. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

Effect of gusset connection configurations on frame–gusset interaction in steel buckling‐restrained braced frame

Although buckling restrained braces (BRBs) are commonly applied in seismic buildings to mitigate structural damage, their performance was often limited by rupture of the corner gusset connections due to additional frame action. This issue may be resolved by alternative gusset connections to mitigate the frame–gusset interaction. In this study, commonly used procedures for design of the traditional gusset connection are reviewed, followed by a case study on the effect of frame action on the structural behavior of these gusset connections in steel frames with BRBs. Inspired by these analysis, two different strategies, aiming at releasing frame–gusset shear interaction using sliding gusset connection or reducing normal interaction using dual gusset plates, are tried to mitigate the frame action effects. Finite element analysis is conducted on steel frame subassemblages with/without BRBs to examine the effect of different gusset connections on the structural behavior of these framing systems. It shows that the sliding gusset connection shows beneficial effect in reducing the frame action, having much smaller stress responses on the gusset interfaces, as well as smaller shear force and plastic responses on the framing system. Thus, it becomes a promising gusset connection for improved seismic performance of the steel framing system with brace‐type dampers.     

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构性能研究

半刚性连接钢框架-非加劲钢板剪力墙结构弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用更加经济的半刚性节点提供了可能。为研究不同梁柱连接刚度对双体系结构抗震性能的影响,完成了3个单跨两层不同梁柱连接刚度试件的水平低周往复加载试验研究,系统分析了三者的整体性能和破坏模态,拟从承载力、刚度、延性、耗能、整体性能和节点性能六个方面对双体系的节点刚度与墙体的匹配效果进行评价。结果表明:在半刚性框架内设置钢板墙能较大程度提高结构的极限承载力与侧向刚度;结构具有理想的屈服顺序,内填板在加载初期非常有效。屈服区域延伸至整个墙体时,附加荷载将基本上由边缘构件承担,试件破坏主要由内填板的屈服和框架柱的弯扭失稳控制;节点刚度退化小,且内填板的设置缓解了节点区自身的延性要求,梁柱连接形式对试件的抗侧刚度和整体强度的影响不大,降低连接刚度有利于提高试件延性和耗能能力。     

开孔钢板装配式屈曲约束支撑钢框架抗震性能试验研究

为研究开孔钢板装配式屈曲约束支撑（buckling-restrained brace,BRB）钢框架的抗震性能及框架平面外变形对其抗震性能的影响,对两个相同设计的单层单跨单斜式开孔钢板装配式BRB钢框架分别就是否考虑框架平面外变形情况下进行了拟静力试验,并对相同设计的开孔钢板装配式BRB构件进行了拟静力试验。结果表明：不考虑框架平面外变形和考虑框架平面外变形10mm的开孔钢板装配式BRB钢框架均表现出良好的滞回耗能性能,滞回曲线饱满且基本对称,满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》最大弹塑性层间位移角1/50的限值要求;框架平面外变形10mm对开孔钢板装配式BRB钢框架平面内抗震性能影响很小,其弹性水平刚度、层间屈服剪力和层间最大剪力受框架平面外变形的影响略为降低,变化范围均在5%以内;框架平面外变形10mm对BRB轴向变形的影响很小,框架中开孔钢板装配式BRB和开孔钢板装配式BRB构件均具有良好的滞回性能,约在1/720层间位移角时先于钢框架进入屈服状态,发挥耗能作用,其滞回曲线饱满,延性良好,累积塑性变形能力系数均大于600,完全满足ANSI /AISC 341-10中要求的大于200的要求。     

再生混凝土框架抗震性能的试验研究

在保持竖向荷载恒定的情况下,对3榀再生骨料掺量为30%、50%和100%的再生混凝土框架和1榀天然混凝土框架进行了水平低周反复荷载试验,研究了再生混凝土框架的破坏机制、承载力、滞回特性、延性、强度退化、刚度退化和耗能等性能,并和普通混凝土框架进行对比分析。试验发现再生混凝土框架为“强柱弱梁”的破坏类型,最大水平承载能力比普通混凝土框架低2.3%～15.7%,位移延性系数在3.91￣4.54之间,和天然混凝土框架相比耗能能力没有明显降低。试验结果表明再生混凝土框架具有良好的抗震性能,应用于工程实际是完全可行的。     

防屈曲支撑混凝土框架结构抗震性能试验研究

设计制作了三榀侧移刚度相同但防屈曲支撑及框架截面形式不同的混凝土框架,分别为普通梁单斜撑、宽扁梁单斜撑、普通梁人字撑,对其进行拟静力试验,研究了防屈曲支撑混凝土框架的抗震性能,包括混凝土结构的开裂及其发展状况、荷载-侧移滞回曲线、刚度退化、骨架曲线、防屈曲支撑水平荷载-轴向变形曲线等。研究结果表明：设计的防屈曲支撑及混凝土框架具有优异的协同工作性能,水平荷载-侧移滞回曲线饱满,防屈曲支撑可在较小层间位移角时进入屈服消能状态,在大位移下不失效,耗能稳定,能显著增加结构阻尼,有效降低地震反应,改善结构性态。所设计的框架节点、预埋件及连接构造受力可靠。图17表6参13     

含有屈曲约束支撑平面框架的抗震性能试验研究

为了研究含有屈曲约束支撑结构的抗震性能,对含有屈曲约束支撑和普通支撑的平面框架进行了试验研究。结合试件破坏现象及试验结果,对屈曲约束支撑的力学性能、破坏机理以及作用效果进行了分析探讨。同时,还对试验过程进行了数值模拟分析。试验及理论分析结果表明:与含普通支撑框架相比,含屈曲约束支撑的框架在提高承载力的同时,还具有更稳定的耗能能力;经过适当的设计,可以使屈曲约束支撑先于主体结构进入弹塑性状态,提高结构的抗震性能。     

耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点滞回性能的有限元分析

基于文献[1]所进行的耗能梁段与带楼板RC框架梁连接节点的低周往复加载试验研究,采用非线性有限元程序ABAQUS对试件B-2进行模拟验证,并以B-2为BSAE试件,设计了U型板侧边注胶、螺杆强度、螺杆布置位置、螺杆直径等6个系列12个试件.对影响连接节点性能的主要设计参数进行分析,研究了此类连接节点的承载力、刚度及滞回性能,提出了相应的设计建议.     

半刚性框架-密肋网格复合钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

对一榀单跨两层半刚性框架-密肋网格复合钢板剪力墙结构进行了低周反复荷载作用下的试验研究。系统分析了结构的受力机制、破坏模式和耗能机理,得到了承载力、刚度、延性及耗能能力等指标,评价了该种结构体系的抗震性能。结果表明：结构在弹性工作阶段主要依靠墙板的剪切机制承担水平荷载,非弹性阶段区格中钢板的对角拉力带为结构提供侧向承载能力;密肋网格的设置有效限制了内嵌钢板的面外变形值,提高了结构的弹性刚度,克服了滞回曲线的“捏缩”效应,减小了钢板的噪音及震颤,显著增强了结构的耗能能力;框架与钢板墙协同工作良好,结构塑性变形能力强,安全储备高,是一种优良的抗侧力体系;破坏模式为各区格中的钢板撕裂,拉力带效应明显,边框架柱脚及边框架梁端形成塑性铰。     

带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能研究

为解决转换结构抗震性能差的问题,提出带耗能腋撑钢管混凝土柱-型钢混凝土梁新型转换结构形式。对一榀1∶4普通型钢混凝土框架转换结构和带耗能腋撑型钢混凝土框架转换结构进行拟静力试验。从试件破坏形态、荷载-位移曲线、塑性铰发展、应变发展和耗能能力等方面研究带耗能腋撑型钢混凝土转换结构的抗震性能。试验结果表明:耗能腋撑有效控制了节点区梁、柱端塑性铰的发展,使塑性铰向转换梁加腋处转移;腋撑附加轴力对转换梁下部纵筋应变影响较大,对钢管柱应变影响较小;带耗能腋撑型钢混凝土转换结构较普通型钢混凝土转换结构的梁端开裂荷载提高了60%、承载力提高了6.2%、延性系数提高了57.24%、等效黏滞系数提高了10.7%,表现出良好的耗能能力,提高了结构的抗震性能。     

无粘结预应力混合装配式联肢墙抗震性能分析

对无粘结预应力混合装配式联肢墙中普通钢筋与预应力筋的布置及其面积比对抗震性能的影响进行了研究,给出了合理的设计建议。对无粘结预应力混合装配式联肢墙和直接装配式联肢墙进行了对比试验研究,结果表明无粘结预应力装配式联肢墙具有"自恢复"的性能,卸载后残余变形小,非线性变形集中于连接区域,震后易修复,与直接装配式联肢墙相比,具有较好的耗能能力和较高的承载力。     

整体式与带缝分体式空心RC剪力墙抗震性能试验研究

进行了四个整体式及四个带缝分体式空心钢筋混凝土剪力墙试件在低周反复水平荷载下的试验,研究了试件的承载力、刚度及衰减过程、延性、耗能性能、滞回特性、破坏特征、钢筋的应变情况。结果表明:整体式空心剪力墙的裂缝分布形态主要以剪切斜裂缝为主,呈现出剪切破坏形态;带缝分体式空心钢筋混凝土剪力墙以弯剪裂缝为主,呈现出延性的弯剪破坏形态;改变带缝空心钢筋混凝土剪力墙竖缝两侧暗柱配筋,可使墙体抗剪承载力不降低而其延性与变形能力得到提高。     

双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙的抗震性能,进行了2层半单跨1/3缩尺试件的低周反复加载试验,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明:双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙滞回曲线饱满,耗能能力强,延性好,水平刚度较大;循环荷载作用下,连梁腹板首先屈服进入塑形,接着连梁两端翼缘、柱脚和剪力墙底部进入塑性;第2层连梁两端翼缘拉断,导致试件失效;剪力墙的线刚度远高于连梁的线刚度,水平荷载作用下连梁两端弯矩大,为结构的薄弱部位;为避免剪力墙自由边底部与梁连接部位发生破坏,在自由边处应设置边柱加强;试件达到峰值荷载时,顶点位移角为1/50;双钢板内填混凝土短肢剪力墙试件底层变形比2层小,耗能相对2层少;弹性范围内同一水平荷载作用下,连梁腹板的剪应变最大,边柱柱脚的正应变较大,剪力墙钢板的剪应变较小。ABAQUS 有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

考虑纤维种类、轴压比、剪跨比、配筋率等因素,设计制作22根钢-聚丙烯混杂纤维混凝土框架柱试件,通过低周反复荷载试验研究柱的抗震性能。基于实测的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及破坏形态,探讨纤维种类等因素对试件耗能能力和延性的影响规律,建立钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱位移延性系数计算公式。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维在增强柱耗能能力方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,并随轴压比的增大,其发挥作用越明显;剪跨比、纵筋配筋率和配箍率对混杂纤维混凝土柱耗能能力和延性的影响与普通混凝土柱类似,随其增大而提高。     

腋板加强型节点钢框架抗震性能试验研究

为研究腋板加强型节点空间钢框架抗震性能,对1∶3缩尺腋板加强型节点空间钢框架子结构进行拟静力试验,研究荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、抗侧刚度、层间位移角、承载力退化、塑性耗能等抗震性能。试验结果表明：南、北两榀钢框架滞回曲线饱满对称,骨架曲线呈S型,层间位移角在4.29%~5.99%之间;试验过程中8个腋板加强型梁柱节点连接焊缝均未出现开裂,梁端翼缘及腹板塑性变形显著;腋板加强型节点钢框架在循环往复荷载作用下表现出良好的耗能能力,整体结构耗能较为充分;在等幅荷载作用下,南、北两榀钢框架承载力退化系数呈缓慢增长趋势,结构空间协同工作效应在一定程度上提高了钢框架承载能力。     

铝合金芯板防屈曲耗能支撑滞回性能研究

为开发轻质高效的结构耗能阻尼器并将其应用于空间结构振动控制,利用国产铝合金作为防屈曲耗能支撑的核芯材料,并对研制的6个支撑试件进行了拟静力试验。按照稳定理论设计的试件在试验中未发生整体失稳,铝芯板与约束钢管间预留一定间隙并填充锂基润滑脂以消除套箍效应和减小界面摩擦。试验结果显示：支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,铝芯板应变强化现象明显,滞回曲线稳定饱满,有较高的耗能能力,其拉压峰值不均匀系数不超过1.3。基于Chaboche钢材循环塑性本构模型,通过试验数据对相关铝材模型参数进行了标定,并将其应用于防屈曲支撑的有限元分析,计算结果与试验曲线吻合良好,相关模型参数能够进一步应用于结构抗震弹塑性分析。     

Experimental and analytical investigation on seismic behavior of Q690 circular high‐strength concrete‐filled thin‐walled steel tubular columns

This paper proposed a new Q690 circular high‐strength concrete‐filled thin‐walled steel tubular (HCFTST) column comprising an ultrahigh‐strength steel tube (yield strength f_y ≥ 690 MPa). A quasi‐static cyclic loading test was conducted to examine the seismic behavior, and the obtained lateral load‐displacement hysteresis curves, skeleton curves, and ductility were analyzed in detail. Then, a numerical model based on a nonlinear fiber beam‐column element incorporating the modified uniaxial cyclic constitutive laws for concrete and steel was developed mainly to predict the seismic behavior of the tested Q690 circular HCFTST columns. The effects of the concrete cylinder compressive strength (f_c), steel yield strength (f_y), axial compression ratio (n), and diameter‐to‐thickness (D/t) ratio on the seismic behavior were investigated through a parametric study. Finally, a simplified hysteretic model incorporating the moment‐resisting capacity and deterioration of the unloading stiffness in addition to a normalized skeleton curve and hysteretic criterion was established. The results indicate the following: the proposed Q690 circular HCFTST columns can display reasonable hysteretic behaviors to some extent; the use of high‐strength steel can lead to a significantly larger elasto‐plastic deformation capacity and delay the appearance of post‐peak behavior, even if a lower ductility capacity is provided; moderately loosening the limitations on the D/t ratio can also result in ideal hysteretic behaviors; and the established numerical model and simplified hysteretic model can satisfactorily predict the experimentally observed load‐displacement hysteretic curves, including the deterioration of the strength and stiffness and can, thus, offer design references for the elasto‐plastic analysis of circular HCFTST columns.