装配式可更换耗能铰滞回性能试验研究

提出一种可恢复功能装配式节点,由可更换耗能铰、约束节点核心区、预制梁柱等组成。可更换耗能铰为人工塑性铰,其滞回性能是装配式节点抗震性能的关键影响因素。将可更换耗能铰设置在装配式节点的预制梁与节点核心区外伸梁端之间,对其进行低周往复荷载作用下的滞回性能试验。在该试验的基础上仅更换耗能铰中破坏的金属阻尼器,进行第二次试验。考察可更换耗能铰的破坏模态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、能量耗散能力等抗震性能。通过两次试验的对比分析,揭示可更换耗能铰抗震性能的可恢复能力。结果表明:可更换耗能铰弯矩-转角滞回曲线饱满,转动能力与耗能能力强,延性良好,强度退化不明显;可更换耗能铰实现了装配式节点的损伤、破坏集中在耗能铰上,耗能铰耗散的能量占装配式节点耗散总能量的70%以上;两次试验中可更换耗能铰的各项抗震性能基本一致,说明更换破坏的金属阻尼器后,耗能铰抗震性能基本可恢复。     

双钢板混凝土组合剪力墙-钢梁单边螺栓端板连接节点抗震性能研究

为解决双钢板混凝土组合剪力墙与钢梁难以实现现场免焊装配化连接的问题,提出了一种采用分体垫片式单边螺栓端板连接的装配式节点构造,设计并制作了两个足尺试件进行低周往复加载试验及有限元分析,研究了连接节点的变形机理、破坏形态、承载能力、延性、耗能能力以及刚度退化性能。研究结果表明：根据节点区竖放H型钢翼缘厚度不同,节点破坏模式可分为梁端塑性铰破坏和柱壁破坏;发生梁端塑性铰破坏的节点滞回曲线呈饱满的梭形,表现出良好的抗震性能,柱壁及节点区内填混凝土基本保持完好;发生柱壁破坏的节点表现为螺栓孔周钢板受拉形成圆形屈服面,内填混凝土压溃,承载力较低且刚度退化严重,耗能能力较差,加载后期节点的转角主要源于节点区的转动,该失效模式在设计中应予以避免。     

可更换耗能连接力学机理及变形性能研究

提出一种安装于装配式混凝土梁柱连接部位的可更换耗能连接组件，可以诱导结构的损伤集中在连接区域，保证结构主要构件在强震下处于弹性状态，增强结构的可修复性。利用MTS力学试验机开展3个组件的试验分析，研究组件的滞回性能、耗能能力和低周疲劳性能。试验结果表明，可更换耗能连接组件的滞回性能稳定，展现出了优良的延性和低周疲劳性能。基于ABAQUS开展的组件参数化分析主要针对核心耗能部件的厚度及核心耗能部件与约束部件之间的间隙。结果表明:增加核心耗能部件的厚度会减轻结构的高阶屈曲波数，优化构件长度方向的应变分布均匀性；核心耗能部件与约束部件之间的间隙也会影响核心耗能部件的应变分布。该文分析结果表明，该可更换耗能连接可以应用于对结构延性和可恢复性要求比较高的高震区框架结构中。     

带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙抗震性能研究

钢板剪力墙因具有良好的抗震性能被大量应用到高层建筑和高烈度区域。为解决装配式钢板剪力墙滞回曲线捏缩、平面外屈曲问题,该文提出一种带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙。针对该装配式高强钢板剪力墙,变化高厚比和钢材牌号对其进行拟静力荷载作用下抗震性能有限元和试验研究,分析破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能和延性。研究结果表明：该装配式高强钢板剪力墙内嵌板环形阻尼器和边界连接板带屈服破坏,其他构件完好;滞回曲线饱满,位移延性系数在5.7～8.7,抗震性能良好;提出的抗剪承载力计算公式简单明了、概念明确,与有限元模拟和试验吻合良好。     

灌浆套筒连接全装配式框架-剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究采用灌浆套筒连接的全装配式框架-剪力墙结构的抗震性能,设计制作了1榀1/2比例两层两跨灌浆套筒连接全装配式框-剪结构模型试件PC-3,并对其进行了低周反复加载试验。通过与已有试验结果对比分析,研究了结构的破坏模式、滞回性能、刚度退化、位移延性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明:灌浆套筒连接全装配式框-剪结构试件PC-3与全现浇试件RCFW的破坏模式基本相同,梁端塑性铰长度减小、位置外移,具有良好的耗能能力和较好的刚度特性,试件PC-3的屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均略大于全现浇试件RCFW的相应值,但其差值均小于5.0%,延性略小于全现浇试件RCFW,加载过程中耗能较为平稳。两种全装配式框-剪结构均具有良好的抗震性能,工程实践中可供设计人员选择采用。     

采用螺栓连接的工字形全装配式RC剪力墙试验研究

采用连接钢框、高强度螺栓将带有内嵌边框的纵横向预制钢筋混凝土（RC）剪力墙连接起来,形成工字形剪力墙。为研究该全装配式剪力墙的受力性能和抗震性能,进行了3榀墙体的单调加载试验和1榀墙体的低周反复荷载试验,分析了该全装配式工字形剪力墙的承载能力、刚度、延性性能、耗能能力、连接件的应变分布以及连接件间的相对滑移等,最后探讨了试件的极限抗剪抵抗机制。研究结果表明:该全装配式剪力墙具有较高的承载能力、较好的延性性能以及耗能能力,位移延性系数约为3~6;高强度螺栓的直径、连接钢框钢板的厚度对装配式剪力墙的抗侧刚度及峰值荷载有一定的影响;内嵌边框既传递了分布钢筋的应力,也起到了约束混凝土、增加RC剪力墙延性性能的作用。     

装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱连接节点抗震性能试验研究

提出了一种新型全装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱端板螺栓连接节点形式,在低周反复水平荷载作用下,进行了6个装配式预应力中间节点试件和1个现浇节点试件的对比试验,得到了试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化以及耗能能力等抗震指标,确定了该新型装配式梁-柱连接节点的抗震性能。试验结果表明,新型全装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱端板螺栓连接节点试件均实现了"强柱弱梁"的设计目标。试件的滞回曲线饱满,抗震性能良好,研究成果可为预制装配式框架在地震区的推广应用提供理论依据和技术支持。     

PCF-MDC体系技术方案及抗震性能试验研究

围绕预制装配式混凝土框架金属消能减震连接体系（PCF-MDC）的关键技术问题,提出2种金属阻尼器、1套可拆卸型连接方案和金属阻尼器设计方法。为验证阻尼器设计方法及连接方案的可行性并研究该体系的抗震性能,设计并制作了“等同现浇”的“湿”框架（PCF）节点、采用狗骨阻尼器（PCF-DB）和双弯曲板阻尼器（PCF-DP）的PCF-MDC节点。通过拟静力试验,对比其破坏形态、滞回性能、承载性能、耗能特性等差异。试验结果表明:PCF-MDC节点的承载力均达到预期设计值,采用双弯曲板阻尼器的PCF-DP节点承载性能更优,安全储备更足;PCF-MDC节点的耗能特性和抗震性能优于“等同现浇”的PCF节点;连接方案能可靠的传递金属阻尼器与预制构件间的内力。金属阻尼器先于预制构件屈服形成的梁铰耗能机制合理有效,且具备“集中损伤”特性,为震后更换阻尼器实现结构功能恢复提供了有利条件。     

箱形柱芯筒式双法兰刚性连接节点平面框架拟静力试验研究

提出一种箱形柱芯筒式双法兰刚性连接节点平面纯框架及减震框架,设计了两榀5层原型结构,对两榀原型结构试验子结构进行0.7倍缩尺,完成拟动力试验之后继续进行拟静力试验,该文对拟静力试验中两榀框架的滞回性能、各典型部位应变变化、刚度退化及耗能能力等进行对比研究。试验结果表明,当层间位移角为0.005 rad(1/200)时,纯框架和减震框架整体均保持弹性状态,中间柱型摩擦阻尼器开始摩擦耗能,占结构总耗能的71.3%;当层间位移角为钢结构弹塑性位移角限值0.02 rad(1/50)时,两榀试验结构滞回曲线均呈双线性,节点域均无塑性产生,减震框架柱脚塑性发展较纯框架更小;当层间位移角为0.04 rad(1/25)时,滞回曲线均更为饱满,节点域仍无塑性产生,纯框架柱脚屈曲更为明显。拟静力试验中两榀框架连接节点可靠,中间柱型摩擦阻尼器通过摩擦耗能,有效延缓减震框架主体结构塑性发展,减震框架结构刚度、耗能能力、抗震性能优于纯框架。     

钢框架-装配式两边连接薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

该文提出了一种适用于装配式高层钢结构的两边连接间断式盖板钢板剪力墙连接节点（DCPC）,分别对一个带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙试件（FPSPSW）和一个两边焊接钢框架-钢板剪力墙试件（FWSPSW）进行了低周往复加载试验,研究了两种不同连接形式的钢框架-钢板剪力墙试件的抗震性能,得到了两组试件各自的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线及抗震性能指标等,对比分析了两者的破坏特征、延性性能、耗能能力及刚度退化等力学性能。结果表明:带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;结构本身符合"强框架弱墙板、强柱弱梁"的抗震设计理念;DCPC节点在不损失抗震性能的基础上,可提供比传统焊接钢板剪力墙结构更好的耗能能力,且保证了良好的震后可修复功能。     

内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩抗震性能研究

基于可恢复功能结构设计理念,提出一种新型内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩。开展了6榀门式箱型钢桥墩试件在变轴压和水平往复加载下的拟静力试验,通过分析试件的破坏模式、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化特征、强度退化系数和累积滞回耗能等性能指标,探讨了设置耗能钢板、轴压比和耗能钢板厚度等对新型门式钢桥墩抗震性能的影响规律。建立门式钢桥墩试件的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。研究表明：设置耗能钢板能够提升门式箱型钢桥墩的延性、变形能力和耗能能力,且能有效延缓壁板的屈曲变形和开裂。新型门式箱型钢桥墩根部壁板螺栓孔附近钢板易因应力集中而开裂,致使试件最大承载力迅速降低。随着轴压比的增大,试件的承载力、耗能能力和震后可恢复性能提高。可更换耗能钢板的厚度越小,试件的承载力越低、刚度退化越快,但其延性和耗能能力得到提升。轴压比和耗能钢板厚度对试件强度退化的影响相对较小。为便于新型门式钢桥墩的推广应用,基于试验研究结果提出内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩的延性评估简化公式和承载力的抗震设计公式。     

芯筒式双法兰刚性连接平面及减震框架试验对比分析

该文提出一种芯筒式双法兰刚性连接平面钢框架及其减震框架,设计并完成了两种框架的子结构拟动力试验,通过对比分析两榀框架的滞回性能、典型部位应变变化、抗侧刚度、耗能能力等指标,研究该类框架的抗震性能。结果表明:在8度多遇及设防地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器可以提供刚度,控制层间位移角,减轻甚至避免结构塑性损伤;在8度罕遇、8度(0.30 g)罕遇、9度罕遇地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器进行滑移摩擦耗能,耗能能力稳定,有效延缓结构塑性损伤,减震框架结构刚度、耗能能力均优于平面框架,平面框架和减震框架芯筒式双法兰刚性连接节点抗震性能良好且减震框架节点抗震性能优于平面框架。     

钢框架梁翼缘削弱型节点力学性能的试验研究

梁翼缘削弱的梁柱刚性连接是将塑性铰外移的一种典型节点形式。为研究这种连接形式在循环荷载作用下的滞回性能,共进行了6个模型的拟静力加载试验,其中5个模型用于研究梁翼缘的削弱深度、削弱长度、削弱起始位置对节点连接的破坏形态、极限荷载、最大塑性转角、延性性能的影响。作为比较,还进行了一个传统型梁柱全焊接刚性模型连接的试验。试验结果表明:梁翼缘削弱节点比传统梁柱刚性连接具有良好的塑性变形能力和耗能性能,试验中5个节点的塑性转角都大于0.04rad,延性系数大于4.0,达到了抗弯钢框架连接塑性转角不小于0.03rad,延性系数不小于4.0的要求。而普通梁柱全焊接刚性连接的塑性转角仅达到0.026rad,延性系数仅为2.4。5个试件的破坏主要以翼缘削弱处平面外刚度较弱而导致梁发生扭转失稳或梁下翼缘与柱连接的对接焊缝的脆性断裂为主。研究结果表明:将梁翼缘进行适当的削弱后形成的骨型节点可以增加梁柱节点的耗能性能,是一种较为理想的延性节点。     

带Z字形悬臂梁段拼接的装配式钢框架节点抗震性能试验研究

提出一种适用于装配式钢结构的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点。以滑移耗能的理念设计了基础试件,通过关键参数的变化得到六组试件。对六组试件进行了低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式和拼接区的滑移情况进行了分析,获得了节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、转动能力以及刚度退化等抗震性能。结果表明:带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点属于半刚性连接节点,节点变形性能良好。节点能有效利用拼接区摩擦面滑移、螺栓和孔壁挤压以及板件屈服实现耗能。适当减少翼缘高强螺栓数目能有效提高节点延性性能和塑性转动能力。翼缘和腹板螺孔开大孔和使用三角形垂直加劲肋对节点的耗能能力和承载能力影响很小。     

附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构双梁-柱节点动力试验研究

将减震技术应用到传统风格建筑钢结构中,在梁-柱节点位置以粘滞阻尼器替代“雀替”。设计了三个传统风格建筑钢结构双梁-柱节点,包括两个附设粘滞阻尼器的节点试件和一个无阻尼器的对比节点试件,模型比例均为1∶2.6。通过周期性动力加载试验研究了滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力以及刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构节点试件的滞回曲线更加饱满,耗能能力优于无阻尼器的对比节点试件,峰值荷载相比提高了34%~46%;各节点试件的位移延性系数介于1.79~1.96,表明附设粘滞阻尼器对节点试件位移延性系数的影响较小;有控节点的等效粘滞阻尼系数是无控节点的1.1~1.5倍,说明设置于梁-柱节点处的粘滞阻尼器发挥了良好的抗震性能。     

新型装配式金属消能减震复合墙板抗震性能试验研究

为了研究新型预制装配式金属消能减震复合墙板的抗震性能,分别对新型预制装配式复合墙板以及传统夹心墙板进行了低周反复加载试验,对比研究了试件的破坏模式、滞回耗能性能、承载力与刚度、位移延性等变化。研究表明:新型预制金属消能减震复合墙板滞回曲线呈现"平行四边形",相对于传统复合墙板较为饱满,具有良好的抗震性能;相比于传统夹心复合墙板主要在墙板中部出现X形剪切裂缝,新型预制装配式金属消能复合墙板裂缝主要在墙板角部出现,具有良好的整体性能;新型预制装配式金属消能减震复合墙板具有较小的侧向刚度、较好的位移延性,能够降低围护墙板附加刚度约束效应;新型预制装配式金属消能减震墙板能够达到"小震下处于弹性,大震下屈服耗能"抗震设计目标。     

内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架的性能参量及计算方法

钢框架延性好,但抗侧承载力和刚度较小,一般可加设钢板墙等抗侧力构件来达到结构的抗侧需求。屈曲约束钢板剪力墙是一种新型抗侧力构件,通过面外约束板的限制,钢板墙在剪力下不会发生屈曲破坏,因此其抗侧刚度、承载力和延性均较大。屈曲约束钢板剪力墙钢框架不但大大提高了原框架的刚度和承载力,同时还具备良好的延性。考虑到加设钢板墙后,框架梁的抗剪刚度与承载力可能不足,该文选取研究的屈曲约束钢板墙除了上下端与框架梁连接外,部分还与框架柱连接。对于这种新型内嵌屈曲约束钢板墙钢框架,该文从理论上详细推导了结构的抗侧刚度、屈服承载力等力学性能参量计算方法,得到了相应的理论公式。通过相关文献的试验数据对比,发现理论计算值与试验值很接近。     

附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土双枋-柱节点抗震性能分析

将消能减震装置(如黏滞阻尼器)附设在传统风格建筑混凝土双枋-柱节点构件上,形成了一种新型阻尼节点,通过黏滞阻尼器来耗散地震能量以达到减震的目的。为研究该新型阻尼节点的抗震性能,设计了3个试件,包括2个新型阻尼节点试件及1个未安装黏滞阻尼器的对比试件,对其施加正弦波动力循环荷载,观察其受力全过程及破坏特征,分析其破坏模式。在试验基础上,对试件荷载-位移曲线、骨架曲线、承载力及刚度退化、耗能能力、延性性能等抗震性能指标及黏滞阻尼器阻尼力-位移曲线进行研究。试验结果表明:附设黏滞阻尼器的新型阻尼节点抵御外荷载的能力明显高于对比试件,滞回曲线更加饱满,骨架曲线的下降段更为平缓,其耗能能力优于未附设黏滞阻尼器的试件,表明将消能减震装置与传统风格建筑相结合可显著提高其力学性能。     

一种新型装配式梁柱节点抗震性能试验研究

提出一种新型装配式全栓接的方钢管柱H型梁梁柱节点。为研究节点的抗震性能,对6个1:2试件进行了拟静力试验。分析轴压比、抗弯、抗剪螺栓预拉力、槽形钢厚度、狗骨式连接等参数对节点的破坏模式、滞回性能、延性的影响。研究结果表明:在0.2~0.4范围内提高轴压比,节点的极限承载力略有降低,但耗能能力和延性均有提高;降低抗剪螺栓的预拉力,节点的极限承载力,耗能能力与延性均有降低;降低槽形钢的板厚,节点承载力微有提高,节点梁柱相对转角提高,但耗能能力降低;降低抗弯螺栓预拉力,节点的极限承载力提升,但耗能能力与延性均有降低;采用狗骨式连接,虽然梁翼缘削弱部位在加载后期出现撕裂,但节点表现出良好的延性和耗能能力以及稳定的刚度退化性能。节点层间位移延性系数μ=2~2.66,弹性层间位移角φ_y=0.0208~0.0327,弹塑性层间位移角φ_u=0.0486~0.079,梁柱相对极限塑性转角θ_u=0.05~0.087。极限荷载时等效粘滞阻尼系数h_e=0.287~0.45,试验结果表明节点具有良好的抗震性能。     

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱（partially encased concrete composite column）-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明:PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25~0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足"强节点弱构件"的抗震设计要求,在进行工程设计时应予以重视。