自复位可更换软钢耗能支撑性能研究

传统屈曲约束支撑结构在震后残余变形较大,不易修复或更换。该文提出一种新型自复位可更换软钢耗能支撑,提出了理论设计方法。制作了缩尺比例为0.6的试验构件并进行了低周往复加载试验同时对试验进行了数值模拟,与试验结果进行对比并作进一步分析。研究结果表明：新型支撑中软钢耗能件可以实现良好的高阶屈曲耗能,在加载过程中支撑主体构件无塑性发展;同时残余变形很小,结构有着良好的自复位能力和受力性能。软钢夹持间距的适当减小,软钢耗能件的多阶屈曲变形和塑性发展更为理想,提高了支撑的耗能能力,尤其改善了支撑在受压时的耗能能力。在更换了软钢耗能件后,支撑仍可以继续工作,实现了新型支撑\     

套筒连接的预制拼装桥墩抗震性能研究

以灌浆套筒预埋于墩身的预制拼装桥墩为研究对象,分析了地震作用下此类桥墩墩身与承台接缝处的受力机理和套筒预埋于塑性铰区对桥墩整体受力性能的影响,进行了灌浆套筒预埋于墩身的预制拼装桥墩模型拟静力试验。在此基础上,采用数值模拟分析方法,建立有限元模型,比较了采用灌浆套筒连接的预制拼装桥墩与整体现浇桥墩的性能差异,以及不同直径的灌浆套筒对此类预制拼装桥墩抗震性能的影响。研究表明:采用墩身预埋灌浆套筒连接的预制拼装桥墩,因套筒刚度大,易在墩身套筒连接段形成刚性区域,发生墩身曲率重分布现象,导致墩底接缝处曲率增大,应变集中。此外,灌浆套筒埋置于墩身的预制拼装桥墩与整体现浇桥墩相比,等效塑性铰高度减小,位移承载能力降低,且灌浆套筒直径越大、长度越长,桥墩接缝处应变集中越明显,与整体现浇桥墩性能差异越大,导致桥墩最终破坏形式由传统的塑性铰区域混凝土破坏转变为墩底接缝处钢筋拉断。     

预制拼装钢管混凝土自复位桥墩变形分析模型及验证

为进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构体系在中、高烈度区的应用,提出了一种内置耗能钢筋的预制拼装钢管混凝土（Concrete-Filled Steel Tube,CFST）自复位桥墩。首先阐述其基本力学特性,并基于桥墩的变形行为（弯曲变形、剪切变形、刚体转动）和非线性变形特征（消压极限状态、等效屈服极限状态、可恢复设计极限状态）,考虑底部耗能钢筋和混凝土变形不协调引起的应变渗透效应,利用“图乘法”和“修正的等效悬臂梁理论”,提出了一种不需要迭代的变形分析模型,并与循环往复加载试验、已有变形分型模型和OpenSees开发的纤维模型进行了对比。结果表明,该文提出的变形分析模型与拟静力试验得到的消压承载力、等效屈服承载力和可恢复设计极限承载力分别相差7.02%、6.38%和11.06%,可以略保守地准确预测预制拼装CFST自复位桥墩的各阶段载荷-变形关系曲线,为新型结构设计提供参考。     

采用端板螺栓连接的可更换耗能梁抗震及可更换性能试验研究

为研究端板-螺栓连接可更换耗能梁的抗震及可更换性能，设计制作了4个可更换耗能梁试件并进行了拟静力试验，研究不同长度系数对可更换耗能梁抗震性能和可更换能力的影响。结果表明：当长度系数较小时，试件发生剪切破坏，破坏特征包括腹板-加劲肋焊缝撕裂、腹板屈曲和腹板撕裂；当长度系数较大时，试件发生弯剪破坏，破坏特征包括梁端翼缘-端板焊缝撕裂和梁端翼缘屈曲；所有试件的滞回曲线非常饱满，具有优异的变形能力和耗能能力；可更换耗能梁的抗剪承载力强化明显，超强系数均值为1.9；采用端板-螺栓连接的可更换耗能梁均可实现震后可更换，当梁端残余转角为0.0020 rad～0.0046 rad时耗能梁可以实现震后更换，且更换快捷、操作简单；同时，根据耗能梁构件与带可更换构件的RCS混合框架结构体系的几何变形特征，可以将耗能梁的主要受力阶段划分为正常使用、非必要更换和必要更换3个阶段。     

设置自复位耗能支撑的斜拉桥横向抗震性能研究

为减小斜拉桥横桥向的地震响应,提出一种设置预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥横向减震体系及支撑参数的设计方法。以一座斜拉桥为研究对象,对支撑参数进行了设计,并对塔梁固结体系和采用支撑的减震体系进行地震时程分析,从关键位置的地震响应、耗能能力等方面对支撑体系的抗震性能进行了研究。结果表明,横桥向采用预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥减震体系利用支撑良好的滞回耗能特性,有效减小桥塔位移和应变,改善桥塔受力,减小主梁的残余位移。附加预压弹簧自复位耗能支撑对斜拉桥地震响应有良好减震控制效果,是一种合理的抗震体系。     

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....     

带可更换耗能钢棒的装配式混凝土单侧屈服梁柱节点抗震性能试验研究

提出了一种新型的钢筋连接器——可调组合钢筋连接套筒,并基于此组装了一套耗能连接件。对耗能连接件开展了轴向的低周往复加载试验,验证了其荷载传递的可靠性以及优异的耗能性能。将耗能连接件内置于装配式混凝土框架梁端底部,提出了一种带可更换耗能钢棒的单侧屈服梁柱节点(REDB-SYBC)。对试件开展拟静力试验研究,分析节点的损伤分布、破坏形态、滞回特性、耗能能力等抗震性能。试件滞回曲线稳定饱满无捏缩,抗震性能良好。试验结果表明：新型节点单侧屈服的变形模式减少了楼板的变形与损伤,充分发挥了梁底连接件的耗能能力,其主要损伤及破坏均发生在梁底耗能钢棒上,实现了损伤集中的设计目标以及“强柱弱梁”的抗震设计原则;利用新型连接套筒的内部空间即可实现耗能钢棒的更换,经过更换和修复后的节点各项抗震性能与初始节点基本相当。     

可更换延性耗能连接组件的钢框架节点抗震性能研究

针对预制装配式RC梁柱节点连接及震损后快速修复的问题,提出了一种可恢复的梁柱节点连接形式。该连接主要由多缝耗能装置、抗剪连接键和预埋装置等部件通过高强螺栓连接而成。设计了一个装配式节点足尺试件并进行拟静力加载试验,研究该节点的破坏模式、承载力、变形和耗能能力等特性,并与现浇节点试件试验结果进行对比分析。结果表明：该装配式节点的初始刚度和承载力基本接近于现浇节点,且相比于现浇节点具有更高的延性、变形和耗能能力。装配式节点的破坏主要集中在多缝耗能装置上,预制梁柱构件基本保持在弹性范围内,基本可以实现节点损伤位置可控以及便于震后快速修复的目的。同时,推导多缝耗能装置的承载力-变形关系,建立装配式梁柱节点的简化分析模型,并通过试验结果验证了其准确性,可为后续研究装配式RC框架结构的抗震性能和工程分析设计奠定基础。     

可更换延性耗能连接组件的钢框架节点抗震性能研究

为满足高烈度、高人口密度地区对高延性和高耗能能力装配式钢结构的迫切需求,采用高性能低屈服点钢材代替传统钢材来制作钢框架节点连接组件,利用高强度螺栓与主体结构连接,实现预制装配功能、\     

自复位桥墩耗能钢筋合理配筋率的设计方法研究

自复位桥墩在地震作用下损伤较小,近年来受到了工程界的关注。无耗能装置的预应力摇摆墩耗能能力小,导致其在地震作用下产生较大的位移响应。为了增加无粘结预应力摇摆墩的耗能能力,通常会在墩底采用耗能钢筋。研究结果表明：增加耗能钢筋的用量,可以提高桥墩的耗能能力,但同时也会增加桥墩震后残余位移。然而,现有研究很少涉及耗能钢筋的合理配筋率问题。该文采用非线性时程分析方法,从自恢复指标λ对不同周期结构地震位移反应的影响入手,结合耗能钢筋配筋率ρ与自恢复指标λ的对应关系,提出了自复位桥墩耗能钢筋合理配筋率的设计方法。即不同周期自复位桥墩的耗能钢筋合理配筋率可通过其λ推荐值及ρ-λ关系得到。以一座四跨连续梁桥为例,验证所提耗能钢筋合理配筋率设计方法的合理性。研究结果表明：当结构周期比η<1.0时,λ推荐值为1.2;当结构周期比1.0≤η≤2.0时,λ推荐值为2.0;当结构周期比η>2.0时,该文推荐耗能钢筋配筋率为0.5%。     

零初始索力自复位耗能器的工作性能分析

在结构中安装传统耗能器,能够获得较好的耗能效果,但地震时的耗散能量会使它变形过大而不能继续工作,在震后往往需要更换,修复成本较高;同时其构件也会发生不同程度的损伤,难以恢复到正常使用状态。针对普通耗能器的不足,设计了一种零初始索力自复位耗能器,它由传动装置、碟形弹簧复位装置和双剪型摩擦耗能装置组成。首先,介绍了复位装置和耗能装置的构造及该自复位耗能器工作原理,并建立其力学模型。其次,采用有限元软件ABAQUS建立该耗能器复位装置和耗能装置的有限元模型,对比分析俩装置的模拟滞回曲线与理论滞回曲线,结果表明模拟曲线与理论曲线吻合较好。恢复力曲线具有典型的胡克定律特征,表明该复位装置弹性较好,能够提供稳定的恢复力。然后,分别在4种工况下对摩擦耗能装置滑动摩擦力的理论值、模拟值及试验值进行对比分析,其滞回曲线具有典型的库伦摩擦定律特性,说明该耗能装置能够提供稳定的滑动摩擦力。最后,在位移加载下对该自复位耗能器的滞回曲线和骨架曲线进行对比分析,结果表明：该自复位耗能器具有较好的耗能性能与复位性能。零初始索力自复位耗能器结构简单,原理明确,性能优良,安装方便,适应性强,可在框架结构中推广使用。     

粘弹性耗能器的性能试验研究

本文根据土木工程的特点和要求,选用三种国产粘弹性材料制作相应的耗能器,分别进行了变频、变温、变应变、常温与低温疲劳及极限变形等大量试验,研究了这些材料的主要性能指标—剪切模量、耗能因子的变化规律,分析了频率、温度、应变和疲劳效应等因素对粘弹性材料性能参数的影响。在此基础上,提出了粘弹性耗能器设计和制作的一些要求以及国产粘弹性材料用于土木结构减振时进一步改性的目标     

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。     

钢筋混凝土空心桥墩抗震性能试验研究

为了研究钢筋混凝土空心桥墩的抗震性能及影响因素,对5个较大比例的钢筋混凝土空心桥墩进行了水平低周往复加载试验,评价了其整体抗震性能,并分析了配筋率、轴压比、箍筋间距对桥墩承载能力、延性、刚度等抗震性能的影响。研究发现：钢筋混凝土空心桥墩抗震性能良好,配筋率、轴压比、箍筋间距对其的影响符合一般钢筋混凝土理论,空心桥墩大大减少了材料,可以安全应用到工程中。     

PVA-ECC加固桥墩抗震性能试验研究

为增强现役桥墩的抗震能力,研究基于聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)的桥墩抗震加固性能,完成了5个剪跨比为4.2的圆形桥墩试件拟静力试验.通过试件的破坏形态与抗震性能指标,分析了PVA-ECC加固桥墩抗震性能,讨论了轴压比与PVA纤维体积掺量对桥墩抗震性能的影响.试验结果表明:采用PVA-ECC材料可以明...     

耗能伸臂桁架抗震性能的试验研究

该文以某8度区超高层框架-核心筒-伸臂桁架结构为工程背景,采用1：3比例缩尺,对三个不同构造形式的伸臂桁架抗震性能进行了拟静力试验研究。试验表明普通伸臂桁架由于腹杆整体屈曲,以及弦杆受弯屈服后翼缘局部失稳等原因,存在承载力退化速度快、延性差和耗能能力不足等缺点。将腹杆改为防屈曲支撑（BRB）可有效提高腹杆的耗能能力。采用截面削弱（RBS）构造形式可以有效提高弦杆的变形能力,防止受弯屈服截面翼缘发生局部失稳。而腹板焊接构造形式则在焊接处易发生低周疲劳破坏,不能充分发挥BRB的耗能作用。试验结果表明该研究提出的RBS与BRB相结合的伸臂桁架变形性能良好,滞回曲线饱满且承载力保持稳定,取得了良好的抗震设计效果。研究结果可以为伸臂桁架结构抗震设计提供参考。     

带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

针对自复位节点复位阶段抗力大的问题,提出了带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点。为研究节点的抗震性能和自复位性能,对5个足尺梁柱节点试件进行低周往复荷载试验,对其受力性能进行理论分析,建立节点的恢复力模型。结果表明:带开槽耗能板的自复位节点具有良好的耗能能力、承载能力和自复位性能,滞回曲线呈典型的“双旗帜”形。4.00%位移角时节点残余变形较小,除耗能板外其余部件均保持弹性,震后更换耗能板即可快速修复。节点的自复位性能随耗能板单个板条宽度的增大而降低,耗能能力随单个板条宽度的增大而提高;耗能板厚度和宽度越大,节点的耗能能力和承载力越强,自复位能力越弱;钢绞线初始预应力对节点的承载力、初始刚度和自复位能力均有显著影响,但对节点耗能能力影响很小。恢复力模型与试验结果吻合较好。     

自复位预制框架边节点组件受力性能试验研究

基于可恢复功能结构的理念, 提出新型自复位预应力预制节点(PTED节点), 该节点通过预应力筋和高强摩擦螺栓将预制梁、柱和耗能角钢拼接在一起形成节点, 预应力筋、梁、柱和耗能角钢可看作节点的组件。为了研究节点组件对节点受力性能的影响, 进行了系列的低周往复加载试验, 首先对PTED边节点进行试验, 研究PTED节点整体的抗震性能, 然后用新角钢更换受损的角钢, 重新对其进行低周往复加载, 探讨更换受损角钢后节点的抗震能力, 然后分别试验研究了预应力筋和角钢对节点的受力性能的贡献。试验结果表明PTED节点是PT节点与ED节点的组合, 节点在具有较好的自复位能力的同时, 还具有较好的耗能能力。节点层间位移角加载到4%时, 梁、柱及预应力筋基本保持弹性, 可重复使用;节点损伤主要集中在角钢上, 更换受损角钢后, 节点的抗震能力基本等同于未受损的节点。     

防屈曲可更换伸臂桁架弦杆抗震性能试验研究

为提高伸臂桁架弦杆的延性变形能力和震后可修复能力,提出了一种防屈曲可更换伸臂桁架弦杆.为研究上述新型弦杆的可行性和可靠性,采用1∶3的缩尺比例,设计制作了 1个传统削弱式截面(reduced beam section,RBS)弦杆和2不同构造形式的新型防屈曲可更换弦杆,开展了拟静力低周往复加载实验.对新型弦杆的变形能力...     

自复位免修复摩擦耗能支撑性能研究

提出了一种新型自复位免修复摩擦耗能支撑,自复位和耗能能力分别由预应力钢绞线和摩擦阻尼器提供。设计并制作了缩尺比例为0.6的试验构件,对其进行了两种摩擦工况下的低周往复加载试验,研究其变形能力、滞回特性、耗能能力、塑性发展、索力变化以及自复位能力。同时利用ABAQUS软件对试验过程进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明,新型自复位免修复耗能支撑安装方便快捷,有着良好的耗能能力和自复位能力,加载过程中各构件均保持弹性状态,加载后期残余变形很小,支撑仍然保持较大的刚度,摩擦阻尼器中黄铜板的设置有效避免了摩擦面老化问题并提供了稳定的耗能能力,加载结束后支撑预应力钢绞线的索力降低很小,支撑仍然可以继续正常工作,实现了"自复位免修复"的设计目标,降低了建筑的修复成本。