一种新型钢管橡胶摩擦耗能器试验研究

基于滑动摩擦耗能理论,提出了一种新型钢管橡胶摩擦耗能器。为了研究耗能器滞回性能,设计了试验试件进行了不同螺栓扭矩、加载制度、加载速率和加载幅值工况下的低周反复试验。试验结果表明,在低周反复加载下,耗能器在所有工况中摩擦力均较为稳定,连续疲劳加载工况下依然能够稳定耗散能量,表现出了良好的耗能能力,且试验后摩擦橡胶块磨损较少,有利于长期使用。耗能器在加载过程中造成的摩擦橡胶块的磨损及外摩擦管内温度的上升,将导致摩擦橡胶块与外摩擦管内壁之间的法向接触应力和摩擦系数的减小,从而降低耗能器的摩擦力。其中,摩擦橡胶块的磨损对耗能器的摩擦力影响较大。     

隔层耗能桁架式抗侧力体系及其低周往复荷载作用性能研究

基于停车需要,提出了隔层耗能桁架抗侧式立体停车结构,并用有限元法对其中隔层耗能桁架式抗侧力体系在低周往复荷载作用下的性能进行了研究,分析了桁架耗能梁段长度对抗侧力体系的刚度、承载力、延性、耗能性能等的影响。结果表明:随着耗能梁段长度的不断增大,隔层耗能桁架式抗侧力体系的刚度、承载力、延性和耗能性能都存在一定程度的减小和退化;剪切屈服型隔层耗能桁架式抗侧力体系的耗能性能比弯曲屈服型的要好,但剪切屈服型的耗能梁段也不能设计得太短,否则会影响体系耗能性能的充分发挥。     

微型钢管桩垂直复合土钉墙在某深基坑工程中的应用

通过一个北京深基坑工程实例,介绍了土钉、预应力锚杆、微型钢管桩联合使用,形成微型钢管桩垂直复合土钉墙这种支护形式.微型钢管桩作为超前支护,能够提高土层的自立稳定性,预应力锚杆能有效控制坡面的位移,既保证了基坑与周边环境的安全,又节省了工程造价.同时分析了该技术在设计、应用中需要注意的问题,可供今后类似工程借鉴.     

框架微型桩结构抗滑特性的模型试验研究

 基于模型试验结果,对框架微型桩结构的抗滑特性进行研究。研究结果表明,滑坡推力作用下,框架微型桩结构中微型桩顶水平位移与荷载之间为双曲函数关系,且框架梁在荷载作用下发生倾斜,后排微型桩产生较为明显的被拔出趋势。对土压力以及桩身弯矩的监测结果表明,均布荷载作用下,作用在框架微型桩结构上的滑坡推力的分布近似为梯形,滑面及桩顶部土压力较大,桩底部土压力较小,后排微型桩受到的滑坡推力比前排桩大,推力最大值之比约为1∶0.6,滑面以下桩后土抗力的分布近似为倒三角形。将微型桩布置更为密集的微型桩框架结构具有更大的极限抗力;但是,在相同位移容许值的条件下,试验中2种结构的抗滑承载力差别不大。框架梁可以有效限制微型桩顶位移并减小桩身弯矩,但也会在微型桩顶部产生较大的弯矩,故实际工程中可以采取增大截面尺寸、增大框架梁埋深或增设套管等措施提高微型桩截面的抗弯刚度,从而提高框架微型桩结构的整体抗滑性能。     

微型钢管桩复合土钉墙有限元分析

根据微型钢管桩复合土钉墙研究现状,结合工程实践,介绍了有限元数值分析软件Plaxis8.2在微型钢管桩复合土钉墙设计方面的应用和验证情况,实践证明,Plaxis8.2能够较准确、可靠地模拟该类型支护结构。总结了计算微型钢管桩、土钉及混凝土面层相关参数的参考公式。并通过代表性的示例研究,分析了微型钢管桩在不同土层结构、相同土钉墙设置条件下对基坑稳定性和控制位移的作用规律,即土层越硬,钢管桩对基坑安全稳定性的贡献作用越大;土层越软,钢管桩对坡顶最大位移控制的贡献作用越大。     

微型抗滑桩双排单桩与组合桩抗滑特性研究

 通过3组大型模型试验,研究微型抗滑桩双排单桩与组合桩在加固边坡时的抗滑特性。边坡位移监测结果表明,微型抗滑桩能提供较大的抗滑力,降低变形速率,对边坡有较好的加固效果;组合桩加固效果更佳,较单桩抗滑力提高6.8%。桩体破坏有3种形式：桩体弯曲、桩土脱空、桩体断裂;双排单桩裂纹倾角较大,为65.7°,呈弯–拉破坏;组合桩裂纹倾角为33.9°,呈拉–剪破坏;后桩裂纹宽度较前桩大。双排单桩桩体自由段土压力沿桩身呈“S”型分布;后桩承受土压力大于前桩,前后桩最大土压力之比为0.53∶1～0.50∶1;桩前滑面层位存在桩土脱空区,土压力最大值在滑移面上10%桩长附近;桩体嵌固段土压力在下滑力较小时呈倒三角形分布;当土压力较大时呈矩形分布。组合桩由于连梁作用,前桩桩顶产生较大的正弯矩,桩身最大负弯矩出现在滑面附近,前后桩最大负弯矩之比为0.67∶1～0.80∶1。     

微型钢管桩桩间土滑塌机理与监测验证

桩间土滑塌是基坑工程中经常出现的一种破坏形式,对基坑工程的安全产生重大威胁,因此,研究桩间土滑塌的条件和机理就显得尤为重要。本文结合某微型钢管桩基坑支护工程桩间土滑塌实例,对桩间土滑塌的机理进行了详细的研究和阐述,并结合全自动远程实时监测装置测得的地表沉降数据辅助验证。研究结果表明:桩间土的滑塌可分为桩间土拱形成、蠕变与塑性变形、桩间土拱破坏三个阶段,滑塌的触发原因为地下水位回升,导致土体抗剪强度降低,土拱破坏;采用自主研发的全自动远程实时监测系统能够及时准确的测量出地表沉降,并反应出基坑开挖、气温变化及降排水条件等对坑周土体地表沉降的影响,对保障基坑安全施工有重要的意义。     

矩形钢管腹板开孔耗能支撑滞回性能分析

中心支撑横向刚度大,但在发生地震时容易失去稳定性。为避免支撑失稳,提出了矩形钢管腹板开孔耗能支撑。矩形钢管腹板开孔耗能支撑是由开孔腹板和矩形传力方钢通过焊接连接组成的新型开孔腹板耗能支撑。采用ABAQUS有限元软件分析了各设计参数对其滞回性能、刚度、承载力的影响,为工程实践提出有效的建议。结果表明:该支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。开孔腹板的厚度、开孔长度以及开孔宽度等参数,矩形钢管腹板开孔耗能支撑主要依靠耗能短柱发生塑性变形耗散能量。开孔腹板的厚度影响对构件承载力有一定影响;开孔长度对构件滞回性能影响较小;耗能短柱的长度对构件整体的滞回性能、承载能力起到决定性因素。     

微型桩-锚组合新结构抗滑特性的数值分析

针对微型桩加固滑坡时容易出现侧向变形的缺陷,笔者基于综合排桩刚架结构与拉锚式挡土结构形式优点的研发思路,提出了一种微型桩-锚组合抗滑新结构。利用FLAC^3D分析了新结构的变形与受力特性,并与传统刚架式微型桩结构进行了比较。结果表明:相比普通刚架式结构,新结构加固后的边坡位移场和桩顶水平位移明显减小,其加固效果和抗滑能力更优;斜向预应力锚索增强了微型桩的侧向刚度,结构变形曲线相对平缓;桩体弯矩、剪力分布相对均匀,发挥了结构的整体受荷能力,且峰值有所降低;除抗弯和抗剪作用外,微型桩还起到轴向作用,尤其是顺坡桩侧摩阻力作用明显;锚索拉力随边坡变形累积而逐渐增大,可以利用稳定地层的自承能力分担部分滑坡荷载;由于锚索预应力的主动施加,结构对桩后土体起到预加固作用,系梁附近桩侧土压力明显增大。研究结果可为该新结构的设计提供一定理论依据。     

组合式消能减震墩柱试验与设计方法研究

对采用Q345GJ钢的可更换剪切型消能连梁展开循环加载试验研究。结果表明这种连梁具有稳定的滞回耗能特性和较好的变形能力,同级荷载下多次滞回加载基本不产生循环强化;极限超强系数大致在1.35~1.5之间,符合预期设计要求。基于这种消能连梁,提出并设计一种由消能件和钢管混凝土组成的组合式消能减震墩柱,并对其开展了试验研究。试验结果表明,本文所采用的设计方法可以保证墩柱实现预期的破坏模式,即连梁剪切变形与柱脚集中塑性铰;墩柱具有很强的耗能能力、延性和变形能力;柱脚屈服时墩顶位移角约为1/80,可以保证中等地震荷载作用下柱脚处于弹性状态。     

钢管铅阻尼器耗能机理研究

影响钢管铅阻尼器性能的主要构造参数有厚径比、削弱比和高径比。设计13个不同构造参数的钢管铅阻尼器,采用ABAQUS有限元软件对其进行模拟分析,研究厚径比、削弱比和高径比对钢管铅阻尼器传力机制、塑性分布状态和耗能机理的影响。分析结果表明：①钢管铅阻尼器的钢管和铅芯协同工作,共同耗能,传力机制和耗能机理明确|②钢管铅阻尼器受力过程分为弹性,弹塑性和塑性三个阶段,但弹性阶段和弹塑性阶段很短,屈服位移很小,在1mm内即能进入屈服耗能|③厚径比、削弱比和高径比对钢管铅阻尼器传力机制和协同工作性能影响不大|④厚径比、削弱比和高径比对钢管铅阻尼器塑性变形分布影响很大|合理取值可以保证钢管铅阻尼器屈服耗能集中在阻尼器中部,且具有较合理的塑性分布模式|建议厚径比在满足加工前提下尽可能取小值,削弱比取0.3~0.4,高径比取2.3~2.6|⑤钢管铅阻尼器耗能时,铅芯先屈服耗能而钢管为弹性,耗能全部由铅芯承担|接着钢管屈服与铅芯共同耗能|钢管进入塑性后钢管和铅芯耗能比很快就趋于稳定,钢管耗能占总耗能80%以上,铅芯耗能占总耗能10%~20%之间。     

钢筋混凝土框架-剪力墙模型结构试验的滞回反应和耗能分析

本文以实际工程为研究背景,根据模型相似关系,通过拟动力试验的方法,对钢筋混凝土框架-剪力墙模型结构的滞回反应和耗能进行了分析,探讨了结构在地震作用下的破坏机理及其薄弱环节或部位。试验结果表明,在水平地震作用下,框架-剪力墙结构的屈服顺序为:剪力墙根部→框架各层梁端→框架各柱根部,剪力墙的屈服和耗能能力对整个结构的承载力和变形性能影响很大。当弹塑性变形较大时,结构的性能主要取决于剪力墙根部截面的性能。本文工作为指导这类结构体系的抗震设计以及进行更深入的研究提供了基础资料。     

组合深梁低周反复荷载试验研究

组合深梁作为一种新型的耗能构件,可以实现宽范围的刚度渐变调幅。通过两片跨高比分别为2.0和1.0的组合深梁低周反复荷载试验,研究了其破坏过程和破坏机理,得到了深梁的滞回曲线、承载力及承载力退化系数、延性系数和能量耗散系数。研究结果表明：组合深梁随着跨高比从2.0减小到1.0,承载力增加了190%;采用混凝土板限制钢板的平面外屈曲,可以充分利用钢材的性能;钢-混凝土组合深梁是一种理想的水平抗侧力构件。图10表3参9     

方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的拟静力试验研究

本文进行了6个方形钢管混凝土柱与钢梁连接节点足尺模型的拟静力试验,包括穿芯螺栓-加劲端板连接(SEP)节点、缀板焊接连接(SPW)节点与常规栓焊(NBW)节点三种。比较了这三种连接节点在不同轴压比下的滞回性能、强度与刚度退化、延性性能、耗能能力以及破坏特征。结果显示:破坏大多发生在节点连接部位或钢梁局部屈曲或开裂,SEP节点与SPW节点的整体抗震性能要优于常规栓焊节点。     

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。     

基于混合消能减震技术的组合结构独柱高架站台抗震性能研究

结合高性能组合结构形式以及混合消能减震体系的双重技术优势,研发了适用于独柱长悬臂式高架站台结构的抗震体系。采用有限元分析软件MSC.MARC分别对该体系进行了强震作用下的静力弹塑性分析和动力弹塑性时程分析。分析结果表明基于MSC.MARC二次开发的纤维模型和采用宏观本构的一维非线性弹簧模型能高效准确地模拟站台结构的非线性动力特征以及损伤破坏规律。混合消能减震技术可显著提高结构的刚度和承载力,在降低主体构件耗能的同时增强结构的整体耗能能力。在体系层面,混合消能减震技术可明显改善结构刚度分布不均匀带来的不利影响,有效地降低结构的整体变形和层间位移角;在构件层面,消能减震体系能减少或避免主体构件的出铰,有效地降低主要承重构件的截面应力水平,降低悬臂梁所承受的扭矩。值得注意的是,在混合消能减震体系中,由于结构的各个薄弱环节均得到了加强,未受到消能减震构件保护的其他结构构件的地震响应可能会被放大。     

框架-核心筒耗能耦联结构地震反应分析

提出了一种新型框架-核心筒耗能耦联结构,此结构将框架和核心筒分开,框架和核心筒之间通过水平向阻尼器连接。为了了解框架-核心筒耗能耦联结构在地震作用下的性能,采用SAP2000和PERFORM-3D有限元软件分别建立传统框架-核心筒结构、新型框架-核心筒耗能耦联结构有限元模型,对两种模型分别进行中震、大震弹性和大震弹塑性时程分析。结果表明:相比于传统框架-核心筒结构,新型框架-核心筒耗能耦联结构能有效耗散地震能量,降低楼层剪力,减小结构地震响应,表现出优异的抗震性能。     

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。     

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。