自复位钢框架钢板剪力墙性能化设计方法

基于“自复位”理念,提出了一种采用钢板剪力墙耗能的自复位钢框架钢板剪力墙结构,对其进行了受力机理分析,并给出了自复位钢框架钢板剪力墙的复位条件。依据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设定了自复位钢框架钢板剪力墙基于性能的设计目标,基于性能目标提出了自复位钢框架钢板剪力墙的设计流程,从构件的实际受力状态出发对该设计方法进行了研究,并推导出构件的设计公式。以某传统钢框架为例,对其进行了由钢板剪力墙耗能的自复位结构边缘构件设计,并采用有限元软件ABAQUS对其中单榀单跨进行了Pushover分析。结果表明：当层间位移角达到2%时,结构的残余变形量控制在0.2%以内,主体结构边缘构件仍处于弹性工作状态,推覆过程中钢板墙耗散了大量能量;推覆结束后,结构余留少量残余变形,这主要是由于梁柱节点绕梁上下翼缘转动时梁上下翼缘角部受到挤压引起,可通过适当设置翼缘加强板减少甚至消除残余变形。     

SMA自复位节点研究综述

形状记忆合金(Shape Memory Alloys,SMA)作为一种新型功能材料,已被广泛应用于航空航天、医疗等领域。近年来,随着材料科学的发展及冶金工艺的提高,SMA在土木工程中的研究与应用也引起了广泛关注。文中概述了形状记忆合金的基本性能,对SMA自复位节点在国内外的研究及发展进行了详细介绍,并总结了当前研究中存在的不足之处,为SMA自复位节点的研究提供一些参考。     

装配式预应力短索自复位钢框架数值模拟

在已经完成的预应力短索自复位钢框架节点试验和数值模拟的基础上,采用ABAQUS有限元分析软件将装配式预应力短索自复位钢框架和普通自复位钢框架、刚接钢框架进行静力往复加载和动力时程的数值模拟结果进行对比分析,结果表明:两种自复位钢框架较刚接框架而言可有效减少结构损伤,且残余力较小,具有良好的自动复位和恢复结构功能的能力;装配式预应力短索自复位钢框架可以避免高空张拉钢绞线,减小了张拉难度,保证了张拉质量,具有更广阔的应用前景。     

自复位SMA支撑的滞回性能与简化力学模型

基于形状记忆合金（SMA）的超弹性和扩孔型螺栓连接的低摩擦滑移性能,提出一种自复位SMA支撑,主要由四块钢板、两个滑移螺杆、SMA丝材、丁基橡胶垫片、固定钢垫片和滑移钢垫片组成。对四个考虑不同SMA面积和滑移螺杆预拉力的自复位SMA支撑进行低周往复荷载试验,研究其滞回性能和耗能能力。采用ANSYS软件建立有限元模型,并通过试验数据对其进行验证,结果吻合良好。对9个考虑不同SMA面积、摩擦系数、SMA长度和螺杆预拉力的模型进行分析。结果表明：增大SMA面积可提高支撑的承载力和耗能能力、减小残余变形,增大摩擦系数和滑移螺杆预拉力可提高支撑的承载力、耗能能力和残余变形,增大SMA长度对支撑性能无明显影响。对比有限元与简化力学模型计算结果表明,两者的抗滑移承载力、最大恢复力和残余变形最大误差仅为6.89%、7.01%和5.60%,验证了该简化力学模型的准确性。     

基于SMA/ECC的新型自复位框架节#br# 点抗震性能试验研究

为了提高框架节点塑性铰区损伤自修复自复位能力,减小结构的残余变形,实现框架结构震后结构功能的快速恢复,文章采用超弹性SMA筋和超高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)增强RC框架节点的抗震性能。设计制作了5个1/2缩尺比例框架节点,其中2个为考虑了梁端塑性铰区不同长度的SMA增强ECC节点模型,3个为对比节点模型,即普通混凝土节点、ECC增强混凝土节点和SMA增强混凝土节点。在新型SMA/ECC节点梁端塑性铰区,采用超弹性NiTi-SMA筋代替普通纵筋、ECC代替普通混凝土以增强其复位能力和耗能能力。通过低周往复加载试验,研究了新型节点的破坏过程、耗能能力、位移延性、残余变形和自复位性能。试验结果研究表明：往复荷载作用下,SMA节点均呈现“旗帜形”滞回性能,具有良好的自复位能力;ECC材料够优化框架节点梁端塑性铰的发展,提高结构的延性及耗能能力,延缓结构的屈服;SMA/ECC复合材料系统虽然会降低结构的初始刚度,但能够显著提高节点的延性及自复位能力,延缓刚度退化速度,提高结构抗侧移能力,可以实现结构损伤自修复和功能的快速恢复;覆盖梁端塑性铰区,SMA的长度的改变对自复位性能影响不大。     

装配式自复位摇摆钢框架的恢复力模型

传统的钢框架结构在强烈地震作用下梁端和柱脚通常会出现塑性铰,导致结构产生较大的塑性变形.为此,提出了一种装配式自复位摇摆钢框架结构,阐述了该结构的构造形式与工作机理,通过理论分析建立了该结构的恢复力模型.设计了单层和双层的传统钢框架结构模型和装配式自复位摇摆钢框架结构模型,通过有限元软件ABAQUS对结构模型的滞回性能...     

梁端弹簧自复位框架耗能节点试验研究

梁端弹簧自复位框架耗能节点是一种新型自复位节点形式,通过在梁端布置弹性恢复装置和节点阻尼器,使得节点具有确定的转动刚度和阻尼,可以同时实现结构的自复位和地震能量耗散。为了验证节点的可行性、研究其抗震性能,选择钢板弹簧作为弹性恢复装置、腹板屈服耗能金属阻尼器作为耗能装置进行节点构造,并对足尺梁端弹簧自复位框架耗能节点进行拟静力试验,得到无控节点和有控节点的试验滞回曲线和骨架曲线。试验结果表明,梁端弹簧自复位耗能框架有控节点试验的滞回曲线饱满、具有良好的耗能能力,通过无控节点试验的骨架曲线求得的节点转动刚度与预设设计值一致,表明采用梁端弹簧耗能节点构造自复位框架是可行的,为进一步研究整体框架抗震性能提供依据。     

预应力自复位混凝土框架结构研究进展

通过对东南大学孟少平课题组近十年来在预应力自复位框架结构研究成果的总结,介绍了包括几种典型的基于不同耗能元件的预应力自复位装配框架结构体系、节点连接构造以及耗能元件及装配节点的拟静力试验研究情况,介绍了预应力自复位框架结构的发展趋势,并对预应力预制装配结构的后续研究进行展望。     

自复位钢框架节点有限元模拟及参数分析

研究了一种具有自复位能力的钢框架节点的力学性能.该节点在梁柱间通过角钢栓接,并沿梁长布置高强预应力钢绞线.通过对钢绞线施加预应力将梁柱压紧,使节点具备足够的抗弯刚度以满足正常使用情况下的功能性要求,钢绞线同时提供回复力,使节点在地震后具有自复位能力.采用通用有限元分析软件Abaqus 6.9建立节点模型,对9个足尺钢框...     

考虑预应力筋断裂失效的自复位支撑钢框架结构抗震性能与风险评估

为研究自复位支撑中预应力筋发生断裂失效对结构整体抗震性能的影响,以形状记忆合金(SMA)拉索自复位支撑结构为研究对象。通过理论分析典型单核和双核自复位支撑的失效机理,发现双核自复位支撑在提升变形能力的同时存在瞬时连锁失效风险。为此,设计了不考虑预应力筋失效的理想自复位支撑框架、考虑预应力筋失效的单核、双核自复位支撑框架以及SMA自复位支撑框架等4个原型结构模型。考虑预应力筋断裂失效的随机性分布特征,在远场和近场地震作用下对框架进行非线性时程分析;进一步采用IDA方法对框架进行倒塌及残余变形易损性分析,并结合场地特征进行风险评估。分析结果表明：考虑预应力筋的断裂失效会显著增加框架倒塌的风险,在服役期风险评估中,其倒塌概率是理想情况下的5倍左右,残余变形超越概率最高为理想情况下的6倍;SMA自复位支撑具有更大的变形能力以及额外的耗能能力,在抗倒塌和抑制残余变形方面表现更为良好。     

新型自复位钢框架-复合墙连接节点研究

内填RC复合墙钢框架结构在框架与内嵌墙之间设置开缝并安装耗能连接件能减小结构损伤,改善结构力学性能。提出在内填RC复合墙和钢框架结构之间采用新型折板型耗能连接件,并采用ABAQUS对连接件的受力性能进行分析,研究了节点的受力过程和破坏模式。将耗能连接件应用于两侧开缝的密肋复合墙-钢框架结构中实现滑移连接。结果显示：折板连接件在竖向拉压荷载和水平侧向荷载作用下的变形损伤模式存在差异,折板角和折板弯折数目对连接件受力性能影响显著。折板连接件用于结构中时,结构加载前期滞回曲线表现出残余变形小的特点,具有自复位性能,因此折板连接件是一种具有自复位能力的连接形式。     

自复位装配式RC框架结构基于能量平衡的抗震塑性设计方法

为了解决装配式混凝土框架结构节点连接薄弱、损伤机制不可控、耗能能力不足、震后难以修复等问题,针对带有可控塑性铰(CPH)的自复位装配式混凝土框架结构(SC-PRCF),基于能量平衡的抗震设计理念,考虑自复位结构体系滞回行为与理想弹塑性结构体系的差异,以及结构上部楼层塑性发展不充分等因素,参照可恢复功能防震结构的四水准抗震设防目标,提出了SC-PRCF结构抗震塑性设计方法。并设计了一榀7层SC-PRCF结构,同时按照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设计了一榀7层现浇混凝土框架(RCF)结构作为对比。通过动力弹塑性分析,验证了抗震塑性设计方法的有效性和SC-PRCF结构性能的优越性。研究结果表明：按照抗震塑性设计方法可使SC-PRCF结构满足“小震及中震不坏、大震可修复、可更换、巨震不倒塌”的抗震设防目标,同时可获得“强柱弱梁”的破坏模式,实现了渐进屈服耗能,使全楼层均能参与能量耗散,且能延长失效路径,避免出现薄弱层。     

外伸端板SMA螺栓连接自复位钢框架去柱抗倒塌性能分析

为明晰外伸端板形状记忆金属(Shape memory alloy,简称SMA)螺栓梁柱连接自复位钢框架去柱后结构的抗倒塌性能,采用ANSYS软件建立了梁、实体混合单元模型。在验证有限元模型合理的基础上,进行外伸端板SMA螺栓、高强度螺栓柱连接去柱子结构竖向加载分析,并对比两类试件的受力性能及复位效果。研究表明:两类试件应力(应变)分布相似,且应力集中在外伸端板上侧及梁翼缘与端板连接处;中柱竖向力-位移曲线呈三段式分布,SMA螺栓连接试件加载后期悬链作用显著,且竖向承载力高于高强度螺栓连接试件; SMA螺栓连接可有效减小结构残余变形,降低结构的修复难度,提高修复的经济性。     

H型钢芯自复位防屈曲支撑抗震性能研究

提出一种新型H型钢预应力自复位防屈曲支撑(SCBRB),该支撑耗能内芯采用H型钢,外部约束构件由钢板和型钢组合成H形截面,采用预应力索构成自复位系统,整体通过高强螺栓拼接而成。对其构造、工作原理以及复位原理进行详细介绍。为了研究SCBRB的抗震性能,通过有限元软件ABAQUS,对结构模型进行三维实体有限元模拟,对纯防屈曲支撑、纯复位支撑及自复位防屈曲支撑进行拟静力分析,结果表明:新型H型钢预应力支撑结合了前两种支撑装置的优点,既能耗能,又能复位,可减小或消除残余变形,且效果良好。     

装配式自复位摇摆钢框架抗震性能研究

为了减轻传统钢框架在强震作用下的损伤与破坏,提出了具有自复位柱脚的装配式摇摆钢框架结构,阐述了该结构的构造形式与工作机理。设计并加工了一榀缩尺比例为1/4的摇摆钢框架,对其进行了低周反复加载试验和有限元模拟,研究其抗震性能。结果表明：利用复合组合碟形弹簧的弹性恢复力能够实现柱脚在强震作用下的可控摇摆,通过梁柱节点的消能减震装置有效控制了结构的累积损伤与残余变形;摇摆钢框架的滞回曲线是较为饱满的旗帜形,表明其具有较好的自复位性能和耗能性能;在加载至层间位移角1/30时,梁柱节点和柱脚没有发生任何屈服或屈曲,主体结构保持为弹性,损伤与破坏集中在消能减震装置处,拆卸和更换消能减震装置后,再加载曲线与原曲线基本吻合,有效实现了消能构件地震损伤可更换以及结构功能可恢复的设计目标;有限元的模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建立的有限元模型能够较好地模拟摇摆钢框架在循环加载时的滞回性能。     

自复位形状记忆合金支撑抗震性能研究

基于形状记忆合金(SMA)的自复位支撑由于耗能性能好、震后无残余变形和性能稳定而得到研究者的广泛关注。详细介绍了SMA的力学特性,提出了一种新型自复位SMA支撑,采用通用有限元软件ANSYS建立了框架结构分析模型,对比了设置自复位SMA支撑的框架结构和不设置自复位SMA支撑的框架结构的抗震性能。研究结果表明,设置自复位SMA支撑的框架结构抗震性能得到了显著提升,震后损伤较小,结构功能能够快速恢复;自复位SMA支撑自身残余变形很小,能够实现震后快速修复和更换。     

混合连接自复位框架结构抗震性能研究

以混合连接自复位框架结构为研究对象,首先建立了混合连接节点的数值计算模型,提出了该类框架结构的抗震设计方法,并进行了有效验证。然后,通过罕遇地震作用下的弹塑性动力时程反应分析,对比了典型混合连接自复位框架和普通框架的抗震性能,探讨了预应力抗弯承载力比φ_(des)对自复位性能的影响。研究结果表明:所建立的混合连接自复位节点数值计算模型合理有效,按所提设计方法设计的自复位框架具有良好的抗震性能和明显优越的自复位能力;自复位框架较普通框架上部楼层的塑性铰发育更为充分、位移反应更为明显;φ_(des)是控制结构自复位能力和耗能能力等的关键参数,其取值范围通常在0. 4～0. 6;对于较低的楼层,可以适当地减小φ_(des)的取值,使楼层具有更好的耗能性能。     

自复位摩擦耗能支撑框架的抗震性能分析

自复位摩擦耗能支撑(SCFED)是一种兼具耗能能力与自定心能力的新型支撑。本文将SCFED应用于一9层Benchmark钢框架,采用OpenSEES有限元软件,进行了非线性静力推覆分析(Pushover)和非线性动力时程分析,通过与屈曲约束支撑(BRB)框架结构的对比,研究了SCFED框架结构的抗震性能。结果表明:SCFED框架的最大层间位移角较BRB框架小,且沿楼层高度分布更为均匀;BRB框架平均残余层间位移角约为最大位移角的10%~20%,而SCFED框架的残余位移角仅为最大位移角的1%~2%,表明SCFED能有效控制结构的残余变形;由于SCFED在自复位时的刚度转换较为剧烈,导致SCFED框架的层加速度比BRB框架大。     

钢框架结构安装中的变形控制技术

近几年来,随着我国钢结构建筑市场的不断发展,人们对于钢框架结构技术要求越来越高。由于钢结构具有较高的强度和良好的塑性等优势,与此同时,钢结构的截面一般比较小,其板壁厚度比较薄,使得钢框架结构在安装过程中,很容易发生变形现象,给施工质量造成严重影响。对此,文章主要针对钢框架结构安装中的变形控制技术进行详细探讨,为确保施工的质量提供了重要的参考依据。