预压弹簧自恢复耗能支撑子结构抗震性能研究

对预压弹簧自恢复耗能支撑进行了低周往复加载试验及数值模拟分析,结果表明,二者滞回曲线吻合较好,自恢复耗能支撑具有稳定的旗形滞回特性、良好的耗能能力和复位能力。对自恢复耗能支撑分别通过刚接和铰接与结构组成的支撑子结构进行了抗震性能数值模拟分析。结果表明：铰接支撑子结构具有更好延性、更稳定旗形滞回性能、更高承载力,对自身残余变形具有更好的控制能力;刚接支撑受力性能受连接板传递弯矩影响较大,铰接支撑耗能能力是刚接支撑的1.4~2.3倍,对结构的耗能贡献比刚接支撑提高了34%~40%,铰接支撑最大残余变形为刚接支撑的25.5%,基本消除了残余变形。     

自复位黏滞阻尼器的构造设计与抗震韧性提升

为提高建筑结构抗震韧性，提出了一种将环簧阻尼器和黏滞阻尼器并联的自复位黏滞阻尼器构造，分析其工作原理，在元件和构件层次分别进行了静力和动力试验研究。试验结果表明：自复位黏滞阻尼器构造合理，在不同振动频率下表现出良好的自复位能力与无损伤耗能能力。采用基于性能的塑性设计方法，设计了屈曲约束支撑钢框架、自复位环簧支撑钢框架和自复位黏滞阻尼支撑钢框架，对比分析不同结构体系的地震响应。分析结果表明：基于性能的塑性设计方法可以实现自复位黏滞阻尼支撑钢框架的性能目标；在一致的性能目标下，自复位黏滞阻尼支撑钢框架相比自复位环簧支撑钢框架具有更低的承载力需求，降低了结构用钢量，同时降低了楼层加速度响应，减少非结构构件损失；相比屈曲约束支撑钢框架，具有与之相当的消能减震效果，同时能够有效地控制结构残余变形，进而提高结构的抗震韧性。     

预压弹簧自恢复耗能支撑受力性能分析与试验研究

预压弹簧自恢复耗能支撑由内管、外管、摩擦耗能装置及组合碟簧自复位装置组成,对其受力性能进行分析,并建立了描述该支撑滞回特性的恢复力预测模型。通过对预压弹簧自恢复耗能支撑的低周往复加载试验,研究其滞回特性、自恢复性能及耗能能力,并与建立的预测模型进行了对比分析。结果表明：预压弹簧自恢复耗能支撑具有稳定的“旗形”滞回曲线,耗能能力随摩擦耗能装置提供摩擦力的增大而增大,且碟簧间及碟簧与内管间摩擦可为支撑提供一定耗能能力;当碟簧预压力能够克服摩擦耗能装置提供的摩擦力时,支撑具有更好的自恢复性能。所建立的恢复力预测模型与试验的滞回曲线吻合较好,能够有效地反映支撑的实际受力情况。     

屈曲约束支撑力学性能试验加载制度研究

目前,由国内的加载制度检测得到的屈曲约束支撑性能相对较小,这导致大部分满足其他国家性能要求的构件无法应用于我国工程实践中。为了推动国产屈曲约束支撑的国际工程应用,以中国规范和日本规范规定的屈曲约束支撑力学性能检验方法为基础,分析规范中对最大变形幅值、变形范围和循环次数的要求;通过OpenSees建模分析,对不同加载历程下屈曲约束支撑的拟静力反复加载试验进行模拟,采用累积非弹性变形和累积滞回耗能来评估屈曲约束支撑的性能,将滞回能量的累积分布作为评估加载制度的幅值增长规律的参数;基于中日规范中屈曲约束支撑循环试验加载制度的定义以及在两种不同加载方式下屈曲约束支撑循环试验数值模拟的结果,提出用于屈曲约束支撑性能检验试验的新加载制度(GLP)。研究结果表明,GLP具有较大的累积非弹性变形,与所参照的累积滞回耗能分布吻合较好;其最大变形幅值为30%,与日本规范要求的最大钢芯应变水平相一致。     

自复位耗能支撑滞回性能试验研究与有限元分析

提出可装配的自复位耗能(SCED)支撑,该支撑由中心杆、导向杆、碟形弹簧、限位板、弹簧承压板及摩擦片组成。介绍了支撑各阶段工作原理,建立了支撑刚度的计算方法。对自复位耗能支撑进行低周往复加载试验,研究其滞回特性、残余变形、耗能能力及各阶段刚度变化,并建立有限元模型进行对比分析。结果表明,所建立的支撑刚度计算方法正确可行,计算所得刚度与模拟值之差在8%以内。SCED支撑滞回曲线呈旗形,各阶段刚度过渡平缓,支撑耗能能力强,残余变形随预压力的增加而减小,当支撑预压力大于最大静摩擦力,最大残余变形为最大加载位移的5.1%。有限元分析滞回曲线与试验结果吻合,其累积耗能与试验结果相差小于10%,残余变形与试验结果基本接近,说明该模型可有效反映支撑的工作原理与滞回性能。     

腹板开椭圆孔耗能支撑滞回性能试验研究

为了研究腹板开椭圆孔耗能支撑的滞回性能,进行了3个支撑试件的低周往复加载试验,研究支撑长细比和耗能腹板长度对这种支撑耗能能力和滞回性能的影响,得到试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性系数、等效黏滞阻尼比等。试验结果表明：在低周往复荷载作用下,腹板开椭圆孔耗能支撑依靠腹板开孔板件进入塑性耗散能量。耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,初始刚度较高。孔间板件断裂破坏导致耗能支撑试件失效,试件呈现延性破坏。试验过程中,中部工字钢保持弹性状态,没有进入塑性。相同长细比下耗能腹板的长度越长,耗能支撑滞回曲线越饱满,变形能力、承载能力和等效黏滞阻尼比越大。建立了ABAQUS有限元分析模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好,可以有效模拟腹板开椭圆孔耗能支撑的滞回性能。     

双重耗能摇摆桁架-钢框架结构体系的抗震性能分析

为了提高结构的抗震性能,提出了一种双重耗能摇摆桁架-钢框架结构体系,即在摇摆桁架和钢框架连接处安装黏滞阻尼器,并在桁架底部设置自复位支撑(SCED).建立了该系统的数值模型,并与摇摆桁架-钢框架对比分析,以研究其在地震下的抗震性能.结果表明:黏滞阻尼器在地震作用下充分发挥耗能能力,自复位支撑在地震作用下的残余应变基本为...     

新型串联式自复位屈曲约束耗能构件的滞回性能分析

提出一种新型串联式自复位屈曲约束耗能(SC-BRED)构件,该构件由套管-玄武岩纤维预拉杆式自复位系统提供自复位能力,通过屈曲约束核心钢板耗能,并通过串联式的构造提高构件变形能力。在分析该新型构件的工作机理与力学性能的基础上,通过ABAQUS软件开展了新型构件的滞回性能数值模拟,验证其串联式工作机理并研究其滞回性能。结果表明:串联式的构造能使构件变形能力较现有非串联式构件提升2倍;新型构件具有饱满且稳定的旗帜型滞回曲线,拉压对称,通过自复位体系有效控制了残余变形。对预拉杆尺寸、初始预张力及核心板尺寸等参数进行分析,以研究新型构件滞回性能和耗能能力。结果表明:预拉杆尺寸影响构件刚度,初始预张力影响构件自复位能力和残余变形,核心板尺寸主要影响构件耗能能力。     

形状记忆合金滑动摩擦阻尼器自复位支撑受力性能研究

当设置SMA滑动摩擦阻尼器延展为自复位支撑时，连接的刚度可能影响支撑的力学性能，支撑可能会出现面内旋转和整体失稳。为检验由形状记忆合金滑动摩擦阻尼器和钢管串联而成的自复位支撑能否实现预期的滞回性能，针对支撑的轴向刚度、转动刚度和稳定性进行理论分析。通过往复加载试验获得了形状记忆合金棒的滞回曲线和摩擦机制的动摩擦系数。制作了1个1/3缩尺的支撑试件，并进行了拟静力试验和频率为1.0 Hz的动载试验，结果表明，轴向荷载作用下，支撑的荷载-位移滞回曲线呈光滑稳定的旗帜形，展示出优越的自复位能力和良好的耗能能力。基于滞回曲线，分析了支撑的承载力、割线刚度、耗散能量和等效黏滞阻尼比等滞回性能参数，发现其等效黏滞阻尼比可达16%。建立了支撑的三维有限元模型，数值模拟与试验数据吻合良好。通过数值模拟对钢管的轴向刚度予以分析，发现当钢管的轴向刚度降低至文中基准模型刚度的20%时，可能导致钢管屈服和支撑整体失稳。     

自复位屈曲约束支撑框架耗能组件影响分析

为探究屈曲约束支撑耗能组件对自复位屈曲约束支撑(SCBRB)框架抗震性能的影响,基于"等强原则"和自复位需求设计了不同核心板面积的SCBRB框架,并开展了地震作用下的动力分析。分析结果表明:随着核心板面积的增大,支撑的耗能能力增大,结构的最大位移响应减小,加速度和剪力响应也减小;但在相同预应力筋的情况下,初始张拉应变增大会降低支撑的变形能力,可能会导致支撑变形能力不能满足变形需求。     

带自复位耗能支撑钢板剪力墙低周往复荷载试验研究

为解决现有钢板剪力墙对边缘梁柱附加弯矩大、震后留有较大残余变形等问题,设计并加工由两根自复位耗能支撑和一片两边连接钢墙板组成的带自复位耗能支撑钢板剪力墙(SPSW-SCEDB)试件,并对其在低周往复荷载作用下的承载力、耗能能力及自复位能力进行试验研究,分析墙板与支撑之间的协同作用关系。研究结果表明：SPSW-SCEDB呈现饱满的旗形滞回曲线,墙板与自复位耗能支撑以并联关系共同承担水平荷载,消耗输入能量;加载位移较小时,SPSW-SCEDB承载能力主要由墙板提供,随着加载位移的增大,自复位耗能支撑的承载力贡献逐渐增大并超过墙板的承载力;SPSW-SCEDB的耗能主要由墙板提供,自复位耗能支撑为系统提供补充耗能,系统的耗能能力相较于其墙板单独加载时的耗能能力有所削弱;当自复位耗能支撑的设计剩余恢复力大于墙板的受压承载力时,SPSW-SCEDB的残余变形角小于0.2%,具有良好的自复位能力。     

设置组合工字钢梁的自复位框架抗震性能试验研究

基于“可恢复功能抗震结构”的设计理念,设计并制作了一种设置组合工字钢梁的自复位框架,采用消能杆作为耗能元件,进行了由不同消能杆组成的4个自复位框架的低周往复荷载试验,在分析其受力机理的基础上,对比分析了结构的受力发展过程、耗能能力和卸载后的自复位能力。结果表明：各自复位框架的试验宏观现象基本相同,其荷载-位移滞回曲线均呈“双旗帜”形;锚固板开口后,框架的抗弯刚度由预应力钢绞线和消能杆提供;层间侧移角加载至4%时,骨架曲线仍无下降趋势,结构具有良好的承载能力和变形能力;自复位框架的塑性变形都集中于消能杆,更换消能杆后,结构的抗震性能得以迅速恢复,实现了震后易于修复的设计目标;通过对残余层间侧移角和等效黏滞阻尼系数的分析表明,结构具有良好的自复位能力和耗能能力,且框架的抗震性能主要由自复位参数确定。     

中空夹层钢管混凝土-钢管K形搭接节点抗震性能试验研究

主管为中空夹层钢管混凝土，支管为空钢管的K形搭接节点，按主圆支圆和主方支圆两种形式加工制作了4个节点，对节点两个支管通过同步往复加载，研究主管通过夹层混凝土加强的K形节点破坏模式、承载力、耗能性能等。分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性系数、能量耗散系数等抗震性能指标。结果表明：未加强节点的破坏模式为主管表面塑性破坏，主管夹层灌混凝土的加强节点为支管拉裂破坏；主管夹层灌混凝土提高了节点的刚度和承载力，对于方管尤为显著，但对节点的延性影响不大；相比主圆支圆的未加强试件，夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了43.7%和52.1%，节点累积耗能分别提高了57.6%和64.0%；相比主方支圆未加强试件，夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了66.7%和64.7%，节点累积耗能分别提高了39.8%和21.7%，但主管夹层灌普通混凝土和灌粉煤灰混凝土对节点的加强效果区别不大。利用ANSYS软件对试验试件进行有限元分析，分析结果与试验结果吻合良好，并选用主管空心率、支主管直径比及支管径厚比进行参数分析。分析表明：随主管空心率的增大，节点耗能能力和承载力有所减小；随支主管直径比的增大，节点滞回曲线趋于饱满，耗能能力和承载力提高；随支管径厚比的增加，节点的滞回曲线的饱满度降低，节点承载力和耗能能力均呈下降趋势。     

内置轻钢桁架混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

将冷弯薄壁型钢桁架配置在普通钢筋混凝土剪力墙中代替钢筋而形成轻钢桁架混凝土组合剪力墙。为研究该类墙体的抗震性能,对两组共6个内置轻钢桁架混凝土组合剪力墙进行拟静力试验,研究轴压比和斜撑体积配钢率对其滞回性能、变形性能、刚度退化以及耗能能力的影响。对比了低矮剪力墙和中高剪力墙的位移延性和耗能能力。结果表明：轴压比对该类剪力墙的变形能力和耗能能力均不利,应予以控制;斜撑体积配钢率对提高低矮墙的延性、耗能能力效果明显,但对承载力的提高作用较小;对中高剪力墙,斜撑体积配钢率的增加,对其耗能能力不利。     

预压弹簧自恢复耗能支撑非线性原理模型参数识别及试验验证

结合预压弹簧自恢复耗能（PS-SCED）支撑工作原理,提出由两组Bouc-Wen模型及一组线弹性模型共同构成的支撑非线性原理模型,并给出模型计算公式。基于PS-SCED支撑拟静力试验结果,利用遗传算法对PS-SCED支撑原理模型的7个控制参数进行参数识别,并将识别结果与PS-SCED支撑拟静力试验、ANSYS实体模型及PS-SCED支撑分段式简化模型分析结果进行对比研究。结果表明,PS-SCED支撑原理模型能够准确、细致的描述PS-SCED支撑的滞回响应特性,相比实体模型及支撑分段式简化模型,提出的原理模型对支撑恢复力、过渡段圆滑性、等效黏滞阻尼比及累积耗能的预测结果更加准确。     

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。     

具自复位功能的同心斜撑构架耐震行为研究

一般而言,同心斜撑构架(CBF)通过对角配置斜撑来消散地震力。然而在地震过后结构物留下过大的残留变形,使得结构物难以修复。故该文对具自复位功能同心斜撑构架受震后可减少残留变形的可行性进行探讨。在类似的文件中,由于在梁柱接合处将两者分开,受地震时令梁端可在柱面上进行摇摆,而并没有引发任何损坏。提出通过梁翼板底部所安装的摩擦阻尼器或在斜撑上安装摩擦阻尼器或摩擦铰阻尼器,为验证此设计想法,该文设计一个实际尺寸的构架,此构架为单层单垮的同心斜撑构架,并在横向进行循环反复载重试验。而研究参数包含能量消散的形式不同或是位置不同与摩擦材料的不同,如磷青铜和黄铜。而试验的结果显示,具自复位功能同心斜撑构架可实现少量的残留变形与适当的耐震性能。由所有的试验可看出,使用磷青铜摩擦阻尼器的斜撑比其他形式斜撑消散较多能量。     

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。