半刚接钢框架(柱弱轴)-内填剪力墙结构滞回性能试验研究

目前我国规范关于钢框架-内填RC剪力墙组合结构体系(SRCW)的有关内容基本空白,通过了解国际上在SRCW结构体系研究领域的发展状况,以尚未研究的半刚连接钢框架(柱弱轴)-RC剪力墙结构为研究对象,通过1∶3比例将原结构缩放为一两层单跨试件结构,进行了水平循环荷载下的滞回性能试验。根据试验结果分析了结构的抗侧刚度变化、裂缝开展过程与破坏模式、结构的耗能和抗震延性和安全性等整体性能;钢框架柱的变形、中梁受力与传力机理、PR连接性能、RC剪力墙和剪力钉的变形反映的结构变形模式局部性能。结果表明:试验结构具有较好的延性、耗能性能和安全储备;试件结构的破坏模式为RC墙角部混凝土压溃,钢框架柱脚和梁柱半刚性连接部位形成塑性铰,研究为SRCW规范的制订和工程应用提供了合理的理论依据。     

半刚接钢框架内填RC墙结构滞回性能试验——局部性能分析

通过对3榀2层1跨的半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构(简称PSRCW)的低周反复荷载试验,重点研究结构局部受力性能,分析PSRCW结构中半刚性节点及内填墙的破坏模式与变形能力、钢框架与内填墙界面分离及滑移、以及两者之间的内力分配等局部性能。分析结果表明:内填墙的存在对半刚接节点的变形能力具有一定刚化影响,降低了节点的转动能力;在确保抗剪连接件在加载过程中不发生疲劳断裂的前提下,不同类型的抗剪连接件对PSRCW结构性能影响不明显;同时,为了避免抗剪连接件疲劳断裂,建议内填墙采用低强度等级的混凝土,或采用U形弯筋或槽钢连接件。在设计荷载水平,内填墙分担80%水平剪力,钢框架分担60%的倾覆力矩。     

新型PEC柱-钢梁中节点摩擦耗能型部分自复位连接抗震性能试验研究

为研究摩擦耗能T形连接件部分自复位连接的抗震性能,考虑PEC柱布置方式,按1∶1.6缩尺比例设计制作2个新型PEC柱-钢梁中节点试件模型,并进行水平低周往复荷载试验。基于试验测试数据整理,对试件的滞回性能、承载能力、耗能能力、自复位功效和节点传力机理等进行分析。结果表明：摩擦耗能T形连接件部分自复位连接通过预拉杆和摩擦耗能T形连接件有效实现了“自复位功效与耗能能力有机统一”的性态设计目标;PEC柱布置方式决定其受力性能,且改变了节点梁柱刚度匹配,从而影响到连接形式受力性能的发展进程和试件损伤分布规律;对穿螺栓和预拉杆实现了节点域混凝土斜压带传力模式,相应降低了节点域腹板的抗剪性能要求;所有试件层间侧移角达到中震层间侧移角限值0.02rad之前,节点与连接基本无残余转角,而当层间侧移角超过大震层间侧移角限值0.035rad时,试件承载能力仍呈增大趋势、且对应节点与连接残余转角不超过0.01rad,即该连接形式具有良好的自复位功效和抗倒塌性能。     

消除框架扩展的自复位钢板剪力墙—钢框架结构抗震性能研究

普通后张拉节点(posttensioned connenction,以下简称PT节点)自复位钢板剪力墙-钢框架结构由于框柱绕梁上下翼缘转动,形成开口,导致框架"扩展",因而转动会受到框架柱以及楼板的约束,影响此节点的性能。文章采用NewZBREAKSS节点,使得框架柱只绕梁上翼缘转动,从而解决上述诸多不利影响。为深入研究NewZ-BREAKSS节点自复位钢板剪力墙钢结构的抗震性能,利用有限元软件ANSYS,分别对不同厚度的内填钢板的1组试件进行模拟,对其受力分析、滞回性能、耗能能力、复位能力等进行了理论分析。分析表明:该节点形式的自复位钢板剪力墙-钢框架结构可以基本上消除了框架"扩展"现象,改善了节点区受力状态,同时便于梁与楼板的连接;节点局部及梁跨中锚固处强度不足会导致局部变形进而造成钢绞线预应力损失,影响复位性能;随着内填钢板厚度的增加,整体结构的承载力和耗能能力大幅提高,但是复位性能会降低。     

半刚接钢框架内填RC墙结构滞回性能试验——整体性能分析

半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构(简称PSRCW)在低周反复荷载作用下抗剪栓钉易发生疲劳断裂,从而使结构后期承载力衰减过快,延性较差。为了进一步改善结构的延性性能,采用槽钢、U形钢筋及抗剪栓钉三种不同形式的抗剪连接件,通过3榀1/3缩尺、两层、单跨PSRCW试件的低周反复荷载试验,重点研究抗剪连接件对结构性能的影响,分析结构的传力机理、破坏模式、滞回性能、刚度退化、变形及延性、耗能能力等。试验结果表明:加载过程中,抗剪连接件未发生疲劳断裂,试件的后期承载力退化缓慢,试件的变形能力、延性性能以及耗能能力均得到大幅提高,试件呈内填墙压碎的延性破坏模式。抗剪连接件的抗剪能力应与混凝土内填墙的抗剪能力相协调,内填墙混凝土强度等级不宜过高,避免抗剪连接件的破坏模式由剪断控制。PSRCW结构中抗剪连接件不发生疲劳断裂是结构发生延性破坏的重要前提。     

多层钢框架偏心支撑的抗震性能试验研究

偏心支撑钢框架结构是一种比较理想的多层钢结构抗侧力体系,刚度大,受力性能合理。为了研究偏心支撑钢框架在地震作用下的滞回性能,为多层钢框架偏心支撑结构体系设计提供试验依据,选用耗能梁长度为可变参数,完成了2个不同构造形式的弯曲型耗能梁-偏心支撑框架在水平低周循环荷载下的破坏试验,分析了框架的承载能力及变形特征,研究了框架的破坏模式。研究表明,偏心支撑框架在弹性阶段内具有良好的变形能力,屈服荷载和框架刚度随弯曲型耗能梁长度增加呈下降趋势;偏心支撑框架能够控制框架破坏模式,地震作用下框架在耗能梁段屈服后屈曲破坏,破坏发生在耗能梁端部翼缘和支撑与柱脚连接的节点板位置,降低了梁柱节点受力。     

支撑类型对自复位K型偏心支撑钢框架滞回性能的影响

为优化基于形状记忆金属(Shape memory alloy,简称SMA)耗能梁的自复位K型偏心支撑钢框架结构的复位效果。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,进行偏心支撑结构滞回性能分析。通过改变支撑与梁(上端)、支撑与基础(下端)的连接类型,设计了4个自复位K型偏心支撑钢框架结构,考察支撑类型对自复位K型偏心支撑钢框架结构滞回性能、塑性机制、骨架曲线、滞回耗能及复位效果的影响。研究表明:支撑上端刚接、下端铰接易形成理想塑性复位机制,该机制下结构复位效果最佳,但结构初始刚度、水平承载力、耗能能力会有所下降。     

半刚接钢框架内填高延性纤维混凝土剪力墙结构抗震性能试验研究

采用高延性纤维混凝土(DFRC)改善半刚性连接钢框架内填RC剪力墙结构(PSRCW)的抗震性能和变形能力,设计1榀半刚性连接钢框架内填DFRC剪力墙试件(SDFRCW),并进行拟静力试验,研究其破坏机理、滞回性能、刚度退化、延性及耗能能力,并与已有文献的试验结果进行比较可得:1DFRC良好的拉伸性能和应变硬化效应,可以有效控制内填墙体的斜裂缝稳定发展,实现延性剪切破坏模式;2SDFRCW试件的开裂位移、屈服位移和极限位移明显高于PSRCW试件,可见采用DFRC能显著提高SDFRCW结构的层间变形能力;3SDFRCW试件破坏时,内填DFRC剪力墙已出现较宽的主斜裂缝,但墙体始终保持良好的整体性,试件承载力和刚度退化缓慢,说明采用DFRC可显著提高墙体的耐损伤能力,减少结构的震后修复费用;4SDFRCW结构具有良好的层间变形能力,能有效控制结构在小震和中震作用下的变形,满足大震作用下的变形能力和耗能要求。     

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。     

多层高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

为研究高强钢组合Y形偏心支撑钢框架结构的抗震性能,进行了一个1∶2缩尺模型的三层结构试件的低周往复加载试验,从结构的承载能力、刚度退化、位移延性、耗能能力及破坏模式等方面评价了结构的抗震性能,试验采用三质点倒三角形比例加载。研究结果表明：高强钢组合Y形偏心支撑结构具有较高的承载能力、较好的位移延性和耗能能力,屈服强度较低的耗能连梁的弹塑性变形耗散了大部分地震能量,而高强钢非耗能构件基本处于弹性受力状态,保证了极限状态下结构的完整性。框架梁与耗能连梁连接节点处受力复杂、应力集中严重,加之楼板对框架梁的约束,该节点处变形较大,使得试件最终在此位置破坏。     

内填Y形钢支撑加固多层钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为了研究内填Y形钢支撑多层RC框架结构的抗震性能,进行了3榀2层单跨1/2缩尺试件的低周反复荷载试验。分析试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。研究结果表明：应用Y形钢支撑加固RC框架合理可行,Y形钢支撑承担了大部分水平荷载,梁柱连接节点破坏程度较轻;耗能段与混凝土梁的连接构造合理,没有发生破坏;Y形钢支撑破坏,导致结构失效;加载初期,试件荷载 侧向位移比滞回曲线具有一定程度的捏缩,耗能段屈服后,试件滞回曲线相对饱满;试件2层的荷载-层间位移比滞回曲线比1层饱满,2层的侧向变形程度比1层大;楼板的存在增加了框架梁的刚度,减少了梁上的裂缝数量;节点构造对结构抗侧刚度影响较小,对变形能力影响较大;加固震损后的结构,应该考虑结构刚度退化程度。在试验的基础上提出了内填Y形钢支撑的设计方法。     

矩形钢管混凝土框架结构受力性能试验研究

以两榀单跨两层全矩形钢管混凝土框架结构为研究对象,通过拟静力试验,考虑柱截面含钢率的影响,研究分析了全矩形钢管混凝土结构在反复低周荷载作用下的破坏特征,承载能力,滞回曲线,变形能力,耗能能力以及强度、刚度退化性能;并分析了柱截面含钢率对结构受力性能及抗震性能的影响规律;同时将结构的各特征指标与钢筋混凝土框架结构和钢结构框架的对应特征指标进行对比分析。结果表明:在低周反复荷载作用下,矩形钢管混凝土框架结构承载力高,滞回曲线饱满,延性系数为5.56～6.80,有较好的变形能力和稳定的后期承载力,呈梁铰破坏机构,可初步判断该种结构具有良好的受力性能和较高的抗震能力;并且在同等条件下,钢管混凝土框架结构的受力性能和抗震性能明显优于钢筋混凝土框架和钢框架结构,有进一步研究的价值。     

梁柱连接类型对自复位Y型偏心支撑钢框架滞回性能的影响

将传统Y型偏心支撑钢框架中耗能梁段的制作材料替换为形状记忆合金(SMA)形成一种具有自复位功能的Y型偏心支撑钢框架结构。采用ANSYS软件建立了6组单层、单跨自复位Y型偏心支撑钢框架及纯钢框架的微观有限元模型,重点研究采用刚性连接、齐平式及外伸式端板连接节点对自复位Y型偏心支撑钢框架滞回性能、耗能能力、抗侧刚度及复位能力的影响,并且对比分析了有无Y型支撑对钢框架性能的影响。研究结果表明:采用齐平式及外伸式端板连接的自复位Y型偏心支撑钢框架具有较好的复位能力及延性性能,但与采用刚性节点的自复位Y型偏心支撑钢框架相比,其水平承载力、抗侧刚度及耗能能力略低。     

半刚接钢框架内填不同构造措施钢筋混凝土墙子结构抗震性能试验研究

为研究半刚接钢框架内填RC墙结构的抗震性能,提出了一种考虑内填墙边界条件的子结构模型,进行了3榀1/3缩尺的3层单跨半刚接钢框架内填RC墙子结构的低周往复加载试验,研究了不同构造内填RC墙对结构抗震性能的影响,得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化、耗能能力及水平剪力分配。试验结果表明:内填贯通竖缝RC墙及暗竖缝RC墙试件的滞回曲线饱满,耗能能力强,但水平承载力及抗侧刚度略低,破坏模式均为缝间墙的弯曲破坏;内填实体RC墙试件的滞回曲线捏缩明显,耗能能力较弱,但水平承载力及抗侧刚度较高,破坏模式为内填墙的剪切破坏;内填墙降低了地震作用下周边框架节点转动能力,半刚性节点的最终塑性转角不超过0.025 rad,可避免钢框架节点失效导致的脆性破坏。内填墙承担约80%的水平荷载,但随着水平荷载的增大逐渐降低。     

不同连接方式下PVC空腔隔墙抗震性能研究

为研究采用不同连接方式PVC空腔隔墙的抗震性能，对3个安装PVC空腔隔墙的钢框架结构和1个单独钢框架结构进行对比拟静力试验。试验结果表明：现浇PVC空腔隔墙的初始刚度和峰值荷载较大，由于墙体与钢框架连接处开裂和角部压溃，其在小位移下刚度退化明显，大位移下的破坏主要表现为墙体内部劈裂和面外鼓曲；采用L型钢连接件的墙体主要耗能形式为螺栓滑移和连接件屈服变形，在刚度、承载力方面对钢框架提升最小，主要破坏形式为节点处水泥砂浆开裂；采用U型和L型钢连接件连接方式相对安全可靠，能使钢框架和墙体在地震作用下更好地协同工作，可根据承载力需求，推荐使用；采用钢筋连接的墙体发生脆性破坏，延性较差，承载力和耗能能力较差，不推荐使用。最后，基于等效斜压杆原理，提出了PVC空腔隔墙的抗侧刚度简化计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。     

基于新型可更换阻尼器的自复位模块钢框架抗震性能研究

提出了一种新型自复位抗侧力模块,该模块主要由预应力钢边框和角部可更换阻尼器组成,将其配置于分层装配式钢框架中,可以实现结构系统的低残余变形与震后功能恢复.在自复位模块中,预应力钢边框主要提供初始刚度与恢复力,可更换阻尼器通过舌板受弯屈服耗能.该自复位模块的刚度、承载力和耗能系数可以独立调节,角部阻尼器具有分散耗能稳定、对连接抗力需求低、不影响窗口门洞布置、震后极易更换的特点.建立了该自复位抗侧力模块的刚度与承载力理论计算公式与数值模拟方法,并提出了配置自复位模块的分层装配式钢框架结构体系的性能化设计目标.3层和6层原型结构的动力非线性时程分析结果表明:受地震作用后,结构残余变形小于0.2％,结构主要构件保持弹性状态,损伤集中于塑性耗能的可更换阻尼器中.     

钢框架内填预制钢筋混凝土剪力墙试验研究

为改进钢框架内填预制钢筋混凝土剪力墙的抗震性能,将耳板装置引入钢框架与内填墙的连接中.通过2个2层单跨钢框架内填预制钢筋混凝土剪力墙1/3模型试件的循环荷载试验,考察耳板连接装置的可靠性和内填墙裂缝的开展与结构变形能力,分析结构的破坏机理、滞回性能、刚度退化、变形及延性等,并对钢框架内填预制混凝土剪力墙体系与现浇混凝土剪力墙体系和带竖缝混凝土剪力墙体系进行对比.研究结果表明:抗剪连接件(U形筋)在梁柱节点上下耳板的帮助下未发生破坏,耳板连接装置具有可靠的工作性能;合理设计的钢框架内填预制钢筋混凝土剪力墙结构具有良好的延性.     

复合墙加固框架结构受剪性能试验研究

通过2榀1/2比例预损(空框架和复合墙)和2榀1/2比例加固试件的水平低周反复荷载作用下的受剪性能试验,对比分析各试件的破坏机制、滞回性能、承载能力、变形能力、刚度退化以及耗能能力等,研究复合墙加固受损框架及置换砌块加固受损复合墙的加固效果和抗震性能。试验结果表明：复合墙加固框架承载力、刚度、延性和耗能能力都有所提高,但是变形能力有所下降;填充砌块、混凝土肋格、受损框架之间相互支撑、相互约束,具有很好的协同工作能力;置换砌块加固复合墙在加载初期,墙体的刚度、变形能力有所提高,但达到峰值荷载后下降明显;基于水平薄弱层破坏准则,提出的复合墙加固受损框架结构的抗剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

柔性连接填充墙RC框架结构抗震性能试验研究

为研究橡胶作为柔性连接材料对填充墙钢筋混凝土（RC）框架结构抗震性能的影响,以填充墙与框架之间的连接方式、砌块类型、柔性连接材料以及砂浆强度为变量,开展了7榀1/2缩尺填充墙RC框架的低周反复加载试验,对比分析各框架的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：橡胶作为柔性连接材料,通过自身变形耗能能够增大填充墙的变形空间,减弱填充墙与框架之间的相互作用,有效保护墙体和框架,并使结构的耗能能力得到较大改善;柔性连接填充墙RC框架的承载力介于纯框架和刚性连接填充墙RC框架的承载力之间,但刚度退化、位移延性以及耗能能力等抗震性能指标均优于刚性连接填充墙RC框架的;对于柔性连接填充墙RC框架,橡胶的种类对RC框架的抗震性能有一定的影响,但影响不大。     

刚性连接钢框架-内填剪力墙结构滞回性能试验研究

为研究钢框架-钢筋混凝土剪力墙结构（SRCW）的抗震性能,以一榀1：3比例的两层刚性连接钢框架-内填钢筋混凝土墙试件为研究对象,进行水平荷载下的滞回性能试验。根据试验结果分析了剪力墙的裂缝开展过程和破坏模式、结构抗侧刚度的变化、结构的延性等整体性能;钢框架柱的受力及变形、中梁受力及传力、剪力墙变形、剪力钉变形特性等局部性能。结果表明：结构具有较高的强度储备;良好的延性和耗能能力;试件的破坏模式为两柱脚形成塑性铰,一层剪力墙两底角部混凝土的压碎,一层剪力墙正好在暗梁上方形成水平裂缝,显示出明显的弯曲破坏模式。试验研究结果为研究SRCW结构的破坏机理、指导工程设计提供了合理的理论依据。