退火对Y形矩形钢管节点滞回性能影响的研究

为研究退火处理及几何参数对矩形管节点滞回性能的影响,对2组Y形矩形管-管节点及2组Y形纵向板-矩形管节点进行了拟静力试验。每组包含2个几何尺寸相同的试件,对其中一个进行去应力退火处理。将节点弦管底面中部固定,对支管施加轴向往复荷载。试验中裂缝在节点的弦管上表面出现,沿弦管与连接件(支管或节点板)的连接焊缝外围发展并穿透弦管壁,导致节点失效。节点的耗能机制为弦管上表面塑性变形。分析发现:退火导致节点的极限承载力减小,延性比、累积延性比、累积能量耗散比增大;随支弦管夹角增大,管-管节点极限承载力、累积延性比、累积能量耗散比减小;随节点板长度增加,板-管节点的极限承载力、累积延性比、累积能量耗散比增大。     

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节点的拟静力试验研究

完成了四个矩形钢管混凝土框架节点(外加强环)模型的拟静力试验。研究表明:矩形钢管混凝土框架节点滞回曲线饱满,耗能能力强;达到极限荷载后具有良好的延性和稳定的后期承载能力,位移延性系数在3.5~4.76之间,满足延性节点的要求,具有较好的受力性能和抗震能力。梁柱线刚度比较大的试件具有较高的承载力和弹性阶段刚度,增大轴压比对试件的弹性刚度影响不大,但随着轴压比的增加,试件的后期变形能力有减小的趋势。     

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节点与其他节点的比较研究

通过3个全矩形钢管混凝土框架节点(外加强环)模型的拟静力试验,以轴压比和梁柱线刚度比为参数,研究了该类框架节点的滞回曲线、延性、强度与刚度退化、耗能能力、破坏机理及其破坏特征,考察了轴压比、梁柱线刚度比等参数对节点受力性能的影响规律。结论表明:全矩形钢管混凝土框架节点的滞回曲线饱满,耗能能力强;强度与刚度退化缓慢;在达到极限荷载后具有良好的延性和后期变形能力,满足延性节点的要求。经与钢筋混凝土框架、组合结构框架及钢框架节点抗震性能的比较可知,全钢管混凝土框架节点具有较好的受力性能和抗震能力,研究成果可用于指导钢管混凝土结构的工程实践。     

覆板加强的方钢管T形节点轴向滞回性能试验研究

为研究采用覆板加强的冷弯方钢管T形节点的轴向滞回性能,对2组支管与主管的截面宽度比β分别为0.4和0.8的方钢管直接焊接节点和采用覆板加强的方钢管T形节点进行了轴向往复加载试验。详细介绍了试验节点的设计、试验过程及破坏形态,并对节点试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能和延性等性能进行了分析。试验中,试验节点经历了主管屈服、初始开裂、裂纹闭合、裂缝扩展、裂缝贯通五个主要阶段,但各试件的开裂位置并不相同。加强覆板阻止了裂缝向主管管壁发展,有效避免了主管管壁的撕裂破坏,使开裂后支管的受压荷载继续上升,因而节点开裂后受拉能力较未加强节点的好。支管与主管截面宽度比越小,试件的耗能能力和延性越好。但覆板加强处理降低了试件的耗能能力,且支管与主管宽度比越小其耗能能力的降低越明显。受拉裂缝会降低试件的延性,故轴拉循环的延性较对应的轴压循环的差。在β=0.8时,覆板加强对试件的抗震延性有所改善,但β=0.4时加强节点试件的位移延性系数低于未加强节点。覆板加强节点在支管轴向往复荷载作用下的拉压不均衡问题应引起重视。     

矩形钢管混凝土柱-H形钢梁小尺度外环板式节点滞回性能研究

为研究宽偏矩形钢管混凝土柱-H形钢梁小尺度外环板式连接节点的抗震性能,设计了5个柱截面尺寸为400 mm×200 mm的框架边节点和中节点梁柱组合体,考虑不同外环板尺寸、柱子单侧与双侧受弯、绕柱强轴与弱轴受弯等影响因素,对其开展拟静力试验,研究其承载力、延性、耗能、刚度与强度退化及外环板的应力分布等具体性能。结果表明：节点发生了梁翼缘与外环板焊接部位的局部屈曲、开裂和节点域柱腹板剪切破坏两种模式,除绕柱弱轴双侧受弯的梁柱组合体外,其余梁柱组合体呈现弱构件强节点的特性,具有良好的抗震性能;梁柱组合体绕柱强轴受弯时,单侧受弯及双侧受弯都具有良好的承载性能。对于宽扁矩形钢管混凝土柱-H形钢梁节点的外环板,采用比现行相关设计规范要求小的外伸宽度,在工程应用上是可行的。     

循环荷载作用下钢管拱桁架结构滞回性能试验研究

通过3个跨度为6 m、矢跨比分别为0.2、0.3、0.4的钢管拱桁架结构试件在竖向循环荷载作用下的拟静力试验,分析结构的失效过程和破坏机理,研究结构的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、延性性能和刚度退化等抗震性能。结果表明:钢管拱桁架试件的失效始于受力最大节间最大受拉腹杆与下弦杆相贯焊缝处的微裂纹,而后逐步形成该区域的局部开裂,最后在该区域发生断裂并形成机构而破坏;结构失效时只有少部分杆件进入塑性工作状态,试件的整体变形不大,耗能能力一般;进入塑性工作状态的杆件和节点产生的累积损伤导致结构发生低周疲劳断裂破坏。     

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。     

装配式钢纤维混凝土梁柱中节点滞回性能试验研究

基于装配式钢纤维混凝土梁柱中节点和同一条件下普通钢筋混凝土中节点的拟静力试验研究,分析对比中节点试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和承载力退化等性能指标。研究结果表明:与现浇普通混凝土中节点试件相比,采用新型装配式钢纤维混凝土中节点构件的承载能力和变形能力得到提高,滞回性能得到改善,节点刚度的退化得以延缓,承载力降低系数增加。钢纤维的加入能显著改善节点的破坏形态,有利于结构的抗震。     

Y形等宽矩形钢管相贯节点受弯承载力分析

通过大量的有限元计算,对T形,Y形节点的几何参数进行了分析,引入修正函数对T形节点计算公式进行修正,经回归分析确定Y形节点有限元计算结果与相应T形节点公式计算结果的比例关系,并得到Y形等宽矩形钢管相贯节点受弯承载力计算公式。     

波形反对称软钢阻尼器力学性能试验研究

设计了一种波形软钢阻尼器,针对其滞回力学特性和耗能减震能力,进行了2个波形钢板不同放置形式的波形软钢阻尼器的拟静力试验,试验结果表明波形软钢阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力。其中由于竖向波形软钢阻尼器在水平方向会产生拉压应力场,压缩刚度大,导致其滞回性能和延性均比水平波形软钢阻尼器的差。在整个试验加载过程中,未出现焊缝撕裂现象,说明二氧化碳保护焊可以很好地保证阻尼器整体结构承载和变形能力。利用ABAQUS有限元分析软件建立6个波形软钢阻尼器模型,以试验中的水平波形软钢阻尼器作为基本模型,钢板厚度和波角两个因素作为变量,进行数值分析,结果表明:模拟分析与试验结果吻合较好;当钢板波角为60°时,波形软钢阻尼器力学性能最优;钢板厚度过大会使阻尼器角部应力集中,过早产生局部屈曲,而厚度偏小会使得阻尼器的耗能能力和承载能力不佳,钢板厚度取值6 mm时力学性能最佳。     

复合受力状态下矩形钢管相贯节点的试验研究

本试验研究工作的主要目的是掌握特定节点型式在特定外力条件下的工作性态,并与有限元计算结果进行对比,检验其正确性,为理论公式提供试验佐证。共选择了4个不同型式的节点,分别为K、KT、T、TT型。本文较详细地介绍了在复合受力状态下———同时承受腹杆轴力及弯矩时,4个矩形钢管相贯节点模型试验的过程,包括针对特殊受力形式的试验装置及加载装置的设计、测点布置、加载方案等。对于模型的应力发展过程及试验结果,也逐一进行了分析。试验结果表明,有限元计算的可靠性是有保证的;节点的型式不同,其形态破坏也不同;与节点连接的腹杆愈多且不处于同一平面上,则节点受力愈不利;应特别注意受拉焊缝的质量控制。     

铝合金板式节点平面外受弯滞回性能试验研究

为研究节点板厚度、节点板材质、是否设置抗剪键以及加载模式对铝合金板式节点滞回性能的影响,完成了4组共计8个试件平面外受弯的拟静力试验,对其变形特征、破坏模式、承载能力、延性以及耗能能力等进行了分析。结果表明：板式节点在平面外往复弯矩作用下的受力过程可以分为5个阶段,即弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段、承载力退化阶段和破坏阶段;通过破坏后试件的形态特征可归纳出节点的两种破坏模式分别为杆件破坏和节点板块状拉剪破坏,且破坏模式与节点板厚度和杆件翼缘厚度密切相关;由于螺栓滑移的影响,节点的滞回曲线不够饱满;综合对比试件的骨架曲线、位移延性系数和能量耗散系数,节点板较厚的铝合金板式节点具有更好的承载能力、变形能力和耗能能力。     

钢管铅阻尼器滞回性能试验研究

通过对7个钢管铅阻尼器的低周往复加载试验,研究不同厚径比、高径比和削弱比对钢管铅阻尼器滞回性能的影响。研究结果表明：钢管铅阻尼器滞回曲线饱满对称,工作性能稳定,耗能性能和延性好,在很小的位移(1mm)即进入耗能状态,且快速进入稳定耗能阶段,等效阻尼比稳定在0.4~0.5之间,位移延性系数大于20;钢管铅阻尼器随厚径比、高径比和削弱比的不同而产生剪切、弯剪和弯曲三种破坏类型;设计钢管铅阻尼器时,应保证阻尼器屈服耗能主要集中在耗能段范围内,避免发生弯曲破坏;厚径比、高径比和削弱比对钢管铅阻尼器的初始刚度和承载力影响较大,随厚径比增大,钢管铅阻尼器的初始刚度和承载力增大,随高径比、削弱比增大,钢管铅阻尼器的初始刚度和承载力减小。     

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。     

剪切型防屈曲钢板阻尼器的滞回性能试验研究

剪切型钢板阻尼器广泛应用于建筑结构的抗震设计中,但现有的钢剪切板阻尼器腹板易发生平面外屈曲,从而引起耗能腹板的疲劳破坏。为此,提出了剪切型防屈曲钢板阻尼器,是在传统的钢板阻尼器的基础上,在腹板的两侧增加了约束板和固定板,约束板用于防止耗能腹板的屈曲变形,固定板为约束板提供支撑。为研究剪切型防屈曲钢板阻尼器的滞回性能,设计了3个试件并对其进行了拟静力试验。试验结果表明：剪切型防屈曲钢板阻尼器可以有效抑制耗能腹板平面外屈曲,与传统钢板阻尼器相比,具有较强的耗能能力;约束板合理的形状对剪切型防屈曲钢板阻尼器性能有较大影响。采用数值模拟方法对剪切型防屈曲钢板阻尼器进行参数分析,研究了宽厚比对阻尼器滞回性能的影响。结果表明腹板宽厚比取值过大或过小时,承载力和耗能性能降低,但等效黏滞阻尼系数增大。     

Experimental and numerical study on low damage self-centering precast concrete energy dissipated frame connections

为了提高传统预应力干连接节点的抗震性能，提出一种带软钢阻尼器的低损伤自复位装配式混凝土（self-centering precast concrete，SCPC）耗能框架节点。设计了10个不同参数试件，对其进行拟静力试验，研究不同试验参数下梁柱组合体的裂缝开展情况、滞回特性、预应力筋合力、骨架曲线、钢筋应变等。试验结果表明：相比传统的RC节点，低损伤SCPC节点具有良好的自复位能力和抗震性能，预制构件最大裂缝宽度仅为0.08mm；试验中预应力筋始终保持弹性状态，初始预应力越大、预应力筋四周布置能明显提高SCPC节点的初始刚度和耗能能力，耗能条尺寸为中等型号的软钢阻尼器D1在三种阻尼器中耗能效果最佳；梁中纵向钢筋的应变也随梁端位移的增加而增加，且拉应变值明显大于压应变。此外，通过节点有限元模拟和试验结果的误差分析可得，节点张开弯矩、极限弯矩、初始刚度和开裂后刚度的最大误差均在7%以内，从而验证了有限元模拟方法的精确性，可为低损伤SCPC框架结构的整体抗震分析奠定基础。