冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙力学性能研究

为研究适用于低层和多层冷弯薄壁型钢建筑的冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙(Cold-formed steel Framed Shear Wall with Slits,简称CFS-WS),该文开展了1面普通CFS-WS和3面加劲CFS-WS的拟静力试验,得到了CFS-WS的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和耗能能力等力学性能,提出了其抗剪承载力设计值。试验结果表明:CFS-WS加载时依靠竖缝间钢板"扭转-恢复-逆向扭转"和型钢框架变形来共同抵抗水平荷载和耗散能量,试件破坏时钢板撕裂,帽形柱端部屈曲;CFS-WS具有良好的承载力、塑性、延性和耗能能力,但其滞回曲线捏缩现象较为严重;加劲CFS-WS较普通CFS-WS而言,其抗剪刚度、承载能力和耗能能力更高,滞回曲线捏缩现象有所减轻。此外,通过加劲肋连接件将加劲肋和冷弯薄壁型钢梁柱连接成钢框架,可有效提高CFS-WS的前期抗剪刚度、承载力和耗能能力,大大改善结构的抗震性能。     

压弯剪扭实腹型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,以截面尺寸、型钢含钢率、纵筋配筋率、体积配箍率和栓钉位置为变化参数,完成了12根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱的压弯剪扭低周反复试验。观察了试件在复合受扭状态下的破坏形态,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能及延性性能。结果表明：在压弯剪扭受力状态下,所有试件均发生弯扭破坏;荷载-柱顶位移滞回曲线呈饱满的梭形,扭矩-扭转角曲线为捏拢的“S”形;增大截面尺寸和配筋率可有效提高SRC柱的抗扭和抗弯承载力;峰值荷载前,抗扭刚度的退化速率明显快于抗弯刚度的退化速率,增大型钢含钢率和配筋率可延缓SRC柱的刚度退化;SRC柱的抗弯耗能能力优于抗扭耗能能力,扭转延性大于弯曲延性;与方形截面相比,矩形截面具有更好的扭转变形能力;在工字钢翼缘上焊接栓钉可有效提高SRC柱的抗震性能;根据现行规范和试验数据,提出SRC柱构造设计的相关建议和扭转耗能退化的经验公式。     

冷弯型钢组合截面T形节点抗震性能研究

冷弯型钢在低层住宅结构中应用广泛,国内已有相应规范出版,但对冷弯型钢组合截面缺少相关设计规定。该文选择双肢冷弯C型钢背靠背带垫板的截面形式,对其抗弯节点进行抗震性能研究,采用试验与有限元分析相结合的方法,研究了节点板厚度、螺栓间距、C型钢厚度和腹板高度等参数对节点抗震性能的影响,发现该类节点的破坏特征符合抗震设计要求,滞回曲线饱满,承载力退化稳定、初始刚度大、刚度退化较为严重、耗能性能和延性较好。在相关参数中节点板厚度和螺栓间距对节点抗震性能的影响最大。C型钢厚度和腹板高度增加能明显提高节点的极限承载力。螺栓间距的增加会使节点承载力略有提高,但节点的耗能性能变差。     

薄壁钢板组合截面PEC柱抗震性能的足尺试验研究

为了研究薄壁钢板组合截面PEC柱(强轴)在恒定竖向荷载下的抗震性能,通过了解国内外在PEC组合柱研究领域的现状,对3 个变化混凝土强度的薄壁钢板组合PEC柱足尺试件进行了恒定轴压下水平循环荷载试验.观测记录了各个试件受力阶段的外在混凝土裂缝与压溃和薄壁钢板组合截面翼缘钢板局部屈曲现象,得到了试件的荷载-位移滞回曲线.根据试验结果分析了试件的抗侧刚度、裂缝开展与破坏模式、试件的抗震延性与耗能等力学性能.结果表明:试验试件具有较高的承载能力和较好的延性与耗能性能;构件的破坏模式为薄壁钢板组合截面翼缘发生局部屈曲、柱脚混凝土压溃和拉结筋屈服甚至拉断.     

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱(partially encased concrete composite column)-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明:PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25～0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足"强节点弱构件"的抗震设计要求,...     

高轴压比方钢管高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高轴压比方钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了8根轴压比从0.5―0.7的方钢管高强混凝土柱的往复水平加载试验。通过改变试件的轴压比、含钢率和长细比,研究其在往复水平荷载作用下的滞回性能、变形能力以及耗能能力,比较各参数对试验结果的影响。试验结果表明:试件破坏形态为柱底部截面钢管被压曲、核心混凝土被压碎的压弯型破坏;试件的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;位移延性系数在3.05―4.07之间,等效粘滞阻尼比在0.25―0.31之间,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。表明高轴压比方钢管高强混凝土柱具有良好的抗震性能。基于ABAQUS分析平台,建立了有限元模型,对试验进行了往复水平荷载作用下的全过程模拟分析。分析结果表明:有限元模型分析得到的滞回曲线与试验滞回曲线总体上吻合较好。     

锈蚀钢框架柱抗震性能试验研究及有限元分析

为深入研究锈蚀钢框架柱的抗震性能,通过改变加载制度和轴压比,对6榀相同锈蚀程度的钢框架柱进行了低周往复加载试验,观察其受力过程和破坏形态,分析了不同加载制度和轴压比对锈蚀钢框架柱的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力等抗震性能的影响。并采用通用软件ABAQUS对试验框架柱进行了非线性有限元分析。结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合较好,试件均发生延性较好的破坏,其滞回曲线也较为饱满,表现出良好的耗能能力和延性;加载路径对试件的塑性发展与耗能能力有较大影响;随着轴压比的增大,试件极限承载力和耗能能力降低,强度和刚度退化加快。     

FRP布约束RC矩形空心桥墩抗震性能试验研究

为研究纤维增强复合材料(FRP)布约束钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩抗震性能,进行六个高宽比为4的矩形空心桥墩拟静力试验研究,分析FRP布约束矩形空心桥墩破坏形态、位移延性、耗能、最大水平承载力等抗震性能参数。试验结果表明：在轴压比0.2低轴压荷载作用下,采用FRP布加固可明显提高矩形空心桥墩的延性及耗能,位移延性系数及累计耗能分别提高65.4%,25.8%,但对最大承载力影响较小,仅提高3.0%。基于Clough退化双线性滞回模型,结合试验结果,建立考虑强度、刚度退化等FRP布约束RC矩形空心桥墩的简单滞回模型,给出其卸载刚度与再加载刚度的回归公式。     

楔形H型钢短柱循环荷载试验研究

对7个楔形薄腹H型钢短柱进行了在恒定轴力下的拟静力试验,对比分析了其在反复水平荷载作用下的破坏现象、滞回曲线、耗能情况.试验结果分析表明:腹板宽厚比较高的试件延性较差,且板件宽厚比对于构件的影响和初始缺陷密切相关;构件的竖向力对其滞回性能影响较大,应严格控制楔形压弯构件的轴压比.     

桁架式钢骨混凝土梁-钢骨混凝土柱梁柱组合构件抗震性能试验研究

提出了一种由桁架式钢骨混凝土(SRC)梁和钢骨混凝土(SRC)柱组成的框架结构新的节点形式。为了研究这种新型梁柱组合构件的抗震性能,对8个桁架式钢骨混凝土梁-钢骨混凝土柱框架边节点进行了低周反复荷载试验。试验观察并记录了各节点试件的破坏形态,测得其梁端荷载-位移滞回曲线、节点剪切变形、骨架曲线和梁端荷载-转角滞回曲线。以试验结果为基础,对节点的延性、耗能性能、承载力及刚度退化等抗震耗能性能进行了分析,讨论了含钢率、轴压比及角钢腹杆尺寸对节点受力性能的影响。研究结果表明,这种新型桁架式钢骨混凝土框架节点具有良好的延性及耗能性能,为其工程应用提供了理论依据。     

矩形钢管混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过三个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、耗能能力及其破坏特征。结论表明:矩形钢管混凝土框架节点滞回曲线呈饱满的"梭形",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,位移延性系数在3.5~4.48之间,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,该文的研究成果可用于指导钢管混凝土结构的工程实践。     

带垫板的双肢冷弯C型钢框架抗震性能研究

针对带垫板的双肢冷弯C型钢框架抗震性能问题,选取垫板厚度、框架跨度、C型钢厚度、C型钢翼缘宽厚比和C型钢腹板高厚比等作为研究参数,采用拟静力试验和有限元方法分析了14个单层单跨框架,得到了该类框架的滞回曲线和骨架曲线,分析了框架的破坏模式和抗震性能。结果表明:框架先发生梁端和柱脚的局部屈曲,最终平面内失稳破坏。垫板厚度在保证强节点的前提下,对框架的承载力和抗震性能影响很小。C型钢截面参数变大可以提高框架承载力,增加C型钢厚度可以提高框架延性。该类框架的承载力退化稳定,具有较好的延性和耗能能力,抗震性能好。建议设计框架梁柱线刚度比不宜低于0.4。     

锈蚀钢筋混凝土构件抗震动力性能研究

研究钢筋锈蚀对混凝土构件抗震动力性能的影响,通过6个不同锈蚀率的大尺寸钢筋混凝土构件低周反复荷载试验及精细化有限元分析,得到不同锈蚀程度的各试件滞回曲线,分析了锈蚀率对试件承载力、刚度、延性、耗能能力等的影响。试验发现钢筋锈蚀在一定程度上改变了试件的失效模式和破坏形态,分析结果表明,随钢筋锈蚀率的增大,试件承载力下降,滞回曲线丰满程度和滞回环面积逐渐减小,刚度、延性和耗能能力逐步降低。钢筋锈蚀后,构件各阶自振频率及振型最大位移随锈蚀率的增大而降低,锈蚀对构件高阶模态影响更为显著。     

低周往复荷载下空心矩形墩抗震性能试验研究

为了研究空心矩形薄壁墩柱的抗震性能,对五根钢筋混凝土空心墩柱进行了低周往复加载的拟静力试验。从构件与截面两个层面评价了墩柱试件的整体抗震性能,并分析了配筋率、剪跨比对桥墩承载能力、延性、耗能等抗震性能的影响,最后用试验数据对日本规范中残余位移的计算公式进行了修正。研究发现: 钢筋混凝土空心矩形薄壁墩抗震性能良好,提高配箍率、降低剪跨比能在一定程度上提高墩柱延性变形能力。本文研究结果对空心矩形薄壁墩柱的抗震设计有参考意义,对其理论研究有重要的借鉴价值。     

冷弯薄壁型钢组合墙体非线性滑移滞回模型研究

为了研究冷弯薄壁型钢组合墙体的滞回性能,对4 片3m×2.4m(高×宽)不同构造的冷弯薄壁型钢组合墙体足尺试件进行了拟静力试验。根据试验所得的滞回规律,采用Richard-Abbott 曲线,建立了能反映其滞回曲线非线性、滑移捏缩、强度和刚度退化特征的三段式非线性滑移滞回模型,并在Origin8.0软件里辨识了各试件模型中的待定参数。研究结果表明:影响滞回曲线的主要因素为墙体先前经历的最大位移;典型捏缩滞回环的上升或下降段曲线可分为刚度单调变化的三段;用参数辨识结果得到的仿真滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好,三段式非线性滑移滞回模型能较全面地反映冷弯薄壁型钢结构组合墙体的滞回特征、模型表达式直观、各参数物理意义明确且易于识别。     

钢铅粘弹性阻尼器试验研究

研制开发了一种钢铅粘弹性阻尼器,介绍了该种阻尼器的构造、耗能机理及特点,设计出钢铅粘弹性阻尼器试验模型,利用压剪试验机完成阻尼器试验模型在不同幅值下的低周反复荷载试验,采用Bouc-Wen 模型和双线性模型模拟了钢铅粘弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明:1) 钢铅粘弹性阻尼器滞回曲线光滑饱满,具有良好的耗能性能;2) 铅芯、钢芯和粘弹性材料在剪切变形过程中发挥了良好作用,提高了阻尼器水平剪力、初始刚度和耗能能力;3) 阻尼器在大变形过程没有出现粘弹性材料外鼓和撕裂现象,并能恢复到原始加载位置,其具有较好的大变形能力和自恢复性能;4) Bouc-Wen模型、双线性模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合的较好,分析时采用Bouc-Wen模型、双线性模型模拟阻尼器的滞回性能是可行的。     

冷弯薄壁型钢组合截面构件试验研究与数值模拟

通过三根组合截面构件的静力、动力试验研究和有限元数值模拟,与对应的两根单肢构件对比,通过承载力、刚度、延性等基本参数,充分的反映出组合作用对构件性能的提高,并考虑了组合形式的影响。最后,对冷弯薄壁型钢组合截面构件的屈曲行为和破坏机理进行深入分析,总结出此类构件静力、动力破坏的特点和实质。研究得出:组合作用对构件静力性能提升明显;组合形式影响构件的屈曲形式;板件侧向支撑的失稳是构件破坏的原因,而滞回性能的退化则是由于塑性局部屈曲的过早发生。     

装配式钢套管混凝土组合剪力墙竖向受拉-水平滞回荷载试验研究

进行6个剪跨比为1.62的装配式钢套管混凝土(CFST)组合剪力墙试件的拟静力试验,研究钢管混凝土芯柱含量比、平面外偏心距、初始轴拉力对装配组合剪力墙抗震性能的影响,分析试件的破坏特征、滞回性能、变形和延性、承载力以及刚度退化和耗能。结果表明:装配组合试件的破坏形态整体为弯剪复合破坏,在竖向受拉-水平弯剪滞回复合作用下仍具有较高的承载力,滞回曲线饱满,变形和耗能较好,破坏时残余刚度大;剪切变形分量与总变形呈线性关系,约占总位移的21%;试件平均极限位移角1/42,平均延性系数5.0,表明组合剪力墙装配整体性较好。截面承载力参数分析表明抗剪承载力随钢管混凝土含量比增大而增大,而变形曲率随之减小;抗剪承载力随初始轴拉力和平面外偏心距增大而减小,适当的轴拉力能增大截面变形能力,但平面外偏心距对变形不利。     

足尺钢桁架连梁抗震性能试验研究及非线性有限元分析

对4 个足尺的新型钢桁架连梁试件进行了低周反复荷载试验,研究了试件的破坏形态,测量分析了连梁加载点的荷载位移滞回曲线,并分析了连梁的延性、刚度退化规律和耗能能力。采用通用软件ABAQUS 对钢桁架连梁进行了单调加载及低周反复加载作用下的非线性有限元分析。有限元计算和试验结果对比分析表明:两者的荷载位移曲线及承载力特征点吻合较好,都证明钢桁架连梁具有较好的延性,能够耗散较大的地震能量。在此基础上对钢桁架连梁进行了参数分析,研究了腹杆截面、弦杆截面和跨高比对连梁受力性能的影响,以供进一步研究和工程设计参考。     

无边缘构件钢管束剪力墙的墙梁节点抗震性能试验研究

基于钢管束组合结构剪力墙无边缘构件的构造特点,提出了两种墙梁节点构造形式,并进行了四组足尺模型滞回试验,其中一组为肋板型墙梁刚接节点,三组为端板型墙梁刚接节点。研究节点类型、端板厚度等对节点破坏形态和抗震性能的影响。分析研究了节点的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性以及耗能能力等抗震性能指标。研究结果表明:两种类型的节点具有良好的承载能力和延性,其中延性系数μ≈1.29~3.39,滞回曲线呈现饱满稳定的梭型,刚度退化缓慢,耗能能力良好,能量耗散系数E≈1.673 5~2.597 2。节点可以满足美国规范AISC341-10和中国规范GB 50011抗震设计要求,可以在钢管束组合结构剪力墙的实际工程中应用和推广。