新型耗能支撑的试验研究和有限元分析

在高层钢结构的设计中,需设置一些耗能器来满足罕遇地震作用下的抗震性能。通过在普通钢管中间采用变截面的做法,能够改变构件住拉、压作用下的受力性能,从而提出了一种新型的耗能支撑。合理设计该种支撑后.分别进行试验分析和有限元分析,以研究支撑在往复荷载作用下的性能。对该种新型支撑进行参数化分析,以研究变截面长度、中间段长度和各部位厚度对支撑性能的影响。研究表明,支撑受压破坏时的变形较大,且仅发生在沿构件方向,不会发生整体失稳;合理设计的支撑,具有滞回曲线饱满、延性较好和承载力大等优点,可作为消能支撑使用。     

防屈曲耗能钢支撑设计方法的研究

介绍了防屈曲耗能钢支撑的研究和应用现状,结合现有文献和本文作者的防屈曲耗能钢支撑试验研究,分析了其受力性能及其影响参数。依据FEMA450的有关规定和我国规范,建议了防屈曲耗能钢支撑设计计算方法,包括:(1)防屈曲耗能钢支撑的布置设计要求;(2)防屈曲耗能钢支撑保证核心钢支撑强度充分发挥的整体稳定性设计条件;(3)外包约束的抗弯及抗裂设计要求,及其外包约束钢筋混凝土和外包约束钢管混凝土的计算方法;(4)根据试验研究结果,建议了无粘结层、端部间隙和节点连接构造的设计要求及构造措施。最后给出了防屈曲耗能钢支撑的设计流程。     

阵列型金属阻尼器钢棒耗能元件设计与性能研究

设计了5种形式的Q235材质钢棒耗能元件,包括1种等截面钢棒耗能元件RED A和4种变截面钢棒耗能元件RED B,RED C,RED D和RED E。首先,以数值模拟结合正交试验的方法分析各耗能元件的直径d、长细比δ、端板锚固长度l_m、内缩直径d₁、锚固端延伸长度l₁以及中部等截面长度l₂等几何参数对其耗能性能的影响;其次,研究钢材力学性能参数对钢棒耗能元件耗能性能的影响,将材质为低屈服点钢LYP100,LYP160和LYP225的耗能元件耗能性能与Q235材质的耗能元件进行对比。结果表明:在5种耗能元件中,RED D的耗能能力最强,且当其几何参数组合为直径d₀=40 mm、长细比δ=4、内缩直径d₁=20 mm、中部等截面长度l₂=20 mm时,耗能性能最优,耗能系数达到2.71;当耗能元件材质为低屈服点钢时,耗能性能进一步提升;耗能元件RED D在最优几何参数条件下,采用低屈服点钢LYP160制作时,耗能系数高达3.12。     

防屈曲耗能钢支撑的试验研究

结合自行设计的外包钢筋混凝土防屈曲耗能钢支撑的工程应用项目,完成了7个防屈曲耗能钢支撑和3个普通钢支撑的反复单轴受压和反复拉压试验,比较了两种支撑的受力性能差别。试验研究表明,所设计的防屈曲耗能钢支撑,能使核心钢支撑材料的拉、压强度得到充分发挥;核心钢支撑截面屈服前未发生失稳破坏,达到了防屈曲的目的;核心钢支撑与混凝土之间的无粘结构造措施达到预期要求,且在反复拉压受力下的低周疲劳性能满足工程要求。根据试验结果,提出了防屈曲耗能钢支撑的端部构造措施。     

预应力钢绞线-滑移连接-耗能段组合体抗震性能研究

地震作用下,减小耗能段的残余变形和优化自复位结构的耗能机制,是提高建筑结构震后功能恢复能力与抗震性能的重要方式之一。基于预应力钢绞线、滑移连接和短剪切形耗能段的力学性能,提出一种抗震性能良好的组合体。为探究组合体的抗震性能,采用校正的有限元分析方法对5个有限元模型进行分析,得到了组合体分析模型的滞回性能、自复位性能、耗能能力和等效塑性应变等抗震指标。有限元分析结果表明：组合体具有良好的承载力、耗能能力和自复位性能;组合体分析模型的损伤集中在可更换的耗能段上;预应力钢绞线结合超低摩擦滑移连接可有效减小耗能段的残余变形;设置扩孔螺栓连接型耗能段可提高组合体的延性。     

基于剪切增稠液的耗能器设计与性能分析

为增强非结构构件的抗振性能,文中基于约束阻尼形式以及新型阻尼材料STF,提出一种贴附式夹层耗能器。文中介绍耗能器的构造及工作原理并通过STF的增稠机理解释其减振耗能的可行性;其次通过数值模拟的方式研究耗能器中STF夹层厚度对其耗能性能的影响,得出在非结构构件的振动频率不同时,耗能器应选择适宜的夹层厚度,为非结构构件耗能减振提供了新思路。     

电磁耗能减震器及其在工程中应用

分析了耗能减震器的研究现状和发展,指出了现有摩擦耗能器的不足。在已有研究基础上,对原有电磁摩擦耗能器进行了改进,得到了一种受力特性良好并且可应用于实际结构工程的摩擦耗能器。根据力与位移的关系,建立了电磁摩擦耗能体系的恢复力模型。通过能量法得出了耗能减震体系的能量方程,给出了设计耗能减震体系的设计方法和公式,为其在结构工程中的应用提供了理论基础。     

带耗能腋撑型钢混凝土转换结构减震性能分析

为了解决底部大空间结构上刚下柔,底部框支层变形大的问题,在不影响建筑使用空间的前提下,本文提出在柔性底层设置耗能腋撑以改善转换结构抗震性能。以带梁式转换层的型钢混凝土框架结构为研究对象,利用大型通用有限元程序ETABS对型钢混凝土转换结构及带耗能腋撑型钢混凝土转换结构进行地震反应对比分析,研究耗能器类型与场地土类型对耗能腋撑工作性能和转换结构受力性能的影响作用。研究表明,粘滞型耗能腋撑对本文算例的层间位移角与层间剪力的最大值减幅均可达到36%左右,结构顶层加速度与基底剪力的峰值最大减幅分别为29%和56%;而粘弹型耗能腋撑仅对转换层处有一定减震作用,控制效果不理想;软弱场地与坚硬场地上带耗能腋撑转换结构的减震位移比分别介于0.80～0.90和0.65～0.85之间,耗能腋撑对坚硬场地上转换结构的减震效果较佳。     

屈曲约束耗能支撑力学性能分析

本文结合试验结果,对屈曲约束耗能支撑的宏观力学特征及作用效果进行了研究.研究表明,屈曲约束耗能支撑的宏观力学特征可以用Wen塑性模型模拟;屈曲约束耗能支撑屈服荷载与结构自重的比值f越大,结构周期越长,屈曲约束耗能支撑的作用效果越明显;屈曲约束耗能支撑可以为结构提供足够的抗侧移刚度和稳定的耗能能力.     

影响摩擦耗能器性能的因素分析

摩擦耗能器是一种构造简单、制作方便的耗能减震装置。通过对影响摩擦耗能器性能的因素和规律进行分析研究,提出了设计建议,有关结论可供设计摩擦耗能器时参考。     

PEC柱-钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震试验研究

为系统研究梁柱采用自复位连接组合框架的抗震机理,选取预拉杆长度设置、PEC柱截面强弱轴布置和柱脚连接方式3个设计参数,设计制作了4榀PEC柱-钢梁梁柱摩擦耗能部分自复位连接组合框架1∶2缩尺试件并进行拟静力抗震试验。通过试验现象观察和数据分析,对试件的滞回特性、抗侧刚度退化、复位能力、滞回耗能等抗震性能进行研究。结果表明：摩擦耗能部分自复位连接通过T形件长圆孔合理设置实现了“设计地震水平阶段实现复位,大震设计水平阶段自复位连接连接转化为伴随出现螺栓承压型受力实现部分自复位”的性能化设计目标;设计地震阶段,试件主要通过辅助摩擦耗能件耗能,且卸载残余侧移小于自复位结构侧移限值（0.3%）,在大震作用阶段,试件通过辅助摩擦耗能件与结构构件损伤联合耗能,承载能力仍继续增大,且仍具有部分自复位能力;预拉杆设置有限长度可显著增强结构整体性,PEC柱弱轴布置一定程度上降低了结构整体性,而PEC柱脚采用铰接可显著削弱结构整体性。     

摇摆耗能自复位钢结构研究发展

在国内外关于摇摆耗能钢结构体系研究成果的基础上,对其结构体系与受力特点进行总结分析：主要有节点摇摆耗能和整体摇摆耗能,试验研究表明,摇摆耗能自复位钢框架具有震后残余变形小、抗震性能良好、结构可恢复等优点,具有很好的工程应用前景。     

耗能减震结构中耗能器总耗能层间分配比例研究

对于沿层高方向均匀布置耗能器的耗能减震结构,耗能器总耗能各层问分配比例的合理估计是耗能减震结构基于能量的设计方法需解决的问题之一.本文以3层、7层、12层均匀布置不同类型耗能器的混凝土框架结构为例,分析了地震动幅值对层间分配比例的影响,结果表明,线性粘滞阻尼器总耗能的层间分配比例不受地震动幅值的影响,非线性粘滞阻尼器和金属耗能器总耗能各层间分配比例受地震动幅值影响较小,可忽略不计.以一受正弦函数激励作用的均匀布置耗能器的多自由度系统为研究对象,推导了不同类型耗能器总耗能各层间分配比例的近似计算公式,以8条不同场地类型地震波为输入,分别对3层、7层、12层附加不同类型耗能器的结构进行时程分析.采用近似计算公式的计算值与时程分析值的对比表明,线性粘滞阻尼器总耗能层间分配比例近似值与时程分析值吻合较好,非线性粘滞阻尼器和金属耗能器总耗能各层间分配比例近似值与时程分析值差别不大,在基于能量的设计中可采用近似值估计分配比例值.     

组合钢板屈服耗能器性能及对其高层钢结构减振效果的试验研究

本文在充分利用钢板屈服耗能器性质稳定、耐久性好等优点的基础上,针对 X形钢板屈服耗能器中存在的薄膜效应,结合 Pall摩擦耗能器独特的构造特点,提出了工程可用的组合钢板屈服耗能器,并进行了这种耗能器的滞回特性试验和疲劳性能试验。试验结果表明,组合钢板屈服耗能器与消除了薄膜效应的 X形钢板屈服耗能器的性能相似。最后通过地震模拟振动台进行了高层钢结构模型的减振试验,试验结果表明组合钢板屈服耗能器对地震位移反应有良好的控制效果,对加速度反应也有一定的控制作用。     

新型钢板耗能器的耗能性能分析及其低周疲劳研究

介绍了一种新型钢板耗能器,并对比分析了钢板耗能器的实验结果和模拟结果,两者的滞回曲线基本一致,都很饱满稳定,耗能性能优越。在此基础上,又对该耗能器的低周疲劳性能开展了研究,为其推广应用奠定了基础。     

预制外挂墙板半刚性耗能连接节点力学性能研究

为提高预制外挂墙板结构的抗震性能,基于预制外挂墙板点支承连接方式的变形特征,提出一种新型半刚性耗能连接节点(简称SEDC),通过结合摩擦耗能机理与金属弯曲机理,实现SEDC与主体结构正常使用状态及小震下的刚性连接,以及大震作用下的柔性耗能连接。设计并制作了3组共9个SEDC试验试件,分别进行单调加载、低周反复加载与低周疲劳加载,研究SEDC的半刚性受力特性、滞回性能、承载性能、耗能能力、延性以及低周疲劳性能。结果表明：SEDC具有显著的半刚性受力特性,滞回曲线饱满,承载力稳定,耗能能力良好,变形能力较强,弯曲单元与摩擦单元具有良好的协同工作能力。基于试验结果,建立了SEDC的数值分析模型,研究了弯曲单元与摩擦单元设计参数对其受力性能的影响。分析了预制外挂墙板在各工况作用下的节点反力计算方法,基于SEDC的半刚性受力特性提出了预制外挂墙板与主体结构的协调设计方法。     

Y形支撑耗能环有限元分析

在钢结构当中,可通过添加耗能支撑的做法来提高结构的抗震性能.经验表明,耗能支撑在实际工程当中的作用仍然存疑.近年来的研究发现在Y形耗能支撑端部添加钢环(耗能环)能明显改善系统的抗震性能.本文基于已有试验结果,利用有限元软件ANSYS对钢环的参与作用进行了参数分析,包括连接板长度以及钢环厚度,分析结果显示,增加连接板长度...     

钢板橡胶复合耗能器试验研究

对一种新型钢板橡胶复合耗能器进行了试验研究,结果表明,钢板橡胶复合耗能器的耗能效果与螺栓扭矩大小线性相关。该耗能器滞回曲线呈菱形,且在疲劳荷载作用下耗能效果良好,工作性能稳定。增大预紧螺栓扭矩值,耗能器的启滑位移显著降低,刚度和滑动摩擦力随之增大。在设定扭矩下,该型耗能器最大稳定耗能摩擦力达178. 79kN,且试验结果与拟合计算吻合良好,为钢板橡胶复合耗能器的结构优化设计及工程运用提供了依据。     

自控耗能UPPC框架抗震性能试验

本文对三榀单层双跨无粘结部分预应力混凝土(UPPC)框架开展了低周往复荷载试验,其中一榀为普通无粘结部分预应力混凝土框架,其余两榀为自控耗能无粘结部分预应力混凝土框架。通过对比试验研究了自控耗能UPPC框架的抗震性能。自控耗能UPPC框架梁中布置了自控耗能元件,自控耗能元件可以提高UPPC框架的耗能能力,且在罕遇地震下易形成梁铰耗能机制,不同预应力释放程度是本文主要研究参数。试验结果表明:自控耗能UPPC框架是梁铰破坏机制;与普通UPPC框架相比,自控耗能UPPC框架有更好的延性与耗能能力,且随着预应力释放程度的增加而提高;自控耗能UPPC框架的承载力略低于普通UPPC框架。自控耗能UPPC框架不仅有更好的抗震性能,而且在震后修复后可以继续使用。     

建筑物被动耗能技术应用现状

通过介绍金属耗能器、摩擦耗能器和粘滞耗能阻尼器等被动耗能抗震系统的研究和应用现状,为建筑物设计和现有建筑物的加固保护提供一些新的思路.