碟簧自复位防屈曲支撑滞回性能试验与模拟

为减小防屈曲支撑的残余变形,本文将防屈曲支撑和预压组合碟簧复位系统并联形成新型组装自复位防屈曲支撑。 通过拟静力试验和数值模拟考察了构造和复位比率对支撑滞回性能的影响。 试验和模拟均表明:与防屈曲支撑相比,自复位防屈曲支撑滞回曲线呈旗帜形且残余变形大幅减小;支撑断裂前滞回曲线稳定,试验与模拟结果较一致。 复位系统不仅能提供复位力,且可补充耗能。 随复位比率的增大,支撑残余位移减小。1/50 侧移角下,当复位比率 α_sc^1/50大于 1.1 时,残余变形几乎消失。 为改善支撑低周疲劳性能和复位效果,钢板支撑宜采用较长的屈服段。 分析表明:总体上,当0.3≤α_sc^1/50≤1.1 时,支撑残余侧移角与复位比率间呈线性关系。 复位系统内的内外螺杆的初拉力可适度调整自复位支撑受拉侧的初始刚度。     

自复位三重钢管约束屈曲支撑有限元分析

为了研究自复位三重钢管约束屈曲支撑在地震作用下的耗能与复位能力,探索合理的端部约束形式.采用ABAQUS有限元分析软件,分别对自复位三重钢管约束屈曲支撑、自复位系统和三重钢管约束屈曲支撑系统进行实体建模,通过位移控制进行低周期循环加载.滞回性能分析结果表明:自复位三重钢管约束屈曲支撑,可近似看作自复位系统与约束屈曲支撑系统的并联工作.自复位系统无残余变形,不耗散能量.自复位三重钢管约束屈曲支撑同时具备自复位与耗能好的优点.此外,为了提高支撑承载力,支撑端部应加强扭转约束.     

基于形状记忆合金的自复位摩擦耗能支撑滞回性能

针对基于形状记忆合金(SMA)的自复位摩擦耗能支撑,提出了简化分析模型,研究了其在往复荷载作用下的滞回性能.首先通过理论推导,得出了往复荷载作用下自复位摩擦耗能支撑的力-位移曲线,提出了简化的滞回模型,然后通过参数分析研究了各参数对其滞回性能的影响.结果表明:自复位摩擦耗能支撑在卸载后存在一定的残余位移,其大小仅与阻尼器元件摩擦力及SMA元件奥氏体弹性刚度有关;自复位摩擦耗能支撑的滞回性能可采用修正的FS(Flag-shaped)模型来描述;SMA元件屈服力及耗能参数对自复位摩擦耗能支撑的滞回性能影响较大,奥氏体弹性刚度及屈服后刚度系数影响较小;增加阻尼器元件的摩擦力,可显著增强自复位摩擦耗能支撑的耗能能力,但会产生残余位移.     

采用碳纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑试验

为方便装配式防屈曲支撑拆解修复和提高抗腐蚀能力,提出了采用碳纤维包裹约束的新型装配式防屈曲支撑.一方面,通过剖开纤维材料分离外包约束构件来替换受损内核单元可实现构件震后的快速修复,另一方面,碳纤维布作为外包材料解决了外包钢管耐腐蚀性差的问题.通过4个新型防屈曲支撑构件在往复荷载作用下的拟静力试验,研究了防屈曲支撑在不同加载制度下,不同约束比下的性能.试验结果表明:在循环变形过程中试件基本没有发生刚度与强度的退化,且延性与耗能能力都很好.碳纤维布成功地起到连接装配式防屈曲支撑两部分外包约束单元的作用,并可有效抵抗来自内核单元施加的侧向推力.采用碳纤维包裹约束的新型防屈曲支撑受压时,内核单元会产生多波屈曲现象,使得约束单元中的包裹材料发生变形,最终使得构件的滞回曲线表现为力的"跳动",多波屈曲现象更为显著试件的滞回耗能能力略差.新型装配式防屈曲支撑具有良好的滞回性能,为防屈曲支撑实现可装配式提供了新途径.     

TMD型防屈曲支撑构造及减振与抗震性能研究(Ⅱ)

为使防屈曲支撑功能实现复合化,设计并制作了一种具有调谐质量减振功能的防屈曲支撑(tuning mass dampered-buckling restrained brace,TMD-BRB).通过对6个动力试件的拟斜动试验和2个静力试件的滞回性能试验,考察了试件的复合减震功能,以及接触面做法、弹簧布置和套筒加长等几个关键技术对试件减震性能的影响,得出最优构造.试验结果表明:轮式-套筒加长型TMD-BRB,其TMD调谐精度高,动力系数大,周期特性明显;BRB性能方面,支撑在1/85支撑长度加载范围内滞回曲线稳定饱满,压拉比均值1.07,刚度退化和骨架曲线规律正常,30圈疲劳试验耗能下降10%,各项指标均满足国内外有关规定,且伴随钢芯变形能够实现TMD和BRB两种减震功能之间的自动切换.     

屈曲约束支撑滞回性能的影响因素

为检验不同连接方式及构造方式对屈曲约束支撑滞回性能的影响，设计了螺栓连接和铰接2种连接方式，“十”字形、“T”形及“一”字形3种芯材截面形式，端部焊接型及中部切削型2种芯材制作方式，沿芯材纵向全长焊接及仅在工作段焊接2种组合方式共7个屈曲约束支撑试件。通过拟静力加载试验，分析了屈曲约束支撑的承载力、割线刚度、耗能系数及延性等变化规律。结果表明：7个试件的滞回曲线饱满稳定、耗能能力强；承载力、耗能系数及延性均随加载位移的增大而增大，割线刚度随加载位移的增大而降低，恢复力模型具有典型的双线性特征；连接方式及构造特性对屈曲约束支撑的滞回性能不产生明显影响，芯材材料性能、宽厚比、间隙与芯材厚度的比值是影响其滞回性能的主要因素。结果表明，两角钢具有协同的工作性能；提高焊接质量、增大限位卡附近过渡圆弧的曲率半径分别是增强两种类型屈曲约束支撑稳定滞回的主要工艺及构造措施。     

带防屈曲消能杆的自复位钢柱脚抗震性能试验

提出带防屈曲消能杆的自复位钢柱脚,对其受力机理进行了分析。将自复位参数(β_(sc))和框架柱轴力作为设计变量,设计制作了四组柱脚试件,通过低周往复荷载试验,对比分析了结构的受力发展过程、自复位能力、变形能力和耗能能力。结果表明:柱脚试件的塑性变形集中于消能杆,对损伤的消能杆更换后,柱脚抗震性能得以快速恢复,实现了预期的设计意图;试件的荷载-位移滞回曲线为典型的"双旗帜"形,卸载后最大残余层间位移角仅为0.001 rad,具有良好的自复位能力;通过对位移延性系数和等效黏滞阻尼系数的分析,表明自复位柱脚具有良好的变形能力和耗能能力;随着β_(sc)参数增大,柱脚自复位能力提高,承载力和耗能能力降低,而对变形能力影响不大;随着框架柱轴力增大,自复位能力和承载力提高,变形能力降低,而对耗能能力影响不大。     

防屈曲支撑-混凝土框排架结构抗震试验及设计建议

为了研究防屈曲支撑-混凝土框排架结构的抗震性能,以某双跨框架和排架组成的钢筋混凝土火电厂主厂房为原型,设计制作了一榀四层防屈曲支撑-钢筋混凝土框排架结构试件,通过水平静力反复加载试验,研究其裂缝开展及损伤机制、滞回曲线、刚度退化规律、结构变形能力、防屈曲支撑耗能能力等.研究结果表明:结构水平力-顶点侧移滞回曲线饱满,防屈曲支撑与主体结构协同工作性能好,可实现这种结构体系的消能减震耗能机制,实测应变和应力应变曲线得到的防屈曲支撑轴力-轴向位移曲线显示其耗能效果显著,增加结构阻尼比.针对除氧间及煤仓间底部2层的抗剪构造设计、煤仓间刚性层(由钢梁、钢支撑及混凝土梁组成)的薄弱部位设计、BRB支撑形式及单榀结构试验模型设计试验等提出了建议.     

不同柱脚连接的自复位钢梁框架抗震性能试验

为研究不同柱脚连接形式对带自复位工字钢梁的单层单跨钢框架抗震性能的影响,设计制作了两个柱脚分别为固接和铰接的自复位框架试件,通过低周往复荷载试验,分析了试件的受力发展过程、承载力、滞回特性、延性、耗能能力及自复位能力.研究表明:柱脚固接的自复位钢框架,由于柱脚屈服后所需的恢复力远大于自复位工字钢梁提供的复位拉力,残余变形较大,结构自复位效果较差,因此不建议将其作为此类结构的柱脚连接形式;柱脚铰接的自复位钢框架在试验过程中的受力发展过程与理论分析结果吻合良好,仅耗能元件发生塑性变形,卸载后残余变形较小,具有“可恢复功能结构”的特点;柱脚铰接的自复位钢框架,在4%层间位移角时骨架曲线仍未出现下降段,承载力储备充足,试件的位移延性系数为3.1,等效黏滞阻尼系数为0.19,具有较好的抗震性能.     

火电厂钢框排架-消能支撑结构低周往复加载试验

为研究钢框排架-消能支撑结构的抗震性能,以某钢结构火电厂主厂房为原型并采用防屈曲支撑作为消能装置,设计了1榀5层的钢框排架-消能支撑结构试件.通过低周往复加载试验,分析其破坏机制、滞回性能、刚度退化规律、层间变形及防屈曲支撑耗能能力.试验结果表明:钢框排架-消能支撑结构具有较高的抗侧刚度及承载能力.模型试件滞回曲线呈饱满的梭形,等效黏滞阻尼系数达0.262,位移延性系数超过3.53,表现出良好的耗能及延性性能.试验过程中,防屈曲支撑可在较小加载位移时先于主体梁柱进入屈服且塑性耗能特征明显,增加了结构阻尼且耗能稳定,有效提高了结构抗震性能.     

三重钢管防屈曲耗能支撑性能的有限元模拟分析

防屈曲耗能支撑克服了传统支撑受压屈曲的缺点,地震时具有良好的耗能能力和延性,是一种具有应用前景的耗能减震构件。本文介绍了三重钢管防屈曲耗能支撑的构造及耗能原理,采用ANSYS程序对其进行有限元分析,研究轴力管和约束管之间的空隙对于此种防屈曲耗能支撑承载力以及滞回耗能性能的影响,并用实验验证了有限元分析的正确性。研究结果表明：采用ANSYS软件对三重钢管防屈曲支撑进行模拟分析是可行的,三重钢管防屈曲支撑工作原理明确,具有稳定的滞回耗能能力,空隙对防屈曲支撑的耗能能力以及承载力有重要影响。     

自复位防屈曲支撑钢框架的抗震性能分析

为了消除防屈曲支撑在强震后留有残余变形的弊端,本文针对一种新型支撑构件—自复位防屈曲支撑,通过有限元软件ANSYS对自复位防屈曲支撑钢框架、防屈曲支撑钢框架和钢框架进行罕遇地震作用下的抗震性能对比分析。结果表明,自复位防屈曲支撑钢框架的顶点位移、层间位移角、残余变形等地震响应均明显小于防屈曲支撑钢框架和钢框架,尤其在残余变形方面,自复位防屈曲支撑基本消除了结构的残余变形,具有良好的复位效果。     

汶川地震大型厂房框排架结构震害特征分析

为研究钢框排架-消能支撑结构的抗震性能,以某钢结构火电厂主厂房为原型并采用防屈曲支撑作为消能装置,设计了1榀5层的钢框排架-消能支撑结构试件.通过低周往复加载试验,分析其破坏机制、滞回性能、刚度退化规律、层间变形及防屈曲支撑耗能能力.试验结果表明：钢框排架-消能支撑结构具有较高的抗侧刚度及承载能力.模型试件滞回曲线呈饱满的梭形,等效黏滞阻尼系数达0.262,位移延性系数超过3.53,表现出良好的耗能及延性性能.试验过程中,防屈曲支撑可在较小加载位移时先于主体梁柱进入屈服且塑性耗能特征明显,增加了结构阻尼且耗能稳定,有效提高了结构抗震性能.

     

新型自复位钢桁架梁的受力机理及抗震性能

将预应力钢绞线与消能杆引入钢桁架梁,利用消能杆、预应力钢绞线分别来消耗构件的变形能、实现结构的自复位功能,从而有效减轻结构震后残余变形。理论推导了自复位钢桁架梁端截面对应于其恢复力骨架曲线关键特征点处的弯矩和刚度值;采用有限元分析软件OpenSees建立了钢桁架梁的分析模型,进行了单向和往复水平荷载下非线性分析。结果表明：对应关键点处的梁端弯矩和刚度的模拟值与理论值吻合较好,往复荷载作用下分析结果验证了该类钢桁架梁具有很好的自复位和耗能性能。     

墙板内置无黏结支撑钢框架滞回性能数值模拟

为深入研究梁柱节点形式、加强方式等对墙板内置无黏结支撑钢框架结构滞回性能的影响,对3个结构试验进行了数值模拟。基于墙板内置支撑构件滞回性能的试验研究,确定出了体现往复作用下支撑钢材强化特性的参数取值.总体上,数值分析得到的结构滞回曲线、构件的屈服或局部屈曲机制等均与试验结果较一致,试验和模拟中支撑分别在层间侧移角约1/463~1/350和1/416~1/305范围内发生屈服,框架在1/50层间侧移角之前塑性发展较少,结构的延性和耗能能力良好,实现了结构1/50侧移角内主要利用支撑屈服耗能的设计意图.1/30侧移角内,框架承载力出现退化前,梁柱刚接结构的骨架曲线呈三折线,可分别由支撑和框架的两折线骨架曲线叠加得到;梁柱铰接的结构在破坏前骨架曲线呈双折线,框架塑性发展甚少.梁端补贴钢板加强后梁端塑性区外移,确保了梁柱刚接节点的强度和框架稳定耗能.人字形支撑铰接框架中一根支撑较早局部破坏后被撑梁大幅弯曲屈服,整个结构的抗侧承载力未出现退化.给出了采用梁、杆单元简化模拟墙板内置支撑钢框架结构滞回性能的方法.     

双核芯全钢防屈曲支撑的设计与试验

为了解防屈曲支撑作为抗侧力构件的性能,设计一种可拆解组合的全钢双核芯防屈曲支撑,并通过拟静力试验,研究了其承载能力和耗能特性.首先通过一个单核芯试件的试验发现了设计和锚固的不足,改进后成功获得了单、双核芯试件的荷载位移曲线和低周疲劳曲线,并通过研究曲线特征和规律,取得了强度、变形、耗能等设计参数,最后用Bouc-Wen模型对防屈曲支撑进行了地震作用下的数值模拟.试验和分析结果表明:防屈曲支撑克服了普通支撑受压屈曲的缺点,滞回曲线拉压基本对称,呈饱满的梭形,具有较高的阻尼比,且往复荷载下耐疲劳.Bouc-Wen模型可以较好地模拟其滞回性能.所设计的双核芯支撑性能稳定,组装灵活,适合工程应用.     

浮放文物隔震保护与振动台试验

浮放文物在地震中往往遭受严重破坏,隔震技术是保护文物安全的有效手段。采用模块式金属隔震支座对浮放花瓶进行振动台试验,验证了隔震装置的可行性。隔震支座由金属板、直线导轨、滑块、弹簧和摩擦阻尼器组成,具有模块化特征,可根据设计需要调整弹簧、摩擦阻尼器的数量和位置。导轨和滑块用于限制隔震支座的运动方向并防止支座发生倾覆;弹簧用于调节隔震支座的水平刚度,通过施加预紧力提供自复位能力;摩擦阻尼器用于控制隔震支座的水平变形,耗能能力可调节。研究结果表明：隔震支座的隔震效果与PGA有关,减震率随着PGA增大而降低,隔震支座顶部加速度响应为振动台台面的28.10%-78.01%;隔震支座实际残余位移在不同地震动类型、地震动强度下均小于设计值,通过调节摩擦阻尼器、弹簧的参数,残余位移可控;文物滑动、倾覆现象与计算结果相符,隔震支座可防止文物在地震作用下产生倾覆,必要时仍需要采取传统抗震措施辅助;用于小型文物的隔震支座设计时应充分考虑减震率、隔震位移需求、支座变形能力限制和自复位能力,各个目标有时难以同时满足,需要取舍。     

Y型偏心钢支撑加固弱柱RC框架结构的滞回性能模拟及参数分析

为了系统研究Y型钢支撑加固RC框架的滞回性能,采用通用有限元程序ABAQUS对试验试件RCF-YB2进行了模拟验证。在此基础上,系统分析了低周往复荷载作用下框架柱截面、框架柱纵筋配筋率及框架柱配箍率对此类加固结构的滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响。研究结果表明,框架柱截面对结构的水平承载力、抗侧刚度、耗能影响显著;框架柱纵筋配筋对结构的水平承载力、抗侧刚度、耗能影响较小;框架柱配箍率对结构的水平承载力、抗侧刚度、耗能能力影响可忽略。