波形钢板剪力墙内嵌钢板与墙趾可更换阻尼器刚度匹配关系研究

为了研究内嵌钢板与墙趾可更换阻尼器的刚度匹配关系对波形钢板剪力墙抗震性能的影响,设计了1个带阻尼器的钢板剪力墙试件,针对更换阻尼器前后的试件进行了两次拟静力加载。试验结果表明:阻尼器腹板厚度过大使内嵌钢板先于阻尼器腹板发生变形,导致剪力墙试件耗能能力不能充分发挥;降低阻尼器腹板厚度,可以提高剪力墙的耗能能力,但其承载力下降。证明内嵌钢板与阻尼器的刚度匹配关系对剪力墙的承载能力、耗能能力和延性等抗震性能有关键影响。为了探究两者的合理匹配关系,通过ABAQUS有限元软件建立32个模型进行数值模拟,通过改变阻尼器腹板厚度、内嵌钢板的波纹肋方向和钢板厚度来改变阻尼器与内嵌钢板的匹配刚度,对比数值分析结果和试验结果得出:有限元分析结果和试验结果吻合度较高,波纹肋沿水平方向使试件承载力下降较大;波纹肋沿竖直方向,内嵌钢板厚度和阻尼器腹板厚度分别为5,6 mm时,试件承载力较高、延性较好,抗震性能较好。     

工字梁腹板和钢板剪力墙剪切屈曲系数分析

目前工字梁腹板和钢板剪力墙抗剪设计中分别假定翼缘和周边框架为钢板提供简支约束,再通过乘以1.23的嵌固系数来考虑周边构件的约束作用,而不考虑翼缘或周边框架的刚度。本文对剪切荷载作用下工字梁腹板和钢板剪力墙的弹性屈曲进行了有限元分析,指出与周边构件扭转刚度和钢板弯曲刚度的比值有关的参数β可以准确地衡量周边构件对钢板的约束程度。在对1000多个模型计算结果分析的基础上,给出了工字梁腹板和钢板剪力墙剪切屈曲系数随参数β的变化规律。     

波形钢板阻尼器的理论分析及数值模拟

设计了一种新型波形钢板阻尼器,在简述其构造特点及耗能机理的基础上,用有限元分析软件ABAQUS对阻尼器进行了数值模拟,研究阻尼器的耗能、变形能力、延性性能,以及阻尼器的波形腹板和波形翼缘板的厚度、横截面几何尺寸对阻尼器的承载力、变形能力、延性性能、耗能能力的影响,对比分析阻尼器的滞回曲线、骨架曲线、延性系数以及等效黏滞阻尼比等参数。分析结果表明:波形钢板阻尼器的初始刚度高、屈服位移小,且具有良好的滞回耗能能力和变形能力;随着阻尼器波形腹板和波形翼缘板的厚度的增加,其承载力、变形能力以及延性性能提高显著;波形腹板横截面尺寸的增加也可适当提高其承载力、变形能力和延性性能。     

铝合金网壳结构盘式节点整体刚度与变形性能的参数分析

针对目前关于铝合金盘式节点的几何参数影响因素研究较少的现状,参照试验试件PS1并结合通用有限元软件ABAQUS建立几何参数模型,分析几何参数对盘式节点整体刚度与变形性能的影响。结果表明:当铝合金盘式节点的节点盘厚度增加时,节点的抗弯承载力有所提高,但提高幅度较小,整体初始刚度的变化不明显;截面高度增加时,节点抗弯承载力及整体初始刚度近似呈线性提高,提高较为明显;箱型腹板厚度增加时,节点抗弯承载力及箱型杆件在节点处的初始刚度有所提高,工型杆件在节点处的初始刚度降低幅度较小;工型腹板厚度增加时,节点抗弯承载力及工型杆件在节点处的初始刚度有提高的趋势,箱型杆件在节点处的初始刚度基本呈线性降低;箱型翼缘厚度增加时,节点的抗弯承载力及箱型杆件在节点处的初始刚度提高较为明显,但对工型杆件在节点处的初始刚度影响较小;工型翼缘厚度增加时,节点的抗弯承载力及箱型杆件在节点处的初始刚度提高幅度有所增加,工型杆件在节点处的初始刚度近似呈线性提高。     

剪切型波纹阻尼器力学性能研究

文章中提出一种新型剪切型波纹阻尼器.结合波纹钢板在工程领域的应用,将"波纹"概念引入剪切型阻尼器的设计中,并分别制作了两个形状相同但腹板翼缘板厚度不同的试件,进行低周往复加载力学性能试验,研究该新型阻尼器的抗震性能.试验结果表明:两种尺寸的剪切型波纹阻尼器试件在同一位移级别下,滞回曲线基本重合,循环强化现象明显,且破坏之前没有出现强度和刚度的突变;两试件具有良好的变形能力,表现出良好的延性及低周疲劳性能;当波纹板较薄时,波纹板容易发生面外屈曲破坏,导致承载力急剧下降,而采用较厚的波纹板时,较大面外刚度会影响腹板与翼缘板的协调变形能力,致使发生焊缝过早撕裂破坏;在后续的竖向波纹剪切型阻尼器设计中,应着重考虑波纹板尺寸和腹板翼缘协调变形能力的优化,保证剪切型波纹阻尼器的稳定滞回耗能性能.可以证明,该阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力,是一种理想的消能减震装置.     

剪切型波纹阻尼器力学性能研究

文章中提出一种新型剪切型波纹阻尼器.结合波纹钢板在工程领域的应用,将"波纹"概念引入剪切型阻尼器的设计中,并分别制作了两个形状相同但腹板翼缘板厚度不同的试件,进行低周往复加载力学性能试验,研究该新型阻尼器的抗震性能.试验结果表明:两种尺寸的剪切型波纹阻尼器试件在同一位移级别下,滞回曲线基本重合,循环强化现象明显,且破坏之前没有出现强度和刚度的突变;两试件具有良好的变形能力,表现出良好的延性及低周疲劳性能;当波纹板较薄时,波纹板容易发生面外屈曲破坏,导致承载力急剧下降,而采用较厚的波纹板时,较大面外刚度会影响腹板与翼缘板的协调变形能力,致使发生焊缝过早撕裂破坏;在后续的竖向波纹剪切型阻尼器设计中,应着重考虑波纹板尺寸和腹板翼缘协调变形能力的优化,保证剪切型波纹阻尼器的稳定滞回耗能性能.可以证明,该阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力,是一种理想的消能减震装置.     

新型卷边薄壁钢板组合截面柱的非线性有限元分析

为研究新型卷边钢板组合截面柱(PEC)构件受力性能,采用ABAQUS软件,建立有限元分析模型,对6个PEC柱试验试件进行有限元模拟研究,通过位移-荷载曲线和破坏模态的分析,得出PEC柱腹板厚度、PEC柱构件长细比、PEC柱构件加密区等设计参数对PEC柱受力性能的影响规律。结果表明:翼缘与腹板的厚度决定构件的破坏模态;构件高宽比影响试件的承载能力;加密区间距和长度一定程度上影响构件的整体性。     

软钢阻尼器剪切刚度理论计算与数值模拟

提出一种考虑剪切变形的深梁模型和开孔板软钢阻尼器的截面简化方式,在此基础上推导出弹性剪切刚度的理论计算公式; 考虑不同开孔率及钢板厚度,采用ABAQUS通用有限元软件对开圆孔、椭圆孔、弧形边3种开孔形式的23组软钢阻尼器试件进行数值模拟,并与理论计算结果对比; 探讨了平面内双向开孔率、钢板厚度对软钢阻尼器弹塑性阶段剪切刚度退化的影响。结果表明:理论推导结果与数值模拟结果吻合良好,其中15组试件计算相对误差在10%以内,最大相对误差为23%,平均相对误差为7.5%,说明提出的计算模型与简化方法比较合理; 在开孔板软钢阻尼器受剪切作用的弹塑性阶段,通过数值模拟发现,随着垂直于受力方向开孔率的增大,构件的剪切刚度退化速度呈下降趋势,即受力过程中瞬时刚度与初始刚度的比值整体上与垂直于受力方向的开孔率呈正相关; 随着平行于受力方向开孔率的增大,试件剪切刚度的退化速度呈先下降后上升趋势; 钢板厚度对剪切刚度退化速度的扰动较小,厚度越大,构件剪切刚度退化速度略有降低。     

考虑界面滑移效应的波形钢腹板箱梁解析解

为研究界面滑移效应对改进型波形钢腹板箱梁的影响,考虑腹板剪切变形及截面轴力自平衡条件建立了组合箱梁桥的控制微分方程,进而推导出简支箱梁的滑移位移函数和翼缘板最大纵向位移差函数表达式。以受均布荷载的改进型波形腹板组合箱梁为算例,基于箱梁荷载工况和边界条件,得到了组合箱梁桥挠度、上下翼缘板截面正应力和剪滞系数表达式。利用有限元软件,通过在翼缘和腹板间添加弹性连接单元模拟滑移效应,验证提出的理论方法的正确性。最后,采用推导的理论公式研究了剪切抗滑移刚度对组合箱梁桥截面正应力、剪滞系数和挠度的影响规律。结果表明：理论解与有限元模拟结果吻合较好,提出的理论公式可用于结构设计或软件开发;剪切抗滑移刚度对组合箱梁翼缘截面正应力及挠度影响较大;在均布荷载作用下,与不考虑滑移效应相比,考虑滑移效应后的上翼缘截面正应力减小7.44%,下翼缘截面正应力增大6.79%,箱梁桥跨中挠度增大8.8%;剪切抗滑移刚度对组合箱梁翼缘板剪滞系数的影响较小,影响幅度在1%以内。     

剪力墙横波钢板与边框柱刚度匹配关系研究

为研究横波钢板剪力墙的力学性能并与平钢板剪力墙作对比,分别设计带有平钢板和横波钢板的剪力墙试件并进行拟静力试验。试验结果表明,横波钢板剪力墙的刚度、承载力和延性都大于平钢板剪力墙。剪力墙整体失稳破坏是由于边框柱面外刚度不足,内嵌钢板并未发挥出全部作用,两者之间匹配关系不合理。为研究内嵌钢板与边框柱之间的合理刚度匹配关系,采用ABAQUS有限元分析软件建立20个横波钢板剪力墙变参模型进行数值模拟,通过改变内嵌钢板的高宽比和边框柱的翼缘宽度来改变匹配刚度。对比模拟结果和试验结果得出:有限元分析结果和试验结果吻合度较高;当内嵌波形钢板的高宽比为2∶1且边框柱的翼缘宽度为150 mm时,匹配效果较优。     

集中荷载作用下矩形钢管高强混凝土上翼缘工字形梁屈曲分析

为获得矩形钢管高强混凝土上翼缘工字形梁的屈曲荷载和屈曲模式,文中共设计14根简支梁,考察主要参数为混凝土强度等级、钢管翼缘高宽比、腹板厚度及高度、加劲肋和跨度.利用ANSYS软件建立有限元模型,对14根简支梁开展特征值屈曲分析,获得组合梁的前5阶屈曲荷载和模式,明确混凝土强度、钢管翼缘高宽比、腹板厚度及高度、加劲肋和跨度对屈曲荷载的影响规律.结果表明增加钢管翼缘高宽比、减小跨度及设置加劲肋均会显著提高梁的屈曲荷载,增加腹板的厚度对梁的屈曲荷载影响不明显,增加腹板高度和提高混凝土强度并不能有效提高梁的屈曲荷载.为进一步开展该类组合梁的非线性屈曲分析奠定基础.     

局部削弱剪切钢板阻尼器力学性能试验研究

在耗能钢板两侧沿厚度方向以长条形、上下两端圆弧过渡进行局部削弱,削弱条带沿钢板宽度方向均匀分布,形成局部削弱剪切钢板阻尼器。设计3种不同规格试件进行拟静力试验,分析了阻尼器的滞回曲线、骨架曲线、等效黏滞阻尼系数、总累计耗能量、强度退化和刚度退化性能指标,并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析及参数化分析。结果表明,局部削弱剪切钢板阻尼器滞回曲线饱满,耗能性能稳定,具有较好的后续承载能力;削弱条带处厚度比削弱条带高度对阻尼器耗能性能的影响大,耗能钢板厚度与削弱条带厚度的比值适当增大可以提高阻尼器耗能能力;数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

剪切作用下锥形板梁的试验和数值研究

对剪切作用下的锥形钢板梁进行了试验和数值研究。试验包含4个缩尺锥形钢板梁试件,主要研究其临界剪切荷载和极限抗剪强度。此外,研究了锥形板的后屈曲特性。另外,对不同几何形状的锥形板进行了参数研究,以找到最有利的设计方案。分析的参数有:板的高宽比、翼缘的倾斜角、腹板和翼缘的长细比。由于性能的不同,对4种类型的锥形板梁分别进行建模和数值模拟。欧洲规范EN1993-1-5给出的锥形板的简化方法证实,在某些情况下,估计的极限剪切强度偏于不安全,需要进行修改。     

新型T形肋预应力混凝土叠合板抗弯性能试验研究

为研究腹板高度、翼缘厚度和钢筋支架间距对一种新型T形肋预应力混凝土叠合板的抗弯性能影响,对8块叠合板抗弯性能进行试验。对比分析了新型叠合板的抗弯刚度、抗弯承载力和破坏特征。研究结果表明:腹板高度、翼缘厚度对新型叠合板的抗弯性能影响较大,而钢筋支架间距的影响相对较小。试验结果与JGJ/T 258—2011《预制带肋底板混凝土叠合楼板技术规程》叠合板计算结果吻合较好。     

带翼缘十字形截面轴心受压构件的扭转失稳极限承载力分析

带翼缘十字形截面构件轴心受压时,极有可能发生扭转失稳。对于此类构件的扭转失稳,相关研究相对较少,设计时很容易被忽略,在工程应用时存在安全隐患。采用有限元方法,计入残余应力的影响,对带翼缘十字形轴心受压构件的失稳承载力进行了研究,考察了初始扭转角、扭转长细比、翼缘宽度、腹板高度、腹板厚度等参数对带翼缘十字形截面构件扭转失稳承载力的影响。结果表明:带翼缘十字形截面轴心受压构件在扭转失稳后不具备后屈曲性能;初始扭转会加速截面塑性区的发展,降低截面的刚度;在给定初始扭转缺陷和残余应力的前提下,构件的扭转失稳极限承载力仅与扭转长细比λω有关,与翼缘宽度、腹板高度、腹板厚度等几何参数没有直接关系。     

钢板组合剪力墙-钢梁外肋板节点静力拉伸有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对钢板组合剪力墙-钢梁外肋板节点进行静力拉伸数值模拟,以外肋板截面高厚比、外伸梁段长度和剪力墙外包钢板翼缘的宽厚比为参数,对节点外肋板的加强作用和初始抗拉刚度、抗拉承载力和应力分布进行了分析和理论研究,并单独考虑在剪力墙外包钢板翼缘的应力影响区设置栓钉,通过改变栓钉的间距和数量来研究对抗拉承载力的影响。结果表明:节点通过外肋板对外伸梁段翼缘的加强作用,使得水平荷载大部分传到外肋板,外包钢板翼缘弹塑性变形得到控制;改变参数对抗拉承载力、初始抗拉刚度的影响很小,节点的初始抗拉刚度较大;设置栓钉并不会显著提高节点的抗拉承载力,栓钉间距越小,弹塑性变形越小,栓钉的个数对弹塑性变形影响较小。     

梯形波纹腹板钢梁弹性局部剪切屈曲计算分析

与平腹板钢梁相比,梯形波纹腹板钢梁腹板局部剪切屈曲性能有所提高。弹性局部剪切屈曲是梯形波纹腹板钢梁设计计算基础,本文运用ANSYS有限元计算分析梯形波纹腹板钢梁弹性局部剪切屈曲,并与经典公式进行计算对比,发现经典公式计算值与ANSYS有限元计算结果存在较大偏差。由于存在"手风琴效应",腹板承担的弯矩相对较小,以致在腹板局部剪切屈曲计算中通常被忽视,这种方法是否适用于所有梯形波纹腹板钢梁及其所造成的计算偏差值得研究。本文从荷载条件、波折角大小、腹板尺寸以及翼缘尺寸等方面对影响梯形波纹腹板弹性局部剪切屈曲的因素进行计算分析。分析表明,上述影响因素与腹板弯矩相关,而腹板弯矩的存在将影响腹板弹性局部剪切屈曲。     

截面参数对钢框架改进型节点损伤影响研究

为研究工字钢截面参数对钢框架梁柱改进型节点的损伤影响,采用有限元软件建立了三维全焊接节点模型,与国内试验结果进行对比,验证了模型的准确性及适用性。钢材采用循环本构模型,分析了循环荷载作用下翼缘宽厚比和腹板高厚比对节点损伤退化的影响。结果表明:翼缘宽厚比对退化程度和退化速率影响较大,对起始退化位置影响较小;腹板高厚比对起始退化位置影响较大,高厚比越大,起始退化越早;在翼缘腹板面积比相近的情况下,退化基本一致,但当翼缘腹板的相互约束作用减弱时,退化程度会明显加强。     

开洞波形钢板剪力墙受剪承载力及耗能能力分析

为明确波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件并分析开洞对其承载力及耗能能力的影响,基于波形钢板剪切屈曲理论推导其屈曲应力计算式,并采用数值分析及变形等级划分方法得到约束刚度比取值范围,由此提出波形钢板剪力墙不发生屈曲的界限条件为屈曲应力大于剪切屈服应力且约束刚度比大于3。通过对比开洞模型的变形等级计算参数,验证界限条件对开洞波形钢板墙的适用性,建立有限元模型研究钢板墙高宽比、钢板厚度、开洞率、洞口高宽比及洞口位置对波形钢板墙承载力及耗能能力的影响。结果表明：钢板高宽比越小、板厚越大,开洞对其承载力及耗能能力的削弱程度越大,洞口高宽比在0.33～0.5之间时开洞波形钢板墙的承载力及耗能最大,中心开洞时的最小。基于波形钢板剪力墙全截面剪切屈服的受力机理对其受剪承载力和塑性耗能计算式进行推导,并通过拟合得到考虑洞口参数影响的开洞波形钢板剪力墙受剪承载力及耗能折减系数计算式;通过9组不开洞模型和30组不同洞口尺寸及位置的开洞模型对计算式的有效性进行验证。结果表明计算值与模拟值的误差均在15%以内,适用于满足无屈曲界限条件的开洞波形钢板剪力墙。     

隔板贯通式钢管混凝土节点有限元分析

基于ANSYS软件建立了隔板贯通式钢管混凝土梁柱节点有限元模型,研究了剪切破坏模式下节点核心区的传力机制,以及节点核心区组件几何尺寸和楼板作用对节点抗剪承载力的影响。结果表明,在剪切破坏模式下,节点剪力主要由核心区钢管腹板和混凝土承担,隔板和钢管翼缘的作用主要是传递梁端弯矩,核心区混凝土则以斜压杆机制抗剪;隔板厚度和核心区钢管壁厚对节点抗剪承载力有较大影响,而钢梁翼缘厚度和宽度的影响相对较小;楼板能提高节点抗剪承载力,并能影响节点核心区的破坏模式。继而利用优化设计为节点试件的方案设计提供一定参考。