钢绞线预应力的改变对自复位钢框架性能影响

通过ANSYS模拟和试验结果对比,说明了模拟方法的正确性.在此基础上,通过改变自复位钢框架钢绞线上施加预应力大小,建立了四个单层单跨自复位钢框架结构模型.对比分析了钢框架上角钢Mises应力云图、力-位移滞回曲线、结构骨架曲线以及刚度退化曲线.研究表明,随着钢绞线预应力的增加,钢框架刚度增大,屈服荷载与极限荷载增加,自复位钢框架耗能能力稍微降低,自复位能力明显增强.     

往复荷载作用下框架-自复位墙结构滞回性能研究

为研究框架-自复位墙结构在往复荷载作用下的滞回性能,将自复位墙简化成刚体,框架等效成单质点体系,采用理论分析的方法,重点考察了预应力筋、阻尼器以及框架设计参数的影响.结果表明:框架-自复位墙结构完全卸载后是否存在残余位移与墙体自重、预应力筋初始力、阻尼器屈服力及框架屈服力的大小有关;提高阻尼器或框架的屈服力可以提高框架-自复位墙结构的耗能能力,而增加预应力筋、阻尼器或框架的弹性刚度,均会降低其耗能能力;框架-自复位墙结构的耗能能力与预应力筋初始力关系不大.     

利用带缝钢板剪力墙耗能的自复位体系研究

应用有限元分析软件ANSYS对利用带缝钢板剪力墙耗能的自复位体系进行模拟.通过改变结构中钢绞线的初始预拉力、钢绞线的面积、开缝钢板的厚度等参数来分析结构的刚度、承载能力、复位能力和耗能能力.模拟分析表明:钢绞线的面积和钢板的厚度对结构的性能影响非常大;而钢绞线的初始预拉力对梁柱自复位节点脱开时的荷载以及极限荷载影响明显;合理的参数设计会使结构的塑性变形集中在开缝钢板区域;而梁柱钢绞线等主体构件保持弹性,可以重复使用;地震作用过后,只需更换钢板,便可对结构体系进行快速的修复,同时结构的抗震性能还基本保持不变.     

钢框架预应力支撑结构拉索截面面积设计方法

为了研究钢框架预应力支撑结构体系中拉索截面面积的取值方法,从理论上对钢框架预应力支撑结构体系的抗侧刚度进行分析,推导出结构体系的抗侧刚度计算公式.钢框架预应力支撑结构体系的抗侧刚度不仅与构件的几何属性和材料属性有关,而且与预应力支撑与水平面的夹角有关,结构体系的抗侧刚度随着层间位移的增大而增大.基于钢框架预应力支撑结构体系抗侧刚度的计算公式,推导出了预应力拉索截面面积设计公式,提出了一种预应力拉索截面面积设计方法,并通过算例验证了提出的设计方法和设计公式的可行性,得到的钢框架预应力支撑结构,可以保证结构体系在设计的外荷载作用下,满足设计对于结构层间位移的要求.     

装配式高层预应力钢框架-支撑体系性能研究

为了加快我国工业化装配式钢结构发展的进程,提出了一种实现节点刚性连接的装配式高层预应力钢框架-支撑体系,通过有限元软件ABAQUS分析,研究拉索的截面面积、初始预应力度以及柱子的轴压比等参数对高层预应力钢框架支撑性能的影响,对比分析不同参数下结构的承载能力和刚度退化规律,得到该结构体系的受力模式和拉索初始预应力的取值准则.结果表明:预应力支撑可以有效地改善结构的受力性能,与钢框架结构相比,整体抗侧刚度提高了210%,极限承载能力提高了54%;拉索的初始预应力度越大,越可以延缓结构抗侧刚度的初次退化;预应力支撑钢结构体系设计时,拉索初始预拉力的取值准则为,在设计的外荷载作用下,预应力拉索的拉力大于0.     

利用蝴蝶形钢板剪力墙耗能的自复位结构体系研究

应用ANSYS软件对利用蝴蝶形钢板剪力墙耗能的自复位结构体系进行了有限元模拟,主要研究了钢绞线预拉力值、蝴蝶板厚度、蝴蝶板中开缝区短柱高厚比L／t、蝴蝶板中开缝区短柱宽厚比撕等参数对结构自复位能力、承载力、抗侧刚度、耗能能力以及延性性能的影响。分析结果表明,通过合理的参数设计,利用蝴蝶形钢板剪力墙耗能的自复位结构体系能够把塑性变形集中在蝴蝶板中,使框架梁柱处于弹性状态,在地震作用后没有残余变形,能够方便快速地修复;并且拥有较高的抗侧刚度、承载力,较强的耗能能力和较好的延性性能。钢绞线初始预拉力值对结构复位能力影响较大,蝴蝶板厚度以及蝴蝶短柱高厚比、宽厚比对结构抗侧刚度、承载力、耗能能力以及延性影响较大。     

方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

对三个1/3比例单跨两层方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,研究了梁柱连接为穿心高强螺栓-端板节点和内隔板式节点对试件性能影响,并将方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙进行对比.得到了试件的破坏形态、滞回曲线、延性、刚度、耗能能力等抗震性能指标,分析了其破坏特征、承载能力及刚度退化等力学性能.结果表明:方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的承载力、抗侧刚度和良好的耗能性能.斜加劲肋能有效限制薄钢板剪力墙面外变形,提高结构初始刚度和承载力,有效减轻滞回曲线"捏缩".穿心高强螺栓-端板节点提高了节点域刚度,延缓了柱壁鼓曲.方钢管混凝土竖向边缘构件确保了薄钢板剪力墙性能充分发挥.     

方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙滞回性能研究

进行了一榀1/3比例单跨两层方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙的低周反复荷载试验,分析了其破坏过程、破坏形态及破坏机理.采用有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙进行了精细化数值模拟,分别研究了竖向边缘构件(边框柱)截面类型、开洞率δ、高厚比β、柱子抗弯刚度η和柱子轴压比n对开洞薄钢板剪力墙滞回性能的影响.结果表明,方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙具有较高的承载力、刚度和耗能能力,开洞对结构滞回性能影响明显.     

钢-混凝土组合框架结构体系抗震性能研究

为了研究钢-混凝土组合框架结构体系的抗震性能,本文分别建立了组合梁-方钢管混凝土柱框架结构(CB-CFST)、钢梁-方钢管混凝土柱框架结构(SB-CFST)、组合梁-等刚度RC柱框架结构(CB-ETRC)、钢梁-等刚度RC柱框架结构(SB-ETRC)和RC框架的结构模型.并对该5种结构进行了模态分析、多遇地震下的反应谱分析、弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析.结果表明:与钢梁-方钢管混凝土柱框架结构相比,组合梁-方钢管混凝土柱框架结构整体刚度得到提高,自振周期变短,结构位移反应总体变小.与组合梁-RC柱框架结构相比,在罕遇地震下,RC柱在通常配筋下已不能满足"大震不倒"的要求,增大柱截面配筋后,柱端仍出现塑性铰.     

利用钢板剪力墙耗能的自复位结构有限元模拟

为了解利用钢板剪力墙耗能的自复位结构体系的抗震性能,采用ANSYS软件对结构在低周往复荷载作用下的抗震性能进行了模拟,并与试验数据进行对比,分析了滞回曲线、残余变形、内填薄钢板的应力等指标。此后设计PTA系列模型,研究钢绞线截面面积对结构的影响。结果表明,有限元模拟与试验结果基本吻合,模拟试件到达倒塌位移时的残余变形与试验结果相差0.03%;内填板先于框架进入塑性,起到足够的耗能作用;当结构到达倒塌位移时,梁柱还未失效,梁柱节点处有很微小的面积进入塑性;钢绞线截面面积的增大,对结构的延性和复位能力的增强是有利的。     

钢框架预应力支撑结构拉索初始预拉力设计方法

为了研究钢框架预应力支撑结构体系中拉索初始预拉力的取值方法,从理论上对钢框架预应力支撑结构体系进行分析,推导出预应力框架支撑结构体系拉索初始预拉力的取值公式,得到预应力拉索初始预拉力与结构层间位移角之间的关系.采用反弯点法,推导出预应力框架支撑结构体系的抗侧刚度计算公式,得到预应力框架支撑结构体系的抗侧刚度与构件的材料属性、截面属性、预应力拉索与水平面的倾角有关,与拉索的初始预拉力无关.基于推导出的预应力拉索初始预拉力和层间位移角的关系公式,提出一种预应力拉索初始预拉力的设计方法,通过算例验证了提出的预应力拉索初始预拉力设计方法的可行性,保证结构体系在设计的外荷载作用下,卸载索不退出工作,而增载索的安全储备提高了30%左右.     

预应力钢管高强混凝土组合桥墩抗震性能试验研究

为了提高桥墩的抗震性能和自复位性能,首先设置预制钢管高强混凝土芯柱,并对其施加竖向预应力,浇注芯柱外混凝土再采用预应力钢带施加横向约束,形成三向预应力钢管高强混凝土芯柱组合桥墩。通过对3个三向预应力钢管高强混凝土芯柱组合桥墩与3个不同预应力形式的桥墩试件的低周反复加载拟静力试验,对三向预应力钢管高强混凝土芯柱组合桥墩的受力机理、抗震性能和自复位性能等进行研究,着重分析试件裂缝的开展、破坏形态、骨架曲线、滞回曲线、刚度退化、延性、耗能性能和自复位性能。试验结果表明:相对普通钢筋混凝土桥墩,三向预应力钢管高强混凝土芯柱组合桥墩的抗震性能尤其是自复位性能得到明显的改善和提高。     

方钢管混凝土偏心受压构件曲率延性系数的研究

为反映方钢管混凝土截面延性的好坏,提出了方钢管混凝土偏心受压构件截面延性系数的计算方法,与试验结果进行了对比,结果表明该计算方法较为准确.并在此基础上,分析了轴压比和含钢率对方钢管混凝土截面延性的影响作用.结果表明:随着轴压比的增大,方钢管混凝土截面曲率延性系数降低;随着含钢率的增大,曲率延性系数提高.     

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。     

方钢管混凝土框架-斜加劲薄钢板剪力墙的抗震性能试验研究

对2个单跨两层1:3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行了低周反复荷载试验,研究了斜十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能,并与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙进行比较.得到了方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移及抗震性能指标,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能.结果表明,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的侧向刚度和承载力,良好的延性及耗能性能;斜十字加劲肋的设置提高了薄钢板剪力墙的强度和刚度,有效抑制了钢板墙的面外变形.方钢管混凝土竖向边缘构件保证了薄钢板剪力墙性能的充分发挥.     

钢管混凝土哑铃形截面标准拱面外稳定分析

收集大量钢管混凝土哑铃形截面拱桥资料,对影响该类拱桥面外稳定的主要参素进行统计分析,参考实际桥例,构建既符合工程实际、又有代表性的哑铃形截面标准拱,并以标准拱为对象,进行面外弹性稳定的参数分析.结果表明:哑铃形拱的弹性稳定系数随着矢跨比增大而先增大后减小,在矢跨比为0.22~0.25时达到峰值;与钢管混凝土单圆管拱相似,哑铃形拱的面外稳定性随着宽跨比增大而先增大后减小;横撑布设形式不仅影响哑铃形拱弹性稳定系数,还会影响面外失稳模态;拱顶横撑对面外稳定性影响较小、边横撑影响较大;适当增大拱肋钢管直径,可有效提高哑铃形拱面外稳定性,增加截面高度对其面外稳定性的提高幅度很小;拱弹性稳定系数随着桥面刚度增大而增大,但桥面刚度超过一定值后,哑铃形拱的面外稳定性增速变缓.     

拉-压预应力混凝土梁的试验研究分析

研究拉压预应力混凝土梁模型梁的试验结果,数值模拟对梁全过程的工作状态.研究结果表明：预压钢管能有效对混凝土施加预压应力;在一定范围内,高预应力度的拉-压预应力混凝土梁的弹性性能更优越,承载力发挥较好;预压钢管的作用可以代替部分预应力钢绞线的作用;钢管端部锚固区域的混凝土出现应力集中,设计、施工中加强此处的构造措施.     

轻骨料矩形钢管混凝土框架抗震性能试验研究

为了探讨轻骨料矩形钢管混凝土框架的抗震性能,以柱截面含钢率、梁截面形式为参数进行了4榀框架试件在恒定轴力与低周反复水平荷载共同作用下的试验研究.研究结果表明,轻骨料矩形钢管混凝土框架结构的滞回曲线较为饱满,没有明显的捏缩现象,表现出良好的抗震耗能能力;各试件位移延性系数在3.00~3.74之间,能量耗散系数在1.438~2.324之间,表明轻骨料矩形钢管混凝土框架结构具有良好的塑性变形能力和抗震耗能能力;随着柱含钢率的增大,框架的承载力、延性和耗能能力有不同程度的提高;在相同柱截面含钢率情况下,采用工字型钢梁的框架与采用轻骨料矩形钢管混凝土的框架相比,延性与耗能能力有小幅的提升,刚度退化较为平缓.     

预应力高强钢绞线网抗剪加固钢筋混凝土梁试验

采用新型张拉锚固系统,对剪跨比为2.2和1.65的预应力钢绞线U形抗剪加固梁各3根和1根未加固梁进行了对比试验,研究预应力水平、剪跨比对加固效果的影响规律。试验结果表明:预应力抗剪加固可提高梁的承载力、截面刚度;当预应力水平小于0.3时,承载力、截面刚度、钢绞线利用率随预应力水平的提高而提高;当预应力水平大于0.3时,加固梁的承载力随预应力水平的提高相对降低。建立了预应力高强钢绞线U形抗剪加固梁的承载力计算式,计算结果与试验值吻合良好。研究结果可为预应力钢绞线抗剪加固混凝土梁设计和施工提供参考。     

钢-混凝土组合框架强柱弱梁设计方法研究

针对"5.12"汶川大地震中大多数钢筋混凝土框架结构出现了大量的柱铰破坏机制而不是梁铰破坏机制的问题,2010版抗震规范提高了框架结构强柱弱梁的柱端弯矩增大系数。对于常见的由钢管混凝土柱和钢-混凝土组合梁组成的组合框架结构,规范中没有给出相应的方法来实现强柱弱梁。根据组合框架的受力特点,采用Pushover分析方法,对组合梁-方钢管混凝土柱框架结构的破坏模式进行研究,讨论了柱和梁极限弯矩比与梁柱线刚度比对结构屈服机制的影响;结果表明,采用RC框架弹性内力调整的方法,不足以真正实现强柱弱梁的屈服机制。并初步建议了实现组合梁-钢管混凝土框架结构强柱弱梁的设计公式,为组合框架结构的设计提供参考。