带端板螺栓连接可更换耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能试验研究

为了改善传统钢框筒结构抗震性能较差的问题,提出了带端板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSLs).考虑耗能梁段长度和楼板的影响,设计了 3个2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RSLs子结构试件,对这3个试件进行低周往复加载试验并进行耗能梁段的更换,研究HSS-FTS-RSLs的抗震性能和震后可更换能力.试验结果表明:带端板螺栓连接的子结构试件在地震作用下滞回曲线饱满,损伤主要集中于耗能梁段,具有良好的抗震性能;更换耗能梁段后不会影响结构的刚度和承载力以及连接处的传力性能,结构的可更换允许残余层间侧移为0.40％;楼板可以使结构的弹性刚度和承载力分别提高7.40％和5.21％,楼板损伤主要集中在耗能梁段与裙梁连接区域上方;剪切型耗能梁段在循环荷载作用下超强系数为1.63～1.81,最大塑性转角可达到0.15～0.21rad,呈现出良好的超强和变形能力;耗能梁段长度比e/(Mp/Vp)(其中e为耗能梁段长度,Mp、Vp分别为耗能梁段的塑性受弯承载力和塑性受剪承载力)越小,结构的刚度和承载力越高,耗能梁段的变形能力越强.     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的#br# 钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段 端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明：试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘 端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明:试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘-端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

可更换双槽形Q235耗能梁段钢框筒子结构抗震性能试验研究

为改善传统钢框筒结构延性差和震后修复困难的问题,提出了带双槽形腹板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构(SFTS-RSLs)。为研究SFTS RSLs的抗震性能和耗能梁段的可更换能力,对2种耗能梁段长度(400 mm和280 mm)的2/3缩尺单跨双半层SFTS-RSLs子结构进行两阶段拟静力试验;基于耗能梁段腹板的往复拉压试验标定混合强化模型参数;基于两子结构加载阶段Ⅱ的试验结果验证了子结构试件有限元模型的有效性,并对耗能梁段转动能力受耗能梁段长度和加固板的影响进行分析。结果表明：长度分别为400 mm和280 mm的双槽形Q235耗能梁段的可更换最大层间位移角分别为0.32%、0.27%;超强系数均大于Popov等建议的1.5,塑性变形能力均满足美国规范ANSI/AISC 341-16的要求;替换耗能梁段可以使子结构性能接近初始水平;设短双槽形耗能梁段的子结构延性、累积耗能相比设长耗能梁段的子结构的明显降低;子结构破坏模式为双槽形耗能梁段加劲肋倒角处的焊缝裂缝扩展延伸引起的腹板撕裂;建议取双槽形耗能梁段长度与柱距之比为0.14~0.23,并应考虑连接处布置耗能梁段加固板。     

含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构抗震性能研究

地震作用下,传统钢框筒结构难以实现强柱弱梁的设计理念,大震下柱端往往先于梁端出现塑性铰。针对这一问题提出了含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,即在裙梁中设置可更换的剪切型耗能梁段,大震作用下结构利用剪切型耗能梁段良好的弹塑性变形能力进行耗能,其余构件仍处于弹性状态或部分发展塑性。设计了一组算例结构,包括传统钢框筒结构和含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,采用SAP2000有限元分析软件对算例结构进行了弹性和弹塑性地震反应分析,对比了传统钢框筒结构和不同耗能梁段布置形式的含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构在多遇地震、罕遇地震和极罕遇地震作用下的抗震性能和破坏模式。结果表明:在裙梁中设置剪切型耗能梁段对结构整体刚度的影响较小,含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构改变了传统钢框筒结构的耗能机制,主要通过耗能梁段的剪切变形代替裙梁端部塑性铰耗能。罕遇地震作用下耗能梁段全部进入塑性耗能,震后仅需替换损伤严重的耗能梁段即可快速恢复结构的使用功能。极罕遇地震作用下,传统钢框筒结构达到极限状态,而含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构的耗能梁段进一步发展塑性,其余构件保持弹性,结构具有足够的安全储备。     

Experimental study on seismic behavior of steel framed tube substructures with a replaceable double-channel Q235 link

为改善传统钢框筒结构延性差和震后修复困难的问题，提出了带双槽形腹板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构(SFTS-RSLs)。为研究SFTS RSLs的抗震性能和耗能梁段的可更换能力，对2种耗能梁段长度(400 mm和280 mm)的2/3缩尺单跨双半层SFTS-RSLs子结构进行两阶段拟静力试验；基于耗能梁段腹板的往复拉压试验标定混合强化模型参数；基于两子结构加载阶段Ⅱ的试验结果验证了子结构试件有限元模型的有效性，并对耗能梁段转动能力受耗能梁段长度和加固板的影响进行分析。结果表明：长度分别为400 mm和280 mm的双槽形Q235耗能梁段的可更换最大层间位移角分别为0.32%、0.27%；超强系数均大于Popov等建议的1.5，塑性变形能力均满足美国规范ANSI/AISC 341-16的要求；替换耗能梁段可以使子结构性能接近初始水平；设短双槽形耗能梁段的子结构延性、累积耗能相比设长耗能梁段的子结构的明显降低；子结构破坏模式为双槽形耗能梁段加劲肋倒角处的焊缝裂缝扩展延伸引起的腹板撕裂；建议取双槽形耗能梁段长度与柱距之比为0.14~0.23，并应考虑连接处布置耗能梁段加固板。     

含可更换剪切型耗能梁段钢框筒子结构抗震性能的数值分析

含可更换剪切型耗能梁段钢框筒利用位于裙梁跨中的耗能梁段集中塑性变形,有利于震后耗能梁段的替换和结构使用功能的快速恢复。为研究耗能梁段的构造对子结构和耗能梁段滞回性能的影响,基于某一30层原型结构的子结构,考察了耗能梁段长度、腹板高厚比、翼缘宽厚比、加劲肋间距、加劲肋单双面布置的影响。研究表明:随着耗能梁段长度的增加,子结构的承载力逐渐减小,耗能梁段的超强系数、塑性转角逐渐减小,建议耗能梁段的长度取柱距的(0.15~0.24)倍;随着腹板高厚比的增大,各子结构的承载力、累积耗能明显减小,耗能梁段的超强系数、塑性转角逐渐增大,极短型耗能梁段相比普通型耗能梁段对腹板高厚比的变化更为敏感;翼缘宽厚比的变化对子结构和耗能梁段性能的影响较小;当加劲肋间距超过限值,对极短型耗能梁段性能的影响较大,建议普通型耗能梁段的加劲肋间距可适当超过限值;极短型耗能梁段宜布置双面加劲肋,加劲肋单面布置时增加其厚度对子结构和耗能梁段性能的改善作用较小。     

可更换剪切型耗能梁段-高强钢框筒结构滞回性能数值分析

针对传统钢框筒结构耗能能力不足及强震作用后结构修复难度大等问题,提出一种震后可快速恢复功能的可更换剪切型耗能梁段-高强钢框筒结构(HSS-FTS)。为研究该结构的滞回性能,采用ABAQUS建立了单层单跨HSS-FTS足尺结构有限元模型并对其进行非线性滞回分析,以耗能梁段的长度、加劲肋间距、翼缘宽厚比和腹板高厚比为参数,通过分析模型的承载力、刚度、延性和耗能等,研究以上参数对结构滞回性能的影响规律。结果表明:改变耗能梁段长度对结构承载力、刚度、延性和耗能能力影响较为显著;耗能梁段加劲肋间距满足现行抗规要求时,改变耗能梁段加劲肋间对结构滞回性能影响不大;当耗能梁段翼缘宽厚比减小时,结构的承载力、刚度和耗能能力略有增强,但对结构的延性影响较小;当腹板高厚比减小时,结构的承载力、刚度和耗能能力显著提高。在满足结构设计要求的前提下,为保证结构具有良好的滞回性能,基于本文的分析结果,建议耗能梁段长度取(0. 60～0. 87) Mp/Vp;耗能梁段加劲肋间距需满足抗规要求;耗能梁段翼缘宽厚比取4. 7～6. 7;耗能梁段腹板高厚比取21. 6～30. 2。     

含可更换耗能梁段的钢框筒结构滞回性能研究

传统钢框筒结构(SFTSs)的裙梁跨深比较小,梁端往往先于柱端形成塑性铰,使得结构的延性和耗能能力较差。针对这一问题,提出在裙梁跨中设置易于更换的剪切型耗能梁段,即含可更换耗能梁段的钢框筒结构(SFTS-RSLs)。设计了30层的SFTS和SFTS-RSL算例结构,从中选取子结构进行精细化有限元分析,研究结构的滞回性能,并对整体算例结构进行非线性静力和动力分析,研究结构的整体抗震性能。分析结果表明:SFTS和SFTS-RSL具有相同的初始弹性刚度;相较于SFTS,SFTS-RSL具有较低的屈服荷载和极限荷载,较高的延性和耗能能力;设置耗能梁段可以减小结构的层间侧移,且不会加剧结构的剪力滞后效应;SFTS-RSL的损伤主要集中于耗能梁段,其余构件始终保持弹性状态。研究结果表明SFTS-RSLs是一种性能优良的双重抗侧力结构体系,可以通过更换耗能梁段实现震后结构功能的可快速恢复。     

带耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能试验研究与数值分析

为了研究带可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSL)的抗震性能,设计了2∶3缩尺子结构试验试件,对其进行低周往复加载,研究其破坏模式、滞回性能及耗能梁段的可更换能力。基于OpenSees建立了HSS-FTS-RSL结构的简化数值分析模型,数值分析结果与试验结果吻合良好。建立了3种不同耗能梁段布置方式的HSS-FTS-RSL整体结构简化数值模型,对其进行非线性时程分析。结果表明:HSS-FTS-RSL子结构试件具有良好的抗震性能,在循环荷载下表现为耗能梁段的破坏;更换耗能梁段不会影响结构的抗震性能;结构在地震作用下的变形满足规范限制要求;在构件截面尺寸相同,即相同用钢量的前提下,采用高强钢可以有效降低构件的应力水平;耗能梁段最大可更换残余层间侧移角为0.41%,且在大震后整体结构残余层间侧移角为0.028%～0.148%,可以实现耗能梁段的更换;基于不同耗能梁段布置方式的HSS-FTS-RSL分析结果,建议HSS-FTS-RSL结构耗能梁段采用三跨间隔布置。