中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架数值模拟

装配式自复位钢框架具有震后结构自动复位、结构残余变形及损伤较小、可以恢复结构正常使用功能等优势。但是当装配式自复位钢框架跨度较大时,常因刚度不足导致其层间位移角不能满足抗震设计规范限值要求。为此,提出了中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架,在拟动力试验研究基础上,通过有限元软件ABAQUS进行数值模拟,并与试验结果进行对比分析;在数值模拟校验的基础上,通过有限元分析研究了施加竖向活荷载对中间柱型阻尼器工作机制的影响。研究结果表明：数值模拟与子结构拟动力试验结果在结构位移峰值、滞回性能、索力变化等方面吻合较好,数值模拟方法可靠;中间柱型阻尼器可提高框架结构的抗侧刚度,有效控制结构层间位移角,同时提高结构耗能能力,延缓主体结构塑性发展进而保护主体结构,减小结构残余变形并控制损伤;中间柱型阻尼器装配式自复位钢框架具有良好的自复位能力,竖向活荷载对中间柱型阻尼器滞回性能及耗能能力影响不大。     

梁贯通式钢框架的自复位支撑模块有限元模拟

提出了一种适用于梁贯通式支撑钢框架的自复位支撑模块,为结构提供抗侧刚度、自复位刚度和耗能能力,使得结构在震后无残余变形,更换支撑后即可使用。该模块由水平边缘构件(HBE)、竖向边缘构件(VBE)、预应力钢绞线、铰接柱和柔性支撑组成,其自复位刚度由沿HBE布置,锚固在VBE翼缘外侧的预应力钢绞线提供。该模块可在工厂预制,现场用高强螺栓与框架梁连接,便于施工。用有限元软件ABAQUS6.11对该模块进行了精细化建模分析,并详细解释了分析结果。建立7个有限元模型进行参数分析,表明预应力钢绞线的数量、初始预拉力的大小和支撑的横截面积对模块的刚度及耗能能力有较大影响。     

全装配式预应力自复位混凝土框架的抗震性能

全装配式预应力自复位混凝土框架是将无粘结预应力技术和摩擦耗能技术应用到传统预制装配式框架中的一种新型结构体系。其中,梁-柱和柱-基础节点均采用无粘结预应力进行连接,提供结构的震后复位能力;梁端设置了摩擦耗能装置,用于耗散地震能量。本文采用非线性静力和动力时程分析方法,研究了一个3跨2层的自复位混凝土框架的抗震性能,并和传统现浇混凝土框架的抗震性能进行了对比分析。结果表明,和传统现浇混凝土框架相比,自复位混凝土框架具有更大的侧向刚度和较小的耗能能力。在中震和大震作用下,自复位混凝土框架的残余变形很小,最大层间侧移角要稍大于传统现浇混凝土框架;而传统现浇混凝土框架在大震作用下的残余层间侧移角已达到0. 67%,震后修复代价较大。     

自复位两边连接钢板剪力墙工作性能分析

自复位钢板剪力墙是将后张拉节点和薄钢板剪力墙相结合而构成的一种新型抗侧力体系。后张拉梁-柱节点和柱脚节点提供复位能力,减小结构震后残余变形,内填钢板则是主要的抗侧力元件和耗能元件。内填钢板只与钢梁连接可以减小对边框柱的需求,消除节点开口在钢板角部的应力集中,从而避免了钢板角部撕裂。建立自复位两边连接钢板剪力墙有限元模型进行水平加载分析,研究内填钢板和边缘框架的相互作用,并与自复位四边连接钢板剪力墙的工作性能进行对比分析。分析结果表明,与自复位四边连接钢板剪力墙相比,钢板两边连接的自复位钢板墙具有更好的复位能力,但强度、刚度和耗能能力较小。     

可更换加劲肋角钢自复位柱脚抗震性能试验研究

为了解决震后受损柱脚残余变形大、可恢复性能差的问题，提出了一种采用可更换加劲肋角钢的自复位柱脚，该柱脚由钢柱、钢连接件、腹板摩擦装置、可更换加劲肋角钢和无黏结钢绞线拼装而成，并由钢绞线提供复位力，通过腹板摩擦装置与加劲肋角钢塑性变形进行耗能。完成了6组共10个自复位柱脚的低周反复加载拟静力试验，对破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能、承载力与刚度退化以及残余变形与自复位能力的研究，并结合实测应变结果分析轴压比、可更换加劲肋角钢厚度、震后是否更换受损加劲肋角钢对柱脚抗震性能的影响。研究结果表明：该种柱脚的抗震性能优异，且在较大轴压比下表现出更高的承载力和耗能能力，但较大的竖向荷载会加剧残余变形与预应力的损失，导致柱脚的复位能力变差；增加可更换加劲肋角钢的厚度可增加柱脚的初期刚度和承载力；柱脚在震后不更换受损加劲肋角钢的情况下仍具有良好的承载力，可抵抗较大等级的余震作用；柱脚在震后更换受损加劲肋角钢的情况下，整体抗震性能基本可恢复至震前水平。该可更换加劲肋角钢的自复位柱脚经合理设计与控制，可以很好地实现“小震弹性，中震复位，大震更换”设计目标，为抗震设计提供参考。     

带中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架拟动力试验

为解决较大跨度自复位钢框架结构层间位移角可能超限或耗能不足的关键问题,课题组前期提出将中间柱型阻尼器应用于装配式自复位钢框架。但是因门窗开洞等要求而不能在跨中处设置中间柱型阻尼器,从而提出了带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架,对其进行了拟动力试验,并与带单中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架的拟动力试验进行了对比,分析了其位移响应、滞回性能、中间柱摩擦阻尼器滑动、索力及典型部位应变变化等。结果表明,两榀框架震后短梁-长梁连接界面处残余转角和索力降低均较小,具有良好的开口闭合机制,耗能能力较优,能够有效避免主体结构的损伤,且带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架控制结构侧移效果更好,耗能性能更优,适用于较大跨度的多高层结构。     

可恢复功能的中间柱型阻尼器预应力钢框架结构性能化设计研究

在以往研究的基础上,提出可恢复功能的中间柱型阻尼器预应力钢框架结构的设计方法,并给出详细的设计流程。按照该设计方法和流程设计了一个10层可恢复功能的中间柱型阻尼器预应力钢框架结构,并对其在8度小震和中震作用下的基底剪力、层间位移角、震后各层残余位移角及中间柱型阻尼器的滑移值进行分析。结果表明,经过性能化设计的中间柱型预应力钢框架能够满足多遇地震无开口、无损伤,设防地震开口耗能且主体结构无损伤的设计要求,具有更高的抗侧刚度、耗能能力和明显的自动复位优势,验证了该设计方法的可行性。     

自复位钢板剪力墙结构性能分析

自复位钢板剪力墙是将后张拉节点和薄钢板剪力墙相结合而构成的一种新型抗侧力体系。后张拉梁柱节点和柱脚节点提供复位能力,减小结构震后残余变形,内填钢板则是主要的抗侧力元件和耗能元件。地震后通过更换钢板可使结构恢复正常使用功能。建立了自复位钢板剪力墙有限元模型进行水平加载分析,研究了内填钢板和边缘框架的相互作用,以及内填钢板的厚度和跨高比对自复位钢板剪力墙强度、刚度、滞回性能及耗能能力的影响。分析结果表明,自复位钢板剪力墙的塑性变形发生在内填钢板上,边缘构件保持弹性以提供复位能力。随着钢板厚度和跨高比增大,自复位钢板剪力墙的强度、刚度、耗能能力增大,但残余变形也随之增大。自复位钢板剪力墙的复位刚度与钢板厚度无关,但随着跨高比的增大而减小。     

装配U形阻尼器的SMA自复位钢框架梁柱节点抗震性能研究

为解决传统SMA螺杆自复位钢框架梁柱节点在工作过程中SMA材料利用率低的问题,简化节点耗能构件的设计、施工和震后更换,提高灾后结构的快速恢复能力,提出了由超弹性SMA螺杆贯穿钢柱翼缘连接且装配U形阻尼器的自复位钢框架梁柱节点,并对关键构件的受力性能进行分析,给出节点的受力变形理论模型。通过循环拉伸试验考察了SMA棒材的超弹性特性,以此为基础,设计了1个足尺边柱节点试件,通过拟静力试验研究其承载力、初始转动刚度、残余变形、滞回耗能等。研究结果表明：节点中SMA螺杆可以有效拉伸变形并提供自复位驱动力,U形阻尼器的两肢能够产生相对位移从而进行塑性耗能,钢梁腹板处的抗剪螺栓可在连接槽钢的长圆孔中滑动,梁柱节点核心区未出现剪切变形;在设计层间位移角为0.04 rad的循环结束时,节点残余变形仅为0.004 9 rad,且梁柱构件在试验过程中未出现屈服,节点具有良好的自复位能力和可修复性;节点的初始转动刚度和极限弯矩均小于普通抗弯钢框架梁柱节点,但其拥有良好的转动能力,最大层间位移角为0.05 rad,满足节点的变形设计要求。     

自复位钢框架结构研究进展Ⅰ:基于预应力拉杆/拉索

传统的钢框架结构强震时梁柱节点或柱脚可能产生脆性破坏而导致不易修复或代价昂贵。可恢复功能钢框架结构基于结构的摇摆/自复位机理,能够有效减轻结构的地震反应和震后残余变形。本文详细介绍了基于预应力拉索/杆的三种不同自复位钢框架结构,主要包括预应力拉索结合金属阻尼器的自复位钢框架、预应力拉索结合摩擦阻尼器的自复位钢框架和基于高强预应力拉索的自复位耗能支撑。系统分析和归纳了国内外关于基于预应力拉索的可恢复功能钢框架的研究进展及其发展趋势,对自复位钢框架的研究开发应用具有重要意义。