一种新型钢管橡胶摩擦耗能器试验研究

基于滑动摩擦耗能理论,提出了一种新型钢管橡胶摩擦耗能器。为了研究耗能器滞回性能,设计了试验试件进行了不同螺栓扭矩、加载制度、加载速率和加载幅值工况下的低周反复试验。试验结果表明,在低周反复加载下,耗能器在所有工况中摩擦力均较为稳定,连续疲劳加载工况下依然能够稳定耗散能量,表现出了良好的耗能能力,且试验后摩擦橡胶块磨损较少,有利于长期使用。耗能器在加载过程中造成的摩擦橡胶块的磨损及外摩擦管内温度的上升,将导致摩擦橡胶块与外摩擦管内壁之间的法向接触应力和摩擦系数的减小,从而降低耗能器的摩擦力。其中,摩擦橡胶块的磨损对耗能器的摩擦力影响较大。     

不锈钢复合芯板剪切型摩擦消能器试验研究

为了解决传统摩擦消能器性能不稳定、价格昂贵等问题,研发了一种以双面不锈钢复合钢板为芯板的剪切型摩擦消能器。该消能器由复合钢板的不锈钢复层与石棉摩擦片组成耗能摩擦副,通过碟形弹簧和预压螺栓调节滑动摩擦面承受的面压力。提出了消能器极限位移、极限荷载和面压力等试验关键指标的计算方法。对3个消能器进行低周往复加载试验,考察其滞回曲线、耗能能力、极限破坏特征及疲劳性能。结果表明：采用不锈钢复合芯板的剪切型摩擦消能器构造合理,滞回性能稳定,耗能能力良好,抗疲劳性能优异。设计位移幅值下累积加载90次,消能器承载力不下降,滞回性能稳定。低周疲劳作用下芯板不同材质复合界面性能可靠,不锈钢复合板可用作摩擦消能器的芯板。     

一种新型钢管橡胶摩擦耗能器的恢复力模型

提出一种新型钢管橡胶摩擦耗能器,对设计制作的两种不同构造形式的耗能器试件进行不同加载速率、加载幅值和疲劳条件下的低周反复加载试验,并基于试验结果建立了恢复力模型。结果表明:钢管橡胶摩擦耗能器滞回曲线饱满,耗能良好;耗能器速率相关性和位移相关性明显,其耗能能力随着加载速率的增大而减弱,随着滑移位移的增大而近似线性增强;在耗能器的摩擦橡胶块内增设帘布能够使其保持较强且稳定的耗能能力;建立的恢复力模型能够较为准确地模拟耗能器的滞回特性。     

一种适用于村镇建筑的摩擦耗能器滞回性能研究

研发了一种低成本的钢管橡胶摩擦耗能器,设计制作了两种不同构造形式的耗能器试件进行了在不同加载幅值和连续疲劳条件下的低周反复加载试验,并基于试验结果进行了恢复力模型研究。结果表明:①钢管橡胶摩擦耗能器滞回曲线饱满,耗能良好,成本低廉,构造简单,适用于村镇新建建筑或加固改造工程;②耗能器位移相关性明显,其耗能能力随着滑移位移的增大而近似线性增大;③对耗能器的摩擦橡胶块进行倒角处理能够使耗能器在连续疲劳加载中保持较强且稳定的耗能能力;④可采用Bouc-wen模型模拟未进行摩擦橡胶块倒角处理的耗能器滞回特性;⑤采用叠加模型模拟进行了摩擦橡胶块倒角处理的耗能器滞回特性是合理可行的。     

组合钢板屈服耗能器性能及对其高层钢结构减振效果的试验研究

本文在充分利用钢板屈服耗能器性质稳定、耐久性好等优点的基础上,针对 X形钢板屈服耗能器中存在的薄膜效应,结合 Pall摩擦耗能器独特的构造特点,提出了工程可用的组合钢板屈服耗能器,并进行了这种耗能器的滞回特性试验和疲劳性能试验。试验结果表明,组合钢板屈服耗能器与消除了薄膜效应的 X形钢板屈服耗能器的性能相似。最后通过地震模拟振动台进行了高层钢结构模型的减振试验,试验结果表明组合钢板屈服耗能器对地震位移反应有良好的控制效果,对加速度反应也有一定的控制作用。     

克服薄膜效应的新型分阶段耗能器性能研究

薄膜效应一直是钢板屈服耗能器值得注意的问题,却往往被设计者们忽视。本文首先通过理论分析、有限元软件模拟相结合的方法,论证了其对弯曲型耗能器会产生不容忽视的影响。在此基础上,又基于经典的弯曲型软钢阻尼器,提出一种新型的双X型软钢耗能器,此耗能器不仅能够克服常规弯曲型耗能器会产生的薄膜效应,还能通过采用不同材质的耗能钢板达到分阶段耗能。通过ABAQUS对该新型耗能器进行仿真模拟,对其耗能机理、力学性能、耗能性能进行分析研究。结果表明:此新型耗能器滞回曲线规则饱满,分阶段效果良好且性能稳定,有一定的实用价值和应用前景。     

含减震外挂墙板装配式混凝土剪力墙结构抗震性能研究

U形钢板消能器是一种能适应大位移的弯曲屈服型消能器。通过两个U形钢板消能器的拟静力试验,验证消能器具有良好稳定的耗能能力和变形能力。在此基础上,为研究减震外挂墙板对主体结构抗震性能的影响,设计并制作了一榀足尺含减震外挂墙板装配式混凝土剪力墙试件。试件中外挂墙板采用预制混凝土夹芯保温板,墙板顶部与连梁采用双排钢筋线连接(避开梁端塑性铰区),墙板底部设置U形钢板消能器并通过螺栓与基础相连。对其进行了拟静力试验研究,结果表明:U形钢板消能器在较小位移时率先屈服,此后墙肢根部和连梁端部相继出现塑性铰,最后梁端和剪力墙墙肢根部塑性铰区混凝土压碎,能够形成梁铰屈服机制; U形钢板消能器变形较为理想,符合预期的履带式滚动变形;试件滞回环较为饱满,具有良好的耗能能力和变形能力。     

螺栓钢板接缝连接装配式混凝土剪力墙的受力性能分析

本文旨在研究螺栓钢板接缝连接的装配式混凝土剪力墙的受力性能,在已有螺栓钢板接缝连接节点试验的基础上,采用有限元软件Marc,建立了螺栓钢板接缝连接的装配式混凝土剪力墙精细化有限元模型并分析了其在低周反复荷载下的受力性能。结果表明:螺栓钢板接缝连接装配式混凝土剪力墙的破坏区域集中在节点部位,可以有效地减轻主体墙体的破坏,具有良好的耗能能力与变形能力。     

高强度螺栓连接钢-混凝土接触面抗滑移系数试验精度控制

高强度螺栓连接钢-混凝土接触面抗滑移系数试验,滑移位移为1mm,滑移变形较小;试验时采用的液压拉力试验机夹具为摩擦型夹具,在夹紧时试件与摩擦型夹具所产生的滑移远远超过钢板与混凝土接触面所产生的滑移变形,不能满足试验精度要求。本文在原有拉力试验机夹具的基础上,采用增大夹具与钢板的摩擦力和改变夹具与钢板的接触形式的方法,有效地消除了夹具与钢板的初始位移,取得了良好的效果,保证了试验误差控制在1.2%范围内,满足了试验的精度要求,可以为其他类似拉力试验提供参考。     

新型装配式钢筋混凝土剪力墙连接节点受力性能研究

为了解决装配式钢筋混凝土剪力墙水平接缝连接之间存在的破坏集中、安装困难且不经济的问题,提出利用螺栓钢板接缝连接节点的方法。通过对两种不同类型的螺栓钢板接缝连接节点的低周反复试验,得到该连接节点的滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度、耗能能力等受力性能。试验结果表明,装配式剪力墙螺栓钢板接缝节点具有良好的变形能力和耗能能力。接缝钢板上未加加劲肋的试件可以达到较好的延性和较轻的裂缝破坏形式;而接缝钢板上增加加劲肋会使接缝处钢板的变形和应力较小,反而导致剪力墙墙体的破坏较严重。     

基于转动型摩擦阻尼器滞回性能试验研究

为研究转动型摩擦阻尼器在静力反复荷载作用下的滞回性能,对6个转动型摩擦阻尼器试件进行拟静力试验研究,分析其工作机理、滞回性能、耗能能力及摩擦系数等并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,与试验结果进行对比分析。研究结果表明:1)转动型摩擦阻尼器滞回曲线饱满,有较好的耗能能力;2)无石棉有机物摩擦力较为稳定,铝镁合金、铜锌合金阻尼器摩擦力离散性较大; 3)增大阻尼器高强螺栓预紧力、单元数可增大阻尼器摩擦力,有效提高摩擦阻尼器耗能能力; 4)铝镁合金耗能能力优于铜锌合金、无石棉有机物,无石棉有机物能量耗散稳定性优于铜锌合金、铝镁合金; 5)铜锌合金、铝镁合金摩擦系数大于0. 3,无石棉有机物摩擦系数约为0. 16; 6)有限元分析结果与试验值误差较小,有限元模型可以较好地模拟试验。     

装配式钢板条带混凝土剪力墙抗震试验研究

设计制作了1个1/2现浇钢板条带混凝土剪力墙和1个1/2装配式钢板条带混凝土剪力墙试件,并在0.1轴压比下进行了低周反复加载试验研究。分析比较了两种试件的破坏形态、承载力、变形与延性、刚度、耗能能力等。试验结果表明,钢板条带可限制裂缝的发展,墙体出现分段裂缝,具有良好的抗震耗能能力和延性,装配式钢板条带剪力墙的螺栓连接能够有效传递应力,水平接缝具有良好的变形能力。     

往复荷载作用下配置摩擦型阻尼器钢木混合剪力墙抗侧力性能研究

为研究配置摩擦型阻尼器钢木混合剪力墙的抗侧力性能,首先以4个摩擦型阻尼器研究了阻尼器的静力和动力特性,摩擦型阻尼器由高强螺栓穿过内、外钢板组成,钢板间夹有摩擦材料,包括无石棉有机材料NAO-780和聚四氟乙烯PTFE两种,内钢板设有长圆孔。当阻尼器激发,内、外钢板开始相对滑动耗能,当高强螺栓抵住长圆孔端部,则阻尼器锁定。阻尼器试验结果表明:阻尼器激发力与高强螺栓扭矩成线性正相关。摩擦材料NAO-780在不同加载幅值和频率下摩擦性能稳定。进而,将所研发的摩擦型阻尼器引入钢木混合剪力墙中,通过往复加载试验研究了钢木混合剪力墙的抗侧力性能。试验结果表明:阻尼器激发力越大,试件初始刚度越高,但木剪力墙损伤更严重;阻尼器内钢板长圆孔长度越长,木剪力墙可得到更多保护,但阻尼器锁定推迟,钢框架侧向变形增大。合理设置阻尼器激发力和阻尼器内钢板长圆孔长度可减小钢木混合剪力墙在地震作用下的损伤,使其在大侧移下仍有充足的抗侧能力储备,提高其抗震性能。     

方钢管混凝土柱与钢梁全螺栓节点抗震性能试验研究

通过对6个钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点及1个栓焊节点的低周反复加载试验,研究了全螺栓连接节点的破坏模式、承载力以及延性性能。试验表明:当试件的弹塑性层间位移角达到规范限值的2.15~3.02倍时,全螺栓连接试件仅在连接板件远端处钢梁翼缘上出现较小的鼓曲变形,变形幅度远小于栓焊节点;全螺栓连接节点具有更大的塑性变形能力、更大的峰值荷载和更长的屈服平台,能够满足抗震规范位移限值要求。试验指出,全螺栓连接节点的各组件在地震作用下都能发挥耗能作用,耗能机制包括连接板和钢梁翼缘间的摩擦耗能、栓杆与孔壁挤压耗能、连接板下的钢梁翼缘塑性变形耗能以及连接板远端处钢梁塑性耗能等。全螺栓连接试件的滞回曲线包括相对平直段和上升段,分别对应连接板与钢梁翼缘的滑动摩擦阶段和螺栓孔与螺杆的接触挤压阶段。试件经过多级位移循环加载后,摩擦力衰减明显,约为屈服荷载的50%;每级位移加载后期,由于螺栓杆与孔壁产生接触作用,试件的承载力相比摩擦滑移阶段明显增大,并且随位移加载幅值的增大而增大,峰值荷载可达到屈服荷载的2~3倍。     

钢筋混凝土框架复合加固法抗震性能试验研究

为研究钢板与碳纤维复合加固法对损伤钢筋混凝土框架的加固效果,设计了三榀框架分别采用钢板加固、碳纤维加固、以及复合加固3种方法对三榀完全相同且达到屈服的损伤框架进行加固,并通过低周反复荷载试验对比分析了加固框架和原框架的抗震性能.试验结果表明:钢板加固混凝土框架可以明显提高框架的承载能力,但是耗能能力较差;碳纤维加固框架具有良好的耗能能力,但是承载能力提高有限;复合加固框架综合了这两种加固框架的优点,既具有承载力较高,又拥有耗能能力好的优点,是一种较为理想的加固方法.     

新型钢板耗能器的耗能性能分析及其低周疲劳研究

介绍了一种新型钢板耗能器,并对比分析了钢板耗能器的实验结果和模拟结果,两者的滞回曲线基本一致,都很饱满稳定,耗能性能优越。在此基础上,又对该耗能器的低周疲劳性能开展了研究,为其推广应用奠定了基础。     

自复位装配式钢-混凝土混合框架节点抗震性能试验研究

结合装配式梁、柱构件螺栓连接施工便捷的特性与后张预应力筋预压连接的抗震性能优势,提出一种自复位装配式钢-混凝土混合结构框架节点,该节点由钢筋混凝土柱和钢-混凝土混合梁通过高强螺栓拼装而成,主要通过后张梁内的无黏结预应力筋提供复位力,并通过摩擦耗能装置与钢梁段塑性变形进行耗能。共完成了5个边节点的低周往复加载试验,分别研究了混合梁内预应力筋的初始预拉力与摩擦装置中高强螺栓的初始预紧力对该节点承载能力、抗震性能、耗能能力和复位能力的影响。研究结果表明：试件表现出明显的两阶段滞回特性,第一阶段为钢梁段屈服前,混凝土梁与钢梁段接触面呈现出持续开合复位机制,滞回曲线呈现明显双旗形,复位效果明显;第二阶段为钢梁段屈服后,随着荷载增大,钢梁的塑性变形逐渐增大,滞回曲线趋于饱满,试件耗能能力显著增加。试件的峰值荷载、延性系数和累积耗能值随摩擦装置中高强螺栓的初始扭矩增大而增大,峰值荷载和复位能力随梁内预应力筋的初始预拉力增大而增大。在整个试验过程中,各试件梁、柱主体构件损伤不明显,基本实现震后可恢复。     

预压弹簧自恢复耗能支撑受力性能分析与试验研究

预压弹簧自恢复耗能支撑由内管、外管、摩擦耗能装置及组合碟簧自复位装置组成,对其受力性能进行分析,并建立了描述该支撑滞回特性的恢复力预测模型。通过对预压弹簧自恢复耗能支撑的低周往复加载试验,研究其滞回特性、自恢复性能及耗能能力,并与建立的预测模型进行了对比分析。结果表明：预压弹簧自恢复耗能支撑具有稳定的“旗形”滞回曲线,耗能能力随摩擦耗能装置提供摩擦力的增大而增大,且碟簧间及碟簧与内管间摩擦可为支撑提供一定耗能能力;当碟簧预压力能够克服摩擦耗能装置提供的摩擦力时,支撑具有更好的自恢复性能。所建立的恢复力预测模型与试验的滞回曲线吻合较好,能够有效地反映支撑的实际受力情况。     

新型装配式梁柱耗能连接节点试验研究

本文提出了一种新型装配式梁柱节点连接形式,主要依靠高强螺栓和反丝套筒实现连接。为了研究该节点的抗震性能,试验制作了三个足尺的框架边节点模型,节点连接位置作为可变参数,对三个节点进行了低周反复荷载试验,详细观察了构件的破坏形态和裂缝发展规律,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等。试验结果表明,该新型节点具有更好的延性和耗能能力,采用该节点连接可以有效实现塑性铰外移,保护了节点核心区,符合抗震设计规范的要求,且螺栓在试验过程中表现良好,能够提供良好的摩擦力和紧固力。因此,该节点具有一定的研究价值和可实施性,研究成果将为装配式结构的设计与应用提供科学依据。     

箱板式钢结构住宅底部加强区组合钢板墙抗震性能试验研究

带混凝土约束面板的组合钢板墙具有合理的破坏模式和良好的抗震性能,可用于箱板式钢结构住宅的底部加强区。在前期有限元分析和试验研究的基础上,设计制作了2个1/3比例的组合钢板墙试件,并进行了低周反复试验。研究了试件的破坏过程、破坏模式、承载力、变形性能等,重点分析了螺栓间距、加劲肋的布置方式等对试件抗震性能的影响。试验结果表明:加劲肋的设置会明显改变钢板墙的破坏模式和抗震性能,即未设置L型加劲肋的组合钢板墙,破坏时只在T型加劲肋两侧形成明显的交叉拉力带,且试件的承载力较低,滞回曲线捏缩严重,耗能能力相对较差;增大螺栓间距的组合钢板墙,破坏时只在中部两排螺栓间形成明显的交叉拉力带,且试件的承载力下降,延性也降低,耗能能力相对较差。提出了箱板式钢结构底部加强区墙体设计的建议。