新型钢铅组合耗能器试验研究

利用钢和铅各自的优点开发了一种低屈服极限新型钢铅组合耗能器,通过2组不同参数耗能器和1个纯钢耗能器的试验研究,分析了翼缘宽度和腹板厚度等参数对耗能器性能的影响,对同等位移和同等出力情况下的钢铅组合耗能器和纯钢耗能器滞回曲线进行了对比。结果表明,所开发的新型耗能器滞回曲线饱满、耗能稳定,可通过设计耗能器的参数达到所需屈服性能,耗能器制作工艺简单、经济性好,是一种性价比较高的耗能器。     

基于新型自复位摩擦耗能支撑的RC框架结构地震残余变形控制

基于Cu-Al-Be合金丝,研制了一种新型自复位摩擦耗能支撑,通过试验研究了该支撑的滞回性能,并利用OpenSEES平台建立了分析模型,将其应用于RC框架结构的地震残余变形控制。结果表明:摩擦力越大,该支撑耗能性能越好,但相应会增大残余位移;利用OpenSEES分析模型计算的滞回曲线与试验曲线吻合较好,表明所建立的分析模型具有良好的计算精度;在RC框架结构地震残余位移较大处布置该支撑,能够经济有效地控制结构整体的残余位移。     

零初始索力自复位耗能器的工作性能分析

在结构中安装传统耗能器,能够获得较好的耗能效果,但地震时的耗散能量会使它变形过大而不能继续工作,在震后往往需要更换,修复成本较高;同时其构件也会发生不同程度的损伤,难以恢复到正常使用状态。针对普通耗能器的不足,设计了一种零初始索力自复位耗能器,它由传动装置、碟形弹簧复位装置和双剪型摩擦耗能装置组成。首先,介绍了复位装置和耗能装置的构造及该自复位耗能器工作原理,并建立其力学模型。其次,采用有限元软件ABAQUS建立该耗能器复位装置和耗能装置的有限元模型,对比分析俩装置的模拟滞回曲线与理论滞回曲线,结果表明模拟曲线与理论曲线吻合较好。恢复力曲线具有典型的胡克定律特征,表明该复位装置弹性较好,能够提供稳定的恢复力。然后,分别在4种工况下对摩擦耗能装置滑动摩擦力的理论值、模拟值及试验值进行对比分析,其滞回曲线具有典型的库伦摩擦定律特性,说明该耗能装置能够提供稳定的滑动摩擦力。最后,在位移加载下对该自复位耗能器的滞回曲线和骨架曲线进行对比分析,结果表明：该自复位耗能器具有较好的耗能性能与复位性能。零初始索力自复位耗能器结构简单,原理明确,性能优良,安装方便,适应性强,可在框架结构中推广使用。     

一种钢铅组合耗能器的滞回模型和减震效果研究

该文在工字型钢铅组合耗能器试验的基础上,建立其滞回模型,并对安装耗能器的减震结构进行数值仿真,研究这种耗能器的滞回性能和减震效果。首先建立了耗能器的有限元分析模型,在有限元模型能够准确描述耗能器力学性能的前提下,利用均匀设计法对耗能器的主要几何参数进行设计,并进行数值回归计算,得到了耗能器的双线性滞回模型屈服强度、弹性刚度、强化刚度等力学性能与几何参数之间的关系。建议的滞回模型形式简单,便于工程应用,且与试验结果接近,表明模型参数公式合理;最后,建立钢铅组合耗能器减震体系的仿真模型,进行地震反应分析,结果表明:钢铅组合耗能器有良好的减震控制效果。     

双钢板混凝土组合剪力墙试验研究及结构弹塑性时程分析

以16个不同参数的带约束拉杆的双钢板混凝土组合剪力墙滞回加载试验为基础,研究了不同高宽比、轴压比以及不同约束拉杆间距的组合剪力墙破坏模式,得到了试件的滞回曲线、承载力、骨架曲线以及位移延性等抗震性能参数,并通过数值计算其与普通钢筋混凝土剪力墙的对比,分析得出组合剪力墙具有比普通剪力墙更好的承载力和延性。同时采用ABAQUS有限元软件对双钢板混凝土组合剪力墙结构和普通混凝土剪力墙结构进行不同地震作用水平的弹塑性时程分析,对比了二者的层间位移角及构件的塑性耗能,结果表明较之普通混凝土剪力墙,组合剪力墙可以有效的减小结构的层间位移角,降低剪力墙的塑性耗能,提高连梁的耗能比例,对结构抗震更为有利。     

三阶屈服屈曲约束支撑耗能机理及设计方法研究

屈曲约束支撑(BRB)在拉压荷载作用下受力基本对称,其滞回曲线饱满,是一种耗能效果优良且广泛在工程中应用的耗能构件。传统屈曲约束支撑在多遇地震作用下不发生屈服,无法为结构提供耗能,且无法兼顾不同强度地震作用的使用需求。基于此,提出一种能够三阶屈服的屈曲约束支撑(TYBRB),并通过理论和模拟相结合对其工作原理及力学性能进行了系统的研究。介绍了TYBRB的构造组成及工作机理;在力学分析的基础上,建立了TYBRB的刚度方程,给出了各阶屈服力和屈服位移的计算方法;并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,分析了TYBRB受力性能和抗震优越性。研究结果表明：TYBRB可以在较小变形情况实现一阶、二阶屈服进行耗能,具有明显的三阶屈服效果,可兼顾不同强度地震作用实现分阶段屈服耗能,且耗能性能优越。     

装配式零初始索力摩擦耗能复位支撑力学性能试验研究

提出了一种装配式零初始索力摩擦耗能复位支撑（FZFRB）,该支撑具有简单的构造形式,既能在震后为结构提供回复力,又能避免索体预应力损失。设计了两个试件,并对其力学性能进行了数值模拟和拟静力试验研究。结果表明:该支撑采用的两组初始索力为零的镀锌钢丝绳索体交替受力、传力杆带动黄铜-槽孔钢摩擦板耗能器耗能的构造形式切实可行;该支撑在受力过程中无刚度退化现象,滞回曲线饱满,耗能规律稳定;数值模拟与试验得到的滞回曲线吻合较好;当支撑复位停止后,放松黄铜-槽孔钢摩擦板耗能器中高强应变螺栓,使支撑继续复位至位移零点时的残余荷载仅为-0.12 kN,说明支撑具有很好的复位功能。     

斜交网格X型节点轴向往复荷载作用下的性能研究

以斜交网格X型节点为原型,采用ABAQUS数值分析软件建立模型,对其进行轴向拉压往复荷载作用下的非线性分析。分析了在加载过程中节点的钢部件和混凝土的应力分布情况,并研究了节点的荷载-位移滞回特性及刚度退化。同时,以节点相贯角度、竖向连接板厚度、衬板厚度、钢管宽厚比、加强环厚度、混凝土强度等级为控制参数,分析其对X型节点轴向性能的影响。研究表明:采用竖向连接板、衬板和加强环可以改善节点区混凝土的约束效果,节点滞回曲线饱满,初始刚度较大,且刚度退化较慢,表现出良好的抗震性能。竖向连接板厚度、钢管宽厚比和混凝土强度等级对节点极限承载力、滞回性能以及刚度退化影响较大,而节点相贯角度、衬板和加强环厚度对节点极限承载力、滞回性能以及刚度退化影响较小。     

大跨连续刚构桥双肢薄壁墩抗震性能研究

为获得双肢薄壁墩在地震作用下的破坏形态与力学性能,采用低周反复荷载试验探讨了不同轴压比、主筋率及体积配箍率对该类型桥墩抗震性能的影响,得到了各试验墩的破坏特性、滞回曲线、位移延性与耗能性能。试验结果表明:各试验墩的破坏形态基本相似,大体可分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、弯曲破坏阶段。试验墩在墩底及系梁处破坏严重,其中墩底与墩顶出现显著的弯曲破坏,系梁处出现“X形”裂缝。主筋率较高的双肢薄壁墩滞回曲线较为饱满,耗能性能良好,适当提高轴压比可显著提高该桥墩的延性性能。各试验墩的变形能力较好,位移延性在2.63~3.68,变化幅度较大,主筋率对延性影响显著。     

钢筋混凝土框架核心筒结构层间耗能分布研究

该文通过对5个不同结构特性的钢筋混凝土框架-核心筒结构, 选用一定数量的地震波进行时程分析, 研究了此类结构在水平地震作用下的滞回耗能与结构动力特性以及地震动参数的关系, 以及滞回耗能在构件及层间的分布规律。研究表明:结构自振周期与地震波卓越周期比和地震动加速度幅值对结构滞回耗能影响较大, 刚度特征值影响外框架与内筒之间滞回耗能分配, 内核心筒中连梁和剪力墙的线刚度比与两者之间耗能分配比例呈线性关系;结构滞回耗能主要集中于底层剪力墙和中部连梁处。通过参数分析及回归拟合的方法得到能够反映结构刚度特征值、连梁与剪力墙线刚度比和结构周期等因素的滞回耗能层间分布规律的简化计算公式。     

基于形状记忆合金的X形板阻尼器的力学模型

根据超弹性形状记忆合金（SMA）的分段线性化本构关系,建立了X形SMA板式阻尼器的力学模型;通过MATLAB程序进行数值模拟,绘制了X形SMA板的阻尼力滞回曲线,并研究了位移幅值、温度、形状尺寸对阻尼器基本特征参数（等效割线刚度、单位循环消耗的能量、等效阻尼比）的影响。结果表明：X形SMA板式阻尼器具有“旗帜”形的滞回曲线,耗能较小,但复位能力好;随位移幅值增加,耗能力和等效阻尼比增加,等效割线刚度降低,温度的影响与此相反;阻尼器的特征参数随板高增加均呈降低趋势;增加板宽,单位循环耗能与等效割线刚度增加,而等效阻尼比不变。研究结果为X形SMA板式阻尼器的设计和工程应用提供了理论依据。     

冷弯型钢组合截面T形节点抗震性能研究

冷弯型钢在低层住宅结构中应用广泛,国内已有相应规范出版,但对冷弯型钢组合截面缺少相关设计规定。该文选择双肢冷弯C型钢背靠背带垫板的截面形式,对其抗弯节点进行抗震性能研究,采用试验与有限元分析相结合的方法,研究了节点板厚度、螺栓间距、C型钢厚度和腹板高度等参数对节点抗震性能的影响,发现该类节点的破坏特征符合抗震设计要求,滞回曲线饱满,承载力退化稳定、初始刚度大、刚度退化较为严重、耗能性能和延性较好。在相关参数中节点板厚度和螺栓间距对节点抗震性能的影响最大。C型钢厚度和腹板高度增加能明显提高节点的极限承载力。螺栓间距的增加会使节点承载力略有提高,但节点的耗能性能变差。     

带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙抗震性能研究

钢板剪力墙因具有良好的抗震性能被大量应用到高层建筑和高烈度区域。为解决装配式钢板剪力墙滞回曲线捏缩、平面外屈曲问题,该文提出一种带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙。针对该装配式高强钢板剪力墙,变化高厚比和钢材牌号对其进行拟静力荷载作用下抗震性能有限元和试验研究,分析破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能和延性。研究结果表明：该装配式高强钢板剪力墙内嵌板环形阻尼器和边界连接板带屈服破坏,其他构件完好;滞回曲线饱满,位移延性系数在5.7～8.7,抗震性能良好;提出的抗剪承载力计算公式简单明了、概念明确,与有限元模拟和试验吻合良好。     

带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

针对自复位节点复位阶段抗力大的问题,提出了带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点。为研究节点的抗震性能和自复位性能,对5个足尺梁柱节点试件进行低周往复荷载试验,对其受力性能进行理论分析,建立节点的恢复力模型。结果表明:带开槽耗能板的自复位节点具有良好的耗能能力、承载能力和自复位性能,滞回曲线呈典型的“双旗帜”形。4.00%位移角时节点残余变形较小,除耗能板外其余部件均保持弹性,震后更换耗能板即可快速修复。节点的自复位性能随耗能板单个板条宽度的增大而降低,耗能能力随单个板条宽度的增大而提高;耗能板厚度和宽度越大,节点的耗能能力和承载力越强,自复位能力越弱;钢绞线初始预应力对节点的承载力、初始刚度和自复位能力均有显著影响,但对节点耗能能力影响很小。恢复力模型与试验结果吻合较好。     

一种新型自复位SMA支撑的抗震性能试验研究

有效提高支撑的延性和耗能能力以及减小支撑的残余变形,是提高建筑结构抗震性能和震后功能恢复能力的重要手段之一。该文基于形状记忆合金(SMA)的自复位性能和滑移螺杆摩擦耗能等思想,提出一种抗震性能良好和自复位能力强的新型自复位SMA支撑。对五个不带SMA的支撑和六个自复位SMA支撑进行低周往复加载试验研究,得到了支撑的滞回曲线、骨架曲线、割线刚度、耗能能力、承载能力和自复位能力等抗震性能指标。试验结果表明:所提出的自复位SMA支撑具有良好的耗能能力、承载能力、延性及自复位能力,整个试验过程中各板件未达到屈服,且SMA可复位至初始状态,无任何构件发生损伤;各自复位SMA支撑试件的滞回曲线均较饱满且大致呈现旗帜型,最大自复位率达到93.7%。所提出的自复位SMA支撑具有良好的抗震性能,可作为自复位阻尼器使用。     

SMA滑动摩擦阻尼器的数值模拟及参数分析

该文将超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)螺栓和摩擦斜面结合,提出一种SMA滑动摩擦阻尼器(SMA slip friction damper,SMASFD)。介绍了SMASFD的基本构造和工作原理,给出描述滞回行为的理论公式,开展了概念验证试验,建立了三维实体单元有限元模型。试验数据和分析结果均表明,采用合理设计的斜面倾角和摩擦系数,阻尼器可展示出“旗帜形”滞回曲线,拥有良好的耗能能力和优越的自复位能力,并且理论公式和模拟结果均与试验数据吻合良好。基于已经验证的有限元模型,建立了6个额外的有限元模型进行参数分析,关键参数包括斜面倾角、摩擦系数和SMA螺栓的预紧力。参数分析结果表明：阻尼器的非线性变形集中于SMA螺栓内,其他部件保持弹性;增大斜面倾角可提高阻尼器的强度、割线刚度和耗能能力;当接触面间的摩擦系数较大时,阻尼器的耗能能力得到提高,但是超过上限值会导致阻尼器无法自复位;对SMA螺栓施加预紧力可提高阻尼器的初始刚度和割线刚度,但是会降低阻尼器的最大变形能力。     

自复位粘弹性腹杆的力学原理与滞回性能研究

为改善超高层建筑伸臂桁架抗震性能,消除传统斜腹杆屈曲后强度刚度退化明显、耗能不足和残余变形较大等问题,该文设计了一种兼具稳定刚度、耗能和复位功能的自复位粘弹性斜腹杆（SC-VEDM）代替传统型钢腹杆。通过合理的构造措施,将粘弹性材料、预应力筋和型钢组装起来,利用粘弹性材料剪切变形提供耗能能力,预应力筋始终受拉提供复位能力;建立SC-VEDM的理论力学模型,分析不同工作阶段的受力特征,推导其理论恢复力模型;利用通用有限元软件MSC.Marc建立SC-VEDM的精细有限元模型,对其滞回性能进行了模拟预测。结果表明,该文提出的构造措施可行,设计的SC-VEDM具有稳定的刚度、较好的耗能和复位能力。且SC-VEDM的数值模拟结果与理论恢复力模型结果吻合良好,腹杆第一刚度相对偏差为0.4%,受压承载力最大相对偏差约为4.64%,累积滞回耗能最大相对偏差约为10.9%,为后续SC-VEDM的试验和设计方法研究奠定了基础。     

带Z字形悬臂梁段拼接的装配式钢框架节点抗震性能试验研究

提出一种适用于装配式钢结构的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点。以滑移耗能的理念设计了基础试件,通过关键参数的变化得到六组试件。对六组试件进行了低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式和拼接区的滑移情况进行了分析,获得了节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、转动能力以及刚度退化等抗震性能。结果表明:带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点属于半刚性连接节点,节点变形性能良好。节点能有效利用拼接区摩擦面滑移、螺栓和孔壁挤压以及板件屈服实现耗能。适当减少翼缘高强螺栓数目能有效提高节点延性性能和塑性转动能力。翼缘和腹板螺孔开大孔和使用三角形垂直加劲肋对节点的耗能能力和承载能力影响很小。     

双段消能摇摆结构体系的地震反应特性研究

单段消能摇摆结构体系通过刚度较大的摇摆结构,能够控制主体结构均匀变形,遏制薄弱层产生。当结构高度较高时,单段摇摆结构的抗弯刚度较难满足抗震设计需求,单段消能摇摆结构体系不适用于高层建筑。基于此,提出了将单段摇摆结构划分为双段、并于分段位置处布设位移型阻尼器的双段消能摇摆结构体系。双段摇摆机制可以抑制薄弱层产生,降低摇摆结构的抗震设计需求。阻尼器能够消耗地震能量,进一步降低结构的地震反应。以双段消能摇摆钢桁架-框架结构为对象,分析对比了支撑-框架结构、单段消能摇摆钢桁架-框架结构、单段摇摆钢桁架-框架结构以及双段摇摆钢桁架-框架结构的抗震性能。采用OpenSees软件建立弹塑性有限元分析模型,进行了弹塑性抗震分析以及增量动力时程分析。研究表明,双段消能摇摆结构体系具有良好的抗震性能与可恢复性能,相比单段消能摇摆结构体系,可以进一步减小结构地震反应和摇摆结构抗震设计需求,该体系能应用于更高的建筑。