低损伤预应力自复位装配式混凝土耗能框架节点试验和数值研究

为了提高传统预应力干连接节点的抗震性能,提出一种带软钢阻尼器的低损伤自复位装配式混凝土（self-centering precast concrete,SCPC）耗能框架节点。设计了10个不同参数试件,对其进行拟静力试验,研究不同试验参数下梁柱组合体的裂缝开展情况、滞回特性、预应力筋合力、骨架曲线、钢筋应变等。试验结果表明：相比传统的RC节点,低损伤SCPC节点具有良好的自复位能力和抗震性能,预制构件最大裂缝宽度仅为0.08mm;试验中预应力筋始终保持弹性状态,初始预应力越大、预应力筋四周布置能明显提高SCPC节点的初始刚度和耗能能力,耗能条尺寸为中等型号的软钢阻尼器D1在三种阻尼器中耗能效果最佳;梁中纵向钢筋的应变也随梁端位移的增加而增加,且拉应变值明显大于压应变。此外,通过节点有限元模拟和试验结果的误差分析可得,节点张开弯矩、极限弯矩、初始刚度和开裂后刚度的最大误差均在7%以内,从而验证了有限元模拟方法的精确性,可为低损伤SCPC框架结构的整体抗震分析奠定基础。     

PEC柱-钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震试验研究

为系统研究梁柱采用自复位连接组合框架的抗震机理,选取预拉杆长度设置、PEC柱截面强弱轴布置和柱脚连接方式3个设计参数,设计制作了4榀PEC柱-钢梁梁柱摩擦耗能部分自复位连接组合框架1∶2缩尺试件并进行拟静力抗震试验。通过试验现象观察和数据分析,对试件的滞回特性、抗侧刚度退化、复位能力、滞回耗能等抗震性能进行研究。结果表明：摩擦耗能部分自复位连接通过T形件长圆孔合理设置实现了“设计地震水平阶段实现复位,大震设计水平阶段自复位连接连接转化为伴随出现螺栓承压型受力实现部分自复位”的性能化设计目标;设计地震阶段,试件主要通过辅助摩擦耗能件耗能,且卸载残余侧移小于自复位结构侧移限值（0.3%）,在大震作用阶段,试件通过辅助摩擦耗能件与结构构件损伤联合耗能,承载能力仍继续增大,且仍具有部分自复位能力;预拉杆设置有限长度可显著增强结构整体性,PEC柱弱轴布置一定程度上降低了结构整体性,而PEC柱脚采用铰接可显著削弱结构整体性。     

全装配式自复位耗能钢筋混凝土框架梁柱节点抗震性能研究

为研究全装配式自复位耗能钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震性能,针对该类梁柱节点开展拟静力试验.该节点采用钢套加固节点核心区梁柱构件,利用在梁截面中心后穿的无黏结预应力钢绞线提供自复位能力,节点区设置可更换低屈服点钢棒提供耗能性能.试验中共制作了 5个比例3/5缩尺梁柱节点,研究了该类型梁柱节点在低周往复荷载作用下的滞回性能...     

带耗能钢板的自复位方钢管混凝土框架抗震性能研究

为了减小"梁增长"现象对自复位框架的影响,提出一种自复位方钢管混凝土框架,该框架由钢管混凝土柱、钢梁及带耗能钢板的自复位梁柱节点组成。对3榀1/3比例的自复位方钢管混凝土框架进行低周往复荷载试验,研究其自复位性能和抗震性能。利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值分析,并验证了有限元模型的准确性,同时构建足尺模型研究了钢绞线初始预拉力和耗能钢板耗能段截面积对自复位框架性能的影响。结果表明:加载至2%层间位移角时,自复位框架表现出较好的自复位能力和耗能能力;增大钢绞线初始预拉力,结构承载能力与耗能能力增强,自复位能力先增强后减弱;增大耗能钢板耗能段截面积,结构的承载力随之增大,残余变形亦增大,自复位能力减弱。     

钢框架延性耗能节点简化模型研究

为简化延性耗能节点有限元数值计算,给大型延性耗能节点钢框架结构简化计算提供基础研究,对梁翼缘局部热处理型节点、盖板加强型节点和翼缘过渡板加强型节点3种构造形式的延性耗能节点简化理论模型进行了理论和数值研究。在节点试验研究基础上引入弹簧单元设计节点简化理论模型,根据弹簧单元广义力和广义位移关系设定弹簧本构关系,充分反映节点域和节点连接组件变形。采用ANSYS有限元软件对节点简化理论模型进行数值计算,提取节点弯矩 转角滞回曲线,将其与试验结果进行对比。结果表明:滞回曲线和试验结果吻合较好,简化理论模型能够体现延性耗能节点的实际力学性能和塑性区发展过程;所得结论可为延性耗能节点钢框架结构数值分析提供新方法。     

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。     

含暗牛腿顶底摩擦耗能自复位混凝土梁柱节点的滞回性能

对一种含暗牛腿的顶底摩擦耗能预应力装配式自复位混凝土框架(HC-FD-SCPC)梁柱节点,采用Open Sees有限元软件开展滞回性能模拟,分析该节点的工作机理和力学性能。该节点由预应力筋提供自复位能力,顶底摩擦耗能器进行摩擦耗能,并通过在柱上设立暗牛腿改善剪力传递机制,便于现场安装。对预应力筋截面面积、初始预张力、摩擦耗能器摩擦力等参数分析表明:预应力筋截面面积增加能提高第二刚度;初始预张力增加能提高节点张开启动力;摩擦耗能器的摩擦力增加能提高节点张开启动力和耗能性能。     

钢筋混凝土框架-剪力墙模型结构试验的滞回反应和耗能分析

本文以实际工程为研究背景,根据模型相似关系,通过拟动力试验的方法,对钢筋混凝土框架-剪力墙模型结构的滞回反应和耗能进行了分析,探讨了结构在地震作用下的破坏机理及其薄弱环节或部位。试验结果表明,在水平地震作用下,框架-剪力墙结构的屈服顺序为:剪力墙根部→框架各层梁端→框架各柱根部,剪力墙的屈服和耗能能力对整个结构的承载力和变形性能影响很大。当弹塑性变形较大时,结构的性能主要取决于剪力墙根部截面的性能。本文工作为指导这类结构体系的抗震设计以及进行更深入的研究提供了基础资料。     

矩形钢管混凝土框架节点的拟静力试验研究

完成了四个矩形钢管混凝土框架节点(外加强环)模型的拟静力试验。研究表明:矩形钢管混凝土框架节点滞回曲线饱满,耗能能力强;达到极限荷载后具有良好的延性和稳定的后期承载能力,位移延性系数在3.5~4.76之间,满足延性节点的要求,具有较好的受力性能和抗震能力。梁柱线刚度比较大的试件具有较高的承载力和弹性阶段刚度,增大轴压比对试件的弹性刚度影响不大,但随着轴压比的增加,试件的后期变形能力有减小的趋势。     

矩形钢管混凝土框架节点与其他节点的比较研究

通过3个全矩形钢管混凝土框架节点(外加强环)模型的拟静力试验,以轴压比和梁柱线刚度比为参数,研究了该类框架节点的滞回曲线、延性、强度与刚度退化、耗能能力、破坏机理及其破坏特征,考察了轴压比、梁柱线刚度比等参数对节点受力性能的影响规律。结论表明:全矩形钢管混凝土框架节点的滞回曲线饱满,耗能能力强;强度与刚度退化缓慢;在达到极限荷载后具有良好的延性和后期变形能力,满足延性节点的要求。经与钢筋混凝土框架、组合结构框架及钢框架节点抗震性能的比较可知,全钢管混凝土框架节点具有较好的受力性能和抗震能力,研究成果可用于指导钢管混凝土结构的工程实践。     

利用钢板剪力墙耗能的自复位结构抗震性能研究

为考察利用钢板剪力墙耗能的自复位结构的抗震性能,通过理论分析和有限元模拟,研究钢板剪力墙厚度和钢绞线的预拉力对结构的影响。对结构受力性能进行分析,得到结构的理论复位刚度值。采用有限元对模型试件在循环荷载作用下的抗震性能进行模拟,通过对所得滞回曲线、结构耗能性能、骨架曲线、结构水平承载力、抗侧刚度及延性的分析,了解各个影响因素对结构的作用并与理论计算进行对比。结果表明:随着钢板剪力墙厚度的增加,结构在相同循环荷载作用下,每次循环的耗能量增加,承载力显著增大,延性更优,但是结构的复位能力逐渐变差;随着钢绞线的预拉力增加,每次循环的耗能量略微减小,结构最大层间位移增加,致使极限承载力增大,并且使结构的复位能力增强。     

再生混凝土框架梁柱中节点抗震性能试验研究

通过3个再生混凝土框架梁柱中节点试件在低周反复荷载下的加载试验,对其破坏形态、滞回性能、延性特征、刚度退化等进行了研究,为再生混凝土结构的工程应用提供试验依据和理论基础。研究结果表明：再生混凝土节点受力和破坏过程可分为初裂阶段、通裂阶段、极限阶段、破坏阶段;节点核心区剪切破坏时,混凝土多沿再生骨料新老砂浆界面呈酥松状破坏,表现出明显脆性性质;增加箍筋数量,可以提高节点核心区的受剪承载力;在核心区发生剪切破坏前,梁根部纵筋能够充分发挥变形能力,滞回曲线较为丰满;施加轴向压力,可延缓节点裂缝的开展,抑制梁纵筋黏结滑移,有助于提高试件的抗震性能;再生混凝土试件具有一定的延性和耗能能力,通过合理的设计可以用在抗震设防地区。     

Y形直接焊接矩形钢管节点滞回性能试验研究

对钢管结构中常用的Y形矩形钢管节点进行了试验研究。通过对支管施加轴向往复荷载,共对10个直接焊接Y形矩形管节点进行拟静力试验。为研究钢管加工及节点焊接过程中产生的残余应力对节点性能的影响,对其中2个节点进行了去应力退火处理。通过分析节点的承载力、延性比和能量耗散系数,对此种节点的滞回性能进行了深入研究。试验表明：在支管承受轴向往复荷载作用时,总是在支弦管连接焊缝外边缘沿支管侧壁方向切断弦管上壁面,从而导致节点性能的劣化。在弦管上壁面拉裂之前节点耗能性能良好,且退火节点在弦管上壁面拉裂之后仍然有较大的耗能潜力。节点的滞回性能较好,这为在抗震区推广使用管结构提供了有力支持。     

钢筋混凝土框架变梁中节点抗震性能试验研究

完成了10个1/3缩尺钢筋混凝土框架变梁中节点试件的低周反复荷载试验,分析了变梁中节点的破坏形态、刚度退化和滞回耗能等力学性能,研究了梁柱尺寸变化、轴压比、配箍率等参数对该类节点抗震性能的影响。研究结果表明：变梁中节点初裂出现在小梁与上柱组成的小核心区,最终破坏区域主要发生在大梁与下柱组成的大核心区;变梁中节点通裂荷载与极限荷载比较接近,变梁中节点大、小梁端滞回曲线差别显著,大梁滞回曲线呈反S形,小梁滞回曲线呈较为饱满的弓形,小梁截面尺寸变化对试件的抗震性能影响显著;变梁中节点的强度衰减、刚度退化明显,耗能能力较差,按常规节点设计构造的变梁中节点不能满足刚性节点的要求。     

自复位屈曲约束支撑框架耗能组件影响分析

为探究屈曲约束支撑耗能组件对自复位屈曲约束支撑(SCBRB)框架抗震性能的影响,基于"等强原则"和自复位需求设计了不同核心板面积的SCBRB框架,并开展了地震作用下的动力分析。分析结果表明:随着核心板面积的增大,支撑的耗能能力增大,结构的最大位移响应减小,加速度和剪力响应也减小;但在相同预应力筋的情况下,初始张拉应变增大会降低支撑的变形能力,可能会导致支撑变形能力不能满足变形需求。     

钢框架加强型节点抗震性能试验研究及有限元分析

为探讨加强板构造形式对节点抗震性能的影响,针对盖板、翼缘过渡板、腋板以及肋板等4种不同构造形式加强型节点进行试验及有限元分析,对其承载力、荷载-位移滞回性能、塑性变形能力、耗能、破坏形态等进行研究。结果表明:在低周循环荷载作用下,4种不同构造形式的节点试件均形成塑性铰并远离梁柱连接焊缝位置,塑性铰处的梁翼缘和腹板均产生较大塑性变形,耗能效果明显,达到塑性铰外移设计要求,梁柱节点焊缝没有出现脆性破坏。加强板的构造形式对节点承载力、延性及耗能能力有较大的影响,腋板及肋板加强节点试件的承载力高于盖板和翼缘过渡板加强型节点,而后两种节点的延性和耗能能力大于前两种节点。设计中应综合考虑加强板构造形式对节点抗震性能影响。综合比较试验及有限元分析结果可知,翼缘过渡板、腋板加强型节点具有较高的承载力以及较好的延性和耗能能力,建议在高烈度抗震设防区使用。     

自复位耗能支撑研究综述与展望

自复位耗能支撑具有良好的复位和耗能能力,能够控制结构地震响应、减小结构震后残余位移角,同时为结构提供附加耗能能力,降低主体结构的损伤。自复位耗能支撑凭借其抗震性能优越和施工安装便捷等特点,成为可恢复功能结构的研究热点之一。在回顾了自复位阻尼器装置研究的基础上,阐述了初代自复位耗能支撑的基本组成和工作原理,总结其相关试验研究。以改善初代自复位耗能支撑的工作性能为目标,归纳了近10余年自复位耗能支撑在提高轴向伸长能力、创新耗能装置、降低预应力水平三个方面的研究进展和成果,分析了目前存在的动力可靠性和不确定性研究不足、滞回性能有待进一步改善、复位材料使用受限等问题,并指出自复位耗能支撑的未来研究方向。     

新型串联式自复位屈曲约束耗能构件的滞回性能分析

提出一种新型串联式自复位屈曲约束耗能(SC-BRED)构件,该构件由套管-玄武岩纤维预拉杆式自复位系统提供自复位能力,通过屈曲约束核心钢板耗能,并通过串联式的构造提高构件变形能力。在分析该新型构件的工作机理与力学性能的基础上,通过ABAQUS软件开展了新型构件的滞回性能数值模拟,验证其串联式工作机理并研究其滞回性能。结果表明:串联式的构造能使构件变形能力较现有非串联式构件提升2倍;新型构件具有饱满且稳定的旗帜型滞回曲线,拉压对称,通过自复位体系有效控制了残余变形。对预拉杆尺寸、初始预张力及核心板尺寸等参数进行分析,以研究新型构件滞回性能和耗能能力。结果表明:预拉杆尺寸影响构件刚度,初始预张力影响构件自复位能力和残余变形,核心板尺寸主要影响构件耗能能力。     

分阶段耗能摩擦-金属复合型阻尼器试验研究

为解决普通金属阻尼器在多遇地震下耗能效率低和摩擦阻尼器在罕遇地震下耗能能力不足等问题,提出一种分阶段耗能的摩擦-金属复合型阻尼器(FMCD)。为了考察金属阻尼器耗能材料(LY160和Q235)以及摩擦阻尼器的螺栓扭矩大小(80 N·m和120 N·m)等对FMCD受力性能的影响,制作了4个FMCD并对其进行拟静力循环荷载试验。试验结果表明,在止滑机制触发前,摩擦阻尼器工作,耗能效率高;加载位移大于止滑位移后,金属阻尼器工作,阻尼力增大;将摩擦阻尼器的预紧扭矩提升50%,FMCD摩擦阻尼器耗能阶段的峰值荷载和累积耗能分别提高了23%和18%;相较于采用Q235耗能的FMCD,采用LY160耗能的FMCD峰值荷载降低了7.6%,但累积耗能提高了29.9%,极限位移增加了15 mm。