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。     

带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为减小耗能部件对自复位性能的影响,提出一种带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱 钢梁节点。对4个2/3缩尺比例的自复位节点试件进行了拟静力试验,研究钢绞线初始预应力、耗能钢棒直径及是否布置楔形装置对节点受力性能、自复位性能和抗震性能等的影响。结果表明：在梁端往复荷载作用下,各试件的滞回曲线均为典型的“双旗帜”形,具有良好的自复位性能和耗能能力。加载过程中,仅耗能钢棒进入塑性,主体构件及钢绞线均保持弹性。震后仅需更换耗能钢棒并调整楔形装置位置即可快速恢复使用功能。增加钢绞线初始预应力可以显著提高节点的承载力;增大耗能钢棒直径明显提高了节点的承载力和耗能能力;设置楔形装置可以显著提高节点的耗能能力。提出了带楔形装置自复位节点的简化恢复力模型,简化恢复力模型与试验滞回曲线吻合较好。     

轻钢结构加层中新型节点抗震性能试验研究

为了研究轻钢结构加层工程中节点的抗震性能,对传统植筋节点、碳纤维材料强化节点以及连接形式转化节点进行了拟静力试验,分析研究了节点的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等抗震性能.研究表明:三种轻钢结构加层节点的破坏形态均表现为梁端塑性铰破坏,最大裂缝均出现在梁端;两种新型节点的抗震性能均优于传统植筋节点,碳纤维强化节点的滞回曲线最饱满,耗能能力最强;连接形式转化节点的刚度提高程度最大,施工工艺简单.     

3种不同梁端构造的H型钢梁-柱节点抗震性能试验研究

为了研究不同梁端构造对H型钢梁-柱节点抗震性能影响,选用3个不同构造形式的节点,在相同的加载准则下对节点的破坏形式、滞回性能、骨架曲线、极限荷载、刚度退化、耗能等多项抗震性能指标进行比较和分析。试验研究表明,尽管3个H型钢梁-柱节点梁端构造不同,但均表现出良好的抗震性能;梁端局部的碳纤维布横向缠绕约束以及填充混凝土的构造,可以使节点延性提高约30%,节点强度提高约10%,且翼缘的屈曲远离焊缝位置;梁柱间采用端板-螺栓连接的节点耗能与采用焊接的节点较为一致,说明梁端-螺栓连接的构造对节点耗能的影响不显著。     

方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁连接的内隔板式节点的抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁连接的内隔板式节点的抗震性能,本文对3个节点试件进行了低周反复荷载试验,在此基础上对节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、变形恢复能力、延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能进行了较为深入的研究与分析。试验结果表明:内隔板式节点能够有效地传递梁端弯矩及剪力,其滞回曲线呈明显的梭形,单周耗能能力较强;节点在梁端塑性铰破坏模式下具有较好的承载力、耗能性能及滞回特征,而在剪切破坏及局部焊接破坏模式下则延性较低,抗震性能相对较差;节点在整个加载过程中刚度退化明显,持续均匀,同时表现出一定的变形恢复能力;楼板组合作用对于节点的抗震性能具有一定程度的影响。     

基于SMA/ECC的新型自复位框架节#br# 点抗震性能试验研究

为了提高框架节点塑性铰区损伤自修复自复位能力,减小结构的残余变形,实现框架结构震后结构功能的快速恢复,文章采用超弹性SMA筋和超高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)增强RC框架节点的抗震性能。设计制作了5个1/2缩尺比例框架节点,其中2个为考虑了梁端塑性铰区不同长度的SMA增强ECC节点模型,3个为对比节点模型,即普通混凝土节点、ECC增强混凝土节点和SMA增强混凝土节点。在新型SMA/ECC节点梁端塑性铰区,采用超弹性NiTi-SMA筋代替普通纵筋、ECC代替普通混凝土以增强其复位能力和耗能能力。通过低周往复加载试验,研究了新型节点的破坏过程、耗能能力、位移延性、残余变形和自复位性能。试验结果研究表明：往复荷载作用下,SMA节点均呈现“旗帜形”滞回性能,具有良好的自复位能力;ECC材料够优化框架节点梁端塑性铰的发展,提高结构的延性及耗能能力,延缓结构的屈服;SMA/ECC复合材料系统虽然会降低结构的初始刚度,但能够显著提高节点的延性及自复位能力,延缓刚度退化速度,提高结构抗侧移能力,可以实现结构损伤自修复和功能的快速恢复;覆盖梁端塑性铰区,SMA的长度的改变对自复位性能影响不大。     

Experimental and numerical study on low damage self-centering precast concrete energy dissipated frame connections

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。     

布置阻尼器的现浇与预制装配式框架梁柱组合体抗震性能试验研究

为研究安装有扇形铅黏弹性阻尼的现浇和预制混凝土框架梁柱组合体试件抗震性能的差异,对这两种梁柱组合体试件进行了低周反复加载试验,对比研究了两者的破坏模式、滞回耗能性能、承载能力、位移延性、承载力退化、节点核心区钢筋应变和受剪承载力.结果表明:扇形铅黏弹性阻尼器改变了预制试件的受力模式,使其梁端塑性铰外移,减缓和控制了节点核心区裂缝开展,保护了节点;减震试件的滞回曲线饱满,塑性变形能力强,刚度和承载力退化曲线也较为平缓,提高节点抗震能力;预制试件抗震性能与现浇试件基本相同,实现了阻尼器改善预制框架节点抗震性能目标.     

新型预制装配式消能减震混凝土框架节点抗震性能试验研究

为了提高预制装配式混凝土框架结构的抗震性能,提出一种由扇形铅黏弹性阻尼器与预制装配式混凝土框架组合而成的新型预制装配式消能减震混凝土框架结构体系。对体系节点进行了设计,并对普通预制装配式梁柱节点试件和新型预制装配式梁柱消能减震节点试件进行了低周反复加载试验,研究了试件的滞回特性、承载能力、位移延性、强度退化和梁端受力筋应变等抗震性能及其破坏特征。结果表明:新型预制装配式梁柱消能减震节点通过扇形铅黏弹性阻尼器的往复剪切变形参与节点的滞回耗能,具有良好的耗能效果,该新型节点滞回曲线饱满,耗能能力强;节点的承载力和位移延性明显提高;扇形铅黏弹性阻尼器增强预制装配式梁柱节点的抗侧力和抗侧刚度,改变节点受力模式,使塑性铰区从梁端后浇区外移至预制梁与阻尼器连接外侧,实现了"强节点弱构件、强剪弱弯"性能要求。     

转动型阻尼器及转动型耗能节点研究现状

梁柱节点需要较大的塑性转动能力,以避免节点脆性破坏并保证结构整体性,在节点安装转动型阻尼器或直接通过节点安装耗能元件形成转动耗能节点可以实现这一目标。综述了现有的转动型阻尼器以及转动型耗能节点,常见的转动型耗能阻尼器可分为摩擦型、金属型和复合型;常见的转动型耗能节点可分为摩擦型、金属型,以及自复位功能耗能节点。归纳了不同类型转动型阻尼器以及转动型耗能节点的构造形式;对比了复合型阻尼器、摩擦型和金属型阻尼器及耗能节点以及自复位耗能节点的试验曲线及耗能特点,归纳出了矩形、梭形、平行四边形、弓形、旗帜形5种滞回曲线形状;归纳了转动型阻尼器及转动型耗能节点的安装方式,以及试验中常用的悬臂式、十字形和平行连杆试件形式;对比了转动型阻尼器及转动型耗能节点的特点。并对未来的研究方向提出了展望。     

腋板加强型节点钢框架抗震性能试验研究

为研究腋板加强型节点空间钢框架抗震性能,对1∶3缩尺腋板加强型节点空间钢框架子结构进行拟静力试验,研究荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、抗侧刚度、层间位移角、承载力退化、塑性耗能等抗震性能。试验结果表明：南、北两榀钢框架滞回曲线饱满对称,骨架曲线呈S型,层间位移角在4.29%~5.99%之间;试验过程中8个腋板加强型梁柱节点连接焊缝均未出现开裂,梁端翼缘及腹板塑性变形显著;腋板加强型节点钢框架在循环往复荷载作用下表现出良好的耗能能力,整体结构耗能较为充分;在等幅荷载作用下,南、北两榀钢框架承载力退化系数呈缓慢增长趋势,结构空间协同工作效应在一定程度上提高了钢框架承载能力。     

基于高强钢碟簧和复合摩擦材料的自复位消能减震阻尼器受力性能与试验研究

为提高建筑结构抗震韧性,实现震时响应可控,震后易修复的性能目标,提出一种基于高强钢碟簧和复合摩擦材料的自复位消能减震阻尼器,给出一种基本构造方案,分析阻尼器不同阶段的工作原理,理论推导滞回曲线及各阶段刚度、承载力计算公式。通过多次往复加载试验,对碟簧和摩擦片的基本性能,以及多次地震作用下阻尼器的滞回性能和低周疲劳性能进行了考察。试验结果表明,高强钢碟簧性能稳定,复合摩擦材料耗能能力优异;基于两者组合的自复位消能减震阻尼器具有良好的可调节刚度、承载力以及优异的自复位性能;阻尼器滞回耗能稳定,可实现震后功能恢复,低周疲劳性能好。提出的阻尼器工作过程中各阶段刚度及承载力计算公式与试验结果吻合较好,可为工程设计提供参考。     

体外预应力自复位框架拟静力试验研究

为了研究一种新型抗震结构体系—体外预应力自复位框架(External Prestressing Self-centering Frame,EPSCF)结构的变形和耗能特性,设计了1/2比例单层单跨EPSCF结构框架模型,通过拟静力试验得到了相应无控结构和有控结构的荷载位移滞回曲线。模型设计内容包括预应力钢绞线、梁柱铰接节点、柱脚铰接节点以及阻尼器等。试验结果表明,EPSCF无控结构中施加的钢绞线预拉力将在节点处产生摩擦力,使得结构具有一定的耗能能力;EPSCF有控结构的荷载位移滞回曲线呈现饱满的S形,表明阻尼器的设置使得结构耗能能力和位移控制能力大大提高;由EPSCF无控结构的骨架曲线得出的侧向刚度试验值与理论计算结果相差很小,验证了理论公式的正确性。最后,通过对比有限元模拟结果与试验结果,验证了有限元建模的正确性。     

扇形铅粘弹性阻尼减震混凝土框架结构节点抗震性能试验对比研究

为研究扇形铅粘弹性阻尼器对混凝土框架结构节点抗震性能的影响,对扇形铅粘弹性阻尼减震混凝土框架节点和混凝土普通框架节点进行了低周反复加载试验,对比研究了两者的破坏模式、滞回耗能性能、承载能力、位移延性、强度退化和梁端受力筋应变等变化。结果表明:扇形铅粘弹性阻尼减震框架节点中由于阻尼器的影响,使其梁端塑性铰外移,减缓和控制了节点核心区裂缝开展,保护了节点。扇形铅粘弹性阻尼减震试件,其滞回曲线相对普通试件饱满,呈"弓形",节点塑性变形能力强,能够吸收大量地震能量。扇形铅粘弹性阻尼器对框架节点的开裂荷载、屈服点位移延性能力、极限承载力及总体滞回耗能能力的提高较为明显,刚度和强度退化曲线也较为平缓。     

梁端翼缘削弱型节点空间钢框架抗震性能试验研究

为研究梁端翼缘削弱型节点钢框架的抗震性能,设计钢框架试验加载装置,进行1∶3缩尺比例的2榀2层1跨梁端翼缘削弱型节点空间钢框架的低周往复荷载试验,研究其受力特点及破坏形态,对模型框架结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、承载力退化、塑性耗能能力等抗震性能进行分析。试验结果表明:空间钢框架的8个梁端翼缘削弱型节点塑性铰均外移至圆弧削弱区域,所有节点的梁柱连接焊缝均未出现裂缝,荷载-位移滞回曲线饱满,破坏时结构位移延性系数介于3.05~3.82之间,等效黏滞阻尼系数介于0.34~0.41之间,弹塑性极限位移层间转角介于0.035 5~0.044 5 rad之间。钢框架梁柱连接采用圆弧削弱型节点可使梁端应力平缓过渡,避免梁柱连接焊缝处产生应力集中现象,钢框架塑性内力重分布后对圆弧削弱型节点的耗能性能没有明显影响。圆弧削弱型节点在钢框架中表现出较好的延性性能,提高了钢框架整体结构的抗震性能及塑性耗能能力。     

可恢复功能装配式中柱节点耗能装置试验研究

基于损伤控制及滑移耗能等思想,提出了两种震后功能可快速恢复的装配式中柱节点耗能装置。对三个节点试件和一个修复件进行了低周往复荷载试验及疲劳加载试验,获得节点的滞回曲线、刚度退化曲线、主体梁段的应变分布曲线等性能指标,考察了腹板连接件形式对节点滞回性能的影响。结果表明,提出的两类装配式钢结构中柱节点均具有良好的承载性能、耗能能力、延性及塑性转动能力;更换连接盖板等耗能构件的修复方案切实可行,且修复前后的节点耗能性能稳定,可作为一种位移相关型阻尼器使用;腹板连接件的形式对节点整体的承载能力及初始刚度影响较小,但会影响节点的转动能力和主体梁的应力、应变情况。     

基于螺栓连接的新型钢筋混凝土框架装配式节点抗震性能研究

基于拟静力试验,研究基于螺栓连接的新型钢筋混凝土(RC)框架装配式节点的抗震性能,并与装配整体式混凝土结构框架节点进行对比,分析破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移和延性、刚度与承载力退化及耗能等指标,以及轴压比对新型节点抗震性能的影响。研究表明:新型节点相对于装配整体式节点,承载力降低19%,延性降低16. 7%,承载力与刚度退化加快,但具有更好的耗能能力;新型节点的破坏形式均为梁端受弯破坏;当轴压比小于0. 4时,增大轴压比可提高新型节点的初始刚度与承载力,但会降低延性及耗能能力,并加快刚度和承载力退化。     

装配式预应力混凝土结构梁柱组合件抗震性能试验研究

采用足尺模型试验方法对预压装配式预应力混凝土梁柱组合件在低周反复荷载作用下的开裂破坏形态、滞回特性、骨架曲线、刚度退化特征、耗能能力、梁端转动变形等抗震性能指标进行了系统研究。试验及理论分析结果表明,预压装配式预应力混凝土梁柱组合件具有较强的耗能能力,能够满足抗震设防的要求。由于预应力筋的作用,卸载后残余变形较小,恢复性能较好。梁柱结合部位是该节点的关键部位,经过合理的设计,采取必要的措施,还可改进其耗能能力。     

框架节点耗能的新方式及其数值分析

铅具有良好的塑性变形能力,变形后能重新结晶恢复、无应变硬化。基于该特征,提出了一种杆式铅剪切阻尼器,这种阻尼器用于框架节点梁端塑性铰的耗能减震。采用有限元分析了阻尼器在不同初始屈服力、梁不同极限弯矩下的耗能性能。通过对梁滞回曲线的分析表明,所提出的耗能减震器工作性能稳定、耗能效率高、减震效果好、构造简单。     

楼板对装配式混凝土框架节点抗震性能影响试验研究

为了研究阻尼器处开洞楼板对装配式混凝土框架节点区域抗震性能的影响,设计了带楼板的装配式混凝土框架节点试件,并对其进行了低周反复加载试验,研究了试件的破坏特征、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、等效黏滞阻尼系数等.试验结果表明:相对于无楼板装配式混凝土框架节点,带楼板的装配式混凝土框架节点试件滞回曲线较饱满,具有良好的耗能效果,增大了试件的刚度,还提高了试件的承载能力;但是由于楼板的存在,增加了梁和阻尼器上部的刚度,使得梁中性轴上移,造成各种抗震性能指标在正负向加载时差别较大,也造成阻尼器下翼缘和上翼缘变形差别较大.为了改善阻尼器上下翼缘受力变形不一致的问题,笔者提出两条改进建议:一是改进阻尼器上下翼缘截面大小,做成上下翼缘截面不一样大小,来匹配受力不一样的问题;二是改变阻尼器在梁高度方向的安装位置,使得梁板中和轴正好位于阻尼器的形心位置.