开孔式双钢管屈曲约束支撑承载力和滞回耗能的有限元分析

采用ANSYS建立了12个在支撑内核钢管轴向上开设单排长条孔的开孔式双钢管屈曲约束支撑有限元模型,通过低周往复轴向位移加载分析方法,研究了支撑的压(拉)承载力和滞回耗能性能受横截面上不同总开孔角度和开孔个数的影响,得到了开孔参数对压(拉)承载力和耗能指标的影响规律.     

采用碳纤维包裹约束的装配式防屈曲支撑试验

为方便装配式防屈曲支撑拆解修复和提高抗腐蚀能力,提出了采用碳纤维包裹约束的新型装配式防屈曲支撑.一方面,通过剖开纤维材料分离外包约束构件来替换受损内核单元可实现构件震后的快速修复,另一方面,碳纤维布作为外包材料解决了外包钢管耐腐蚀性差的问题.通过4个新型防屈曲支撑构件在往复荷载作用下的拟静力试验,研究了防屈曲支撑在不同加载制度下,不同约束比下的性能.试验结果表明:在循环变形过程中试件基本没有发生刚度与强度的退化,且延性与耗能能力都很好.碳纤维布成功地起到连接装配式防屈曲支撑两部分外包约束单元的作用,并可有效抵抗来自内核单元施加的侧向推力.采用碳纤维包裹约束的新型防屈曲支撑受压时,内核单元会产生多波屈曲现象,使得约束单元中的包裹材料发生变形,最终使得构件的滞回曲线表现为力的"跳动",多波屈曲现象更为显著试件的滞回耗能能力略差.新型装配式防屈曲支撑具有良好的滞回性能,为防屈曲支撑实现可装配式提供了新途径.     

新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑性能

研制了一种新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑,设计6个新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑试件,对其进行轴向循环荷载试验,并对其中的4组试件采用ABAQUS有限元数值模拟分析。研究结果表明：新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,支撑的滞回曲线稳定、饱满,具有稳定的承载能力和良好的滞回耗能能力;新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑的恢复力模型可采用双线性模型来描述;新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑构造合理,耗能机理明确,采用钢筋混凝土约束核心钢管的设计思想是可行的。     

三重钢管防屈曲耗能支撑性能的有限元模拟分析

防屈曲耗能支撑克服了传统支撑受压屈曲的缺点,地震时具有良好的耗能能力和延性,是一种具有应用前景的耗能减震构件。本文介绍了三重钢管防屈曲耗能支撑的构造及耗能原理,采用ANSYS程序对其进行有限元分析,研究轴力管和约束管之间的空隙对于此种防屈曲耗能支撑承载力以及滞回耗能性能的影响,并用实验验证了有限元分析的正确性。研究结果表明：采用ANSYS软件对三重钢管防屈曲支撑进行模拟分析是可行的,三重钢管防屈曲支撑工作原理明确,具有稳定的滞回耗能能力,空隙对防屈曲支撑的耗能能力以及承载力有重要影响。     

新型金属-摩擦阻尼器混凝土框架抗震性能分析

针对传统屈曲约束支撑在多遇地震下不能屈服耗能的问题,结合屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器的工作原理,提出了一种串联式受力体系的新型金属-摩擦阻尼器及其耗能减震结构,以实现结构在多遇地震下屈服耗能目的。以新型金属-摩擦阻尼器框架为研究对象,借助SAP2000软件,进行多遇和罕遇地震作用下的性能分析,并将其与无控框架和传统屈曲约束支撑框架的抗震性能进行对比分析。结果表明,对比于传统屈曲约束支撑结构,新型金属-摩擦阻尼器框架结构在多遇地震下,呈现出更小的楼层位移、层间位移角、顶层加速度和顶层位移。     

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑的滞回性能

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑是由腹板开孔H型钢和传力槽钢通过螺栓连接组成的新型耗能支撑,能有效避免支撑构件失稳。为研究这种支撑的耗能能力及破坏机理,对试件进行低周往复加载试验及有限元模拟分析。结果表明：装配式H型钢腹板开孔耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。在轴向荷载作用下,试件主要依靠开孔腹板孔间短柱进入塑性耗能,在加载过程中,孔间短柱端部为薄弱部位,首先进入塑性,并最先发生断裂,随着加载的深入,孔间短柱中间部位进入塑性的面积越来越大。加载过程中,螺栓与槽钢始终处于弹性状态。试件最终因孔间短柱断裂导致破坏。H型钢耗能腹板长度相同时,腹板宽度越宽、孔间短柱高宽比越大,耗能支撑承载力与刚度越小、变形能力越好,孔间短柱高宽比在5~8之间较合理。建议长圆孔端部圆弧到螺栓孔中心最短距离控制在1.2d₀~1.5d₀之间。改变长圆孔圆弧半径对支撑的力学性能影响很小。H型钢腹板宽度相同时,腹板长度越大,承载力与刚度越大。给出了装配式H型钢腹板开孔耗能支撑的设计方法与极限承载力公式。     

自复位三重钢管约束屈曲支撑性能分析

针对普通约束屈曲支撑(BRB)残余变形大的缺点,提出一种新型支撑——自复位三重钢管约束屈曲支撑(SCBRB),给出其具体组成构造.为研究其力学性能,通过整体分析研究其并联工作特点及SC系统的运动机理,并对比分析一字型芯材BRB与圆管芯材BRB工作原理的区别.结果表明:自复位三重钢管约束屈曲支撑力学性能最优,其恢复力模型呈旗形,当复位筋预拉力大于耗能芯材屈服力时,支撑可实现自复位功能.     

内嵌耗能壳板高强钢圆钢管桥墩抗震性能

基于损伤控制原理,提出根部设置可更换耗能墩柱的圆钢管桥墩.为提高圆钢管桥墩的强度,根部耗能墩柱采用高强钢圆钢管,并内嵌可为外部钢管壁板提供屈曲约束支撑作用的耗能壳板.为探讨此类内嵌耗能壳板高强钢圆钢管桥墩的抗震性能,共开展了2组7根此类圆钢管桥墩的拟静力试验研究.对比分析了桥墩试件的荷载位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、强度退化、刚度退化及耗能能力,获得了内嵌耗能壳板、轴压比等因素对此类高强钢圆钢管桥墩滞回性能和破坏机理的影响规律.试验结果表明：根部设置内嵌耗能壳板对高强钢圆钢管桥墩的承载力影响较小,但可使试件的变形能力和耗能能力增大.内嵌耗能壳板高强钢圆钢管桥墩的强度退化较为平缓,且最终残余变形减小.在柱顶轴向压力和水平往复荷载作用下,此类桥墩的初始刚度和耗能能力随轴压比的增大而增大.在偏心压力和水平往复荷载作用下,轴压比对此类高强钢圆钢管桥墩的破坏形态、刚度退化和耗能能力具有较大的影响,而对其承载力的影响较小.     

装配式复式钢管混凝土节点抗震性能试验

提出一种便于灾后修复的装配式复式钢管混凝土节点。为明确端板厚度、柱轴压比、螺栓直径、混凝土填充度和内钢管截面形状对节点抗震性能的影响,对6个缩尺比为1∶2的节点试件进行拟静力试验,研究了节点的承载力、延性、刚度退化、承载力退化和耗能能力。结果表明:节点的破坏形态包含端板弯曲、钢梁翼缘屈曲、端板与翼缘间焊缝开裂和螺栓翘曲断裂；6个试件的荷载-位移滞回曲线饱满,表明节点具有较强的耗能能力；位移延性系数均大于4.89,具有良好的塑性变形能力和延性；强度退化系数基本保持在0.9~1.0,表现出良好的承载力稳定性；增大端板厚度,可显著提高节点的各项抗震性能指标；增大柱轴压比、提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会提高节点承载力,而螺栓直径几乎不影响节点承载力；改变柱轴压比和螺栓直径对节点耗能影响极小,提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会明显降低节点耗能能力。建立的非线性有限元模型得到的节点破坏形态、承载力与试验结果吻合良好。     

大跨越钢管塔K型节点滞回性能分析

应用Abaqus软件对大跨越钢管塔中常见的K型节点进行了抗震性能数值试验研究,分析了主、支管直径、节点板厚度、主管轴心压力、连接插板厚度及支管间隙尺寸等不同参数变化对K型节点抗震性能的影响,得到了节点的滞回性能曲线、骨架曲线和耗能能力。研究表明:钢管节点本身具有良好的抗震性能;当主管轴向压力增大时,节点抗震性能下降明显,节点因应力集中易发生破坏;增加主、支管直径和节点板厚度对提高圆管节点抗震性能效果较显著;支管间隙尺寸对节点滞回性能改良效果不明显。     

钢管约束钢筋混凝土压弯构件抗震性能与设计方法

为研究钢管约束钢筋高强混凝土压弯构件的抗震性能和设计方法,进行圆钢管和方钢管约束钢筋高强混凝土压弯构件的滞回性能试验研究.试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到显著提高.在轴压比和钢管径厚比相同的条件下,圆钢管约束钢筋混凝土压弯构件的抗弯承载力和延性明显优于方钢管约束钢筋混凝土.根据试验结果,建立钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型方法和截面抗弯承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合极好.     

方钢管混凝土框架-两侧开洞薄钢板剪力墙的力学性能研究

分别对单跨两层1/3比例的方钢管混凝土框架-两边连接薄钢板剪力墙和四边连接薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,对比分析了其抗震性能和破坏形态,研究了钢板剪力墙边界约束对结构抗震性能的影响.提出了两侧开半椭圆形洞口的钢板剪力墙形式.采用有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土框架-两边连接薄钢板剪力墙、四边连接薄钢板剪力墙及两侧开洞薄钢板剪力墙进行了非线性数值分析,比较了薄钢板剪力墙拉力场对框架柱的附加弯矩,明确了洞口尺寸对结构性能的影响.结果表明,方钢管混凝土框架-两边连接及四边连接薄钢板剪力墙均具有良好的延性和耗能性能;与四边连接薄钢板剪力墙相比,钢板剪力墙两侧开半椭圆形洞口可显著降低对框架柱的附加弯矩,其抗震性能明显优于两边连接薄钢板剪力墙;提出了合理的洞口尺寸比例.     

灌浆套筒连接缺陷对装配式混凝土柱抗震性能的影响

灌浆套筒连接在预制混凝土（precast concrete,PC）结构中得到了广泛应用,但其在实际工程中受多种施工因素的影响,存在一定的质量隐患。利用ABAQUS软件建立了不同连接缺陷情况下的装配式混凝土柱数值模型,采用低周往复加载方式对其抗震性能进行了系统分析,研究了灌浆套筒连接缺陷对装配式混凝土柱抗震性能的影响。结果表明：该模型能较好地模拟装配式混凝土柱灌浆套筒连接的力学性能;连接缺陷不超过6d(d为插入钢筋的公称直径)的装配式混凝土柱表现为柱底截面破坏,连接缺陷超过6d的装配式混凝土柱表现为套筒顶截面破坏;连接缺陷大于2d的装配式混凝土柱滞回曲线的捏缩效应随着连接缺陷的增大愈加明显;进入屈服阶段后,连接缺陷对承载力的影响较大,当连接缺陷超过2d时,将对装配式混凝土柱的滞回特性、承载力、延性与耗能能力等产生明显不利的影响。研究结果可为装配式混凝土柱的抗震性能评估提供依据。     

装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点抗震性能

结合装配式节点和钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)梁节点各自优点,提出新型装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点.为探讨该类节点抗震性能,对8个足尺劲性装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点进行了低周往复荷载试验研究,考察了柱轴压比、梁柱连接角度(45°、90°)、梁柱位置(中间节点、边节点)对该类节点抗震性能的影响,对节点破坏形态、失效机制、滞回性能、骨架曲线、位移延性和耗能能力进行分析.采用ABAQUS程序建立节点的精细有限元模型,验证了其正确性.研究表明:该类节点具有"强钢管混凝土柱-弱钢筋混凝土梁"、"强节点-弱构件"的理想失效机制和较高承载力,试件加载至3~4.5倍屈服位移时因套筒位置附近纵筋拉断而破坏;节点耗能能力较强,变形能力较好,45°节点的平均位移延性系数3,90°节点的平均位移延性系数4.     

支撑布置形式对多重抗侧力结构体系抗震性能的影响

多重抗侧力混合结构是通过楼板将半刚性连接钢框架、屈曲约束支撑钢框架和混凝土芯筒连接起来协同工作的多重抗力体系.为了比较不同支撑布置形式对该结构体系抗震性能的影响,设计了5个方案的三维多重抗侧力混合结构,利用有限元软件ABAQUS建模分析.通过罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析,研究了支撑布置形式对结构变形的影响;基于能量反应的抗震性能分析,从结构整体滞回耗能占比和滞回耗能分配关系两个角度,分析了支撑布置形式对结构滞回耗能的影响.探讨支撑不同布置方式的优劣,为多重抗侧力结构体系设计提供依据.     

盒式连接全装配式复合墙体抗震性能试验研究

为加大装配式复合结构在低多层建筑的适用性,本文在装配整体式复合结构的基础上进一步优化墙板边界连接构造,提出一种新型的全装配式复合墙结构。对结构中采用盒式连接水平缝的全装配式复合墙体进行拟静力试验,深入研究了该类墙体的破坏模式、滞回特性、承载能力、延性性能、刚度退化规律和耗能能力等抗震性能指标,并对比分析了不同盒式连接件构造Wall shoes（WPC）、集成钢筋式（IPC）、分布钢筋式（DPC）对墙体基本力学性能的影响。研究结果表明：全装配式复合墙体是一种轻质、高强、节能、抗震性能良好的结构受力构件,试件中的填充体、中部肋格、边肋柱依次发挥作用,并得到墙体3个阶段的受力特点。相比DPC试件,IPC的屈服荷载和峰值荷载分别提升6%和10%,WPC分别提升2%和5%;试件的位移延性系数均大于3.3,符合钢筋混凝土结构抗震设计要求;各试件的刚度退化规律基本相同,其中,DPC试件的刚度退化速率最快;各试件的累积耗能均呈累积增长趋势,IPC累积耗能是WPC累积耗能的1.08倍,是DPC累计耗能的1.13倍。3种不同形式盒式连接构造均具有可靠的连接性能,集成钢筋式盒式连接综合抗震性能表现最优,其生产及安装方式也更为简单高效,适合运用于实际工程。     

中空夹层预制装配式桥墩的抗震性能

提出一种中空夹层预制装配式桥墩,设计基于灌浆套筒连接的中空夹层预制装配式桥墩试件,采用拟静力试验对其抗震性能进行研究。研究结果表明:在低周循环往复荷载作用下,中空夹层预制装配式桥墩荷载-位移滞回曲线较为饱满,加载后期均出现较明显的捏拢效应,水平承载力峰值与普通装配式桥墩相当;预埋中空钢管使新型中空夹层预制装配式桥墩的屈服位移、屈服荷载较普通预制装配式桥墩分别提高8.3%和3.7%,墩身初始切线刚度减小约6.4%,增大了加载初期的墩身柔度,有利于桥墩耗能;在低周循环往复荷载作用下,中空夹层预制装配式桥墩墩身曲率在墩底接缝及刚度变化截面具有较为明显的突变,与普通预制装配式桥墩类似,中空夹层预制装配式桥墩和普通预制装配式桥墩主要受力纵筋最终均接近或达到屈服,塑性铰区上移明显;对比两类桥墩耗能曲线、刚度退化曲线和残余位移曲线,中空夹层预制装配式桥墩最终耗能曲线峰值较普通装配式桥墩提高约22%,刚度退化趋势基本一致,在达到屈服位移后有更大的残余位移,墩身变形能力较普通预制装配式桥墩更好。中空夹层预制装配式桥墩可充分发挥钢管变形能力强、刚度退化慢等优势,墩身钢筋混凝土与中空钢管协同工作,共同承受荷载,减轻墩身质量的同时表现出良好的抗震性能。     

方钢管混凝土框架内置开洞薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土框架内置开洞薄钢板剪力墙的抗震性能,对4个单跨2层1/3比例的方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙试件进行了低周反复荷载试验,4个试件分别采用中部开洞、单侧开洞、两侧开洞和未开洞钢板剪力墙.研究了开洞形式对方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙抗震性能的影响,并与方钢管混凝土框架内置未开洞薄钢板剪力墙进行对比.得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、各阶段的荷载和位移值及抗震性能指标,分析了结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等力学性能.结果表明:4个试件均能够发挥钢板剪力墙的屈曲后强度,滞回性能稳定,延性较好,承载力退化平缓.中部开洞薄钢板剪力墙被加劲肋分隔为宽厚比较小的区格,耗能能力优于其余3个试件.洞口边缘构件端部连接焊缝撕裂影响了单侧开洞和两侧开洞钢板剪力墙性能的充分发挥.钢板剪力墙开洞一定程度上降低了结构承载力和抗侧刚度,但提高了耗能能力.钢板剪力墙洞口边缘构件应具有足够的强度、刚度及连接强度.     

防屈曲支撑理论分析与有限元模拟

目的 研究保证防屈曲支撑稳定工作性能的问题.给出防屈曲支撑的构成要求.方法 对防屈曲支撑进行理论分析,并结合通用有限元程序,进行二次开发,对六种不用类型的防屈曲支撑的有限元模型进行分析.结果 防屈曲支撑的整体稳定的理想条件为屈曲约束比ζ大于1,通过有限元模拟分析初始缺陷对支撑稳定工作的影响,提出屈曲约束比ζ的限值应提高.屈曲约束单元内填充的砂浆或混凝土能有效防止支撑的高阶屈曲.支撑的扭转屈曲可通过控制连接段的宽厚比不超过√Ei/2(1 v)fy来防止.结论 通过理论分析给出保证防屈曲支撑稳定工作的条件,修正屈曲约束比要求以考虑初始缺陷的影响.分析中不同截面类型的支撑对屈曲约束比的不同要求是由截面尺寸不连续引起,因此对不用的支撑类型均可采用相同的屈曲约束比要求.     

预留灌浆孔连接的预制桥梁墩台抗震性能试验

为了研究由预留灌浆孔、连接钢筋、锚头和高性能灌浆材料组成的新型预留灌浆孔连接方式的抗震性能,确定其最小锚固长度,设计了4个不同锚固长度的预制拼装桥梁墩台试验模型,开展拟静力试验,从模型的滞回性能、延性、刚度退化和耗能能力等方面分析了其抗震性能,并与整体现浇模型进行对比。结果表明,各模型均为延性破坏,墩底出现塑性铰,连接钢筋屈曲,墩柱下部混凝土保护层脱落。连接钢筋的锚固长度为6d时,试验模型的极限承载力和延性最小,其抗震性能不足;当锚固长度在12d及以上时,试验模型极限承载力和延性与现浇模型比较接近,滞回性能饱满,延性好,具有很好的抗震性能。