碟形弹簧竖向隔震装置的恢复力模型及其试验验证

为研究碟形弹簧竖向隔震装置(DSI装置)的恢复力模型,对DSI装置的受力机理及变形特征进行深入分析;在此基础上,建立DSI装置的原点指向恢复力模型(OO恢复力模型).此外,对典型DSI装置进行往复荷载作用下的力学性能试验,分析其荷载-位移滞回曲线特征,并利用试验结果对OO恢复力模型的有效性进行验证.研究表明:OO恢复力模型具有典型的非对称性特征,摩擦力对其恢复力特性影响较大;往复荷载试验工况下,DSI装置的荷载-位移滞回曲线具有典型的非对称性特征,加载频率对其力学特性影响较小,动荷载幅值和加载预压位移的大小对其力学特性影响较大.随着动荷载幅值的增加,DSI装置的荷载-位移滞回曲线饱满度逐渐减小,因加、卸载刚度不同呈明显不对称性形状;随着加载预压位移的增大,DSI装置的荷载-位移滞回曲线趋于饱满,其耗能能力逐渐增强.OO恢复力模型能够有效模拟DSI装置的力学行为,利用OO恢复力模型计算的DSI装置的等效刚度及等效阻尼与试验结果的误差在8%之内.     

基于形状记忆合金的自复位摩擦耗能支撑滞回性能

针对基于形状记忆合金(SMA)的自复位摩擦耗能支撑,提出了简化分析模型,研究了其在往复荷载作用下的滞回性能.首先通过理论推导,得出了往复荷载作用下自复位摩擦耗能支撑的力-位移曲线,提出了简化的滞回模型,然后通过参数分析研究了各参数对其滞回性能的影响.结果表明:自复位摩擦耗能支撑在卸载后存在一定的残余位移,其大小仅与阻尼器元件摩擦力及SMA元件奥氏体弹性刚度有关;自复位摩擦耗能支撑的滞回性能可采用修正的FS(Flag-shaped)模型来描述;SMA元件屈服力及耗能参数对自复位摩擦耗能支撑的滞回性能影响较大,奥氏体弹性刚度及屈服后刚度系数影响较小;增加阻尼器元件的摩擦力,可显著增强自复位摩擦耗能支撑的耗能能力,但会产生残余位移.     

方钢管混凝土框架加固后的滞回性能试验与理论研究

通过对经过加固后的一榀三层两跨方钢管混凝土框架拟静力试验,分析了低周反复水平荷载作用下加固后的框架的延性性能、强度与刚度的退化以及抗震耗能能力,给出了框架各层位移随反复荷载变化的滞回曲线,并根据顶层滞回曲线进一步得出了框架顶层骨架曲线及相应的恢复力模型.并与原结构各项力学性质相比较,得出加固后的框架的滞回性能、延性指标、耗能能力、强度与刚度退化及抗震能力与原结构的差异.通过观察加固后的框架的延性和耗能能力,得到具体的实验数据以便在实际工程中得到应用.     

型钢混凝土自复位双肢墙板的恢复力模型

为明确型钢混凝土（steel reinforced concrete,SRC）自复位双肢墙板的恢复力模型和参数确定方法,在低周往复加载试验的基础上,研究了双肢墙板在水平荷载作用下的破坏形态和工作机制。墙板的变形及破坏历程为:墙板摇摆和耗能器剪切屈服。墙板的破坏主要集中在耗能器上,具有良好的自复位能力。根据墙板的滞回特征,提出恢复力模型,包括骨架规则、卸载规则和反向加载规则三部分,并提出影响恢复力模型的10个参数。其中,3个刚度参数和3个强度参数确定骨架规则,4个位移参数确定卸载规则和反向加载规则。基于双肢墙板、预应力筋、耗能器和框架梁的协同工作机制,提出了影响恢复力模型的刚度参数、强度参数和位移参数的确定方法。与试验结果进行对比,试验滞回曲线与模拟得到的滞回曲线吻合较好,试验耗能和模拟耗能也基本一致。研究结果表明:本文提出的恢复力模型能较好地描述型钢混凝土双肢墙板的滞回特征,参数确定方法具有较好的分析精度。     

古建筑木结构燕尾榫节点刚度分析

通过对典型燕尾榫榫卯连接的模型低周反复荷载试验,研究了榫卯半刚性连接特性和刚度退化规律.试验得出榫卯连接的弯矩一转角滞回曲线及骨架曲线,并拟合出了弯矩一转角的关系方程和榫卯接节点恢复力模型,由实验结果给出了木结构榫卯连接刚度的非线性变化.研究结果为古建筑的抗震性能研究和修缮加固提供了理论基础.     

热氧老化下废旧叠层轮胎隔震垫恢复力模型

为研究热氧老化作用下废旧叠层轮胎隔震垫(STP)的恢复力模型,对不同老化时间下的STP进行低周往复加载试验,分析STP的滞回耗能特性。基于双弹簧模型,同时结合STP拟静力试验结果,提出了适用于叠层轮胎隔震垫恢复力模型,建立了不同老化时间和设计压应力下叠层轮胎隔震垫的双弹簧恢复力模型。通过MATLAB模拟滞回性能与试验滞回性能对比,验证了该模型可以很好地反映STP的耗能性能。结果表明:随着老化时间的增加,STP的水平等效刚度、单位循环耗能面积和等效阻尼比均先增加后减小,在实际老化50 a时三者达到最大,满足村镇建筑50 a内的隔震耗能;建立的热氧老化条件下的恢复力模型能够较好地模拟STP在不同老化时间、不同设计压应力下的滞回特性,可为STP在隔震建筑中的应用提供理论参考。     

古建筑木结构透榫节点特性试验分析

通过透榫节点柱架模型的低周反复荷载试验.得出了透榫节点的弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、节点回复力模型.根据试验数据.分析了透榫节点的半刚性连接特性和刚度退化规律.研究结果为古建筑的抗震性能研究和修缮加固工作提供了参考依据.     

GFRP加固RC桥梁短柱滞回性能试验与分析

对3个抗剪承载力不足桥柱在恒定轴力作用下进行拟静力试验，分析了反复水平荷载作用下GFRP约束短柱的滞回曲线，并根据滞回曲线进一步得出了约束混凝土构件的骨架曲线及相应的恢复力模型，研究了其延性、强度与刚度的退化等性能。并在此基础上，利用数值计算方法对瓣约束钢筋混凝土桥梁短柱的恢复力模型进行了理论分析。结果表明，理论分析结果与试验结果吻合良好，可为约束钢筋混凝土结构的弹塑性动力分析提供参考。     

钢骨-钢管混凝土柱恢复力模型

目的建立能够反映结构或构件动力特性重要参数的恢复力模型,研究钢骨-钢管混凝土柱的抗震性能.方法通过设置不同的试验参数,对5个钢骨-钢管混凝土柱进行了低周反复荷载作用下受力性能的试验研究,并分析了试件的破坏形态.考虑了含骨率和轴压比对构件延性、耗能和强度、刚度退化等的影响,建立了折线型钢骨-钢管混凝土柱的恢复力模型.结果得到不同轴压比和不同含骨率下的荷载-位移滞回曲线,含骨率和轴压比对钢骨-钢管混凝土柱有着明显的影响,随着含钢率的增加,构件的变形能力得到了提高,而轴压比越大,构件的变形能力越差.结论钢骨-钢管混凝土柱多折线恢复力模型的建立为钢骨-钢管混凝土柱的弹塑性时程分析提供了参考.     

钢绞线预应力的改变对自复位钢框架性能影响

通过ANSYS模拟和试验结果对比,说明了模拟方法的正确性.在此基础上,通过改变自复位钢框架钢绞线上施加预应力大小,建立了四个单层单跨自复位钢框架结构模型.对比分析了钢框架上角钢Mises应力云图、力-位移滞回曲线、结构骨架曲线以及刚度退化曲线.研究表明,随着钢绞线预应力的增加,钢框架刚度增大,屈服荷载与极限荷载增加,自复位钢框架耗能能力稍微降低,自复位能力明显增强.     

马口铁加固古建筑抗震试验

采用试验方法,研究了马口铁加固古建筑榫卯节点后木构架的抗震性能.基于故宫太和殿三次间的相关尺寸,制作了1∶8的4梁4柱榫卯连接木结构空间框架模型,采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,获得了加固前后构架的力-侧移滞回曲线和骨架曲线,分析了加固前后的构架耗能能力、刚度退化规律及变形能力.结果表明,马口铁加固榫卯节点后,马口铁对榫卯节点的约束作用在一定程度上减小了节点拔榫量,提高了构架的侧移刚度及承载力;加固后的构架刚度退化不明显,变形能力较强,但是耗能能力减弱.     

三类薄钢板剪力墙滞回性能及选型

为研究四边连接、两边连接及开竖缝薄钢板剪力墙的滞回性能并对其设计选型提出建议,利用ANSYS有限元软件对三类薄钢板剪力墙的滞回性能进行数值模拟研究,对比分析了三类薄钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的初始刚度、峰值承载力、耗能性能以及延性．分析结果表明:三类薄钢板剪力墙均具有良好的延性和耗能能力;四边连接和两边连接薄钢板剪力墙的滞回曲线有一定程度的捏缩,但其初始刚度和峰值承载力较高,可用作高层或高烈度区的多层钢结构住宅的抗侧构件;开竖缝薄钢板剪力墙的滞回曲线呈饱满的梭形,但其初始刚度和峰值承载力较低,可用作低层或低烈度区的多层钢结构住宅的抗侧构件．     

穿斗式木结构中节点的抗弯性能试验研究

以西南传统民居穿斗式木结构穿销中节点为研究对象,设计制作了2个足尺横向中节点和2个足尺纵向中节点模型试件,分别对两类节点进行单调加载和低周往复加载试验,得到两类节点的破坏模式、抗弯承载力、抗弯刚度、延性和耗能能力。结果表明:横向中节点主要在榫卯挤压区域发生嵌压塑性变形以及在木销受荷区域发生弯剪变形,纵向中节点易在榫颈位置发生折断破坏;横向中节点的初始刚度较纵向中节点高,横向中节点的抗弯承载力可达纵向中节点的2倍;横向中节点和纵向中节点的滞回曲线均表现出明显的捏拢和滑移现象,横向中节点的耗能能力较强;穿斗式木结构横向中节点和纵向中节点都具有良好的变形能力,横向中节点表现出较好的延性,但纵向中节点的延性很低;纵向中节点是穿斗式木结构中的薄弱节点,需要在穿斗式木结构的安全维护中重点关注。     

火电厂钢框排架-消能支撑结构低周往复加载试验

为研究钢框排架-消能支撑结构的抗震性能,以某钢结构火电厂主厂房为原型并采用防屈曲支撑作为消能装置,设计了1榀5层的钢框排架-消能支撑结构试件.通过低周往复加载试验,分析其破坏机制、滞回性能、刚度退化规律、层间变形及防屈曲支撑耗能能力.试验结果表明:钢框排架-消能支撑结构具有较高的抗侧刚度及承载能力.模型试件滞回曲线呈饱满的梭形,等效黏滞阻尼系数达0.262,位移延性系数超过3.53,表现出良好的耗能及延性性能.试验过程中,防屈曲支撑可在较小加载位移时先于主体梁柱进入屈服且塑性耗能特征明显,增加了结构阻尼且耗能稳定,有效提高了结构抗震性能.     

金属橡胶减振器滞迟特性研究

从摩擦耗能机理出发,利用悬臂梁杆系接触作用模型,推导出金属橡胶减振器循环加载、卸载时载荷和位移的解析表达式,得出理论计算滞迟回线;运用ANSYS有限元分析软件对相对密度不同的环形金属橡胶减振器的变形过程进行数值模拟,得出数值模拟滞迟回线。研究表明,理论计算与数值模拟得到的滞迟回线基本一致,成型相对密度越小耗能特性越大,其刚度越小,软特性阶段越宽。     

Cyclic Shear Tests on Key Connection Joints of Modularized Constructions

模块化建筑关键连接节点抗剪滞回性能试验研究

陈德珅^1,2, 金晓飞³, 王化杰¹, 钱宏亮¹, 常得赐⁴, 范峰⁴

(1.哈尔滨工业大学（威海） 土木工程系, 山东 威海264209;

2. 天元建设集团有限公司,山东 临沂 276002;

3.中建一局集团公司总承包公司,北京 100161;

4. 哈尔滨工业大学 土木工程学院,哈尔滨 150090)

摘要：

模块化建筑是一种绿色环保、性能优良的新型装配式建筑体系,其节点抗震性能的研究比较欠缺。本文针对高层装配式模块化建筑体系,设计一种新型装配式连接节点,完成了三个足尺节点拟静力试验,分析并获得了节点面内、面外的滞回性能、延性及耗能能力等抗震性能关键指标。研究结果表明,长轴向和短轴向面内抗剪拟静力试验滞回曲线较为饱满,延性系数分别为4.54和4.98,能量耗散系数分别为1.83和1.43,节点在平面内具有良好的耗能能力和延性;试件发生屈服破坏的位置主要在柱与短梁连接部位及柱与端板连接的部位。本研究可为相关装配式模块化建筑的抗震设计和工程应用提供技术参考。

关键词：模块化建筑;装配式节点;抗剪滞回试验;抗震性能

     

装配式短肢剪力墙平面模型抗震性能试验

为促进建筑工业化和住宅产业化,进行了预制装配式短肢剪力墙平面模型的抗震性能试验研究. 对2个预制装配式和1个现浇的1/2比例单跨三层平面模型进行了低周反复荷载试验. 通过观察这两类模型的裂缝开展、破坏过程及破坏形态,对比分析两类模型的滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数及耗能能力等,从强度、刚度、延性和耗能等方面综合评价了其抗震性能. 试验结果表明:与现浇模型相比,预制装配式模型具有相近的承载能力、位移延性及耗能能力,初始刚度较大,具有相当的抗震性能.     

CFRP布加固古建筑木构架抗震试验

为保护古建筑,采用试验方法,研究了CFRP布加固榫卯节点后木构架的抗震性能。基于故宫太和殿某开间的实际尺寸,制作了1：8比例的4梁4柱榫卯连接木结构空间框架模型。采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,其中加固前构架试验做了3组,加固后构架试验做了2组。通过试验,获得了构架的力一侧移滞回曲线,分析了构架的骨架曲线、耗能能力、刚度退化及变形能力。结果表明：CFRP布加固榫卯节点后,虽然构架耗能能力略有下降,但节点拔榫尺寸减小,构架的侧移刚度和承载力提高,刚度退化不明显,且构架具有较好的变形能力,因此具有较好的加固效果。     

型钢再生混凝土高轴压比柱抗震性能试验

为研究3种不同再生粗骨料取代率的足尺型钢再生混凝土柱试件在高轴压比及较低轴压比下的抗震性能差异,本文通过40 000 k N多功能试验机对4个柱试件进行了低周反复荷载试验.观察分析各试件的受力性能及破坏特征,得到不同设计变量对试件的水平承载力、滞回性能、骨架曲线、耗能、变形及刚度等的影响规律.结果表明:4个柱试件的最终破坏形态均为弯剪破坏;各试件滞回曲线较饱满,试件耗能性能较好;再生粗骨料取代率增大,会使试件的变形能力有所降低,但对试件水平承载力及刚度退化影响不大;轴压比增大,试件的水平承载力、刚度及耗能性能提高,但承载力下降加快,刚度退化加剧,延性降低.总体来看,型钢再生混凝土柱在高轴压比下仍然能保持较好的抗震性能,可为后续的理论研究及实际工程应用提供依据.     

某外廊式框架ABAQUS拟静力模拟对比分析

目的研究外廊式钢筋混凝土框架的滞回曲线、耗能性能、延性、刚度退化等抗震性能．方法针对2008年汶川地震中某外廊式框架做ABAQUS拟静力分析,建立合理的有限元模型,对已有的试验结果进行对比及验证,并进一步分析该外廊式框架的抗震性能．结果试件在模拟的最后时刻,应力云纹均大量分布在柱子的顶端和底端,滞回曲线均较为饱满,峰值承载力具有对称性,最大承载力在150kN左右,且与试验结果类似;骨架曲线也呈现出典型的纯框架特征,在达到极限承载力后平缓下降至最大承载力的85％;整体结构的刚度也在最后时刻下降到初始刚度的14％,耗能随着循环次数的增加而增加．结论该模型的有限元模拟的破坏位置与试验过程相类似;滞回曲线除了黏结滑移效应以外其他情况与实测情况具有较高的拟合度;骨架曲线表现出良好的延性,刚度也呈现出逐渐退化的特征,同时该结构具有较强的耗能能力．