形状优化的装配式剪切型金属阻尼器力学性能研究

为了解决剪切型金属阻尼器应力集中和焊接区的热应力影响问题，提高其耗能效率，提出一种采用等应力线优化形状的装配式剪切型金属阻尼器。根据弹塑性力学J2理论寻找在一定外力条件下的等应力线，以等应力线同时进入屈服为条件设定剪切型金属阻尼器耗能片形状，并进一步推导了供设计使用的阻尼器初始刚度与承载力的计算式；建立了阻尼器的精细有限元数值模型，以模拟其低周往复加载的力学性能，分析阻尼器的变形模式与耗能能力，并进行了4个阻尼器的拟静力试验研究。试验与数值分析结果表明：提出的阻尼器初始刚度与承载力计算式的计算值与数值分析和试验结果吻合较好；形状优化阻尼器具有良好的低周疲劳性能与稳定的耗能能力；与未优化阻尼器相比，形状优化剪切型金属阻尼器的塑性变形分布更加均匀，最大累积等效塑性应变明显减小；采用全螺栓连接，易于更换。     

Static and dynamic cyclic performance of a low-yield-strength steel shear panel damper

Low-yield-strength steel 100 (LYS100) is widely applied to design a metallic shear panel damper for its high ductility. A low-yield-strength steel shear panel damper (LYSPD) with the maximum shear strain of 70% is developed and verified by static incremental cyclic loading in previous research. In this paper, further research on the performances of the developed LYSPD including the fatigue characteristic is carried out by static and dynamic constant cyclic tests. Four different shear strain amplitudes (20%, 30%, 40% and 50%) are selected in both static and dynamic tests. Two frequencies, 0.5 Hz and 1 Hz, are adopted for each of the four amplitudes in dynamic tests. Large differences such as stress softening, fatigue cycle deterioration, and temperature increase caused by high strain rate and internal friction are observed in dynamic tests. The test results suggest that the seismic performance of the LYSPD may be overestimated by static tests and the dynamic tests are essential to guarantee the reliability of the LYSPD.     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱节点抗震性能试验研究

通过5个试件的低周反复荷载试验,对预应力型钢混凝土(PSRC)梁-钢管混凝土(CFT)柱节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、强度与变形特征值、延性、变形恢复能力、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行了较为系统的研究,对预应力、轴压比、预应力筋穿越钢管壁的成孔方法（先成孔与后成孔）等因素对节点抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：PSRC梁-CFT柱节点发生了节点核心区剪切破坏;节点核心区水平剪力-剪切变形滞回曲线较丰满,但在大变形阶段有一定的捏拢效应;各试件节点核心区的极限剪切变形介于28.60×10^-3~60.90×10^-3 rad,剪切变形延性系数则介于4.72~6.69;各试件节点核心区的剪切刚度退化规律基本一致;施加预应力及后成孔方法对节点核心区受剪承载力有一定的有利影响,但施加预应力对节点核心区剪切变形能力及剪切变形延性不利;当轴压比n从0.2增至0.4时,节点核心区受剪承载力提高16.62%,而轴压比n从0.4增至0.6时,节点核心区受剪承载力仅提高1.09%。     

钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下抗剪性能的试验研究

通过3根钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的试验,研究了其变形发展及破坏过程,得到了组合梁的跨中剪力-挠度曲线、交界面滑移曲线和沿截面高度分布的应变变化曲线,分析了剪切连接程度、截面尺寸、剪跨比、材料强度、钢筋配置等因素对组合梁承载力和延性的影响。对钢梁进行了塑性分析,得出在负弯矩作用下钢-混凝土组合梁抗剪承载力的提高不是由于钢梁腹板的硬化效应所致,而是由于混凝土翼板的贡献,并提出了考虑混凝土翼板影响的组合梁在负弯矩作用下抗剪承载力计算公式。将计算结果与实测结果进行了比较,二者吻合良好。     

钢筋钢纤维高强混凝土箍筋梁的剪切变形与延性研究

根据13根钢筋钢纤维高强混凝土梁的剪切破坏试验进行了梁的剪切变形和延性研究。本文首先分析了梁的破坏过程和钢纤维对梁的破坏形态的影响，然后分析了剪压区混凝土压应变和荷载-跨中挠度曲线与钢纤维体积掺率、配筋率、混凝土的强度等级和剪跨比的变化关系，最后参照受弯构件的延性分析，定义了梁剪切延性指标，定量地分析了钢纤维对梁剪切延性的影响。     

十字加劲钢板剪力墙的抗剪极限承载力

我国《高层民用建筑钢结构技术规程》规定了钢板墙剪切弹性屈曲不先于剪切屈服,其明显的不足是没有利用板的屈曲后强度,同时弹性屈曲也不能作为结构在弹塑性阶段的设计指标。本文应用板的大挠度弹塑性有限元方法对十字加劲方形钢板剪力墙的屈曲后性能和极限承载力进行了系统的研究,并在大量数值分析的基础上,提出了以板的平均剪切应变相应的剪应力作为钢板剪力墙承载能力的极限状态,以达到利用薄板屈曲后强度的目的,进而提出了钢板剪力墙承载力的设计简化计算公式及钢板墙侧柱刚度阈值的计算公式,供设计参考。数值计算结果表明,影响钢板墙抗剪性能主要有三个参数:板高厚比、肋板刚度比和边柱刚度。     

Steel–concrete composite shear walls using precast high performance fiber reinforced concrete panels

In this research, seismic performance of composite steel plate shear walls (CSPSWs) using high performance fiber reinforced concrete (HPFRC) panels is experimentally and numerically investigated. Three one‐story one‐bay CSPSW specimens using precast HPFRC panels were designed and fabricated for cyclic quasi‐static experiments. The HPFRC panels of composite shear wall specimens did not have any steel rebars. The main purpose of the study was to understand the effects of rigid and semirigid HPFRC panels on the seismic behavior of the system. Shear capacity, ultimate shear strength, lateral stiffness, energy dissipation, and ductility ratios of the specimens are evaluated. The experimental results demonstrate that specimens were able to resist lateral load up to at least interstory drift of 6%. Using HPFRC panels, CSPSW specimens becomes stiffer in the elastic region, and the yield displacement of the shear wall is decreased; therefore, the ductility ratio of the system is increased. It should be noted that ultimate shear strength, initial elastic stiffness, and energy absorption of specimens with an HPFRC panel on one side or both sides of the infill steel plate were approximately the same. However, using two HPFRC panels is not economical in comparison with CSPSW with an HPFRC panel on one side. Additionally, the second panel increases the seismic mass of the structure.     

低屈服点钢板剪力墙抗震性能研究

在低屈服点钢板剪力墙体系中,内嵌钢板使用低屈服点钢,周边框架使用普通钢材。采用数值方法研究低屈服点钢板剪力墙在单调荷载作用下的抗剪性能和在反复周期荷载作用下的滞回性能。对内嵌钢板的屈服强度和高厚比进行参数分析,用于研究其对结构抗震性能的影响;分析显示低屈服点钢板剪力墙有很好的变形能力和耗能性能且能减小对主框架的影响。     

轻质组装墙板内置钢板支撑滞回性能试验研究

为改善墙板内置钢板支撑的延性,避免钢筋混凝土墙板局部冲切破坏,便于检修内置支撑和减小墙板自重,提出了轻质组装墙板。通过对6个组装墙板内置钢板支撑的试验研究,考察了支撑和墙板的厚度、支撑与墙板间的间隙等构造对支撑滞回性能的影响。试验表明,轻质组装墙板内置Q235钢板支撑具有良好的延性和耗能能力。总体上,墙板内置支撑破坏前骨架曲线呈双折线,支撑屈服后因钢材应变硬化以及支撑和墙板间摩擦等因素,支撑的承载力随侧移的增加而增大。达最大侧移角约1/25时,受拉承载力调整系数范围为1.36～1.61。侧移角在1/25以内时,受压承载力调整系数均小于13,支撑的轴向累积非弹性变形能力远大于200,均满足美国ANSI/AISC 341 16的要求。试件最终因内置支撑受拉断裂而破坏,破坏前滞回曲线饱满稳定。组装墙板保持完好,可重复利用。支撑与墙板间留置适宜间隙后,受压支撑在墙板孔壁内仅发生微幅多波弯曲变形,避免了墙板局部破坏。当仅考虑支撑附件的主钢管和开孔钢板简化计算墙板绕钢板支撑弱轴的欧拉临界力,墙板的欧拉临界力与内置支撑的最大轴向受压承载力之比(约束比)达1.15~2.42,墙板内置支撑不发生受压整体失稳。     

方钢管混凝土柱-外包U形钢混凝土组合梁节点抗震性能试验研究

为了研究外包U形钢混凝土组合梁和方钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,进行了5个外包U形钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱连接节点的拟静力试验,包括2个外环板节点和3个内隔板节点。通过研究节点试件破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和核心区剪切变形等,进一步分析节点试件的承载能力、延性和耗能能力等抗震性能。研究表明：节点试件加载过程中经历了由弹性、弹塑性到塑性的发展过程;核心区混凝土密实节点试件的滞回曲线更为饱满,延性较好,耗能能力强;外环板节点试件延性要优于内隔板节点试件,耗能能力更强;核心区混凝土不密实的内隔板节点试件具有良好的延性,但承载力显著降低,施工中应严格控制核心区混凝土的浇筑质量,或者在节点核心区采用厚度较大的钢板来提高其延性和承载力。     

带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙,通过对6个剪跨比为2.0、轴压比为0.6的此类剪力墙试件的低周往复加载试验,研究试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力退化、刚度退化、位移延性系数和耗能等抗震性能。结果表明：带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能良好,6个试件的屈服位移角平均值为1/147,极限位移角平均值为1/48,位移延性系数平均值为3.57;减小约束拉杆间距和采用梅花式布置约束拉杆的方式,能更好地对钢板和混凝土提供约束,延缓钢板局部屈曲,增大混凝土的极限变形能力,提高剪力墙承载力、延性和耗能能力,减缓承载力退化和刚度退化,改善剪力墙抗震性能。     

钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算

通过5个钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙和1个钢管混凝土边框混凝土剪力墙的低周反复加载试验,研究钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的受力机理及破坏模式,分析钢纤维体积率和混凝土强度对其抗震性能的影响。结果表明：钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的破坏模式为剪切破坏;墙体裂缝主要为典型的斜裂缝,钢纤维可有效限制剪力墙裂缝宽度,改善裂缝形态;随着钢纤维体积率的增大,剪力墙受剪承载力、延性和耗能能力明显提高;其他影响因素相同的条件下,钢纤维体积率为0.5%、1.0%和1.5%的剪力墙受剪承载力较未掺钢纤维剪力墙的分别提高了4.4%、12.7%和18.6%;随着混凝土强度的提高,剪力墙受剪承载力和耗能能力明显提高,但延性降低;其他影响因素相同的条件下,钢纤维混凝土强度等级为CF60、CF80剪力墙的受剪承载力较CF40剪力墙的分别提高了24%和37%。结合对文中及国内外相关文献试验数据的综合分析,提出了考虑钢纤维体积率和混凝土强度等影响的钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算方法,与试验结果吻合较好。     

附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点 动力循环加载性能分析

进行了4个附设黏滞阻尼器及2个未附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点在动力循环荷载作用下的试验研究,获得其荷载-位移滞回曲线,分析其延性、耗能能力等力学性能。结果表明：附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点试件滞回曲线饱满,延性及耗能性能良好。基于试验研究结果,采用ABAQUS软件建立三维有限元模型,对试件进行数值模拟分析,研究附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点的承载力、延性等性能;非线性模拟分析得出的结果与试验实测结果吻合较好。在此基础上对该类构件进行参数分析,研究轴压比、混凝土强度、方钢管屈服强度、阻尼器关键参数等对其力学性能影响。结果表明：随混凝土强度、方钢管屈服强度、阻尼系数提高,试件承载能力逐渐增大;随轴压比及混凝土强度增大,试件的承载力虽有提高,但试件延性逐渐降低;提高方钢管屈服强度,试件延性增大;随着阻尼指数的增大,试件的承载力和位移延性呈现出先上升后下降的特征。表明要提高附设黏滞阻尼器试件的抗震性能,应合理选择黏滞阻尼器的性能参数。     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的#br# 钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段 端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明：试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘 端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

薄壁复合箱型梁的弯曲—扭转屈曲分析

对一轴心受压薄壁复合构件的屈曲进行研究。提出一个广义的分析模型，可用于分析轴心受压薄壁复合箱型梁的弯曲、扭转以及弯扭屈曲作用。此模型基于经典层压理论，考虑了任意层压堆积规律，结构的弯曲和扭转模式的耦合问题，如非对称以及对称和各种边界条件。采用一个基于位移的一维有限元模型来预测薄壁复合钢筋的临界荷载和随后的屈曲模式。从总势能的平稳值原则中推导出屈曲控制方程。轴心受压薄壁复合件的数值计算结果可用于估测纤维角、各向异性和边界条件对临界屈曲荷载和复合件模态的影响。     

复式钢管混凝土柱-钢梁外加强环板节点滞回性能及核心区变形研究

为了研究复式钢管混凝土外加强环板节点滞回性能及核心区变形场,基于数字散斑方法（DSCM）进行了复式钢管混凝土外加强环板节点低周往复加载试验,对节点的梁柱相对转角变化、核心区受剪性能、节点初始转动刚度以及滞回耗能特性等进行了分析。结果表明：节点弯矩-转角和核心区剪力-剪切变形滞回曲线没有捏拢,呈饱满的梭形,说明节点耗能性能良好;提高环板宽度、锚固腹板加肋和轴压比增大均可提高节点初始转动刚度和节点域抗剪刚度;提高梁柱线刚度比可提高节点的受弯能力、耗能能力和节点域剪切变形能力。节点域剪切变形对复式钢管混凝土柱 钢梁相对转角贡献较大,占比超过30%。测得的核心区剪应变云图分布基本发展为沿对角线对称,后期随着荷载增加,破坏形态为梁端弯曲的试件节点域剪应变发展较缓,而柱端压弯破坏的试件剪应变发展充分,在整个加载过程中,其节点核心区剪应变为梁端弯曲破坏试件的2~3倍。     

Experimental study on seismic behavior of double-skin corrugated plates and concrete composite shear wall

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响，设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验，观察了试件的破坏过程，获取了应变分布数据，分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比，竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高，承载力及刚度退化更为缓慢，延性更好；在承载力接近的情况下，双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的；设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低，使其破坏阶段的承载力退化减缓，且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性，防止其发生面外破坏；试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力，但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快，延性变差；增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度，对延性和耗能能力影响并不显著；采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算，试验结果与计算值吻合良好。     

双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究钢板类型、墙体连接件、轴压比以及剪跨比对双波纹钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,设计并完成了15个双钢板混凝土组合剪力墙（13个波纹钢板试件、2个平钢板试件）的拟静力试验,观察了试件的破坏过程,获取了应变分布数据,分析了各变化参数对双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能指标的影响规律。试验结果表明：与横向波纹双钢板混凝土组合剪力墙相比,竖向波纹双钢板混凝土组合剪力墙的承载力更高,承载力及刚度退化更为缓慢,延性更好;在承载力接近的情况下,双波纹钢板混凝土组合剪力墙的延性与耗能均显著优于平钢板的;设置连接件导致双钢板混凝土组合剪力墙的初始刚度降低,使其破坏阶段的承载力退化减缓,且小剪跨比时设置连接件可有效提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和延性,防止其发生面外破坏;试验中增大轴压比可显著提升双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、初始刚度和耗能能力,但双钢板混凝土组合剪力墙的承载力及刚度退化速率增快,延性变差;增大剪跨比将显著降低双钢板混凝土组合剪力墙的承载力和初始刚度,对延性和耗能能力影响并不显著;采用全截面塑性理论进行双波纹钢板混凝土组合剪力墙正截面承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。     

扩大十字形截面型钢混凝土柱-SRC梁节点抗震承载力试验研究

提出了内置扩大正、斜向十字形截面型钢混凝土柱-工字钢型钢混凝土（SRC）梁节点的构造方式。通过对4个内置扩大正十字形和斜向十字形截面的型钢混凝土柱-SRC梁节点试件和1个内置普通十字形截面型钢混凝土柱-SRC梁节点试件的低周反复荷载试验,研究了试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、剪切变形和钢材应变,分析了配钢形式、加载角度和构造措施（直接焊接、竖向隔板连接）对节点受力性能的影响,并在此基础上对节点核心区受剪承载力进行了计算。试验结果表明：上述两种新型截面型钢混凝土梁柱节点均发生节点区剪切破坏,达到极限状态时,节点区箍筋及型钢腹板应力均达到屈服强度,试件型钢及翼缘框内混凝土仍能承担较大荷载,并趋于稳定;新型SRC梁柱节点核心区剪力-剪切角滞回曲线饱满,无捏缩现象,其受剪承载力比相同破坏模式的普通型钢混凝土梁柱节点试件大;柱内采用斜向布置十字型钢以及梁柱正交时,节点试件的剪切承载力更大,所提出的两种构造措施对节点承载能力影响不大。     

钢腹板弯折剪切连梁受力性能试验研究

在偏心支撑钢-混凝土组合框架结构中,采用传统的剪切连梁虽然可以有效提升框架结构的抗侧刚度和耗能能力,但是其引起的附加弯矩会导致框架梁跨中混凝土严重开裂,不利于地震后的结构修复.为避免框架梁跨中混凝土板的开裂破坏,提出钢腹板弯折的剪切连梁,该连梁从框架梁侧面与梁腹板连接,可以有效地减少剪切连梁对框架梁引起的附加弯矩,从而...