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。     

双屈服点环形钢板剪切阻尼器力学性能与结构减震特性数值模拟研究

提出一种新型环形钢板剪切阻尼器(DASPSD),主要由上下两块连接板和两个环形金属阻尼器内外同轴套设构成,内、外环设有相应的连接件,该阻尼器具有双阶段工作和双级屈服耗能特性,有利于缓解框架结构的层间变形集中效应。首先,针对不同参数DASPSD开展了精细数值模拟研究,验证了该阻尼器的双阶段工作机制和双级屈服耗能特性,揭示了关键设计参数对DASPSD力学性能的影响规律。其次,基于弹塑性时程分析,明确了DASPSD相比于传统单阶U型阻尼器对于结构最大层间位移角和层间变形集中效应控制的优越性。     

新型自复位耗能阻尼器性能研究

为了减小传统建筑结构在震后所产生的残余变形,提出了一种新型的自复位耗能阻尼器,进行了阻尼器理论分析与构造设计并通过有限元模拟对该阻尼器的性能进行了研究。该阻尼器通过弹簧和SMA(shape memory alloy,形状记忆合金)螺杆相结合的方式实现自复位,SMA螺杆在拉伸过程中的耗能以和其它部件之间的滑动摩擦实现。结果表明,该阻尼器在受拉和受压过程中均有较强的稳定性和较好的自复位效果。     

带有非对称阻尼器的柔性结构抗震性能研究

柔性结构在地震作用下通常有较大的变形反应。以某长周期高层建筑为例,探讨应用新型非对称阻尼器的力学性能及其对主结构抗震性能的影响。建立OpenSees模型,对比分析带与不带非对称阻尼器的地震反应,研究不同分布阻尼器对主结构抗震性能的影响。结果表明,带有非对称摩擦阻尼器的柔性结构具有较好的抗震性能。     

局部削弱剪切钢板阻尼器力学性能试验研究

在耗能钢板两侧沿厚度方向以长条形、上下两端圆弧过渡进行局部削弱,削弱条带沿钢板宽度方向均匀分布,形成局部削弱剪切钢板阻尼器。设计3种不同规格试件进行拟静力试验,分析了阻尼器的滞回曲线、骨架曲线、等效黏滞阻尼系数、总累计耗能量、强度退化和刚度退化性能指标,并采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析及参数化分析。结果表明,局部削弱剪切钢板阻尼器滞回曲线饱满,耗能性能稳定,具有较好的后续承载能力;削弱条带处厚度比削弱条带高度对阻尼器耗能性能的影响大,耗能钢板厚度与削弱条带厚度的比值适当增大可以提高阻尼器耗能能力;数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

带软钢阻尼器的自复位装配式混凝土框架节点抗震性能研究

为摆脱目前装配整体式混凝土框架“等同现浇”的固有模式,结合传统预应力自复位混凝土框架的优越性,提出一种带软钢阻尼器的自复位装配式混凝土(SCPCHD)框架。利用ABQUAS有限元软件分别建立新型自复位SCPCHD框架、传统预应力自复位装配式混凝土(SCPC)框架和现浇钢筋混凝土(RC)框架的精细化三维实体数值分析模型,从而验证新型SCPCHD框架良好的抗震性能和耗能能力。分析结果表明：SCPCHD框架残余变形很小、具有震后恢复性能好的优点;SCPCHD框架的层间位移响应明显小于SCPC框架,与现浇RC框架基本接近,且结构构件塑性损伤小;罕遇地震下SCPCHD梁柱节点的耗能分别为传统预应力SCPC框架和现浇RC框架节点耗能的2.26倍和3.64倍,表明新型节点耗能能力好。     

装配U形阻尼器的SMA自复位钢框架梁柱节点抗震性能研究

为解决传统SMA螺杆自复位钢框架梁柱节点在工作过程中SMA材料利用率低的问题,简化节点耗能构件的设计、施工和震后更换,提高灾后结构的快速恢复能力,提出了由超弹性SMA螺杆贯穿钢柱翼缘连接且装配U形阻尼器的自复位钢框架梁柱节点,并对关键构件的受力性能进行分析,给出节点的受力变形理论模型。通过循环拉伸试验考察了SMA棒材的超弹性特性,以此为基础,设计了1个足尺边柱节点试件,通过拟静力试验研究其承载力、初始转动刚度、残余变形、滞回耗能等。研究结果表明：节点中SMA螺杆可以有效拉伸变形并提供自复位驱动力,U形阻尼器的两肢能够产生相对位移从而进行塑性耗能,钢梁腹板处的抗剪螺栓可在连接槽钢的长圆孔中滑动,梁柱节点核心区未出现剪切变形;在设计层间位移角为0.04 rad的循环结束时,节点残余变形仅为0.004 9 rad,且梁柱构件在试验过程中未出现屈服,节点具有良好的自复位能力和可修复性;节点的初始转动刚度和极限弯矩均小于普通抗弯钢框架梁柱节点,但其拥有良好的转动能力,最大层间位移角为0.05 rad,满足节点的变形设计要求。     

内嵌钢板混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为改善传统高层建筑剪力墙连梁的抗震性能,设计并制作3个内嵌钢板混凝土组合(SPC)连梁和1个交叉斜筋钢筋混凝土连梁试件并进行低周往复加载试验。试件变化参数包括连梁纵筋配筋率和配板形式。对比分析各连梁的破坏过程、滞回性能、耗能能力、强刚度退化、承载力、延性以及变形能力等。结果表明,连梁试件发生弯剪和弯曲两种破坏模式;增大连梁纵筋配筋率在提高承载力的同时降低了试件的延性变形;在配板率相同情况下,钢板形式由单钢板改变为拉结双层钢板,连梁受力性能相似,当单层钢板厚度较大时可采用双层钢板设计方案;钢板的设置可有效提高试件的承载力与延性,较好改善滞回曲线的捏拢效应,同时参与连梁端部塑性铰区的抗弯,提供较大的抵抗弯矩,钢板的受压作用也可提高塑性铰的转动能力。与交叉配筋钢筋混凝土连梁相比,利用钢板良好的承载力和延性变形能力,内嵌钢板混凝土组合连梁具有稳定的滞回性能和耗能能力且施工简单,其综合抗震性能优于传统配筋混凝土连梁。     

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。     

黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验加载制度研究

我国现行规范及规程对于黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验要求未能完全真实地反映其性能特点,使得许多性能优良的黏弹性阻尼器不能满足现行标准中的疲劳性能要求,而黏弹性阻尼器由于其黏弹性材料的特殊性,若其未发生破坏,放置一段时间后力学性能会有明显恢复。因此,针对黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验中的加载制度低估了黏弹性阻尼器性能这一问题,提出了一种改进的黏弹性阻尼器抗震疲劳性能试验加载制度,即先在100%应变幅值下预加载5圈以剔除初始刚度的影响,再按照“5圈100%应变幅值加载,20圈50%应变幅值加载,5圈100%应变幅值加载”的加载制度进行30圈加载。通过对比黏弹性阻尼器的滞回耗能,发现黏弹性阻尼器在改进加载制度下的滞回耗能大于绝大部分天然地震动下的滞回耗能,从能量的角度验证了所提改进加载制度的合理性。     

剪切钢板阻尼器的理论与试验研究进展

首先简要说明了结构耗能减震技术的概念,介绍了剪切钢板阻尼器的构造,制作材料,工作机制以及常用动力学模型,之后对剪切钢板阻尼器性能的影响因素进行了探讨,最后总结了目前的研究结果以及发展方向,为进一步研究剪切钢板阻尼器打下基础。     

耗能钢筋配筋率对圆形自复位空心桥墩抗震性能影响分析

为了进一步研究自复位桥墩的抗震性能,基于有限元软件ABAQUS建立圆形自复位空心桥墩模型。对模型施加低周往复荷载,进行拟静力分析。以耗能能力、极限位移、屈服荷载、极限荷载、屈服位移为研究目标,对比分析在不同耗能钢筋配筋率(分别为0.2%,0.22%,0.24%,0.26%,0.28%,0.30%)下自复位空心桥墩的的抗震性能。结果表明,圆形自复位空心桥墩可有效减小残余位移;随着耗能钢筋配筋率的增加,自复位桥墩屈服位移保持不变,屈服荷载、桥墩耗能能力逐渐增大;当耗能钢筋配筋率超过0.28%时,桥墩耗能能力提升趋势、极限位移下降趋势有所减缓;为避免耗能钢筋失效,桥墩产生过大残余变形,同时保证自复位空心桥墩抗震性能,耗能钢筋配筋率宜控制为0.24%～0.28%。     

带阻尼器消能连梁抗震性能试验研究

通过4个布置带缝钢板阻尼器的消能连梁试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验结果表明：阻尼器为剪切屈服型,试验中阻尼器未出现面外屈曲,试件破坏模式为阻尼器弯曲单元断裂破坏或预埋件与混凝土之间锚固破坏|阻尼器的承载力超强系数均大于1.5,平均值为1.63|连梁混凝土部分变形和滑移变形占连梁整体变形的比例随连梁转角增大而减小,阻尼器变形最后能达到整体变形的80%,能有效将变形集中于阻尼器|连梁混凝土部分变形主要为弯曲变形,混凝土剪切变形只占连梁整体变形的2%左右|4个试件混凝土裂缝达0.2mm时连梁转角基本在0.8%左右|加载到连梁转角3.3%时,阻尼器弯曲单元断裂破坏试件混凝土裂缝宽度达到0.5mm,而其余试件由于锚固破坏混凝土裂缝宽度较大,达到2mm左右。     

阻尼器连接的T形装配式剪力墙抗震性能试验研究

基于"强水平缝弱竖向缝"的设计理念,对采用阻尼器连接腹板墙及翼墙的T形装配式剪力墙进行了低周反复荷载试验。结果表明,采用阻尼器连接的T形装配式剪力墙整体工作性能良好,其位移延性系数接近或大于3,有良好的变形性能。阻尼器平面内工作性能良好,且能够实现屈服耗能;应考虑阻尼器的屈服力对试件轴压比的影响,避免造成试件在两个方向承载力的较大差异。     

竖缝耗能的预制装配式剪力墙抗震性能试验研究

基于装配式剪力墙结构"强水平缝弱竖缝"的设计理念,设计了一字形及T形装配式剪力墙试件,对其进行低周反复荷载试验,并与现浇剪力墙试件的抗震性能进行对比。结果表明:竖缝采用阻尼器连接的装配式剪力墙整体工作性能良好,其承载力与现浇剪力墙试件相差不大,但其延性系数好于现浇试件。阻尼器在受力过程中耗能,对墙体起到了一定的保护作用,满足强水平缝弱竖缝的设计要求。     

结构附加金属阻尼器减震性能研究

先利用等效线性化方法计算出结构满足目标位移降低率的金属阻尼器投放量,采用自编程序进行了计算分析。结果表明:结构附加金属阻尼器后,抗震性能有了很大提升,对结构的层间位移,层间剪力,以及顶层位移,顶层位移角等起到更好的抑制作用。     

碳纤维布与钢板黏结剪切性能研究

碳纤维布与钢板复合加固混凝土结构是一种新的加固形式,在其运用到实际加固工程时,关键是要保证碳纤维布与钢板之间的有效黏结。通过11组碳纤维布与钢板黏结剪切试验,分析了碳纤维布与钢板发生黏结剪切破坏的过程、破坏机理,并对碳纤维布的黏结宽度、碳纤维布的层数和黏结长度等对黏结剪切性能的影响进行了研究。研究结果表明,碳纤维布与钢板的有效黏结长度随着碳纤维布层数增加而增大,而与碳纤维布的宽度及粘贴长度无关;碳纤维布与钢板的极限黏结力随碳纤维布宽度增加而线性增大,且当黏结长度超过有效黏结长度后,极限黏结力不再随黏结长度增大而增加,但黏结破坏的延性得到改善。在试验研究的基础上提出了极限黏结力和有效黏结长度的计算公式,其计算结果和试验结果吻合较好,可为复合加固在工程上的应用提供参考。     

自复位摩擦耗能支撑框架的抗震性能分析

自复位摩擦耗能支撑(SCFED)是一种兼具耗能能力与自定心能力的新型支撑。本文将SCFED应用于一9层Benchmark钢框架,采用OpenSEES有限元软件,进行了非线性静力推覆分析(Pushover)和非线性动力时程分析,通过与屈曲约束支撑(BRB)框架结构的对比,研究了SCFED框架结构的抗震性能。结果表明:SCFED框架的最大层间位移角较BRB框架小,且沿楼层高度分布更为均匀;BRB框架平均残余层间位移角约为最大位移角的10%~20%,而SCFED框架的残余位移角仅为最大位移角的1%~2%,表明SCFED能有效控制结构的残余变形;由于SCFED在自复位时的刚度转换较为剧烈,导致SCFED框架的层加速度比BRB框架大。     

波形钢板剪力墙内嵌钢板与墙趾可更换阻尼器刚度匹配关系研究

为了研究内嵌钢板与墙趾可更换阻尼器的刚度匹配关系对波形钢板剪力墙抗震性能的影响,设计了1个带阻尼器的钢板剪力墙试件,针对更换阻尼器前后的试件进行了两次拟静力加载。试验结果表明:阻尼器腹板厚度过大使内嵌钢板先于阻尼器腹板发生变形,导致剪力墙试件耗能能力不能充分发挥;降低阻尼器腹板厚度,可以提高剪力墙的耗能能力,但其承载力下降。证明内嵌钢板与阻尼器的刚度匹配关系对剪力墙的承载能力、耗能能力和延性等抗震性能有关键影响。为了探究两者的合理匹配关系,通过ABAQUS有限元软件建立32个模型进行数值模拟,通过改变阻尼器腹板厚度、内嵌钢板的波纹肋方向和钢板厚度来改变阻尼器与内嵌钢板的匹配刚度,对比数值分析结果和试验结果得出:有限元分析结果和试验结果吻合度较高,波纹肋沿水平方向使试件承载力下降较大;波纹肋沿竖直方向,内嵌钢板厚度和阻尼器腹板厚度分别为5,6 mm时,试件承载力较高、延性较好,抗震性能较好。