钢连梁可更换消能梁段抗震性能试验研究

通过12个可更换钢连梁中消能梁段试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验参数包括腹板钢材类型、梁段长度、加劲肋布置方式和加载制度。试验结果表明：试件为剪切屈服型,破坏模式为加劲肋-腹板焊缝断裂或翼缘-端板焊缝断裂;试件的超强系数平均值为1.86,大于Popov等学者的建议值1.5;试件的极限塑性转角约为0.15 rad,远大于规范AISC 341-10规定的塑性变形限值0.08 rad;梁段腹板采用低屈服钢LY225代替Q235钢时,试件的极限塑性转角增大23%,试件的累积塑性转角增大52%;加劲肋单面布设或双面布设对试件的抗震性能影响不大,但加大加劲肋间距会导致腹板提前屈曲和试件承载力退化,建议低屈服钢消能梁段的加劲肋布置按照规范AISC 341-10和GB 50011-2010对一般消能梁段的规定。在剪切往复荷载作用下,试件的轴向位移由几何位移和塑性轴向变形两部分组成,试件的塑性轴向变形与其累积塑性转角成正比。     

可更换耗能连接件的装配式混凝土框架结构抗震性能试验研究

为评估带有可更换耗能连接件的装配式混凝土框架(REDC-PCF)的抗震性能,设计并制作了1榀60％缩尺的2层2跨REDC-PCF试件,在实验室完成试件的装配,随后对其开展拟静力试验,研究了该框架的损伤分布、滞回特性、延性和耗能能力等抗震性能.试验结果表明:试件的滞回曲线饱满且稳定,呈现出优异的抗震性能;该试件的塑性变形...     

可更换耗能连接组件的装配式混凝土柱脚抗震性能试验研究

为使装配式混凝土结构在强震作用下达到损伤集中的效果,增强装配式混凝土结构的震后可修复性,提出一种可更换耗能连接组件(REDC)的装配式混凝土柱脚。设计并制作了1个足尺REDC装配式混凝土柱脚,通过改变柱设计轴压比、REDC核心耗能钢板厚度等参数,开展了4个工况下的拟静力试验。研究结果表明：加载过程中柱脚始终表现出稳定的滞回特性和较高的延性,低轴压比(n=0.3)下呈饱满的梭形滞回环,高轴压比(n=0.8)下滞回环有一定捏缩;除高轴压比下柱底钢套筒局部区域竖向压应变接近屈服应变外,柱脚始终保持完好,塑性变形集中于REDC核心耗能钢板内;混凝土柱身处于微损伤状态,表现为柱脚卸载至初始位置后可闭合的水平向弯曲裂缝;核心耗能钢板断裂前,在5%水平位移角下经历了至少25次加载循环,表现出良好的低周疲劳性能;核心耗能钢板的失效模式为疲劳断裂,断裂位置均位于屈服段中部或屈服段与过渡段交界处。REDC核心耗能钢板的实测变形量与理论计算结果基本一致,验证了理论分析的准确性,可用于该种装配式混凝土柱脚设计。     

可更换屈曲约束耗能板的钢框架梁柱节点抗震性能试验研究

为了实现钢框架结构震后快速修复,基于损伤控制原理,提出一种由耗能板和C形抗剪件通过高强度螺栓连接悬臂梁段与跨中梁段的韧性钢框架梁柱节点,柱与悬臂梁段焊接,通过梁翼缘和C形抗剪件外伸翼缘对耗能板提供面外约束,从而限制其屈曲变形,改善承载与耗能能力。对4个韧性钢框架梁柱节点进行低周循环加载试验,研究不同构造形式的耗能板与C形抗剪件对梁柱节点的变形模式、滞回曲线和骨架曲线的影响。试验结果表明:该梁柱节点可以有效转移梁端塑性铰至耗能板上,即使在层间位移角5%时,主体梁柱构件保持完全弹性;更换损伤的耗能板后,梁柱节点可以恢复原有的滞回性能;层间位移角7%时梁翼缘无法有效约束槽孔削弱型耗能板的面外变形,层间位移角3%时未加劲C形抗剪件的外伸翼缘出现较大残余变形,均不利于节点的快速修复,故建议优先采用狗骨削弱型耗能板与加劲C形抗剪件。     

可更换钢连梁的抗震性能研究

以3个钢连梁试件为对象,采用2种不同的连接方式以及变换可更换段钢梁的截面高度,对可更换钢梁的抗震性能进行了试验研究.在抗震试验中,将钢梁分为3段,并削弱中间段,使破坏发生在中间段.考察试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性性能、耗能性能等指标.试验结果表明:试验中3个试件均发生了破坏,在连接方式相同的情况下...     

带端板螺栓连接可更换耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能试验研究

为了改善传统钢框筒结构抗震性能较差的问题,提出了带端板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSLs).考虑耗能梁段长度和楼板的影响,设计了 3个2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RSLs子结构试件,对这3个试件进行低周往复加载试验并进行耗能梁段的更换,研究HSS-FTS-RSLs的抗震性能和震后可更换能力.试验结果表明:带端板螺栓连接的子结构试件在地震作用下滞回曲线饱满,损伤主要集中于耗能梁段,具有良好的抗震性能;更换耗能梁段后不会影响结构的刚度和承载力以及连接处的传力性能,结构的可更换允许残余层间侧移为0.40％;楼板可以使结构的弹性刚度和承载力分别提高7.40％和5.21％,楼板损伤主要集中在耗能梁段与裙梁连接区域上方;剪切型耗能梁段在循环荷载作用下超强系数为1.63～1.81,最大塑性转角可达到0.15～0.21rad,呈现出良好的超强和变形能力;耗能梁段长度比e/(Mp/Vp)(其中e为耗能梁段长度,Mp、Vp分别为耗能梁段的塑性受弯承载力和塑性受剪承载力)越小,结构的刚度和承载力越高,耗能梁段的变形能力越强.     

带端板螺栓连接可更换耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能试验研究

为了改善传统钢框筒结构抗震性能较差的问题,提出了带端板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSLs).考虑耗能梁段长度和楼板的影响,设计了 3个2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RSLs子结构试件,对这3个试件进行低周往复加载试验并进行耗能梁段的更换,研究HSS-FTS-RSLs的抗震性能和震后可更换能力.试验结果表明:带端板螺栓连接的子结构试件在地震作用下滞回曲线饱满,损伤主要集中于耗能梁段,具有良好的抗震性能;更换耗能梁段后不会影响结构的刚度和承载力以及连接处的传力性能,结构的可更换允许残余层间侧移为0.40％;楼板可以使结构的弹性刚度和承载力分别提高7.40％和5.21％,楼板损伤主要集中在耗能梁段与裙梁连接区域上方;剪切型耗能梁段在循环荷载作用下超强系数为1.63～1.81,最大塑性转角可达到0.15～0.21rad,呈现出良好的超强和变形能力;耗能梁段长度比e/(Mp/Vp)(其中e为耗能梁段长度,Mp、Vp分别为耗能梁段的塑性受弯承载力和塑性受剪承载力)越小,结构的刚度和承载力越高,耗能梁段的变形能力越强.     

可更换加劲肋角钢自复位柱脚抗震性能试验研究

为了解决震后受损柱脚残余变形大、可恢复性能差的问题,提出了一种采用可更换加劲肋角钢的自复位柱脚,该柱脚由钢柱、钢连接件、腹板摩擦装置、可更换加劲肋角钢和无黏结钢绞线拼装而成,并由钢绞线提供复位力,通过腹板摩擦装置与加劲肋角钢塑性变形进行耗能。完成了6组共10个自复位柱脚的低周反复加载拟静力试验,对破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能、承载力与刚度退化以及残余变形与自复位能力的研究,并结合实测应变结果分析轴压比、可更换加劲肋角钢厚度、震后是否更换受损加劲肋角钢对柱脚抗震性能的影响。研究结果表明：该种柱脚的抗震性能优异,且在较大轴压比下表现出更高的承载力和耗能能力,但较大的竖向荷载会加剧残余变形与预应力的损失,导致柱脚的复位能力变差;增加可更换加劲肋角钢的厚度可增加柱脚的初期刚度和承载力;柱脚在震后不更换受损加劲肋角钢的情况下仍具有良好的承载力,可抵抗较大等级的余震作用;柱脚在震后更换受损加劲肋角钢的情况下,整体抗震性能基本可恢复至震前水平。该可更换加劲肋角钢的自复位柱脚经合理设计与控制,可以很好地实现“小震弹性,中震复位,大震更换”设计目标,为抗震设计提供参考。     

含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构抗震性能研究

地震作用下,传统钢框筒结构难以实现强柱弱梁的设计理念,大震下柱端往往先于梁端出现塑性铰。针对这一问题提出了含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,即在裙梁中设置可更换的剪切型耗能梁段,大震作用下结构利用剪切型耗能梁段良好的弹塑性变形能力进行耗能,其余构件仍处于弹性状态或部分发展塑性。设计了一组算例结构,包括传统钢框筒结构和含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,采用SAP2000有限元分析软件对算例结构进行了弹性和弹塑性地震反应分析,对比了传统钢框筒结构和不同耗能梁段布置形式的含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构在多遇地震、罕遇地震和极罕遇地震作用下的抗震性能和破坏模式。结果表明:在裙梁中设置剪切型耗能梁段对结构整体刚度的影响较小,含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构改变了传统钢框筒结构的耗能机制,主要通过耗能梁段的剪切变形代替裙梁端部塑性铰耗能。罕遇地震作用下耗能梁段全部进入塑性耗能,震后仅需替换损伤严重的耗能梁段即可快速恢复结构的使用功能。极罕遇地震作用下,传统钢框筒结构达到极限状态,而含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构的耗能梁段进一步发展塑性,其余构件保持弹性,结构具有足够的安全储备。     

含可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能分析

针对传统钢框筒结构地震耗能差和震后修复难度大等问题,结合剪切型耗能梁段耗能能力强及震后易修复、钢框筒抗侧刚度大、高强钢强度高且节约材料的优点,提出一种新型高层钢结构形式——含可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS)。给出了HSS-FTS的初步设计方法和耗能梁段的布置原则。为比较HSS-FTS和传统钢框筒结构(FTS)的抗震性能,采用SAP2000各建立了一个40层的HSS-FTS和FTS有限元模型,验证了有限元建模的合理性,分别对两个结构进行反应谱分析和动力弹塑性时程分析。结果表明:多遇地震下,HSS-FTS和FTS的层间位移角、基底剪力、楼层剪力和剪力滞后效应无显著差别,HSS-FTS可以满足抗震规范层间位移角的限值要求。罕遇地震和超大震作用下,HSS-FTS的柱轴力分布相比FTS更为均匀,减小了结构的剪力滞后效应,HSS-FTS的塑性铰主要集中在耗能梁段处,改变了FTS的塑性铰发展机制,具有理想的破坏模式。在罕遇地震和超大震作用下,HSS-FTS的层间位移角相比FTS分别降低了11.98%和13.63%,可有效减小震后结构的残余变形,降低耗能梁段的更换难度。HSS-FTS改变了FTS的耗能机制,在罕遇地震和超大震作用下,其耗能量相比FTS分别提高了86.58%和151.09%,其耗能能力显著提升,有效降低了结构的水平地震作用,可减轻除耗能梁段外的非耗能构件受损程度,此种新型高层钢结构形式更易于震后修复与功能的快速恢复。     

腹板加劲H形截面框架梁塑性耗能区的抗震性能试验研究

针对腹板宽厚比较大的H形截面钢框架梁塑性耗能区延性较差的问题,提出在其腹板设置纵向加劲肋以改善抗震性能的方法,并进行试验验证。通过4个梁腹板设置纵向加劲肋和1个未设置纵向加劲肋的梁柱刚接节点试件的反复加载试验,对框架梁端塑性耗能区腹板设置纵向加劲肋前后的抗震性能进行对比研究。试验以梁腹板采用弹性设计截面的试件为基准,考察在腹板设置一道、两道纵向加劲肋后塑性耗能区抗震性能的改善程度;并与塑性设计截面腹板梁的试件、部分塑化截面腹板设一道纵向加劲肋的试件进行抗震性能的比对。试验结果表明：设置纵向加劲肋可显著提高H形截面框架梁塑性耗能区的抗震性能;梁端塑性耗能区翼缘宽厚比满足塑性设计截面的要求,腹板采用弹性设计截面的宽厚比,当设置一道或两道纵向加劲肋时,可达到不低于塑性设计截面或GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》二级抗震框架梁端耗能区的抗震性能要求;弹性设计截面腹板纵向加劲肋分隔的区格板件宽厚比与实腹梁腹板宽厚比相当时,抗震性能基本等价。     

柱间连接型消能子结构设计方法与抗震性能试验

消能减震技术能显著提高建筑结构的抗震能力,但目前对消能子结构的性能目标和设计方法尚未达成共识。针对工程中较常见的柱间连接型消能子结构,提出基于多遇地震作用下弹性分析的设计方法,给出设计流程和设计要点。对1个钢筋混凝土纯框架子结构试件和2个消能子结构试件进行低周反复加载试验,考察消能子结构的抗震性能,检验所提设计方法的合理性。研究结果表明：消能子结构承载力约为纯框架与阻尼器承载力之和,单周耗能能力约等于纯框架与阻尼器各自耗能之和;阻尼器损伤累积直至完全剪断过程中,消能子结构承载力和刚度逐渐下降;阻尼器破坏后,周围框架抗震性能与加载同阶段的纯框架性能基本一致。按所提设计方法设计的消能子结构在罕遇地震作用下破坏模式合理,能保证阻尼器充分发挥消能效果;增大消能子结构纵向钢筋配筋量对改善其塑性铰状态和结构破坏模式无显著效果。     

可更换连梁的可更换性研究

为实现工程中可更换连梁震后可更换性的快速评估,针对采用H形钢作为消能梁段的可更换连梁展开研究,探讨该类构件的损伤后可更换性。以连接处螺栓孔相对位置为判别依据,以消能梁段残余剪切角为评价指标的连梁可更换性评估方法,设计3种可更换连梁连接形式,分别为端板-螺栓群连接（CI型）、耳板-螺栓群连接（CII型）以及螺栓-抗剪键连接（CIII型）;分别通过评估方法及更换试验对3种连接形式试件的可更换性进行对比分析。研究结果表明：采用CI型连接的试件最大可更换残余剪切角及更换用时分别为0.007 rad及40 min,采用CII型连接的试件最大可更换残余剪切角及更换用时分别为0.008 rad及280 min,采用CIII型连接的试件最大可更换残余剪切角及更换用时分别为0.01 rad及50 min,故采用CIII型连接的试件具有最好的损伤后可更换性。     

可更换钢连梁抗震性能试验研究

通过拟静力试验,研究由跨中部消能梁段和两端非消能梁段组成的可更换钢连梁的抗震性能和震后可更换能力。试验共包括4个连梁试件,采用4种不同的消能梁段与非消能梁段连接方式,分别为端板-抗剪键连接、拼接板连接、腹板-螺栓连接、腹板-结构胶连接。试验结果表明：采用端板-抗剪键连接时,连梁的塑性变形和损伤集中在消能梁段,连梁的极限塑性转角可达0.06 rad,具有稳定的滞回耗能能力;采用拼接板连接或腹板-螺栓连接时,消能梁段剪切屈服,连接处摩擦型高强螺栓有不同程度的滑移,连梁的极限塑性转角也可达0.06 rad;采用腹板-结构胶连接时,连接处结构胶开裂导致连梁脆性破坏。在连梁转角为0.02 rad加载后对消能梁段进行更换,采用端板-抗剪键连接的试件更换时间最短,而腹板-螺栓连接的试件能在更大的残余转角时更换。此外,消能梁段在较大塑性剪切变形时伴有轴向变形,导致连梁试件承受较大轴力,连梁的轴力影响需要进一步研究。     

钢连梁-钢板混凝土组合剪力墙组合件抗震性能试验研究

为进一步提高联肢剪力墙结构的抗震性能,提出了一种改进型钢连梁-钢板混凝土组合剪力墙混合结构.通过对5个1/2缩尺连梁-墙肢组合件的低周往复加载试验,研究了钢连梁跨高比和加劲肋布置等因素对组合件抗震性能的影响.研究表明:组合件塑性变形均集中在易更换的钢连梁上,墙肢和节点部位损伤程度较低,有利于实现结构罕遇地震作用后的功能...     

震后可恢复功能摇摆柱抗震性能试验研究

为实现地震后结构性能快速恢复,针对设置开缝钢板阻尼器的震后可恢复功能摇摆(ERR)柱技术,采用增加螺栓数量以减小连接板与钢板阻尼器端部局部滑移的方法对该技术予以改进.为进一步研究改进后ERR柱的受力特性及性能可恢复性,完成了 8个足尺试件的低周往复加载试验,主要研究轴压比、钢板阻尼板厚度和阻尼器数量等对试件抗震性能的影...     

带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能研究

为解决转换结构抗震性能差的问题,提出带耗能腋撑钢管混凝土柱-型钢混凝土梁新型转换结构形式。对一榀1∶4普通型钢混凝土框架转换结构和带耗能腋撑型钢混凝土框架转换结构进行拟静力试验。从试件破坏形态、荷载-位移曲线、塑性铰发展、应变发展和耗能能力等方面研究带耗能腋撑型钢混凝土转换结构的抗震性能。试验结果表明:耗能腋撑有效控制了节点区梁、柱端塑性铰的发展,使塑性铰向转换梁加腋处转移;腋撑附加轴力对转换梁下部纵筋应变影响较大,对钢管柱应变影响较小;带耗能腋撑型钢混凝土转换结构较普通型钢混凝土转换结构的梁端开裂荷载提高了60%、承载力提高了6.2%、延性系数提高了57.24%、等效黏滞系数提高了10.7%,表现出良好的耗能能力,提高了结构的抗震性能。     

全装配式自复位耗能钢筋混凝土框架梁柱节点抗震性能研究

为研究全装配式自复位耗能钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震性能,针对该类梁柱节点开展拟静力试验.该节点采用钢套加固节点核心区梁柱构件,利用在梁截面中心后穿的无黏结预应力钢绞线提供自复位能力,节点区设置可更换低屈服点钢棒提供耗能性能.试验中共制作了 5个比例3/5缩尺梁柱节点,研究了该类型梁柱节点在低周往复荷载作用下的滞回性能...     

框架-核心筒耗能耦联结构地震反应分析

提出了一种新型框架-核心筒耗能耦联结构,此结构将框架和核心筒分开,框架和核心筒之间通过水平向阻尼器连接。为了了解框架-核心筒耗能耦联结构在地震作用下的性能,采用SAP2000和PERFORM-3D有限元软件分别建立传统框架-核心筒结构、新型框架-核心筒耗能耦联结构有限元模型,对两种模型分别进行中震、大震弹性和大震弹塑性时程分析。结果表明:相比于传统框架-核心筒结构,新型框架-核心筒耗能耦联结构能有效耗散地震能量,降低楼层剪力,减小结构地震响应,表现出优异的抗震性能。     

钢-混凝土预制梁连接区段抗震性能试验研究

为实现预制装配式混凝土框架结构的干式连接，提出一种带工字钢接头的装配式钢筋混凝土梁。通过3个不同配筋率(0.96%、1.50%、2.34%)试件的低周反复荷载试验，研究了不同弯矩系数比对其破坏形态、滞回特性、承载力、延性、承载力退化及关键部位应变的影响。结果表明，该预制混合梁在不同弯矩系数比下表现出不同的屈服顺序和破坏模式，随着弯矩系数比的减小，试件的损伤从集中在混凝土梁段到集中在钢梁段逐渐演变，滞回曲线渐趋饱满；在焊缝质量可靠的前提下，钢套筒连接区段未发生破坏，传力可靠。结合试验结果，进一步分析了该预制梁的受弯承载力计算方法和剪力传递过程。工程应用时，以钢接头屈服耗能为目标，保守建议设计弯矩系数比小于0.63，并保证钢套筒剪力传递的构造可靠。