可替换连梁连接的双钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究可替换连梁连接的内填混凝土双钢板混凝土联肢组合剪力墙结构的抗震性能,进行了2层半单跨1∶3缩尺试件的低周反复加载试验。试验中对连梁进行了2次替换,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化以及耗能能力。试验结果表明:水平荷载作用下,双钢板混凝土联肢组合剪力墙的可替换连梁首先进入塑性耗能,连梁替换后结构的抗震性能基本恢复到连梁替换前的性能水平;连梁端板没有出现变形,连梁拆卸和安装方便;设计中钢柱柱脚截面可适当加大,需合理设计柱脚部位的焊缝和连接构造,避免应力集中;可替换连梁连接的组合剪力墙结构的滞回曲线比较饱满,抗震性能较好;连梁替换前后结构的骨架曲线相差很小,其抗侧刚度基本一致;结构进入塑性后,试件的承载能力降低很小;在同水平荷载作用下,连梁的剪应力最大,边柱柱脚的正应力较大,中柱、钢梁及剪力墙钢板的应力较小。     

双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙的抗震性能,进行了2层半单跨1/3缩尺试件的低周反复加载试验,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明:双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙滞回曲线饱满,耗能能力强,延性好,水平刚度较大;循环荷载作用下,连梁腹板首先屈服进入塑形,接着连梁两端翼缘、柱脚和剪力墙底部进入塑性;第2层连梁两端翼缘拉断,导致试件失效;剪力墙的线刚度远高于连梁的线刚度,水平荷载作用下连梁两端弯矩大,为结构的薄弱部位;为避免剪力墙自由边底部与梁连接部位发生破坏,在自由边处应设置边柱加强;试件达到峰值荷载时,顶点位移角为1/50;双钢板内填混凝土短肢剪力墙试件底层变形比2层小,耗能相对2层少;弹性范围内同一水平荷载作用下,连梁腹板的剪应变最大,边柱柱脚的正应变较大,剪力墙钢板的剪应变较小。ABAQUS 有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

钢管混凝土柱新型柱脚节点的试验研究

对新型钢管混凝土柱脚节点进行了静力加载和低周反复加载试验研究。给出了静力荷载下的荷载 变形曲线、低周反复荷载下的荷载 变形滞回曲线以及关键部位的应变数据。试验证明 ,此类型柱脚节点工作性能可靠 ,具有良好的耗能能力。     

柱脚耗能的连柱钢支撑结构抗震性能分析

为了提高连柱钢支撑结构耗能能力,增加耗能连梁进入塑性的程度,提出在柱脚处设置耗能连梁,形成柱脚可耗能的连柱钢支撑结构形式。设计了柱脚耗能的连柱钢支撑结构试件,采用ABAQUS有限元分析软件,对试件进行低周往复加载,分析耗能连梁长度和支撑跨跨度等设计参数对结构滞回性能的影响。分析结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线以及耗能能力等方面的特征,结果表明:柱脚可耗能的连柱钢支撑结构滞回曲线比较饱满,耗能能力较强,破坏模式是较为理想的。随着耗能连梁长度增加,结构的承载力和刚度下降,结构的耗能能力呈现先增加后降低的趋势,建议耗能连梁长度取值范围(1. 0～1. 51) Mp/Vp,其中,Mp为耗能连梁的塑性抗弯承载力,Vp为耗能连梁的抗剪承载力。随着支撑跨跨度的增加,结构的承载力和刚度以及耗能能力方面都有所增加。     

带碟簧柱脚的连柱支撑钢框架结构抗震性能研究

为了提高连柱支撑钢结构的耗能能力,增加耗能连梁进入塑性程度,提出在支撑柱脚设置碟簧的构造措施。采用有限元软件ABAQUS建立带碟簧柱脚连柱支撑钢框架结构模型,对模型进行低周往复加载,分析其破坏机理,并考虑了耗能连梁非弹性转角和耗能连梁长度等设计参数对其滞回性能的影响。分析结果表明:柱脚设置碟簧的连柱支撑钢结构破坏模式理想,耗能连梁率先进入塑性,塑性变形充分,耗能能力好。柱脚抬起越大,耗能连梁塑性发展程度越大,建议耗能连梁非弹性转角取0.06～0.08 rad;耗能连梁应设计成剪切屈服型,耗能连梁长度越短,结构耗能性能越好、抗侧刚度越大,建议耗能连梁长度e取值范围为(0.95～1.54)M_p/V_p,其中M_p和V_p分别为耗能连梁的塑性抗弯承载力和抗剪承载力。     

装配式自复位钢柱脚力学性能试验研究

设计加工了一个缩尺约为1/3的柱脚试件,将其所受竖向轴力和碟形弹簧的预压力作为试验变量,进行低周往复荷载试验,对比分析了结构受力的发展过程、自复位能力、变形能力和柱脚因本身自有的摩擦而具有的耗能能力。试验结果表明：此装配式自复位钢柱脚消除了传统柱脚的塑性铰问题,在受到外力作用时能有效减小建筑所遭遇的破坏,实现了预期的设计意图;试件的荷载-位移滞回曲线为典型的双旗帜形,卸载后的最大残余变形仅为0.202%,具有良好的自复位性能。     

装配式自复位摇摆钢框架抗震性能研究

为了减轻传统钢框架在强震作用下的损伤与破坏,提出了具有自复位柱脚的装配式摇摆钢框架结构,阐述了该结构的构造形式与工作机理。设计并加工了一榀缩尺比例为1/4的摇摆钢框架,对其进行了低周反复加载试验和有限元模拟,研究其抗震性能。结果表明：利用复合组合碟形弹簧的弹性恢复力能够实现柱脚在强震作用下的可控摇摆,通过梁柱节点的消能减震装置有效控制了结构的累积损伤与残余变形;摇摆钢框架的滞回曲线是较为饱满的旗帜形,表明其具有较好的自复位性能和耗能性能;在加载至层间位移角1/30时,梁柱节点和柱脚没有发生任何屈服或屈曲,主体结构保持为弹性,损伤与破坏集中在消能减震装置处,拆卸和更换消能减震装置后,再加载曲线与原曲线基本吻合,有效实现了消能构件地震损伤可更换以及结构功能可恢复的设计目标;有限元的模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建立的有限元模型能够较好地模拟摇摆钢框架在循环加载时的滞回性能。     

不锈钢复合芯板剪切型摩擦消能器试验研究

为了解决传统摩擦消能器性能不稳定、价格昂贵等问题,研发了一种以双面不锈钢复合钢板为芯板的剪切型摩擦消能器。该消能器由复合钢板的不锈钢复层与石棉摩擦片组成耗能摩擦副,通过碟形弹簧和预压螺栓调节滑动摩擦面承受的面压力。提出了消能器极限位移、极限荷载和面压力等试验关键指标的计算方法。对3个消能器进行低周往复加载试验,考察其滞回曲线、耗能能力、极限破坏特征及疲劳性能。结果表明：采用不锈钢复合芯板的剪切型摩擦消能器构造合理,滞回性能稳定,耗能能力良好,抗疲劳性能优异。设计位移幅值下累积加载90次,消能器承载力不下降,滞回性能稳定。低周疲劳作用下芯板不同材质复合界面性能可靠,不锈钢复合板可用作摩擦消能器的芯板。     

分层装配式支撑钢结构工业化建筑体系抗震性能试验研究

对2层4跨足尺结构进行了拟静力加载试验,考察了分层装配式支撑钢结构在水平地震作用下的抗侧力机制、破坏模式与滞回特性,以及刚度和承载力的变化规律。试验结果表明,支撑是主要抗侧力构件,结构弹性阶段的抗侧刚度几乎完全由支撑提供,研制的新型支撑具有良好的延性工作性能。结构体系在往复荷载下失效演进过程表现为支撑受压失稳、支撑受拉屈服、柱脚截面部分屈服、节点处梁翼缘循环拉压变形、柱脚端板连接焊缝开裂和柱脚全截面屈服形成塑性铰。改进后的梁贯通式节点可以保证框架在塑性大变形阶段分担相当比例的水平地震力,因而可作为该结构的第2道防线。鉴于结构体系耗能能力一般,抗震设计时可以考虑一定的地震作用放大系数。     

形状记忆合金丝约束RC墩柱抗震性能试验研究

为增强RC墩柱在强震作用下的耗能、变形及自修复能力,实现震后桥梁结构功能的快速恢复,该文采用超弹性形状记忆合金(shape memory alloys, 简称SMA)丝约束RC墩柱,并通过试验研究水平循环荷载作用下SMA丝约束RC墩柱的抗震性能。试验制作6个SMA丝约束RC墩柱试件和1个普通RC墩柱试件,通过低周往复加载,分析SMA丝配置率和预应力水平对RC墩柱抗震性能的影响,包括破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度和耗能。研究结果表明：相比普通RC墩柱的剪切破坏,SMA丝约束RC墩柱的破坏模式转变为具有一定延性的弯剪破坏或剪弯破坏;随着SMA丝配置率的增大,RC墩柱的抗剪承载力、延性和耗能能力均有所提升,抗震性能得到增强;预应力丝材提供更大的约束力,分担更多的剪力,提高核心混凝土的变形能力,增强RC墩柱的抗震性能。研究成果将为RC墩柱的加固和震后快速恢复提供新思路和试验基础。     

蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点力学性能

为避免梁柱翼缘相交处的焊缝在地震作用下发生脆性破坏,提出了一种蜂窝式可替换塑性铰节点形式,以实现中震可修的延性设计抗震目标.通过ABAQUS有限元分析软件对7个不同蜂窝式耗能环尺寸的节点模型、1个腹板开圆孔型削弱型节点模型、1个腹板开六边形孔型削弱型节点模型和1个普通梁柱节点模型在同等条件下进行了低周反复加载模拟.分析...     

考虑混凝土板组合效应的蜂窝钢梁柱连接抗震性能试验研究

为了研究混凝土板组合效应对蜂窝梁柱连接抗震性能的影响,对无混凝土板和有混凝土板的正六边形蜂窝梁柱连接、普通组合梁柱连接进行拟静力试验。研究混凝土板组合效应对不同开孔率的蜂窝梁柱连接的破坏形态、承载能力、刚度、延性及耗能能力的影响。试验结果表明：蜂窝梁柱连接可以有效地控制塑性铰在近柱端第一个蜂窝孔处形成,实现塑性铰外移,降低在梁柱连接焊缝处发生脆性破坏的可能性;混凝土板的组合效应可以减小蜂窝梁剪切变形的影响,与无混凝土板的蜂窝梁柱连接相比,有混凝土板的蜂窝梁柱连接的滞回曲线更饱满;混凝土板的组合效应能够提高蜂窝梁柱连接的承载能力、延性、刚度及耗能性能,开孔率越大,组合效应越显著;混凝土板组合效应降低了塑性铰区的转动能力。     

偏心支撑钢框架可替换剪切连接件试验研究

将偏心支撑钢框架中的耗能梁段从框架梁中分离,作为可替换剪切连接件,不仅能达到将结构塑性变形集中于耗能梁段区域的目的,也能实现震后损坏耗能梁段易于替换的目标。为此,对9根不同参数的可替换剪切连接件进行循环加载试验,并对剪切连接件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、塑性转角及刚度退化等进行分析。结果表明：可替换剪切连接件的滞回曲线饱满,性能稳定,塑性转角均满足对于耗能梁段极限塑性转角大于0.08rad的限值要求,具有良好的塑性性能,满足罕遇地震作用下的变形要求;承载能力和初始刚度随着长度、加劲肋间距的减小而增大;有焊接工艺孔的连接件刚度退化更加明显,塑性性能得到充分发挥,耗能能力良好;通过参数分析发现截面尺寸、长度比、加劲肋间距及焊接工艺孔构造等是影响剪切连接件抗震性能的主要因素。     

钢质往复弯曲耗能铰滞回性能试验研究及理论分析

提出一种销轴连接新型钢质往复弯曲耗能铰,可用于装配式结构预制梁柱连接,并实现梁端耗能和塑性铰外移。对两个该新型耗能铰进行滞回试验,试验结果表明:新型耗能铰整体绕销轴转动,试件的破坏形式为耗能元件受压翼缘屈曲或受拉翼缘断裂;其滞回曲线饱满,能量耗散系数达3.0以上,具有良好的耗能能力,无明显的刚度退化和强度退化;量测完整的耗能铰塑性转角达0.055rad,两个试件的延性系数均大于4.0,均满足规范要求。建立该类耗能铰的有限元模型,对比可得有限元模拟结果与试验结果吻合较好。基于有限元模型对钢质往复弯曲耗能铰开展机理分析和参数分析。结果表明:耗能铰达峰值荷载时,耗能元件中心可达全截面塑性,具有塑性设计要求的转动能力,且在转动过程中承载力不降低;耗能铰削弱程度、耗能铰长度对该类耗能铰的初始刚度、承载力和转动能力有较大的影响,耗能铰削弱范围对滞回曲线影响较小。基于参数分析,给出耗能铰主要构造参数的取值范围,并建议了该类耗能铰的简化滞回模型,简化计算结果和试验结果、有限元计算结果吻合较好。     

四角钢连接框架-十字加劲钢板墙结构抗震性能试验研究

通过一榀单跨双层的四角钢连接框架内嵌十字加劲钢板墙模型的低周反复荷载试验,系统分析结构受力性能和破坏机理,研究其滞回性能、破坏模式、延性及耗能性能等抗震特性。试验结果表明：整个结构具有较大的初始刚度以及良好的延性和耗能能力,结构丧失承载力是因为柱脚处焊缝全部撕裂。     

双型钢混凝土转换梁柱节点抗震性能试验研究

以广东某高层建筑为工程背景,针对大跨度转换结构,提出了双型钢混凝土转换梁柱节点的构造组合形式,通过对2个转换节点的竖向和水平荷载作用下的低周反复荷载试验,研究了节点的破坏形态、承载能力、刚度、滞回特性、延性、耗能能力及关键位置钢筋和型钢的应变等性能。试验结果表明：转换梁内置双型钢腹板形成的封闭空间对混凝土有约束作用,提高了节点区混凝土的抗剪能力;双型钢混凝土转换梁柱节点的滞回曲线饱满,极限变形能力较强,承载力较高,刚度、延性和耗能能力均较好;被转换柱与双型钢混凝土梁采用“端板螺栓连接”实现了“在被转换柱底部先出现塑性铰”,达到了“强梁强柱,更强节点”和“强转换层,弱框架层”目的。     

模块化装配式钢框架抗震性能研究

针对国内外工业化装配式高层钢结构体系的研究不足,为多高层装配式钢框架结构体系的研发与设计提供依据,利用有限元软件ANSYS 14.0对取自装配式实际工程中的单榀两层单跨钢框架进行静力及拟静力分析;研究框架在低周反复荷载作用下的耗能能力及延性性能,分析框架的承载能力及破坏机理。研究表明:装配式钢框架具有良好的变形性能,地震作用下,桁架梁端部弦杆形成塑性铰以消耗能量,装配式钢框架滞回曲线饱满表现出较好的塑性变形能力及耗能性能。     

Experimental Study on Low Cyclic Loading Tests of Steel Plate Shear Walls with Multilayer Slits

A new type of earthquake-resisting element that consists of a steel plate shear wall with slits is introduced. The infill steel plate is divided into a series of vertical flexural links with vertical links. The steel plate shear walls absorb energy by means of in-plane bending deformation of the flexural links and the energy dissipation capacity of the plastic hinges formed at both ends of the flexural links when under lateral loads. In this paper, finite element analysis and experimental studies at low cyclic loadings were conducted on specimens with steel plate shear walls with multilayer slits. The effects caused by varied slit pattern in terms of slit design parameters on lateral stiffness, ultimate bearing capacity and hysteretic behavior of the shear walls were analyzed. Results showed that the failure mode of steel plate shear walls with a single-layer slit was more likely to be out-of-plane buckling of the flexural links. As a result, the lateral stiffness and the ultimate bearing capacity were relatively lower when the precondition of the total height of the vertical slits remained the same. Differently, the failure mode of steel plate shear walls with multilayer slits was prone to global buckling of the infill steel plates; more obvious tensile fields provided evidence to the fact of higher lateral stiffness and excellent ultimate bearing capacity. It was also concluded that multilayer specimens exhibited better energy dissipation capacity compared with single-layer plate shear walls.     

配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架抗震性能试验研究

进行两榀配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架试件在水平低周往复荷载作用下的试验研究,观察试验过程及破坏形态,研究试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能,同时对梁柱端纵筋、钢骨翼缘及钢管在不同加载位移下的应变变化规律进行分析,得到框架结构的出铰顺序。研究结果表明：两榀框架滞回曲线饱满,施加预应力后仍具有较好的耗能能力和延性,表现出良好的抗震性能;框架柱底塑性铰区的钢管环向应变在整个加载过程中呈不均匀变化趋势,截面受压区钢管环向受拉,能够对受压区混凝土提供有效约束;钢骨混凝土梁由于施加预应力的作用,可延缓其裂缝的出现;此外,两榀框架试件均呈现“先梁端后柱底”的出铰顺序,能实现梁铰耗能机制,延迟柱底出铰时刻。     

不同刚度比下防屈曲支撑钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究不同刚度比防屈曲支撑(buckling-restrained brace,BRB)钢筋混凝土框架的抗震性能,设计并制作了3榀BRB水平刚度与主体框架抗侧刚度比值分别为3、5、7的减震框架,通过低周往复荷载试验,对比研究其耗能减震能力、破坏形态、BRB连接节点及节点板性能、BRB转动变形性能、BRB端部附加弯矩产生机制等,探讨与BRB连接的梁、柱构件设计方法。研究结果表明：3榀框架滞回曲线饱满,耗能能力稳定,随着刚度比的增加,屈服荷载及极限荷载提高,BRB连接节点破坏越严重;BRB连接节点板的存在使框架柱塑性铰位置由柱端移至节点板趾部附近区域;水平荷载作用下,各框架中BRB端部由于转动变形产生附加弯矩,转动变形与层间位移角近似呈线性变化关系;加强消能子结构的延性构造措施是实现大变形下BRB充分耗能的有效途径。