低屈服点钢低周疲劳性能研究

近年来,低屈服点钢因其优越的耗能能力而广泛应用于结构抗震中。为了对国产低屈服点钢的低周疲劳性能进行研究,本文对牌号为LY100、LY160及LY225的低屈服点钢进行了大塑性变形下的低周疲劳试验,试验采用应变控制的等幅循环加载,分析了其破坏现象、循环应力响应特征、循环骨架曲线、滞回曲线特点等性能,并基于不同的模型对其低周疲劳寿命进行了预测。结果表明：国产低屈服点钢具有良好的抗低周疲劳能力;Ramberg-Osgood模型可以很好地拟合钢材循环应力-应变曲线;Manson-Coffin模型及Kuroda模型均可有效拟合低屈服点钢的低周疲劳寿命曲线,其中Manson-Coffin模型的拟合精度较好,而Kuroda模型更适用于大应变下疲劳寿命预测。     

基于应变能的不锈钢复合钢材低周疲劳性能研究

为了研究不锈钢复合钢的低周疲劳性能，在已有试验的基础上，从应变能的角度对不锈钢复合钢(复层钢材为S31603、基层钢材为Q355B)和基层低合金钢Q355B的疲劳性能进行分析，基于应变能引出标准滞回环的概念，分析循环应变能和材料的Masing特性，并提出一种基于能量的疲劳寿命预测模型。研究结果表明：应变幅是影响不锈钢复合钢和基层低合金钢应变能和低周疲劳寿命的主要因素；两种材料的循环硬化特征主要发生在前几次循环内，而后呈现循环软化特征；在整个加载过程中，两种钢材表现出循环稳定性，且稳态过程占据大部分循环周期；提出的基于应变能的低周疲劳寿命预测模型可以有效拟合不锈钢复合钢和基层低合金钢的低周疲劳寿命曲线，其可以作为应变-疲劳寿命预测的替代方案。     

考虑屈曲影响的复合钢筋低周疲劳性能研究

当钢筋混凝土结构承受地震作用时，关键部位的纵向钢筋易发生屈曲进而加速发生疲劳破坏。为评估屈曲对复合钢筋低周疲劳性能的影响，开展4种长细比的复合钢筋低周疲劳试验，获得其应力-应变滞回曲线。在此基础上，分析屈曲对复合钢筋滞回曲线形态、应力应变性能及耗能能力的影响。通过OpenSees实现了考虑屈曲影响的复合钢筋低周疲劳性能的数值模拟。结果表明：当复合钢筋长细比大于9时，滞回曲线明显捏拢；峰值压应力随加载圈数增加呈下降趋势，应变幅增加显著提高峰值压应力的下降速率；屈曲降低滞回环的耗能能力和复合钢筋的疲劳寿命，对复合钢筋的疲劳性能产生较大的不利影响；提出的数值分析模型可以有效地模拟屈曲引起的峰值拉压应力不对称的特性。     

循环荷载下岩石变形参数和阻尼参数探讨

 对取自一拟建核电站地基的细砂岩,在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上进行低周循环荷载试验,研究循环荷载下细砂岩的纵横向变形特征,探讨循环荷载周次及动应力幅值对细砂岩动弹性模量、动泊松比、阻尼比和阻尼系数的影响,及与其相互关系。结果表明,相同应力下纵向应变高于横向应变;低幅值应力下,随循环荷载周次增加,纵向应变增量高于横向应变增量,但高幅值应力下则相反;横向应变滞回环的卸载阶段应力–应变曲线与纵向应变滞回环的加载段和卸载段均表现出向下突出的变化特征,但横向应变滞回环的加载段则相反;随动应力幅值增加,细砂岩动弹性模量和动泊松比分别呈抛物线递增和线性递增,阻尼比和阻尼系数均按幂函数律递减,由第16周次动应力滞回环得到的阻尼参数可表征测试岩石的阻尼特征;阻尼比和阻尼系数均随循环荷载周次增加线性递增,对应低幅值动应力下的增量大于高幅值动应力下的增量。     

屈曲约束支撑抗震性能试验研究

依据不同设计准则分别采用国产热轧Q235B,BLY225两种钢材设计了三种截面形式的TJ型屈曲约束支撑构件。通过低周往复加载试验,研究了该类构件的滞回曲线、骨架曲线、累计塑性应变、附加等效阻尼比以及支撑核心区相对长度对其抗震性能的影响。试验结果表明,该类型屈曲约束支撑滞回曲线饱满,具有稳定的受力特性和优良的延性及低周疲劳性能。根据试验构件的滞回曲线提出了基于Bouc-Wen模型的修正滞回模型,该模型的拟合滞回曲线与试验结果吻合较好。     

有限应变条件下滞回模式对Q460高强度结构钢的适用性

对不同强度等级结构钢材进行了滞回性能试验研究，设置了等幅升幅、等幅交替和拉伸循环等不同加载路径以研究钢材在地震随机作用下的行为特性。考察了钢板板厚、屈服强度以及加载路径等参数对钢材滞回性能的影响，结果表明，在有限应变条件下，同种牌号不同板厚钢材的滞回性能差异很小，实际屈服强度接近的不同牌号钢材的滞回性能十分接近，不同加载路径下的滞回环有差异但幅度不大，结构钢材具有非完全Masing特性。在此基础上，给出了利用钢材循环加载骨架曲线确定不同应变幅值范围内Ramberg-Osgood方程相关参数的方法，进而建立了滞回环参数随应变幅变化的结构钢材滞回模型，此模型能反映屈服强度以及加载路径等的影响。与Q460钢材滞回试验进行比较，验证了该滞回模型的适用性。     

低屈服点LYP160钢材本构关系研究

为了研究低屈服点钢材LYP160的本构行为并提出循环本构模型,进行了此种钢材的循环加载试验,研究其受力性能,包括单调受力性能、滞回性能、破坏模态及耗能能力等。利用Ramberg-Osgood模型,得到材料骨架曲线。采用Chaboche模型,确定了循环本构模型的关键参数,利用此模型预测低屈服点钢板剪力墙结构的滞回行为。结果表明:低屈服点钢材LYP160虽然初始屈服点低,但其抗震性能较好,延性约为普通钢材及高强度钢材的2.3~2.8倍;能量耗散系数在3.6左右,耗能能力明显高于普通钢材和高强度钢材,提高幅度约30%,LYP160钢材具有显著的单调及循环强化性能,具有较高的承载能力,其滞回特性包含了各向同性强化与随动强化两种特征,其中各向同性强化行为具有控制作用,这与普通钢材及高强度钢材有明显的区别。     

Constitutive behavior of low yield point steel LYP160

为了研究低屈服点钢材LYP160的本构行为并提出循环本构模型,进行了此种钢材的循环加载试验,研究其受力性能,包括单调受力性能、滞回性能、破坏模态及耗能能力等。利用Ramberg-Osgood模型,得到材料骨架曲线。采用Chaboche模型,确定了循环本构模型的关键参数,利用此模型预测低屈服点钢板剪力墙结构的滞回行为。结果表明：低屈服点钢材LYP160虽然初始屈服点低,但其抗震性能较好,延性约为普通钢材及高强度钢材的2.3~2.8倍;能量耗散系数在3.6左右,耗能能力明显高于普通钢材和高强度钢材,提高幅度约30%,LYP160钢材具有显著的单调及循环强化性能,具有较高的承载能力,其滞回特性包含了各向同性强化与随动强化两种特征,其中各向同性强化行为具有控制作用,这与普通钢材及高强度钢材有明显的区别。     

低屈服点钢LYP100单调与循环拉伸试验研究

对47个LYP100低屈服点钢焊接试件进行单向拉伸和反复拉伸加载试验,研究其在不同加载制度下的应力-应变曲线、荷载-位移曲线、骨架曲线、破坏机理和延性特征.结果表明:试件横截面厚度是影响其耗能能力的重要因素,12mm试件的耗能能力明显优于6mm试件;焊接接头对试件的破坏有不利影响,带焊接接头的试件在循环加载作用下疲劳损伤累积效应显著,容易发生脆性破坏,延性变差;LYP100低屈服点钢与Q345钢、Q460钢焊接后,试件的强度提高,循环荷载作用下强度硬化现象明显,但是其延性变差.     

630MPa超高强钢筋低周疲劳性能试验研究

630MPa超高强钢筋已应用于实际工程,而目前针对国产630MPa超高强钢筋的低周疲劳性能研究尚未见报道。为此,以我国国产630MPa超高强钢筋为研究对象,对其进行了静力拉伸试验,得到其静拉力学性能参数。通过恒应变幅加载低周疲劳试验,得到疲劳寿命、循环响应特征及应力-应变滞回曲线等指标,研究了630MPa超高强钢筋的疲劳性能,进行了低周疲劳特性评价。在试验研究的基础上,得到了630MPa超高强钢筋疲劳性能参数,建立了其疲劳寿命预测公式。采用OpenSees软件进行了630MPa超高强钢筋材料低周疲劳试验数值模拟,分析表明利用得到的超高强钢筋疲劳性能参数可以较精确地进行630MPa超高强钢筋低周疲劳数值模拟。     

考虑损伤效应的钢管转换柱抗震性能试验研究与理论模型

为研究传统风格建筑钢结构转换柱连接的抗震性能及其恢复力特性,对不同上柱长细比（8.9和12.5）与轴压比（0.2和0.4）的4个钢管转换柱连接进行了低周往复加载试验,记录并分析了其受力过程和破坏形态。试验结果表明：随着轴压比和矩形钢管长细比的增大,转换柱连接的P-Δ效应加剧,构件的承载力逐渐降低。通过理论计算提出骨架曲线特征点计算式,得到理想双折线骨架曲线恢复力模型。同时,考虑累积耗能与变形对构件性能退化的影响,引入一个适用于传统风格建筑转换柱连接的损伤模型,确定了柱连接构件在每次滞回循环后的累积损伤指数,基于试验拟合结果定量描述其卸载刚度等力学性能指标的退化规律。最终给出转换柱连接构件在各受力阶段具体的滞回规则,得到考虑损伤效应的传统风格建筑钢转换柱连接的恢复力模型。经比较,所建议的考虑损伤效应的恢复力模型与试验结果吻合程度较高,能够很好地描述传统风格建筑钢转换柱连接在低周反复荷载作用下的受力特征与滞回特性。     

Q460高强钢单调与反复加载性能试验研究

通过对Q460高强钢进行单向拉伸与反复加载下材料性能试验，得到了各试件单调拉伸和反复加载下的应力-应变关系曲线，以及反复加载下的骨架曲线，并将试验结果与文献研究结果进行了对比。试验结果表明：单向拉伸材性试验中，11 mm厚Q460C高强钢板的平均断后伸长率为23.7%，屈强比为0.847； 21 mm厚钢板的平均断后伸长率为30.4%，屈强比为0.792；Q460钢的循环硬化程度比Q345钢明显减弱，主要原因是随着钢材强度的提高，钢材的屈强比增大，钢材的应变强化效应减小。根据钢材反复加载的滞回曲线，提出了Q460高强钢材的应力 应变滞回模型，用该模型计算得到的关系曲线与试验曲线对比，两者吻合较好。     

第四章 钢管混凝土构件的动力性能

钢管混凝土受弯构件的滞回曲线和不发生局部失稳的钢构件相同,具有良好的抗震性能。Ｐ－滞回曲线和骨架曲线分为无下降段和有下降段两种情况。建议限制构件的长细比可以不控制构件的轴压比。因而钢管混凝土用作高层建筑的框架柱具有突出的优点。     

型钢混凝土压弯构件抗震性能试验研究

通过对18根剪跨比为4.23的型钢混凝土柱进行低周反复荷载试验,研究型钢混凝土压弯构件的抗震性能.分析了试验构件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和耗能能力,并详细探讨了轴压比和配箍率对型钢混凝土压弯构件抗震性能的影响.试验结果表明型钢混凝土压弯构件具有良好的抗震性能.     

Experimental study of low-yield-point steel plate shear wall under in-plane load

This paper describes the study of the low-yield-point (LYP) steel plate shear walls under in-plane load. In the LYP steel plate shear wall system, LYP steel was selected for the steel plate wall while the boundary frame was constructed by the high strength structural steel. A series of experimental studies examined the inelastic shear buckling behavior of the LYP steel plate wall under monotonic in-plane load. The effects of width-to-thickness ratio on the shear buckling of LYP steel plates were examined. The stiffness, strength, deformation, and energy dissipation characteristics were investigated by performing cyclic loading tests on the multistorey LYP steel plate shear walls. Excellent deformation and energy dissipation capacity were obtained for all specimens tested. The LYP steel plate shear wall system is able to exceed 5% of storey drift angle under lateral force.     

一字形全钢防屈曲支撑耗能性能试验研究

对一种新型防屈曲支撑进行性能试验研究。该种防屈曲支撑（以下称一字形全钢防屈曲支撑）的内核为一字形钢板,外约束单元为双腹板工字形钢,中间用薄橡胶作为无黏结材料。通过对8个一字形全钢防屈曲支撑试件进行轴向循环往复加载试验,研究了防屈曲支撑的耗能性能以及不同芯材特性、支撑长度对其耗能性能的影响。结果表明：一字形全钢防屈曲支撑的构造合理,所有试件的滞回曲线稳定饱满;芯材特性和支撑长度对于该种防屈曲支撑的耗能性能均有较大影响;以SLY225为芯材的防屈曲支撑,其耗能性能、低周疲劳性能与塑性变形能力均明显优于以SN490B为芯材的防屈曲支撑;SLY225能提供45%以上的附加有效阻尼比;增加支撑长度,防屈曲支撑的塑性变形能力与低周疲劳性能均有所下降。     

世博会主题馆预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点设计及试验研究

为研究预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点的破坏特征及受力性能,进行了4个模型试件的低周反复荷载试验。观察了各节点的受力过程及破坏形态,并分析了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力和延性等力学特性。结果表明：预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点典型破坏形态是梁端弯剪破坏,该类节点的延性与混凝土梁柱节点相似,位移延性系数为2.0,柱内钢骨可提高节点的承载能力及刚度;柱内钢骨变截面可有效改善节点的延性性能,而对承载能力没有影响;节点处混凝土的浇筑质量对节点的整体受力性能影响较大。最后对该类节点给出了设计及施工建议。试验研究成果可为预应力混凝土梁-钢骨变截面劲性柱节点工程研究及应用提供参考。     

配筋砌块砌体剪力墙连梁抗震性能的试验研究

本文通过16个配筋砌块砌体剪力墙连梁的伪静力试验研究了配筋砌块连梁的抗震性能,考察了跨高比和配筋率两个影响因素。探讨了不同影响因素下连梁在水平往复荷载作用下的破坏特征、承载能力、滞回性能、骨架曲线、延性、耗能比等问题;对比了砌块连梁和混凝土连梁通过配筋加强后的相应特征的异同。试验结果表明:配筋砌块连梁破坏反映了砌块组砌的特点,从破坏形态角度可分为剪切、弯曲和剪弯三种类型;由滞回曲线可以看出,配筋砌块连梁具有良好的抗震性能,所得的归一化骨架曲线为进一步进行配筋砌块剪力墙结构整体工作的计算分析提供必要的数据。