钢棒防屈曲支撑受力性能研究

研发了一种钢棒防屈曲支撑(简称SBBRB),使得钢棒不仅能承受拉力,也可承受压力,从而提高钢棒的受力性能。通过对SBBRB足尺试件进行低周往复加载试验,研究其受力性能、破坏形态和耗能能力,并对支撑的应变和位移历程进行了全过程监测;采用ABAQUS分析软件建立了钢棒防屈曲支撑的有限元模型,并对试验工况进行模拟。研究结果表明:通过将钢棒内置于钢管套筒内,可使钢棒能够承受压力,试验得到的SBBRB受压极限承载力是钢棒受压临界荷载计算值的10倍左右;合理设计的SBBRB的钢棒屈服段在受拉和受压状态下均能充分屈服而不会发生支撑构件的屈曲破坏,具有较好的延性以及稳定的累积滞回耗能特性,在破坏之前滞回曲线始终饱满和稳定;可以通过监测钢棒受力,预先采取措施,从而保证结构安全; ABAQUS有限元分析结果与SBBRB试件按照预定加载制度进行加载的试验滞回曲线吻合较好,可为后续相关研究提供参考。     

双套管防屈曲支撑的抗震性能研究

双套管防屈曲支撑是由内核与套筒组合而成的结构体系,其中内核承受轴向压力,套筒只提供内核侧向支撑并约束内核的屈曲变形。本文主要对其3个主要设计参数约束比、间隙和内核突出段长度进行了试验研究,得出3种不同参数的变化对防屈曲支撑抗震性能的影响程度。     

浅谈防屈曲支撑研究新进展

防屈曲支撑是一种性能良好的耗能减震元件。针对近几年来新型防屈曲支撑的研究成果,综述了具有自复位功能的防屈曲支撑、定位屈服功能的防屈曲支撑以及其他新型防屈曲支撑研究新进展,并针对目前存在的不足给出了进一步研究的建议。     

防屈曲支撑滞回性能试验研究

针对我国钢材市场,选用Q235热轧角钢设计并制作了两种截面、两种组合方式的4个防屈曲支撑试件。为检验组合热轧角钢防屈曲支撑的构造和滞回性能,进行了低周反复加载静力试验,研究了包括荷载-位移滞回曲线、割线刚度及其退化规律、等效粘滞阻尼比等在内的抗震性能。结果表明:试件荷载-位移滞回曲线稳定、饱满、对称;钢材品种、截面形式对刚度退化规律及等效阻尼比的变化规律没有影响;国产组合热轧角钢防屈曲支撑构造合理,具有良好的耗能性能和抗低周疲劳性能,是一种新型的耗能支撑。     

屈曲约束支撑和普通支撑的混合布置研究

为了满足降低造价的需求,通过算例分析考察了屈曲约束支撑和普通支撑混合布置方式的经济性和结构合理性。针对一个八层典型学校建筑,设计了20个结构方案,其中采用了抗弯框架、中心支撑框架、屈曲约束支撑框架和下部楼层屈曲约束支撑、上部楼层普通支撑的混合框架等四种结构体系。比较了这些方案的结构综合造价以及由弹塑性时程分析得到的强震反应,结果表明:屈曲约束支撑框架和混合框架在7度以上烈度地区比抗弯框架和中心支撑框架更经济;对于混合布置方案,地震烈度越高,更多楼层安装屈曲约束支撑将更经济;在混合布置方案中,上部楼层的普通支撑可能加大下部楼层的柱轴力,使其过早破坏,因而这些柱的截面有必要适当加大;合理设计的混合布置方案与屈曲约束支撑框架在抗震性能上相接近。     

防屈曲约束支撑异形柱框架结构的滞回性能研究

通过对布置防屈曲约束支撑异形柱框架和普通异形柱框架的拟静力试验,对比分析防屈曲约束支撑异形柱框架结构的滞回性能。试验结果表明:对角斜置防屈曲约束支撑异形柱框架的滞回曲线呈梭形,骨架曲线呈现"台阶"形的折线形状;无撑异形柱框架的滞回曲线有明显的捏拢现象,屈服后,由"反S"形逐渐过渡到狭长的"Z"形。屈曲约束支撑框架最大能承受6倍屈服位移控制的往复加载,推迟了钢筋与混凝土之间的黏结滑移产生时间,延缓并减弱了框架的变形恢复滞后现象和结构的刚度退化速率,改变了原来异形柱结构的耗能机理,同时屈曲约束支撑改变了原有异形柱结构的延性分布规律,避免了底部发生过大的延性破坏,使结构顶层具有较大的延性来吸收地震能量。     

不同刚度比对屈曲约束支撑框架抗震性能的影响

基于OpenSEES有限元软件,针对一9层钢框架Benchmark模型,采用非线性动力时程分析方法,研究了BRB支撑与框架刚度比的取值对结构主要抗震性能指标的影响,并且指出了BRB框架结构的刚度比的取值范围,为BRB框架结构的设计提供了参考。     

装配式防屈曲支撑构件及框架设计理论

防屈曲构件作为一种性能优越的消能减震构件,在很多国家得到广泛应用。一种新型的装配式防屈曲支撑构件,解决了传统防屈曲支撑由混凝土外围约束构件所导致的加工精度控制困难及湿作业等诸多问题,而且现场组装更加快捷。提出了多种创新型的装配式防屈曲支撑构件形式,其外围约束构件多采用常用型钢或钢板组合而成,外围多个约束构件之间通过螺栓连接并形成捆绑作用。这种装配式防屈曲支撑的设计除了满足一般防屈曲支撑构件的约束比限值要求外,还要对外围约束构件间的"捆绑作用"进行计算以设计螺栓连接,保证多个外围约束构件满足变形协调而作为一个整体构件参与工作。还对一种由防屈曲支撑衍生出的屈曲延迟性构件的计算方法进行了介绍,其在加固改造工程中有很大应用空间。最后对防屈曲支撑框架的抗震性能与设计理论进行了探讨,并对未来研究工作进行了展望。     

约束屈曲支撑耗能性能有限元分析

对3种不同构造的约束屈曲支撑进行了有限元模拟,得到了其滞回曲线和骨架曲线。参考有关文献对3种支撑的耗能性能相关指标进行了计算研究,并做出比较。最后建议了支撑较好的构造形式。     

环向预应力三重钢管防屈曲支撑受力性能研究

提出了一种具有环向预应力的三重钢管防屈曲支撑(three-tube buckling-restrained brace,TTBRB)。该防屈曲支撑由位于中间层提供轴向刚度和承载力并耗散地震能量的芯材钢管,以及分别位于芯材外部和内部限制芯材整体屈曲和局部屈曲的外套管和内套管等3部分组成。内、外套管与芯材钢管之间设置高分子聚乙烯材料制作的减摩层,以减小芯材轴向变形过程中内、外套管与芯材之间的摩擦力。相比用实心截面芯材的传统防屈曲支撑,用空心圆管作为芯材具有更大的回转半径;且取消了混凝土类填充材料,大幅度降低支撑自重,及混凝土损伤导致的耗能能力削弱。内、外套管能够限制芯材钢管的整体屈曲和局部屈曲,并可通过装配应力的方式对芯材钢管施加环向预应力,从而可改变芯材钢管的受拉或受压屈服强度。采用验证的有限元模型研究了内、外套管与芯材钢管之间的间隙和芯材钢管内环向预应力大小对TTBRB滞回性能的影响。分析结果表明,间隙较小时,芯材在轴力作用下的环向变形受到内、外套管的限制而产生环向应力,进一步施加环向预应力后,TTBRB的轴向拉压强度显著改变。仅外套管与芯材套管之间存在间隙时,TTBRB在受拉时可提前屈服,在受压时屈服强度不受影响,应作为三重钢管防屈曲支撑优先采用的方案。     

不同间隙全钢圆套圆防屈曲支撑的抗震性能研究

支撑-框架体系在设防烈度和罕遇地震作用下其传统支撑易较早发生受拉、受压屈服,甚至发生大幅值屈曲失稳破坏,不利于框架结构的承载和能量耗散。全钢圆套圆型防屈曲支撑(称圆套圆防屈曲支撑)可代替传统支撑为支撑-框架体系提高承载能力和耗能能力。该圆套圆防屈曲支撑主要是由承力耗能内圆管(称核心管)与约束核心管屈曲变形的外圆管(称约束外管)构成的一种特殊耗能支撑。利用静力非线性分析方法对不同间隙的圆套圆防屈曲支撑力学性能进行分析,包括滞回曲线、抗震性能指标CPE、骨架曲线以及刚度退化等。结果表明:间隙取值为2 mm时,圆套圆防屈曲支撑比传统支撑受压承载能力提高了55. 4%,滞回耗能提高了80. 2%,抗压刚度提高了111%。圆套圆防屈曲支撑显著改善了传统支撑受压易屈曲的缺点,且在受力性能、滞回耗能、造价以及制作工艺等各方面表现优异。     

双T形新型约束屈曲支撑的试验研究

双T形新型约束屈曲支撑是一种新型耗能支撑,影响其性能的因素众多。为了考察约束机构、约束比、内核板件宽厚比和内核切割方式等构造因素对其耗能性能的影响,对6个缩尺的双T形新型约束屈曲支撑模型进行低周往复荷载试验,研究支撑结构的破坏形态、滞回性能、耗能能力、位移延性和刚度退化等性能。试验研究表明：该新型支撑的约束机构和内核单...     

高强摩擦耗能螺栓力学性能研究

针对摩擦型连接高强螺栓试件进行了单调拉伸荷载作用下的材性试验研究,设计了12个试件进行单调拉伸试验,并结合部分有限元模拟,研究摩擦接触面的材料、预紧力的大小对接触面摩擦系数及其离散性的影响。结果表明:摩擦接触面为钢-钢接触时,螺栓预紧力越大,接触面摩擦系数越大;经喷砂处理的接触面在所选接触面材料中的摩擦系数最高,表现出更为优越的摩擦耗能性能;在接触面无处理情况下材料摩擦系数的离散程度略低于其余两种接触面。     

支撑长细比对人字形中心支撑钢框架结构影响系数的影响

为考察支撑长细比对中心支撑钢框架结构影响系数的影响,设计支撑长细比不同的4个人字形中心支撑钢框架并通过增量动力分析计算其结构影响系数。结果表明,对于按照我国规范设计的普通中心支撑钢框架,随着支撑长细比的增加,结构影响系数R逐渐减小;而对于欧美规范中的特殊中心支撑钢框架则并非如此。     

高强钢筋机械连接接头力学性能的试验研究

应用40Cr合金钢通过制作钢筋套筒,用于500,600 MPa级高强钢筋连接。通过试验研究了接头的单向拉伸性能、高应力反复拉压性能和大变形反复拉压性能。试验结果表明:研发的500,600 MPa级高强钢筋专用连接接头,强度和变形性能均满足JGJ 107—2016《钢筋机械连接技术规程》规定的Ⅰ级接头要求。随着高强钢筋在我国的不断推广,40Cr合金钢套筒的应用前景将十分广阔。     

考虑弯矩作用的T型连接力学性能的研究

T型连接的力学性能在半钢性节点中集中体现为梁端板或柱翼缘的抗弯性能以及螺栓的抗拉性能。为了研究螺栓的抗弯性能在T型连接力学性能中的贡献,设计了10组不同尺寸的T型连接并进行单调加载试验,并依据有限元模拟分析,推导出基于螺栓抗弯性能的T型连接模型的抗拉刚度计算式。研究结果表明:螺栓的抗弯性能在T型件的刚度分析中是不可忽略的;半刚性节点中反映柱翼缘和梁端板的弹簧组件可以由T型件中具有抗弯特性的翼缘板进行等效;T型件在整个有效宽度范围内是全截面共同发挥作用的,这样在简化成等效的半固支梁进行力学分析时才可以应用平截面假定。     

碳纤维复合材料棒材力学性能试验方法研究

根据GB/T 26743—2011《结构工程用纤维增强复合材料筋》的规定,对不同直径的碳纤维棒材进行了基本力学性能试验,主要测定碳纤维棒材的抗拉强度、弹性模量和延伸率等力学性能指标。详细介绍了碳纤维棒材的试验过程、试验方法以及破坏形态。试验结果表明:碳纤维棒材为脆性破坏,应力-应变曲线基本为直线。同时,从检测方法的角度来看,按照GB/T 26743—2011规定的钢套管黏结剂锚固方式测试时,为保证黏结锚固不失效,建议对锚固端做粘砂处理。在直径小于7mm粘砂牢固的情况下,试件的单侧锚固长度建议取200 mm。     

全装配式桁架檩条力学性能试验研究

针对螺栓连接装配式桁架檩条的力学性能,进行了7组不同工况的足尺静力加载试验,研究压力及风吸力作用下结构的荷载-位移、荷载-应变等变化规律,分析各部件的工作机理及破坏形式。结果表明:装配式桁架檩条的试验破坏模式与理论破坏模式基本一致,但其试验承载能力明显高于理论值,且构件挠度试验值也远大于理论值;压力荷载作用下弦杆和腹杆螺栓连接节点强度不足是导致试件破坏的主要原因,而风吸力作用下试件的主要破坏原因是下弦杆的局部受压承载力不足。建议实际设计中,对螺栓连接节点进行改进以增加其刚度或对檩条整体刚度进行适当折减,并适当增大端腹杆截面,提高其承载能力。     

简支钢梁在跨中隅撑作用下受力性能研究

为了研究简支钢梁在跨中隅撑作用下的受力性能,提出两种跨中设有隅撑时简支钢梁的计算模型并推导相应的转动刚度计算式和临界弯矩计算式。以此为基础,建立了考虑隅撑对简支钢梁跨中扭转刚度影响的ANSYS有限元模型。有限元模拟结果与理论计算结果的比较表明:考虑隅撑对简支钢梁转动刚度的影响后,简支钢梁临界弯矩得到较大的提高。同时利用有限元模型分析结果绘出多组简支钢梁的转动刚度-临界弯矩关系曲线,分析不同截面类型与跨高比的简支钢梁在跨中隅撑作用下的受力性能。     

屈曲约束支撑极限承载力有限元分析方法研究

借助有限元软件ANSYS,考虑实际屈曲支撑的受力特点,利用有限元分析方法妥善处理套管填充物与核心之间的接触问题,将该方法计算结果和屈曲约束支撑试验中提供的结果进行比较,验证了有限元分析方法研究屈曲约束支撑极限承载力的可靠性,突破了目前屈曲约束支撑的研究主要依赖于试验和理论分析的现状。