设置剪切型消能装置钢柱脚抗震性能的参数分析

为研究设置剪切型消能装置钢柱脚的抗震性能,该文采用有限元分析软件ABAQUS对9个柱脚节点模型进行参数分析.首先将试验与有限元计算进行对比分析,验证有限元模型的准确性.利用有效的柱脚节点模型研究了剪切型消能装置截面面积、宽厚比及钢柱轴压比对其抗震性能(承载能力、初始刚度、耗能能力、自复位能力)的影响.研究表明:柱脚的承...     

一种钢铅组合耗能器的滞回模型和减震效果研究

该文在工字型钢铅组合耗能器试验的基础上,建立其滞回模型,并对安装耗能器的减震结构进行数值仿真,研究这种耗能器的滞回性能和减震效果。首先建立了耗能器的有限元分析模型,在有限元模型能够准确描述耗能器力学性能的前提下,利用均匀设计法对耗能器的主要几何参数进行设计,并进行数值回归计算,得到了耗能器的双线性滞回模型屈服强度、弹性刚度、强化刚度等力学性能与几何参数之间的关系。建议的滞回模型形式简单,便于工程应用,且与试验结果接近,表明模型参数公式合理;最后,建立钢铅组合耗能器减震体系的仿真模型,进行地震反应分析,结果表明:钢铅组合耗能器有良好的减震控制效果。     

含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构滞回性能研究

为了研究含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RDSL)的滞回性能,利用ABAQUS有限元分析软件建立了2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RDSL子结构试件的有限元模型,对耗能梁段所用钢材进行循环加载试验得到其循环本构,验证了有限元模型的准确性和适用性。建立了16个足尺子结构有限元模型,分析耗能梁段长度比、裙梁净跨高比、耗能梁段腹板加劲肋间距、连接处螺栓直径和加固板厚度对结构滞回性能的影响规律。研究结果表明:HSS-FTS-RDSL子结构主要通过双槽钢截面耗能梁段进入塑性耗散地震能量,其余构件基本处于弹性状态或者轻微发展塑性;随着耗能梁段长度比的增加,结构承载力、刚度和耗能能力逐渐降低,耗能梁段超强系数减小,建议耗能梁段长度比取0.84~1.40;双槽钢截面可更换耗能梁段可较好地应用于净跨高比不超过4.6的裙梁中;改变耗能梁段加劲肋间距对结构承载力、刚度和耗能能力影响较小;减小螺栓直径会使连接区域螺栓滑移提前,对结构刚度和承载力影响较小;减小加固板厚度会增加连接变形,降低耗能梁段的塑性变形程度。     

钢框架平端板连接组合节点弯矩-转角关系

端板连接节点是多高层钢框架结构体系中经常采用的梁柱连接形式,当考虑现浇钢筋混凝土楼板的作用并有足够的抗剪连接件时则形成了端板连接组合节点,楼板对组合节点承载力和刚度都有贡献。基于ABAQUS软件建立了考虑楼板组合作用影响的端板连接梁柱组合节点的三维有限元数值分析模型,并分别用有关研究者完成的无楼板钢框架端板节点及考虑楼板作用的组合节点的试验结果对理论模型进行了验证,总体上数值模拟结果和试验结果吻合良好。基于该数值模型进行了平端板连接组合节点力学性能影响因素的参数分析,探讨了楼板、柱腹板加劲肋、楼板配筋率、端板厚度、梁截面高度等参数对组合节点力学性能的影响,在此基础上对欧洲规范建议的弯矩-转角关系模型进行了必要修正,最终提出了可反映楼板作用的平端板连接组合节点弯矩-转角关系实用模型。本文模型计算结果与有限元结果吻合良好,可为进一步研究该类节点的设计方法提供参考。     

冷弯型钢组合截面T形节点抗震性能研究

冷弯型钢在低层住宅结构中应用广泛,国内已有相应规范出版,但对冷弯型钢组合截面缺少相关设计规定。该文选择双肢冷弯C型钢背靠背带垫板的截面形式,对其抗弯节点进行抗震性能研究,采用试验与有限元分析相结合的方法,研究了节点板厚度、螺栓间距、C型钢厚度和腹板高度等参数对节点抗震性能的影响,发现该类节点的破坏特征符合抗震设计要求,滞回曲线饱满,承载力退化稳定、初始刚度大、刚度退化较为严重、耗能性能和延性较好。在相关参数中节点板厚度和螺栓间距对节点抗震性能的影响最大。C型钢厚度和腹板高度增加能明显提高节点的极限承载力。螺栓间距的增加会使节点承载力略有提高,但节点的耗能性能变差。     

不同墩高铁路连续梁桥 MTC装置减震适用性研究

为明确不同墩高铁路连续梁桥多阶段适时控制连接(MTC)装置减震适用情况,基于其工作原理,以某(75+2×120+75)m铁路连续梁桥为分析对象,采用ANSYS软件建立4种地形下不同墩高连续梁桥有限元模型。分别开展四类场地条件下墩高变化对减震效果、梁体内力及活动墩受力影响分析,探究MTC装置减震优化措施。结果表明:四类场地条件下,不同地形连续梁桥采用MTC装置减震多数情况下均可取得理想减震效果;MTC装置发挥作用时可降低梁体轴力,小幅改变梁体受弯状态,但不会对梁体结构安全产生不利影响;对于个别高墩连续梁桥减震效果不理想情况,可采取调整MTC装置限位刚度的措施增强其减震效果;此外,可通过调整I区限位刚度占比降低活动墩地震响应。     

SMA滑动摩擦阻尼器的数值模拟及参数分析

该文将超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)螺栓和摩擦斜面结合,提出一种SMA滑动摩擦阻尼器(SMA slip friction damper,SMASFD)。介绍了SMASFD的基本构造和工作原理,给出描述滞回行为的理论公式,开展了概念验证试验,建立了三维实体单元有限元模型。试验数据和分析结果均表明,采用合理设计的斜面倾角和摩擦系数,阻尼器可展示出“旗帜形”滞回曲线,拥有良好的耗能能力和优越的自复位能力,并且理论公式和模拟结果均与试验数据吻合良好。基于已经验证的有限元模型,建立了6个额外的有限元模型进行参数分析,关键参数包括斜面倾角、摩擦系数和SMA螺栓的预紧力。参数分析结果表明：阻尼器的非线性变形集中于SMA螺栓内,其他部件保持弹性;增大斜面倾角可提高阻尼器的强度、割线刚度和耗能能力;当接触面间的摩擦系数较大时,阻尼器的耗能能力得到提高,但是超过上限值会导致阻尼器无法自复位;对SMA螺栓施加预紧力可提高阻尼器的初始刚度和割线刚度,但是会降低阻尼器的最大变形能力。     

细长直管支架的横向抗震构造和参数选取研究

细长直管道系统,相比于纵向其横向的力学性能对管道的稳定性更重要;对直管道支架抗震性能进行研究,考虑连接方式对管架抗震性能的影响,管道支架与底部基础采用螺栓连接和焊接,设计了SJ1和SJ2两试件进行拟静力试验,并建立管道支架的有限元模型。在获得准确有限元模型的条件下对管道支架构件进行考虑不同中面板构造形式、肋板数量以及连接方式等支架细部构造的参数分析,最终获得具有良好抗震性能的管道支架构造参数。研究结果表明:该文采用螺栓连接的支架构件由于螺栓易被拉起未能充分发挥支架结构的抗震性能,相较于螺栓连接,管架与底部基础采用焊接连接时支架构件试验及有限元分析所得滞回曲线相对饱满,骨架曲线较高,耗能能力较强,表现出相对较好的抗震性能;不同中面板构造形式的支架结构其骨架曲线、耗能能力曲线数值差异不大,刚度退化规律基本一致;增加竖向肋板的数量,支架构件抗屈曲能力增强,承载力和耗能能力得到显著提高,当竖向肋板数量为2个时,有利于协调管道支架的承载力、强度、刚度和耗能能力,更好发挥支架结构的抗震性能。     

装配式耗能减震节点连接中削弱型约束钢板阻尼器滞回性能试验

为解决装配式框架节点与连接的抗震能力不足、震损后难修复等问题,提出一种新型装配式耗能减震节点连接,对其关键耗能减震部件-可更换削弱型约束钢板阻尼器进行低周往复加载试验,考察其承载能力、耗能能力、刚度退化与延性等滞回性能,揭示阻尼器的失效破坏机制,分析开孔削弱形式、削弱长度、钢板厚度以及约束套筒与削弱钢板的间隙等对阻尼器力学性能的影响。结果表明:可更换削弱型约束钢板阻尼器在削弱截面部位开裂或断裂,实现了阻尼器的塑性耗能与失效模式可控,具备良好的承载-耗能双重功能。在相同参数条件下狗骨削弱型约束钢板阻尼器的承载能力、耗能能力与延性性能优于竖缝开孔削弱型约束钢板阻尼器。削弱长度对延性与钢板侧向屈曲性能影响较大,钢板厚度对承载能力与刚度退化性能影响较大,而约束套筒与钢板间隙较大时,约束套筒不能有效发挥作用,易导致削弱钢板发生受压屈曲。     

圆锥形中空钢管-钢筋混凝土叠合短柱轴压力学性能研究

该文利用有限元软件ABAQUS建立了圆锥形中空钢管-钢筋混凝土叠合短柱轴压力学性能分析的有限元计算模型,并进行了12个圆锥形中空钢管-钢筋混凝土叠合短柱轴压试验。有限元计算与试验所得的荷载-位移全过程曲线及破坏形态吻合较好。在此基础上对内钢管与混凝土之间的相互作用进行了分析,并对锥度、材料强度、空心率、配筋率等参数对轴压时叠合短柱初始刚度、极限承载力及荷载-位移曲线的影响进行了比较。     

端板连接可更换Q235耗能梁段钢框筒子结构滞回性能及其影响因素研究

对2个2/3缩尺的单跨双半层含端板螺栓连接Q235耗能梁段钢框筒子结构试件进行了两阶段低周反复荷载试验,以研究其抗震性能、耗能梁段的可更换性和耗能梁段长度的影响。采用耗能梁段腹板试样的拉压往复试验结果标定了混合强化模型参数,利用子结构试件的试验结果验证了有限元模型的有效性,并研究了耗能梁段长度和腹板面积的影响。研究结果表明:耗能梁段的可更换最大层间位移角分别可达到0.43%、0.39%,耗能梁段的替换可以使结构的性能恢复到初始水平,耗能梁段的超强系数和破坏塑性转角分别大于Popov等建议的1.5和AISC341所给的限值0.08 rad;子结构有良好的延性,耗能梁段长的子结构的延性系数、累积耗能大于耗能梁段短的子结构的相应值;破坏模式为耗能梁段加劲肋倒角处的焊缝裂纹扩展延伸引起的腹板撕裂;建议耗能长度取柱中心距的0.10倍~0.24倍,长度比取0.55~1.32;耗能梁段腹板面积对子结构的承载力、累积耗能影响较大。     

隔震曲线连续梁桥铅芯橡胶支座参数优化

为了提升铅芯橡胶支座（LRB）在隔震曲线梁桥中的减隔震效果,该文对LRB力学性能参数进行了优化分析。首先,采用ANSYS建立了某三跨隔震曲线梁桥有限元模型,考虑LRB屈服力、初始刚度及屈服后刚度等性能参数的影响,对该桥进行非线性时程分析,得到了结构关键地震响应随支座力学性能参数的变化规律,并确定了支座参数的合理取值范围。在该支座参数区间内,又以墩底剪力之和为目标函数,基于零阶优化算法,对LRB力学性能参数进行了优化。结果表明:屈服力、初始刚度及屈服后刚度对隔震连续梁桥地震响应有显著影响;隔震支座参数优化后,使得隔震支座峰值位移得到了有效控制,同时不显著增大墩底剪力,且边墩与中墩墩底剪力差值明显缩小,各墩受力更趋均衡。     

倾斜旋转型三维隔震装置的力学模型和竖向性能试验研究

基于铅芯橡胶隔震支座的变形及耗能力学性能特点,设计开发出一种新型的倾斜旋转型三维隔震装置,给出了三维隔震装置的组成构造和力学性能设计方法,提出了三维隔震装置的变形机理,推导了三维隔震装置的刚度和阻尼的理论计算公式。设计了倾斜旋转型三维支座的模型支座系统,并完成了竖向压缩力学性能试验。试验结果表明该倾斜旋转型三维隔震装置构造合理、传力机制明确,在竖向变形状态下具有良好的阻尼耗能性能;试验得到的支座刚度和理论计算刚度一致性较好。     

开孔形式影响装配式耗能支撑滞回性能研究

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑是由腹板开孔H型钢和传力槽钢通过螺栓连接组成的新型耗能支撑,可有效避免支撑构件失稳。为了研究腹板开孔形状对这种支撑的耗能性能的影响,进行了装配式耗能支撑试件低周往复加载试验,并采用有限元软件进行了模拟计算。试验结果表明:装配式H型钢腹板开孔耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。在轴向荷载作用下,试件主要依靠开孔腹板孔间板件进入塑性变形耗能阶段,腹板开长圆孔的试件与腹板开椭圆孔的试件孔间板件端部为薄弱部位,腹板开菱形孔的试件孔间板件中间部位为薄弱部位,加载过程中这些部位首先进入塑性变形阶段并最先发生断裂。加载过程中螺栓与槽钢始终处于弹性变形状态。有限元分析表明:改变腹板宽度对于腹板开长圆孔的耗能支撑的承载能力与初始刚度影响最大,对于腹板开椭圆孔的耗能支撑影响最小;改变孔间板件宽度对于腹板开菱形孔的耗能支撑影响较小。改变腹板厚度对于三种腹板开孔形式耗能支撑的承载力与初始刚度影响相近。当试件主体过早失稳,可通过增大高宽比、减小腹板厚度或选用翼缘更大的槽钢来避免。耗能板件螺栓连接部位安全可靠,未见变形或破坏,布置螺栓时孔距不应超过4.5d₀。     

冷弯薄壁型钢锁铆连接力学性能及其本构模型研究

为将锁铆连接引入冷弯薄壁型钢结构中构件的连接,对锁铆连接及自攻螺钉连接的试件进行了抗拉、抗剪性能试验,探讨了铆钉端距、基板厚度差、铆钉长度等参数对锁铆连接抗剪性能的影响;基于传染病传播动力学SIR模型建立了铆接本构模型,提出了锁铆连接抗剪承载力设计计算方法。研究结果表明:锁铆连接的主要破坏模式为延性破坏模式,表现为铆钉腿部剥离下层板材并伴随铆钉头部局部脱离上层板材,且刚度、强度和耗能性能均明显优于自攻螺钉连接;所建立的本构模型能够较精确反映锁铆连接荷载-变形曲线的变化趋势,且抗剪承载力的理论值和试验值误差较小;锁铆连接用于冷弯薄壁型钢板间连接时,其组合厚度不宜大于4 mm,厚板与薄板的厚度比不宜大于1.5,锁铆接头的端距应大于2倍铆钉直径。     

组合式双圆锥耗能器的设计与性能模拟分析

设计了组合式双圆锥耗能器,阐述了其构造和耗能原理,采用有限元软件对18个不同尺寸的双圆锥耗能元件和3个不同组装方式的双圆锥耗能器进行了数值仿真分析,研究了不同设计参数对双圆锥耗能器的滞回性能和应力分布的影响。研究结果表明：对于双圆锥耗能元件,当其总高H一定时,其初始刚度和屈服位移取决于两个锥体中较大锥体的高度大小;屈服位移可设置在1mm以内,耗能系数值可达2.5。双圆锥耗能元件通过不同的方式组合成双圆锥耗能器时,双圆锥耗能器的滞回性能取决于所选用的双圆锥耗能元件和其上、下连接板的刚度,当连接板刚度较大时,双圆锥耗能元件的滞回性能与其组装后的双圆锥耗能器的相关滞回性能满足叠加关系,双圆锥耗能器的相关滞回性能可由所选用的双圆锥耗能元件的相关参数(初始刚度、屈服位移和耗能系数等)来确定。     

内嵌填充墙体框架结构抗震性能分析及抗侧刚度公式

结构初始刚度是工程抗震设计中的重要参数,在内嵌蒸压加气混凝土(ALC)板框架结构拟静力试验的基础上,基于试验现象,提出了一种填充墙体-框架结构相互作用模型并推导出结构初始刚度计算公式。建立5组28个有限元模型,研究梁柱线刚度比、墙体高宽比、嵌缝材料弹性模量、墙体弹性模量和厚度对填充墙体刚度贡献的影响。研究发现:填充墙体的刚度贡献主要受局部压缩的影响,其贡献程度与墙体-框架抗侧刚度之比呈负相关。基于此,通过拟合得到了墙体刚度折减系数a_w关系式,通过与试验结果的对比,结果表明:该文提出的内嵌填充墙体框架初始刚度计算公式结果准确,可以为工程实践提供参考。     

两边连接侧边加劲钢板剪力墙滞回性能研究EI北大核心CSCD

针对两边连接侧边加劲钢板剪力墙,设计了1/3缩尺模型试件,通过低周反复加载对其滞回性能进行了试验研究。采用有限元软件ABAQUS建立了该试件的有限元分析模型,对其滞回性能进行了数值模拟,并将分析结果与试验结果进行了对比,验证了有限元模型的可靠性;利用该有限元分析模型重点考察了试件高宽比、高厚比及加劲肋厚度对两边连接侧边加劲钢板剪力墙滞回性能的影响规律。研究表明:两边连接侧边加劲钢板剪力墙滞回曲线其饱满程度随高宽比的降低而下降,随高厚比的降低而提高,与加劲肋厚度的变化无关;单位累计耗能随高宽比的降低、高厚比的降低以及加劲肋厚度的增大有不同程度的提高,其中高厚比的影响最为显著;极限平均剪应力的变化规律与单位累计耗能一致,并接近剪切屈服强度。该研究为钢板剪力墙的设计应用提供了依据。     

薄钢板自攻螺钉连接受剪性能与力学模型研究

对薄钢板自攻螺钉连接开展受剪试验研究,探究了板件厚度与螺钉直径对连接受剪性能的影响。结果表明:自攻螺钉连接常见的失效模式包括板件孔壁承压失效、螺钉拔出失效和螺钉剪切失效三类,且失效模式受螺钉直径与钉帽侧板件厚度之比的影响;连接的受剪承载力与板件厚度和螺钉直径呈正相关关系,连接的初始刚度和延性也与板件厚度和螺钉直径存在规律性相关关系。采用Johnson-Cook损伤本构和线性损伤积累法则定义材料属性,同时考虑螺钉的形貌特征,建立了自攻螺钉连接的精细有限元模型,经试验结果对比验证表明该模型能够比较准确地模拟自攻螺钉连接的受剪性能。采用中国规范GB 50018?2002的自攻螺钉连接受剪承载力计算公式,同时分析了板件压缩刚度和螺钉剪切刚度的影响,并考虑了螺钉的群钉效应修正,提出了三段式的简化力学模型,能较好地预测自攻螺钉连接受剪的荷载-变形关系。     

基于流固耦合的箔片气体轴承动态特性分析

基于有限元软件ANSYS Workbench,建立箔片气体轴承在可压缩流体介质中运动的有限元模型,采用6DOF动网格计算方法对轴承的运动状态进行流固耦合数值模拟,探讨了不同转速和波箔片结构参数（波箔片的长度比、高度以及厚度）对轴承动态特性的影响规律。仿真结果表明：转速增加,轴承的承载能力增加,但稳定性有所下降,更容易发生失稳现象;选取波箔片的长度比在1～1.5之间、厚度为0.16 mm,既可以保证轴承具有较高的刚度,同时又能获得较大的阻尼;波箔片高度与轴承动态特性成反比关系。将仿真结果与试验结果进行对比,验证了仿真计算方法的正确性和有效性。同时本文的研究为优化波箔片结构,改善轴承动态特性,提高轴承运行稳定性提供理论依据。