新型卷边PEC柱BRS板耗能部分自复位连接——钢梁组合框架层间抗震性能分析

为了研究新型卷边PEC柱BRS板部分自复位连接组合框架结构层间抗震机理,以试件T形件上下翼缘均固定于PEC柱为基本试件,考虑BRS板宽度、预拉杆尺寸和竖向力3个设计参数,设计另3个对比模型试件,并采用ABAQUS有限元软件对其施加低周往复荷载以模拟其抗震机理。通过模拟结果及数据分析,得到各试件往复荷载下的滞回曲线、残余位移曲线、耗能曲线及应力云图,对试件承载能力、自复位功效、耗能能力和部分自复位连接传力机理进行了分析。研究结果显示:BRS板宽度的增大有效加强结构耗能功效,却相应减弱结构自复位性能;预拉杆长度的增加促使结构残余变形增大,削弱了结构自复位功效;竖向力的设置能够有效降低结构侧移小于0.02 rad下残余变形,结构侧移超过0.02 rad,竖向力加剧结构残余位移,降低结构自复位性能;所有试件在加载超过框架结构中震层间侧移角限值0.02 rad,试件层间侧移角与连接转角残余值均基本满足自复位结构残余侧移角限值0.005 rad的要求,试件具有良好的自复位功效和抗倒塌性能。     

PEC柱-钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震试验研究

为系统研究梁柱采用自复位连接组合框架的抗震机理,选取预拉杆长度设置、PEC柱截面强弱轴布置和柱脚连接方式3个设计参数,设计制作了4榀PEC柱-钢梁梁柱摩擦耗能部分自复位连接组合框架1∶2缩尺试件并进行拟静力抗震试验。通过试验现象观察和数据分析,对试件的滞回特性、抗侧刚度退化、复位能力、滞回耗能等抗震性能进行研究。结果表明：摩擦耗能部分自复位连接通过T形件长圆孔合理设置实现了“设计地震水平阶段实现复位,大震设计水平阶段自复位连接连接转化为伴随出现螺栓承压型受力实现部分自复位”的性能化设计目标;设计地震阶段,试件主要通过辅助摩擦耗能件耗能,且卸载残余侧移小于自复位结构侧移限值（0.3%）,在大震作用阶段,试件通过辅助摩擦耗能件与结构构件损伤联合耗能,承载能力仍继续增大,且仍具有部分自复位能力;预拉杆设置有限长度可显著增强结构整体性,PEC柱弱轴布置一定程度上降低了结构整体性,而PEC柱脚采用铰接可显著削弱结构整体性。     

有限长度预拉杆部分自复位PEC柱组合框架中间层抗震性能试验研究

为研究部分包裹混凝土（partial encased concrete,PEC)柱-钢梁有限长度预拉杆部分自复位连接组合框架中间层抗震机理,考虑耗能件形式和PEC柱布置方式,设计制作了3榀1∶2缩尺比例组合框架中间层子结构试件并进行水平低周往复荷载试验。基于试验结果,对试件的滞回特征、自复位功效、耗能能力进行了对比分析。研究表明：T形件螺栓孔的合理设置可有效实现“设计地震水平下通过耗能件耗能减震,大震水平下连接转化为承压型受力模式”的设计目标;部分自复位连接预拉杆预应力决定自复位功效,而辅助耗能件仅影响其耗能发展进程; PEC柱布置方式对部分自复位功效和耗能能力影响较小,验证了卷边PEC柱较好地改善了双向刚度的差异;T形件对穿螺栓与预拉杆传力方式促使节点区混凝土更好地形成斜压带传力模式和节点加强板增强了节点区混凝土约束的双重作用使得节点区较好地达到了“强节点”抗震要求;所有试件加载至设计地震水平下层间侧移限值1/50时,其整体与层间残余侧移最大值分别为0.21%和0.11%,基本满足了自复位结构残余侧移0.2%的要求,而加载超过大震水平下层间侧移限值的1/30时,所有试件承载能力仍继续增大,其整体与层间残余侧移最大值分别为0.86%和0.42%,即所有试件层间仍具有良好的自复位功效。     

新型卷边PEC柱(弱轴)-钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架抗震性能研究

为研究PEC柱在弱轴布置条件下与钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架的抗震性能,同时考察参数:摩擦耗能T形件腹板长圆孔尺寸、T形件翼缘对穿螺栓的布排方式、柱底连接方式的影响,按1∶2的尺缩比设计了4个1榀两层的框架结构试件模型,并利用有限元软件ABAQUS进行建模,基于经试验验证的有限元模型进行了低周往复水平加载的有限元参数分析,基于模拟数据,分析各试件模型在加载过程中的自复位效果、耗能能力、承载能力以及节点区传力机理。结果表明:所有试件在加载至相对侧移角0. 035 rad时,其卸载后的残余转角仍小于0. 005 rad,该框架结构具有优良的自复位效果;在结构进入设计预定的承压型受力模式前,结构的耗能由连接处摩擦耗能提供,转化为承压型受力模式后,结构主体构件进一步发挥作用并开始发挥材料耗能,较好实现了结构设计性态目标;柱脚固接试件具有更高的承载力与抗侧刚度,其受力发展进程更快;采用在T形件翼缘内外侧布置螺栓的实际工程做法可缓解T形件翼缘的翘曲变形,从而更有利于自复位连接受力进程的发挥;对于不同建筑功能的建筑,其要求的性态设计目标可通过T形件上长圆孔的尺寸来实现;采用摩擦T形件部分自复位连接的组合框架试件均有效实现了自复位效果、耗能能力和结构安全冗余度的有机统一。     

新型卷边部分外包组合柱-钢梁端板连接组合框架层间抗震机理研究

为进一步研究新型卷边部分外包组合柱(PEC柱)-钢梁组合框架层间抗震机理,以新型卷边PEC柱-钢梁端板预拉对穿螺栓连接组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行水平低周往复荷载下抗震性能的有限元分析。基于计算数据整理,分析试件结构的承载力与抗侧刚度、节点连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点域传力机理和破坏模式等抗震性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和初始抗侧刚度;新型卷边PEC柱平均分担试件层间水平剪力;预拉对穿螺栓具有部分自复位功效;梁端连接具有较大的转动刚度,相应限制了其转动能力的发挥;试件最终破坏模式为所有梁端端板附近截面形成塑性铰的塑性机构,而相应层间剪切角和节点连接转角均超过设防烈度地震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好的抗震倒塌性能。     

通长预拉杆自复位PEC柱组合框架中间层抗震性能试验研究

考虑部分包裹混凝土（partial encased concrete,PEC）柱截面形式和辅助耗能元件类型两个设计参数,设计制作了3榀PEC柱-钢梁通长预拉杆自复位连接组合框架中间层子结构1∶2缩尺试件并进行水平往复荷载试验。通过试验现象和实测数据整理,从滞回特性、抗侧刚度、复位能力与耗能性能等方面进行分析。结果显示：合理设计T形件上长圆孔尺寸可实现“中震作用下利用辅助耗能元件提供耗能,而大震作用下连接转换为承压型传力模式而进一步发挥主体构件力学性能”的性能化部分自复位连接设计理念;PEC柱截面形式决定PEC柱本身抗侧刚度,从而影响自复位连接力学发展进程,而耗能元件类型仅改变耗能方式与发展进程;自复位连接的消压弯矩和开始耗能弯矩比值（Ma/Mb）是影响试件卸载后复位能力的关键因素;节点部位加强板设置增强了节点区混凝土约束,且连接构造促使节点区混凝土斜压带传力模式的形成,节点区刚度增大,抗剪能力提高;所有试件加载侧移达到2%（框架结构设计地震对应层间侧移限值）时,层间卸载后残余侧移不大于0.17%,甚至加载侧移达到3.5%（框架结构大震对应层间侧移限值）时,层间卸载后残余侧移不超过0.2...     

基于子结构的薄钢板PEC柱-钢梁组合框架层间倒塌机理分析

为揭示薄钢板组合截面部分外包混凝土组合PEC柱-钢梁组合框架中间层倒塌机理,本文利用商业有限元软件ABAQUS,对采用预拉对穿螺栓端板狗骨式连接的薄钢板组合截面PEC柱-钢梁组合框架中间层子结构试验试件建模,并进行水平低周往复荷载下抗震性能的有限元分析。基于计算结果,分析试件结构的承载力与抗侧刚度、节点连接转动性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点区传力机理和破坏模式等抗震性能。研究结果表明:试件具有较高的承载力和较大的初始抗侧刚度;PEC柱平均分担试件层间水平剪力;预拉对穿螺栓表现出部分自复位功效;梁端截面削弱实现了塑性铰位置远离节点区,且保证了连接具有良好的转动能力和结构耗散地震能能力;试件最终破坏模式为所有梁端削弱截面形成塑性铰的塑性倒塌机构,对应节点连接转角和层间剪切角均满足中震层间侧移限值1/50要求,表明该结构体系具有良好的耗能能力和抗倒塌性能。     

新型PEC柱-钢梁中节点摩擦耗能型部分自复位连接抗震性能试验研究

为研究摩擦耗能T形连接件部分自复位连接的抗震性能,考虑PEC柱布置方式,按1∶1.6缩尺比例设计制作2个新型PEC柱-钢梁中节点试件模型,并进行水平低周往复荷载试验。基于试验测试数据整理,对试件的滞回性能、承载能力、耗能能力、自复位功效和节点传力机理等进行分析。结果表明：摩擦耗能T形连接件部分自复位连接通过预拉杆和摩擦耗能T形连接件有效实现了“自复位功效与耗能能力有机统一”的性态设计目标;PEC柱布置方式决定其受力性能,且改变了节点梁柱刚度匹配,从而影响到连接形式受力性能的发展进程和试件损伤分布规律;对穿螺栓和预拉杆实现了节点域混凝土斜压带传力模式,相应降低了节点域腹板的抗剪性能要求;所有试件层间侧移角达到中震层间侧移角限值0.02rad之前,节点与连接基本无残余转角,而当层间侧移角超过大震层间侧移角限值0.035rad时,试件承载能力仍呈增大趋势、且对应节点与连接残余转角不超过0.01rad,即该连接形式具有良好的自复位功效和抗倒塌性能。     

新型卷边PEC柱(弱轴)-钢梁(BRS)端板连接组合框架滞回性能有限元分析

以采用端板预拉对穿螺栓的两层单跨新型卷边钢板组合截面PEC(弱轴)-钢梁(梁端削弱截面)组合框架结构试验试件为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行低周往复荷载下滞回性能有限元分析。研究结果表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度,两层初始抗侧刚度差距较大,随着加载引起结构损伤进程的发展,刚度差异不断减小;试件主要通过梁端屈服和PEC柱脚混凝土压溃与钢构架屈服耗能,上下层耗能分布均匀;采用端板预拉对穿螺栓连接和梁端削弱截面,不仅使连接具有部分自复位功效,且较好改善了连接的转动能力和抗震耗能需求;试件最终破坏模式为梁端和PEC柱脚处形成塑性铰的塑性破坏机构,层间侧移和连接转角均超过大震层间侧移限值(1/30),表明试件结构体系具有良好的抗震性能。     

新型PEC柱-钢梁摩擦耗能部分自复位节点抗震性能数值模拟

为研究采用预拉对穿螺栓的新型PEC柱-钢梁摩擦耗能型部分自复位连接中节点的抗震性能,考虑PEC轴压力、钢板组合截面布置(强/弱轴)、预拉杆预应力、加强型盖板厚度和预拉对穿螺栓设置方式等5个设计参数,利用有限元软件ABAQUS建立8个中节点模型试件并对其进行循环荷载下受力性能的数值模拟。根据模拟结果分析了连接的弯矩-转角关系、自复位功效、耗能能力、受力变形模式和节点传力机理。研究结果显示:PEC柱轴压力产生的二阶效应加快了自复位节点受力发展进程,但不影响自复位功效;组合柱布置方式通过改变梁柱刚度匹配影响连接部位力的分配模式,但不影响部分自复位节点受力机理;预拉杆预应力明显改变节点摩擦滑移耗能和自复位能力;预拉对穿螺栓的设置较好实现了节点区混凝土斜压带传力机理;采用实际工程作法的所有试件残余转角均不超过自复位节点最小转角限值0.005rad,且在达到设计预定的中震侧移角限值0.02rad后,结构主要受力构件梁开始进一步发挥力学性能,实现了自复位功效、耗能能力与结构安全冗余度有机统一的性能设计目标。     

考虑竖向力作用下卷边PEC柱(弱轴)-钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架抗震性能研究

为研究PEC柱(弱轴布置)与钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架在竖向力作用下的抗震性能,文章按1:2的尺缩比例设计了1个1榀2层的框架结构试件模型,并利用有限元软件ABAQUS进行建模,进行了低周往复水平加载的有限元分析,基于模拟得到的滞回曲线、残余变形曲线、滞回耗能曲线以及刚度退化曲线,分析试件模型在加载过程中的自复位效果、耗能能力以及承载能力。结果表明:试件在加载至相对侧移角0.035 rad时,其卸载后的残余转角仍小于0.005 rad,该框架结构具有优良的自复位效果;在结构进入设计预定的承压型受力模式前,结构的耗能由连接处摩擦耗能提供,转化为承压型受力模式后结构主体构件进一步发挥作用并开始发挥材料耗能,较好实现了结构设计性态目标;在柱底铰接条件下,框架上层抗侧刚度大于下层结构,下层受力进程更快;竖向力作用下的摩擦T形件部分自复位连接组合框架有效实现了自复位效果、耗能能力和结构安全冗余度的有机统一。     

摩擦耗能型PEC柱(柱弱轴)–钢梁连接组合框架层间抗震机理研究

为研究摩擦耗能型PEC柱(柱弱轴)–钢梁连接组合框架层间抗震机理,文章采用因素分析法通过改变高强螺杆初始预应力值、T形件腹板长圆孔的开孔长度、高强预拉螺杆的长度、摩擦力、新型卷边PEC柱顶竖向力等设计参数,对模型试件做往复荷载下抗震性能的数值模拟。基于整理的模拟数据,对比分析模型试件的承载力、连接性能、耗能能力、抗倒塌机理和自复位功效等滞回性能,可以得到以下结论 :增大高强螺栓的初始预应力可以提高试件的自复位功效;改变T形件腹板的开孔长度可以灵活控制试件进入承压型传力模式的进程;部分自复位的设计使得应力集中在钢梁翼缘端部,保护了主要受力构件,地震后替换掉辅助耗能元件,结构便能继续使用。     

新型卷边钢板组合PEC柱-钢梁中节点抗震性能试验研究

为研究新型卷边钢板组合PEC柱-钢梁连接节点的抗震性能,采用端板预拉对穿高强螺栓连接方式,以组合柱布置方式与梁端削弱截面设置作为设计参数,设计制作了3个中节点1∶1.6缩尺模型,对其进行低周循环荷载试验,重点分析试件的滞回性能、承载能力与转动刚度退化、延性与耗能能力和破坏模式。试验结果表明:新型卷边钢板混凝土组合PEC柱较好满足了"双向等刚度"的要求;预拉对穿螺栓的设置使节点域充分实现混凝土斜压带传力功效,相应降低对节点域钢柱腹板的抗剪要求,且所有试件均表现出不同程度的自复位功能与良好的耗能能力;所有试件在承载能力下降至85%之前,节点转动均超过了0.035弧度;试件破坏模式为钢梁削弱截面或连接部位附近截面屈服。     

T形件焊接加强型连接新型PEC柱-钢梁组合框架结构抗震性能数值模拟

利用ABAQUS对1榀两层单跨设置预拉对穿螺栓T形件焊接加强型连接新型卷边PEC-钢梁组合框架结构试验试件进行水平低周往复荷载下的抗震性能数值模拟。并对试件结构的滞回性能、水平抗侧刚度退化、节点连接性能、耗能性能、层间传力机理和破坏模式等抗震性能进行分析。结果显示:试件具有较高的承载能力和较大的初始抗侧刚度,且上下层初始抗侧刚度相差较大,随着加载导致试件损伤不断发展,上下层刚度逐渐衰减而趋向一致;试件下层受压PEC柱承担层间水平剪力60%,而上层层间剪力由PEC柱平均分担,且试件层间变形表现为剪切型模式;T形件焊接加强型连接实现了梁端塑性铰区远离节点区、节点区混凝土斜压带传力模式和节点连接部分自复位功效的设计目标,更好地满足了"强柱弱梁"的抗震要求;试件耗能主要通过PEC柱脚混凝土压溃与钢骨架屈服和T形件端部梁截面屈服来实现,且上下层耗能基本一致;试件结构最终破坏模式为T形件端部梁截面充分屈服和PEC柱脚部位钢骨架屈服与混凝土压溃形成塑性铰的塑性破坏机构,表明试件结构具有良好的延性及较好的抗震性能。     

部分包裹混凝土组合柱-型钢梁端板连接框架抗震性能试验研究

为了研究部分包裹混凝土组合(PEC)柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明:框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12 mm增加到20 mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。     

屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架抗震试验性能研究

屈曲约束支撑可以有效地提高装配式钢管混凝土组合框架的抗侧移刚度和耗能减震作用。为研究地震作用下屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能和破坏机理,进行两层单跨屈曲约束支撑单边螺栓端板连接钢管混凝土组合框架的水平低周反复荷载试验。考察柱截面类型和端板形式对结构整体抗震性能的影响。记录和研究了此类混合结构的破坏形式和水平荷载-水平位移滞回曲线,分析和评价其骨架曲线、强度和刚度退化规律、延性和耗能等。试验研究表明,在柱截面含钢率相同条件下,抗侧移体系采用屈曲约束支撑,梁柱连接采用单边螺栓端板连接方式,屈曲约束支撑方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始抗侧刚度大于屈曲约束支撑圆钢管混凝土组合框架,但是其延性和耗能能力反之。试验和分析结果表明：屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的抗震性能,较大的可变形能力和耗能能力,可以在多高层建筑结构中应用和推广。     

Experimental research on sismic performance of PEC column-steel beam frame connected by endplate

为了研究部分包裹混凝土组合（PEC）柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明：框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12mm增加到20mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。     

设置组合工字钢梁的自复位框架抗震性能试验研究

基于“可恢复功能抗震结构”的设计理念,设计并制作了一种设置组合工字钢梁的自复位框架,采用消能杆作为耗能元件,进行了由不同消能杆组成的4个自复位框架的低周往复荷载试验,在分析其受力机理的基础上,对比分析了结构的受力发展过程、耗能能力和卸载后的自复位能力。结果表明：各自复位框架的试验宏观现象基本相同,其荷载-位移滞回曲线均呈“双旗帜”形;锚固板开口后,框架的抗弯刚度由预应力钢绞线和消能杆提供;层间侧移角加载至4%时,骨架曲线仍无下降趋势,结构具有良好的承载能力和变形能力;自复位框架的塑性变形都集中于消能杆,更换消能杆后,结构的抗震性能得以迅速恢复,实现了震后易于修复的设计目标;通过对残余层间侧移角和等效黏滞阻尼系数的分析表明,结构具有良好的自复位能力和耗能能力,且框架的抗震性能主要由自复位参数确定。     

新型卷边PEC柱-钢梁摩擦耗能型自复位层间倒塌机理

本文考虑T型件接触面摩擦系数、对穿螺栓布置方式等设计参数,采用ABAQUS建立3个试件模型并进行水平低周往复荷载下倒塌机理的数值模拟,根据试件滞回曲线、残余转角规律、应力云图,分析各设计参数对自复位效果、耗能能力和残余变形的影响规律。研究结果显示:试件采用摩擦耗能T型件自复位连接可较好实现自复位功效与耗散地震能能力需求;双边螺栓布置的工程做法有效限制了T型件面外翘曲变形,提高转动刚度和承载力,但摩擦耗能相对滞后;增大摩擦系数导致摩擦滑移耗能滞后,且减弱自复位功效,但增强摩擦滑移耗能能力。所有试件残余转角均满足节点转角限值小于0.005 rad的要求。     

两层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓端板连接框架拟动力试验研究

为揭示半刚性钢管混凝土组合框架在地震作用下的动力特性和破坏形式,对2榀两层单跨钢管混凝土柱与 组合梁单边螺栓端板连接组合框架进行拟动力试验研究。该试件的梁柱连接节点形式为平齐端板或外伸端板连接 ,组合楼板采用钢筋桁架楼承板,试验影响参数为柱截面类型和端板类型。研究了El-Centro地震波作用下结构 的加速度反应和位移响应,分析了滞回性能、刚度、延性和耗能能力等,评价了梁柱半刚性连接和楼板组合效应 对组合框架结构整体性能的影响。试验表明：半刚性钢管混凝土组合框架具有良好的抗震性能和耗能特性。在柱 截面宽度和含钢率相同条件下,采用单边高强螺栓端板连接方式,圆钢管混凝土组合框架的最大位移响应和累积 耗能比方钢管混凝土组合框架大;方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始刚度优于圆钢管混凝土组合框架。 研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。