往复荷载作用下框架-自复位墙结构滞回性能研究

为研究框架-自复位墙结构在往复荷载作用下的滞回性能,将自复位墙简化成刚体,框架等效成单质点体系,采用理论分析的方法,重点考察了预应力筋、阻尼器以及框架设计参数的影响.结果表明:框架-自复位墙结构完全卸载后是否存在残余位移与墙体自重、预应力筋初始力、阻尼器屈服力及框架屈服力的大小有关;提高阻尼器或框架的屈服力可以提高框架-自复位墙结构的耗能能力,而增加预应力筋、阻尼器或框架的弹性刚度,均会降低其耗能能力;框架-自复位墙结构的耗能能力与预应力筋初始力关系不大.     

利用蝴蝶形钢板剪力墙耗能的自复位结构体系研究

应用ANSYS软件对利用蝴蝶形钢板剪力墙耗能的自复位结构体系进行了有限元模拟,主要研究了钢绞线预拉力值、蝴蝶板厚度、蝴蝶板中开缝区短柱高厚比L／t、蝴蝶板中开缝区短柱宽厚比撕等参数对结构自复位能力、承载力、抗侧刚度、耗能能力以及延性性能的影响。分析结果表明,通过合理的参数设计,利用蝴蝶形钢板剪力墙耗能的自复位结构体系能够把塑性变形集中在蝴蝶板中,使框架梁柱处于弹性状态,在地震作用后没有残余变形,能够方便快速地修复;并且拥有较高的抗侧刚度、承载力,较强的耗能能力和较好的延性性能。钢绞线初始预拉力值对结构复位能力影响较大,蝴蝶板厚度以及蝴蝶短柱高厚比、宽厚比对结构抗侧刚度、承载力、耗能能力以及延性影响较大。     

带防屈曲消能杆的自复位钢柱脚抗震性能试验

提出带防屈曲消能杆的自复位钢柱脚,对其受力机理进行了分析。将自复位参数(β_(sc))和框架柱轴力作为设计变量,设计制作了四组柱脚试件,通过低周往复荷载试验,对比分析了结构的受力发展过程、自复位能力、变形能力和耗能能力。结果表明:柱脚试件的塑性变形集中于消能杆,对损伤的消能杆更换后,柱脚抗震性能得以快速恢复,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,卸载后最大残余层间位移角仅为0.001 rad,具有良好的自复位能力;通过对位移延性系数和等效黏滞阻尼系数的分析,表明自复位柱脚具有良好的变形能力和耗能能力;随着β_(sc)参数增大,柱脚自复位能力提高,承载力和耗能能力降低,而对变形能力影响不大;随着框架柱轴力增大,自复位能力和承载力提高,变形能力降低,而对耗能能力影响不大。     

钢绞线预应力的改变对自复位钢框架性能影响

通过ANSYS模拟和试验结果对比,说明了模拟方法的正确性.在此基础上,通过改变自复位钢框架钢绞线上施加预应力大小,建立了四个单层单跨自复位钢框架结构模型.对比分析了钢框架上角钢Mises应力云图、力-位移滞回曲线、结构骨架曲线以及刚度退化曲线.研究表明,随着钢绞线预应力的增加,钢框架刚度增大,屈服荷载与极限荷载增加,自复位钢框架耗能能力稍微降低,自复位能力明显增强.     

混合装配无黏结预应力梁试验

为了提高预应力装配结构的耗能能力和抗震性能,对3个混合装配无黏结预应力梁进行了低周反复加载试验研究,考虑了初始预应力度、后穿非预应力筋的强度和面积等参数变化.分析了混合装配梁的恢复力特性、耗能等抗震性能与试验参数的关系,试验结果表明:采用无黏结预应力混合装配的梁,在耗能和承载能力等方面比全预应力装配构件有所提高,构件自恢复能力仍然较强(残余变形小),较大非线性位移下试件破坏较少。     

基于形状记忆合金的自复位摩擦耗能支撑滞回性能

针对基于形状记忆合金(SMA)的自复位摩擦耗能支撑,提出了简化分析模型,研究了其在往复荷载作用下的滞回性能.首先通过理论推导,得出了往复荷载作用下自复位摩擦耗能支撑的力-位移曲线,提出了简化的滞回模型,然后通过参数分析研究了各参数对其滞回性能的影响.结果表明:自复位摩擦耗能支撑在卸载后存在一定的残余位移,其大小仅与阻尼器元件摩擦力及SMA元件奥氏体弹性刚度有关;自复位摩擦耗能支撑的滞回性能可采用修正的FS(Flag-shaped)模型来描述;SMA元件屈服力及耗能参数对自复位摩擦耗能支撑的滞回性能影响较大,奥氏体弹性刚度及屈服后刚度系数影响较小;增加阻尼器元件的摩擦力,可显著增强自复位摩擦耗能支撑的耗能能力,但会产生残余位移.     

不同柱脚连接的自复位钢梁框架抗震性能试验

为研究不同柱脚连接形式对带自复位工字钢梁的单层单跨钢框架抗震性能的影响,设计制作了两个柱脚分别为固接和铰接的自复位框架试件,通过低周往复荷载试验,分析了试件的受力发展过程、承载力、滞回特性、延性、耗能能力及自复位能力.研究表明:柱脚固接的自复位钢框架,由于柱脚屈服后所需的恢复力远大于自复位工字钢梁提供的复位拉力,残余变形较大,结构自复位效果较差,因此不建议将其作为此类结构的柱脚连接形式;柱脚铰接的自复位钢框架在试验过程中的受力发展过程与理论分析结果吻合良好,仅耗能元件发生塑性变形,卸载后残余变形较小,具有“可恢复功能结构”的特点;柱脚铰接的自复位钢框架,在4%层间位移角时骨架曲线仍未出现下降段,承载力储备充足,试件的位移延性系数为3.1,等效黏滞阻尼系数为0.19,具有较好的抗震性能.     

组合碟簧自复位防屈曲支撑滞回性能试验

为控制防屈曲支撑(BRB)的残余变形,采用碟簧自复位系统(DS)和BRB并联形成自复位防屈曲支撑(SBRB)。通过拟静力试验考察组合碟簧刚度、端部连接、复位比率等对SBRB滞回性能的影响。结果表明：与BRB相比,SBRB的残余变形大幅降低;SBRB表现出旗型的滞回曲线,试验后期钢板支撑受拉断裂,其他部件保持完好;SBRB试件中DS部分和BRB部分分别是承载力和累积耗能的主要来源;由于组合碟簧间的摩擦等作用,DS部分的耗能占整个SBRB耗能的23%～36%;其他构造相同时,采用组合碟簧刚度较大的DS部分启动后承载力增幅较多,且DS部分启动力较大的复位比率也较大,残余变形更小。总体上,端部连接形式对残余变形影响不大,刚接SBRB试件因承受额外的端部弯矩,钢板支撑断裂更早,铰接SBRB试件表现出更好的耗能能力。随复位比率增大,SBRB的残余变形逐渐减小,为有效地控制支撑残余变形,同时避免对DS部分要求过高,复位比率宜取0.7～0.9。     

新型自复位钢桁架梁的受力机理及抗震性能

将预应力钢绞线与消能杆引入钢桁架梁,利用消能杆、预应力钢绞线分别来消耗构件的变形能、实现结构的自复位功能,从而有效减轻结构震后残余变形。理论推导了自复位钢桁架梁端截面对应于其恢复力骨架曲线关键特征点处的弯矩和刚度值;采用有限元分析软件OpenSees建立了钢桁架梁的分析模型,进行了单向和往复水平荷载下非线性分析。结果表明：对应关键点处的梁端弯矩和刚度的模拟值与理论值吻合较好,往复荷载作用下分析结果验证了该类钢桁架梁具有很好的自复位和耗能性能。     

利用带缝钢板剪力墙耗能的自复位体系研究

应用有限元分析软件ANSYS对利用带缝钢板剪力墙耗能的自复位体系进行模拟.通过改变结构中钢绞线的初始预拉力、钢绞线的面积、开缝钢板的厚度等参数来分析结构的刚度、承载能力、复位能力和耗能能力.模拟分析表明:钢绞线的面积和钢板的厚度对结构的性能影响非常大;而钢绞线的初始预拉力对梁柱自复位节点脱开时的荷载以及极限荷载影响明显;合理的参数设计会使结构的塑性变形集中在开缝钢板区域;而梁柱钢绞线等主体构件保持弹性,可以重复使用;地震作用过后,只需更换钢板,便可对结构体系进行快速的修复,同时结构的抗震性能还基本保持不变.