带可更换耗能钢棒的装配式混凝土单侧屈服梁柱节点抗震性能试验研究

提出了一种新型的钢筋连接器——可调组合钢筋连接套筒,并基于此组装了一套耗能连接件。对耗能连接件开展了轴向的低周往复加载试验,验证了其荷载传递的可靠性以及优异的耗能性能。将耗能连接件内置于装配式混凝土框架梁端底部,提出了一种带可更换耗能钢棒的单侧屈服梁柱节点(REDB-SYBC)。对试件开展拟静力试验研究,分析节点的损伤分布、破坏形态、滞回特性、耗能能力等抗震性能。试件滞回曲线稳定饱满无捏缩,抗震性能良好。试验结果表明：新型节点单侧屈服的变形模式减少了楼板的变形与损伤,充分发挥了梁底连接件的耗能能力,其主要损伤及破坏均发生在梁底耗能钢棒上,实现了损伤集中的设计目标以及“强柱弱梁”的抗震设计原则;利用新型连接套筒的内部空间即可实现耗能钢棒的更换,经过更换和修复后的节点各项抗震性能与初始节点基本相当。     

框架-预应力摇摆墙结构抗震性能试验研究

该文提出了一种框架-预应力摇摆墙新型结构形式,其中摇摆墙脚部混凝土采用橡胶块替代,并通过墙内预埋的无粘结预应力筋与基础进行贯穿连接,摇摆墙与主体框架则采用耗能连接件相连。通过一榀框架试件和一榀框架-预应力摇摆墙试件的拟静力试验,研究了试件的破坏形态、承载能力、刚度退化和耗能能力等抗震性能。结果表明:框架-预应力摇摆墙结构的破坏有效地集中在耗能连接件上,梁端、柱端以及梁柱节点区的破坏相对较轻;极限承载能力提升显著,相较对比框架提高了112.4%;耗能能力较对比框架大幅提升,且各层层间变形趋于均匀;耗能连接件发挥出了良好的延性变形能力,且施工方便、造价低,实现了可更换构件与摇摆结构的有机结合。     

采用端板螺栓连接的可更换耗能梁抗震及可更换性能试验研究

为研究端板-螺栓连接可更换耗能梁的抗震及可更换性能，设计制作了4个可更换耗能梁试件并进行了拟静力试验，研究不同长度系数对可更换耗能梁抗震性能和可更换能力的影响。结果表明：当长度系数较小时，试件发生剪切破坏，破坏特征包括腹板-加劲肋焊缝撕裂、腹板屈曲和腹板撕裂；当长度系数较大时，试件发生弯剪破坏，破坏特征包括梁端翼缘-端板焊缝撕裂和梁端翼缘屈曲；所有试件的滞回曲线非常饱满，具有优异的变形能力和耗能能力；可更换耗能梁的抗剪承载力强化明显，超强系数均值为1.9；采用端板-螺栓连接的可更换耗能梁均可实现震后可更换，当梁端残余转角为0.0020 rad～0.0046 rad时耗能梁可以实现震后更换，且更换快捷、操作简单；同时，根据耗能梁构件与带可更换构件的RCS混合框架结构体系的几何变形特征，可以将耗能梁的主要受力阶段划分为正常使用、非必要更换和必要更换3个阶段。     

震损可修复的钢制连接装配式剪力墙抗震性能试验研究

为了加强装配式剪力墙的抗震性能及实现其震损后可修复功能,提出了一种可修复的钢制连接装配式剪力墙（Repairable Steel-connection Precast Shear Walls, RS-PSW）,用钢制连接区域替代剪力墙易破坏的底部区域,实现将结构的损伤集中在钢制连接件上,在震后通过更换受损的钢制连接件来实现可修复功能。对普通混凝土剪力墙（编号为SW0）、试件RS-PSW1（初次加载）及试件RS-PSW2（震损修复后加载）进行了低周往复加载试验,考察钢制连接装配式剪力墙的破坏模态、滞回性能、刚度和承载力退化、耗能能力及震损可修复性能。结果表明：相比SW0,RS-PSW1在位移角达到1.43%时,上部预制混凝土墙体裂缝显著减少,塑性变形集中在钢制连接区域;修复后的试件RS-PSW2相比SW0,其承载力和刚度略有下降,但延性和耗能能力有较大提升,破坏位移角达到了2.67%,较SW0提升了66.7%,具有良好的变形能力。试件RS-PSW2再次加载时的各项抗震性能指标与初次加载时基本一致,验证了RS-PSW可实现地震作用下的震损可修复功能,并通过更换受损的钢制连接件使结构的抗震性...     

底部设置BRB自复位剪力墙抗震性能和韧性试验研究

提出一种底部设置屈曲约束支撑(BRB)的自复位混凝土剪力墙,提高了剪力墙的自复位能力和耗能能力,同时考虑了耗能构件可更换性。为了研究该自复位混凝土剪力墙的抗震性能和韧性,该文设计制作1片剪力墙试件和2组BRB构件,进行了拟静力试验和更换试验研究,分析了试件的破坏特征、滞回性能、自复位性能和可恢复性能等。试验结果表明:该文提出的自复位墙损伤主要集中在BRB上,其耗能能力较好,具有一定的自复位能力;BRB更换较为方便,更换前后自复位混凝土墙的抗震性能基本保持不变,表明其功能可恢复性较好。     

带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

针对自复位节点复位阶段抗力大的问题,提出了带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点。为研究节点的抗震性能和自复位性能,对5个足尺梁柱节点试件进行低周往复荷载试验,对其受力性能进行理论分析,建立节点的恢复力模型。结果表明:带开槽耗能板的自复位节点具有良好的耗能能力、承载能力和自复位性能,滞回曲线呈典型的“双旗帜”形。4.00%位移角时节点残余变形较小,除耗能板外其余部件均保持弹性,震后更换耗能板即可快速修复。节点的自复位性能随耗能板单个板条宽度的增大而降低,耗能能力随单个板条宽度的增大而提高;耗能板厚度和宽度越大,节点的耗能能力和承载力越强,自复位能力越弱;钢绞线初始预应力对节点的承载力、初始刚度和自复位能力均有显著影响,但对节点耗能能力影响很小。恢复力模型与试验结果吻合较好。     

可恢复预制装配式RC梁柱节点抗震性能研究EI北大核心CSCD

针对预制装配式RC梁柱节点连接及震损后快速修复的问题,提出了一种可恢复的梁柱节点连接形式。该连接主要由多缝耗能装置、抗剪连接键和预埋装置等部件通过高强螺栓连接而成。设计了一个装配式节点足尺试件并进行拟静力加载试验,研究该节点的破坏模式、承载力、变形和耗能能力等特性,并与现浇节点试件试验结果进行对比分析。结果表明:该装配式节点的初始刚度和承载力基本接近于现浇节点,且相比于现浇节点具有更高的延性、变形和耗能能力。装配式节点的破坏主要集中在多缝耗能装置上,预制梁柱构件基本保持在弹性范围内,基本可以实现节点损伤位置可控以及便于震后快速修复的目的。同时,推导多缝耗能装置的承载力-变形关系,建立装配式梁柱节点的简化分析模型,并通过试验结果验证了其准确性,可为后续研究装配式RC框架结构的抗震性能和工程分析设计奠定基础。     

主余震作用下顶底角钢自复位梁柱节点的抗震性能研究EI北大核心CSCD

为研究顶底角钢自复位梁柱节点在主余震作用下的抗震性能,通过连续的拟静力试验加载以模拟主余震作用,分析了节点的滞回性能、承载力、初始转动刚度、耗能能力、残余变形及钢绞线拉力,并通过有限元分析比较了顶底角钢半刚性节点与自复位节点在重复循环荷载作用下的抗震性能。研究结果表明:顶底角钢自复位节点在主余震作用下依然具有损伤可控性,塑性变形仅存在于角钢中;相比于单独主震的情况,主余震作用会明显降低节点的耗能能力及初始转动刚度,且节点经历的主震强度越大其在余震作用下的总体抗弯能力会越低;与相同尺寸的顶底角钢半刚性节点相比,顶底角钢自复位节点在单独主震与主余震作用下的抗震能力均更优。     

钢框架-装配式两边连接薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

该文提出了一种适用于装配式高层钢结构的两边连接间断式盖板钢板剪力墙连接节点（DCPC）,分别对一个带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙试件（FPSPSW）和一个两边焊接钢框架-钢板剪力墙试件（FWSPSW）进行了低周往复加载试验,研究了两种不同连接形式的钢框架-钢板剪力墙试件的抗震性能,得到了两组试件各自的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线及抗震性能指标等,对比分析了两者的破坏特征、延性性能、耗能能力及刚度退化等力学性能。结果表明:带DCPC的装配式两边连接钢框架-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;结构本身符合"强框架弱墙板、强柱弱梁"的抗震设计理念;DCPC节点在不损失抗震性能的基础上,可提供比传统焊接钢板剪力墙结构更好的耗能能力,且保证了良好的震后可修复功能。     

短型长度系数对耗能梁抗震性能的影响试验及有限元研究EI北大核心CSCD

与传统框架结构体系相比,带可更换构件的框架结构体系能够实现震后建筑结构功能快速恢复,减少地震作用对建筑结构正常生活和生产的影响。为研究可更换耗能梁的抗震性能,共设计并制作4个试验试件,对其进行低周反复加载,研究其破坏特征、滞回性能、骨架曲线。利用ABAQUS软件建立了可更换耗能梁精细化有限元分析模型,研究短型长度系数对可更换耗能梁抗震性能的影响规律,分析建模方法的可靠性。该研究提出了剪切型可更换耗能梁抗剪承载力的计算公式,可供工程设计参考使用。研究表明:试验中可更换耗能梁发生剪切屈服型与弯剪屈服型两类破坏模式,破坏特征包括腹板-加劲肋焊缝撕裂、翼缘屈曲和端板焊缝撕裂;试件具有良好的承载力与变形能力,能够实现震后可更换;有限元分析与试验结果吻合良好,建模方法可行。随着试件长度系数的增加,耗能梁的承载力、变形、耗能能力等均减弱,试件翼缘抗剪贡献可达梁段抗剪承载力的10%以上。与Popov等的建议值1.6相比,当耗能梁的长度系数接近1.4时,试件破坏模式由剪切型破坏向弯剪型破坏模式转变。     

翼缘削弱型钢框架梁柱节点的性能研究综述

介绍了1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震后钢框架新型延性节点的发展状况,着重讨论了狗骨式节点的性能研究进展,指出通过削弱梁翼缘可以有效提高钢框架的抗震性能,达到延性设计的目的。最后,探讨了狗骨式节点在今后的研究方向。     

附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构双梁-柱节点动力试验研究

将减震技术应用到传统风格建筑钢结构中,在梁-柱节点位置以粘滞阻尼器替代“雀替”。设计了三个传统风格建筑钢结构双梁-柱节点,包括两个附设粘滞阻尼器的节点试件和一个无阻尼器的对比节点试件,模型比例均为1∶2.6。通过周期性动力加载试验研究了滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力以及刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构节点试件的滞回曲线更加饱满,耗能能力优于无阻尼器的对比节点试件,峰值荷载相比提高了34%~46%;各节点试件的位移延性系数介于1.79~1.96,表明附设粘滞阻尼器对节点试件位移延性系数的影响较小;有控节点的等效粘滞阻尼系数是无控节点的1.1~1.5倍,说明设置于梁-柱节点处的粘滞阻尼器发挥了良好的抗震性能。     

蜂窝式钢框架结构抗震性能试验研究

该文通过低周反复荷载试验对蜂窝式钢框架抗震性能进行研究。分析其在地震作用下的受力过程、破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性等抗震性能。分析结果表明:蜂窝框架在地震作用下有较好的抗震能力,结构的破坏特征主要体现在蜂窝梁上;通过腹板开孔削弱可以控制梁端塑性铰形成位置,使得最大塑性区移至梁腹板削弱处,减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的延性。     

Use of FRP for RC Frames in Seismic Zones: Part II. Performance of Steel-Free GFRP-Reinforced Beam-Column Joints

The use of FRP as reinforcement in concrete structures has been growing rapidly due to its advantages over conventional steel reinforcement (e.g., corrosion resistance, light weight, magnetic neutrality). A potential application of FRP reinforcement is in structural concrete frames. However, current seismic design standards and detailing criteria for beam-column joints were established for steel reinforcement and may be unsuitable for FRP reinforcement due to its different mechanical properties. During recent earthquakes, many structural collapses were initiated or caused by beam-column joint failures. Since there are no detailed specifications for the application of FRP reinforcement in seismic zones, research is needed to gain a better understanding of the behaviour of FRP-reinforced concrete under seismic loading. In this study, two full-scale beam-column joint specimens reinforced with steel and GFRP, respectively, were tested in order to investigate their performance in the event of an earthquake. The control steel-reinforced specimen is detailed according to the Canadian Code (CSA A23.3-94) recommendations. The GFRP-reinforced specimen is detailed in a similar scheme but using a GFRP grid. The behaviour of the two specimens under reversed cyclic loading, their load-storey drift envelope relationship and energy dissipation ability were compared. The GFRP-reinforced specimen showed a predominantly elastic behaviour up to failure. While its energy dissipation was low, its performance was acceptable in terms of total storey drift demand.     

不同跨度比下栓焊刚性连接梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

以钢框架中3个不同跨度比（1∶0.6、1∶1.0、1∶1.4）的栓焊刚性连接梁柱子结构（两跨三柱型）为研究对象,通过单调静力加载试验研究了连续倒塌条件下梁柱子结构的破坏模式、力学形态和抗力机理。试验结果表明,试件表现出多次、间断性破坏特征,先是失效柱与梁受拉翼缘连接处断裂,进而因跨度比不同有所差异:等跨试件边柱梁柱节点处梁端受拉翼缘发生断裂;不等跨试件短梁受拉翼缘与边柱连接附近处发生断裂,短梁先于长梁失效。3个试件的变形形态相似,其抗力机制发展过程可划分为梁机制阶段、梁受弯向受拉转化的过渡阶段和悬链线机制阶段。试件的多次局部破坏使其呈现出多个荷载峰值点,在梁机制阶段荷载随跨度比增大而减小,之后等跨试件因上下梁的协同工作可提供高于梁机制阶段的承载力,而不等跨试件由于短梁先于长梁失效而长梁的悬链线效应未能充分发挥,荷载峰值依次降低,即等跨结构较非等跨结构在大变形时具有更好的传力机制,有利于提高结构的抗倒塌承载力。     

震后功能可快速恢复联肢剪力墙研究

震后功能可快速恢复成为地震工程领域的研究前沿。该文基于损伤控制的思想,提出一种震后功能可快速恢复的联肢剪力墙,由低损伤墙肢和可更换连梁组成。在强烈地震作用下,低损伤墙肢无损坏或轻微损坏,可更换连梁耗散地震能量,震后可通过更换连梁中的消能梁段(或阻尼器)而实现快速修复。试验研究表明,钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙的承载力高,压弯破坏时极限变形能力达1/33,远大于钢筋混凝土剪力墙的变形能力;在1/100位移角时,钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙轻微损坏,可作为低损伤墙肢。该文中可更换钢连梁由中部的消能梁段和两端的非消能梁段组成,大尺寸试件的拟静力试验表明,往复剪切作用下连梁的塑性变形和损伤集中在中部的消能梁段,可更换钢连梁的塑性转角可达0.06 rad,滞回曲线饱满、稳定,通过合理设计连接节点可实现强震后方便更换消能梁段。     

工厂加工制作的特殊构造梁柱节点抗震性能有限元分析

为研究工业用途的某特种钢结构的抗震性能,该文在3个特殊构造梁柱节点的循环加载试验研究的基础上,采用有限元软件ABAQUS中的C3D8R实体单元建立模型,对该特殊构造梁柱节点的滞回性能进行了模拟分析,模型考虑了材料非线性、几何非线性的影响。通过有限元分析与试验结果的比较,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,提取有限元模拟的局部分析结果,包括螺栓拉力的变化与节点组件的损伤指数,进一步为试验研究的最终破坏形态提供微观的力学解释。结果表明,试件I螺栓端板连接中梁翼缘两侧的螺栓拉力基本相同;试件I和试件II中柱强轴方向连接构造的断裂最可能发生在连接界面处的梁下翼缘中心,试件II和试件III中柱弱轴方向连接构造的断裂最可能发生在柱翼缘端部的盖板。研究结果可为此类特殊构造梁柱节点的各个组件力学行为分析以及相关的设计方法提供一定的参考。     

T型内芯防屈曲支撑的拟静力滞回性能试验研究

提出了一种内芯与约束构件均为型钢的全钢装配式防屈曲支撑,该支撑具有全装配、内芯可更换、工艺简单、造价低廉和可用于既有构件加固等优点。钢内芯由2个角钢与加劲板组成T型截面,外约束构件由角钢和盖板通过螺栓连接形成。对6个该支撑试件进行拟静力试验,讨论其滞回性能、抗震性能及破坏机理,并分析内芯上设置填板、内芯与约束构件的间隙、内芯双角钢之间的间距以及限位方式对滞回性能的影响。结果表明,该支撑的实际性能与设计性能基本一致,具有稳定的滞回性能;在支撑中间设置填板对支撑的滞回性能基本没有影响;内芯与约束构件的间隙及内芯双角钢之间的间距过大会降低支撑的滞回性能;采用中部限位方式的支撑滞回性能优于端部限位方式。对试件的抗震性能分析表明,该支撑具有较好的延性和累积塑性变形能力,可作为阻尼器应用于结构中。通过分析破坏模式发现,加劲板末端的焊缝应力集中会造成支撑的断裂位置由屈服段转移至止焊处;设置中部限位卡可以减小摩擦力的不利影响。     

可更换耗能连接力学机理及变形性能研究

提出一种安装于装配式混凝土梁柱连接部位的可更换耗能连接组件，可以诱导结构的损伤集中在连接区域，保证结构主要构件在强震下处于弹性状态，增强结构的可修复性。利用MTS力学试验机开展3个组件的试验分析，研究组件的滞回性能、耗能能力和低周疲劳性能。试验结果表明，可更换耗能连接组件的滞回性能稳定，展现出了优良的延性和低周疲劳性能。基于ABAQUS开展的组件参数化分析主要针对核心耗能部件的厚度及核心耗能部件与约束部件之间的间隙。结果表明:增加核心耗能部件的厚度会减轻结构的高阶屈曲波数，优化构件长度方向的应变分布均匀性；核心耗能部件与约束部件之间的间隙也会影响核心耗能部件的应变分布。该文分析结果表明，该可更换耗能连接可以应用于对结构延性和可恢复性要求比较高的高震区框架结构中。