可更换钢连梁抗震性能试验研究

通过拟静力试验,研究由跨中部消能梁段和两端非消能梁段组成的可更换钢连梁的抗震性能和震后可更换能力。试验共包括4个连梁试件,采用4种不同的消能梁段与非消能梁段连接方式,分别为端板-抗剪键连接、拼接板连接、腹板-螺栓连接、腹板-结构胶连接。试验结果表明：采用端板-抗剪键连接时,连梁的塑性变形和损伤集中在消能梁段,连梁的极限塑性转角可达0.06 rad,具有稳定的滞回耗能能力;采用拼接板连接或腹板-螺栓连接时,消能梁段剪切屈服,连接处摩擦型高强螺栓有不同程度的滑移,连梁的极限塑性转角也可达0.06 rad;采用腹板-结构胶连接时,连接处结构胶开裂导致连梁脆性破坏。在连梁转角为0.02 rad加载后对消能梁段进行更换,采用端板-抗剪键连接的试件更换时间最短,而腹板-螺栓连接的试件能在更大的残余转角时更换。此外,消能梁段在较大塑性剪切变形时伴有轴向变形,导致连梁试件承受较大轴力,连梁的轴力影响需要进一步研究。     

可更换钢连梁抗震设计方法

可更换钢连梁由跨中的消能梁段和两端的非消能梁段组成,梁段之间采用可拆卸的连接方式。相比传统钢筋混凝土(RC)连梁,可更换钢连梁塑性变形能力大、耗能能力强,且震后可快速修复,能提升高层建筑的抗震韧性。在总结已有研究的基础上,系统介绍了可更换钢连梁的抗震设计方法和构造措施,可为工程设计提供参考。具体包括:消能梁段和非消能梁段部件设计,消能梁段-非消能梁段连接设计,可更换钢连梁上部的RC楼板设计,可更换钢连梁-RC墙肢节点设计,可更换钢连梁的非线性分析模型和性能状态判别准则。最后,介绍了一栋高烈度区高层建筑应用可更换钢连梁的实例。     

可更换钢连梁的抗震性能研究

以3个钢连梁试件为对象,采用2种不同的连接方式以及变换可更换段钢梁的截面高度,对可更换钢梁的抗震性能进行了试验研究.在抗震试验中,将钢梁分为3段,并削弱中间段,使破坏发生在中间段.考察试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性性能、耗能性能等指标.试验结果表明:试验中3个试件均发生了破坏,在连接方式相同的情况下...     

三段式可更换耗能梁抗震性能及可更换性能分析

为了保证框架结构跨度较大时耗能梁的耗能能力和可更换性能,提出了一种中间段耗能的三段式可更换耗能钢梁。设计并制作了5根可更换耗能钢梁,通过拟静力试验,研究了耗能梁更换、耗能段与非耗能段连接方式、耗能段腹板类型及腹板钢材类型等对钢梁抗震性能的影响。研究结果表明：在地震作用下,三段式可更换耗能钢梁的耗能和损伤均明显集中在中间耗能段,而非耗能段处于弹性状态,震后通过更换中间受损耗能段即可快速恢复结构的使用功能;三段式可更换耗能钢梁的滞回曲线均较饱满,极限塑性转角约为0.1 rad,表现出良好的变形能力和耗能能力;腹板采用低屈服点钢或波纹钢时三段式可更换耗能钢梁的耗能能力更好;随着可更换钢梁塑性转角的增大,可更换耗能钢梁的荷载提高明显,超强系数均值约为1.67;更换耗能段时,相应的层间位移角为1/200～1/250,采用端板连接的三段式可更换耗能钢梁更换耗能段所需时间较短,而采用双槽钢连接的三段式可更换耗能钢梁能在更大的残余层间位移角时更换,具有较优的可更换性能。     

带阻尼器消能连梁抗震性能试验研究

通过4个布置带缝钢板阻尼器的消能连梁试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验结果表明：阻尼器为剪切屈服型,试验中阻尼器未出现面外屈曲,试件破坏模式为阻尼器弯曲单元断裂破坏或预埋件与混凝土之间锚固破坏|阻尼器的承载力超强系数均大于1.5,平均值为1.63|连梁混凝土部分变形和滑移变形占连梁整体变形的比例随连梁转角增大而减小,阻尼器变形最后能达到整体变形的80%,能有效将变形集中于阻尼器|连梁混凝土部分变形主要为弯曲变形,混凝土剪切变形只占连梁整体变形的2%左右|4个试件混凝土裂缝达0.2mm时连梁转角基本在0.8%左右|加载到连梁转角3.3%时,阻尼器弯曲单元断裂破坏试件混凝土裂缝宽度达到0.5mm,而其余试件由于锚固破坏混凝土裂缝宽度较大,达到2mm左右。     

带端板螺栓连接可更换耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能试验研究

为了改善传统钢框筒结构抗震性能较差的问题,提出了带端板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSLs).考虑耗能梁段长度和楼板的影响,设计了 3个2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RSLs子结构试件,对这3个试件进行低周往复加载试验并进行耗能梁段的更换,研究HSS-FTS-RSLs的抗震性能和震后可更换能力.试验结果表明:带端板螺栓连接的子结构试件在地震作用下滞回曲线饱满,损伤主要集中于耗能梁段,具有良好的抗震性能;更换耗能梁段后不会影响结构的刚度和承载力以及连接处的传力性能,结构的可更换允许残余层间侧移为0.40％;楼板可以使结构的弹性刚度和承载力分别提高7.40％和5.21％,楼板损伤主要集中在耗能梁段与裙梁连接区域上方;剪切型耗能梁段在循环荷载作用下超强系数为1.63～1.81,最大塑性转角可达到0.15～0.21rad,呈现出良好的超强和变形能力;耗能梁段长度比e/(Mp/Vp)(其中e为耗能梁段长度,Mp、Vp分别为耗能梁段的塑性受弯承载力和塑性受剪承载力)越小,结构的刚度和承载力越高,耗能梁段的变形能力越强.     

带端板螺栓连接可更换耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能试验研究

为了改善传统钢框筒结构抗震性能较差的问题,提出了带端板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSLs).考虑耗能梁段长度和楼板的影响,设计了 3个2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RSLs子结构试件,对这3个试件进行低周往复加载试验并进行耗能梁段的更换,研究HSS-FTS-RSLs的抗震性能和震后可更换能力.试验结果表明:带端板螺栓连接的子结构试件在地震作用下滞回曲线饱满,损伤主要集中于耗能梁段,具有良好的抗震性能;更换耗能梁段后不会影响结构的刚度和承载力以及连接处的传力性能,结构的可更换允许残余层间侧移为0.40％;楼板可以使结构的弹性刚度和承载力分别提高7.40％和5.21％,楼板损伤主要集中在耗能梁段与裙梁连接区域上方;剪切型耗能梁段在循环荷载作用下超强系数为1.63～1.81,最大塑性转角可达到0.15～0.21rad,呈现出良好的超强和变形能力;耗能梁段长度比e/(Mp/Vp)(其中e为耗能梁段长度,Mp、Vp分别为耗能梁段的塑性受弯承载力和塑性受剪承载力)越小,结构的刚度和承载力越高,耗能梁段的变形能力越强.     

装配式人工消能塑性铰节点抗震性能试验研究

为提高装配式钢筋混凝土(RC)框架结构的抗震性能,降低梁、柱构件震后损伤程度,提出了人工消能塑性铰(artificial dissipated plastic hinge,ADPH)节点,即在梁端通过预埋机械铰实现梁、柱构件铰接,同时安装附加钢板承载并耗能.试验中设计并制作了 2个不同形式的ADPH节点和1个现浇RC节...     

可更换连梁的可更换性研究

为实现工程中可更换连梁震后可更换性的快速评估,针对采用H形钢作为消能梁段的可更换连梁展开研究,探讨该类构件的损伤后可更换性。以连接处螺栓孔相对位置为判别依据,以消能梁段残余剪切角为评价指标的连梁可更换性评估方法,设计3种可更换连梁连接形式,分别为端板-螺栓群连接（CI型）、耳板-螺栓群连接（CII型）以及螺栓-抗剪键连接（CIII型）;分别通过评估方法及更换试验对3种连接形式试件的可更换性进行对比分析。研究结果表明：采用CI型连接的试件最大可更换残余剪切角及更换用时分别为0.007 rad及40 min,采用CII型连接的试件最大可更换残余剪切角及更换用时分别为0.008 rad及280 min,采用CIII型连接的试件最大可更换残余剪切角及更换用时分别为0.01 rad及50 min,故采用CIII型连接的试件具有最好的损伤后可更换性。     

含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构抗震性能研究

地震作用下,传统钢框筒结构难以实现强柱弱梁的设计理念,大震下柱端往往先于梁端出现塑性铰。针对这一问题提出了含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,即在裙梁中设置可更换的剪切型耗能梁段,大震作用下结构利用剪切型耗能梁段良好的弹塑性变形能力进行耗能,其余构件仍处于弹性状态或部分发展塑性。设计了一组算例结构,包括传统钢框筒结构和含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,采用SAP2000有限元分析软件对算例结构进行了弹性和弹塑性地震反应分析,对比了传统钢框筒结构和不同耗能梁段布置形式的含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构在多遇地震、罕遇地震和极罕遇地震作用下的抗震性能和破坏模式。结果表明:在裙梁中设置剪切型耗能梁段对结构整体刚度的影响较小,含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构改变了传统钢框筒结构的耗能机制,主要通过耗能梁段的剪切变形代替裙梁端部塑性铰耗能。罕遇地震作用下耗能梁段全部进入塑性耗能,震后仅需替换损伤严重的耗能梁段即可快速恢复结构的使用功能。极罕遇地震作用下,传统钢框筒结构达到极限状态,而含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构的耗能梁段进一步发展塑性,其余构件保持弹性,结构具有足够的安全储备。     

偏心支撑钢框架可替换剪切连接件试验研究

将偏心支撑钢框架中的耗能梁段从框架梁中分离,作为可替换剪切连接件,不仅能达到将结构塑性变形集中于耗能梁段区域的目的,也能实现震后损坏耗能梁段易于替换的目标。为此,对9根不同参数的可替换剪切连接件进行循环加载试验,并对剪切连接件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、塑性转角及刚度退化等进行分析。结果表明：可替换剪切连接件的滞回曲线饱满,性能稳定,塑性转角均满足对于耗能梁段极限塑性转角大于0.08rad的限值要求,具有良好的塑性性能,满足罕遇地震作用下的变形要求;承载能力和初始刚度随着长度、加劲肋间距的减小而增大;有焊接工艺孔的连接件刚度退化更加明显,塑性性能得到充分发挥,耗能能力良好;通过参数分析发现截面尺寸、长度比、加劲肋间距及焊接工艺孔构造等是影响剪切连接件抗震性能的主要因素。     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的#br# 钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段 端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明：试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘 端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

Experimental study on seismic behavior and shear capacity of FRC coupling beams with small span-to-depth ratio

为了改善小跨高比连梁的抗震性能,采用纤维增强混凝土（FRC）替代连梁中的普通混凝土,考虑跨高比、箍筋间距和FRC强度等因素的影响,设计了7个小跨高比FRC连梁试件和1个普通混凝土连梁对比试件。通过拟静力试验,观察连梁试件在低周反复荷载作用下的破坏过程和形态,研究其滞回特性、变形能力、耗能能力及刚度退化等。结果表明：8个小跨高比连梁试件发生了剪切破坏或弯曲剪切破坏;跨高比和配筋相同的FRC连梁的受剪承载力和位移延性系数比普通混凝土连梁分别提高了9.71%和24.31%,达到破坏荷载时的累积耗能是普通混凝土连梁的1.5倍,采用FRC可提高连梁的承载能力、延性和耗能能力;随着跨高比增大和箍筋数量的增加,连梁的变形和耗能能力提高。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比连梁的受剪承载力计算式,其计算值与试验值吻合较好。     

钢骨混凝土连梁联肢剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

国内已有部分超高层建筑结构采用钢骨混凝土连梁联肢剪力墙,但现行规范尚未对其钢骨含钢率等控制参数给予明确规定。为此,对不同含钢率的钢骨混凝土连梁联肢剪力墙进行了低周反复荷载试验研究、ABAQUS有限元模拟以及变参数分析。分析结果表明：钢骨混凝土连梁联肢剪力墙试件的破坏模式、水平承载力、变形能力和耗能能力明显优于钢筋混凝土连梁联肢剪力墙;由ABAQUS参数分析结果可知,钢骨含钢率应控制在4%~8%之间,且宜增加连梁钢骨腹板的面积。     

钢腹板弯折剪切连梁受力性能试验研究

在偏心支撑钢-混凝土组合框架结构中,采用传统的剪切连梁虽然可以有效提升框架结构的抗侧刚度和耗能能力,但是其引起的附加弯矩会导致框架梁跨中混凝土严重开裂,不利于地震后的结构修复.为避免框架梁跨中混凝土板的开裂破坏,提出钢腹板弯折的剪切连梁,该连梁从框架梁侧面与梁腹板连接,可以有效地减少剪切连梁对框架梁引起的附加弯矩,从而...     

装配式空心板剪力墙结构叠合连梁抗震性能试验研究

装配式空心板剪力墙结构的叠合连梁由预制U形混凝土模壳、模壳内后浇混凝土及水平后浇带组成。为研究其抗震性能,完成了3种跨高比、底部纵筋在墙肢内2种锚固方式并按“强剪弱弯”设计的5个连梁试件的拟静力试验,其中,跨高比为1.5和3.0的连梁试件各2个,跨高比为2.4的连梁试件1个,3个试件连梁底部纵筋锚固板锚固,2个试件连梁底部纵筋直线锚固。试验结果表明：预制U形模壳与后浇混凝土整体共同工作;达到峰值弯矩前,连梁纵筋屈服,箍筋未屈服,连梁与墙肢结合面开裂和滑移;加载结束时,连梁角部混凝土压坏、剥落;连梁为弯曲滑移破坏,但跨高比为1.5和2.4的连梁表面布满斜裂缝,跨高比为3.0的连梁的斜裂缝分布在两端约500mm高度范围内;连梁梁端弯矩-转角滞回曲线捏拢,耗能能力较差;连梁极限转角为1/40~1/28,具有很好的弹塑性变形能力;底部纵筋在墙肢内的锚固方式对连梁的抗震性能基本没有影响;连梁顶部纵筋受拉与底部纵筋受拉时的受弯承载力分别为按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中的正截面受弯承载力公式计算值的1.10~1.34倍和1.13~1.37倍,可采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的公式计算叠合连梁的受弯承载力。     

钢板焊接连接的带水平接缝装配式RC剪力墙抗震性能试验研究

为了研究采用钢板焊接连接的带水平接缝预制装配式钢筋混凝土剪力墙的抗震性能,设计了4个装配式钢筋混凝土剪力墙足尺试件并进行低周往复水平荷载试验,研究参数包括连接钢板厚度、侧向钢板设置和轴压比。结果表明：各试件均为压弯破坏,水平承载力在186~288kN之间,极限位移在25.74~29.37mm之间,滞回曲线为饱满的弓形,延性和耗能能力较好,刚度退化较慢;在连接钢板满足强度要求前提下,增大连接钢板厚度、增加侧向钢板对剪力墙的延性、刚度、承载能力和耗能能力影响较小;提高轴压比可以明显提高装配式剪力墙的刚度和承载能力,但会降低其耗能能力。采用ABAQUS有限元软件对装配式剪力墙抗震性能进行分析,所建立的有限元模型可以较好地模拟装配式剪力墙的受力性能。通过对比采用规范公式计算的承载力与试验承载力,表明可以采用JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中的公式计算文中装配式剪力墙的承载力,并给出了连接钢板的计算方法。