具有复位功能的阻尼耗能支撑设计与滞回性能研究

为控制结构侧向变形和震后残余变形,提出一种具有复位功能的阻尼耗能支撑,该支撑采用组合碟簧提供复位力,永久磁铁产生恒定磁场,利用磁流变液的流变性能耗散地震输入能量.在复位系统和耗能系统滞回模型基础上,建立了描述支撑滞回特性的恢复力模型,并对其磁路及滞回性能进行了模拟分析.结果表明,新型阻尼耗能支撑具有稳定饱满的旗形滞回特性,复位性能良好,可提供必要的抗侧刚度和复位力以减小结构层间位移及震后残余变形,其耗能能力随着加载速率增大而增强,所建立的恢复力模型可以精确描述支撑的滞回特性.     

自复位耗能支撑钢板剪力墙的滞回性能研究

提出一种带自复位耗能支撑的钢板剪力墙(SPSW-SCEDB),由墙板与自复位耗能支撑组成,对其构造及工作原理进行了介绍.对SPSW-SCEDB在低周往复荷载作用下的滞回性能进行数值模拟,并与两边连接钢板剪力墙进行对比分析.结果表明,SPSW-SCEDB滞回曲线呈旗形,具备良好的承载能力、耗能能力与复位能力.与两边连接钢板剪力墙相比,SPSW-SCEDB极限承载力提高31%,,残余变形角减小91%,;同时,由于支撑与墙板的共同作用减缓了承载力退化,改善了延性及耗能能力,验证了SPSW-SCEDB具有良好的抗震性能.     

新型PEC柱-钢梁T形件焊接连接中节点抗震性能的有限元分析

为研究新型钢板组合PEC柱-钢梁节点连接的抗震性能,以采用预拉对穿螺栓的新型PEC柱-钢梁T形件焊接连接中节点试验试件为研究对象,考虑轴压力、PEC柱截面形式与钢板组合截面布置方式等设计参数,利用有限元软件ABAQUS建立4个中节点有限元模型并对其滞回性能进行模拟.研究结果显示:柱轴压力提高了节点连接的初始抗弯刚度,而二阶效应降低了其抗弯能力;采取钢结构翼缘卷边增强了混凝土的约束作用,更好地满足"强柱弱梁"的抗震要求;钢板组合截面布置是决定梁柱连接刚度合理匹配的关键;预拉对穿螺栓表现出部分自复位功效,且较好地实现了混凝土斜压带传力模式,相应降低了节点域腹板的抗剪要求;所有试件破坏模式均因T形件的加强使得梁上塑性铰出现位置向T形件腹板尾部附近梁截面转移,且所有试件达到破坏时节点转角均超过0.02弧度,表明该节点连接能较好地满足抗震对节点转动能力的需求.     

新型PEC柱-钢梁边节点BRS板部分自复位连接抗震性能数值模拟

为研究新型卷边PEC柱-钢梁组合框架层边节点BRS耗能型部分自复位连接的抗震性能,考虑PEC柱布置方式、PEC柱轴压力、预拉杆预应力、BRS板长度与宽度、节点类型等系列设计参数,利用ABAQUS建立相应的节点连接模型试件并进行循环荷载下抗震性能的数值模拟;并且对比分析试件的承载能力、耗能能力、自复位功效和节点区传力机理.结果显示:PEC柱布置方式导致的梁柱刚度匹配变化和PEC柱轴压力引起的二阶效应相应改变自复位连接的受力发展进程,但对部分自复位受力机理影响甚微;M_a/M_d设计取值对节点连接的自复位功效和耗能能力影响显著,建议在0.3～0.65取值;所有试件残余转角均不超过小震层间侧移角限值0.005 rad,而实际作法Ⅱ型试件达到预定设计中震侧移角限值0.02 rad后,连接转化为承压型传力模式,且当BRS耗能段拉伸屈服过大残余变形导致其在卸载过程中出现反向受压屈服耗能.该连接具有良好的耗能能力、自复位效果和安全冗余度.     

U形钢板-混凝土组合梁拼接节点受拉试验研究

空腹夹层板结构的U形钢板-混凝土组合下肋梁采用装配化施工时,将拼接节点设置于跨中位置具有受力明确、施工方便的优点,但拼接节点处的较大拉力也使其成为整个结构的薄弱区域．为研究U形钢板-混凝土组合下肋梁拼接节点的力学性能,设计了5组U形钢板-混凝土组合梁拼接节点足尺试验模型,开展了拉力荷载下的静载试验,通过与有限元模型进行对比分析,明确了拼接节点在拉力作用下的内力分布规律与破坏模式,揭示了栓钉布置形式、混凝土强度、钢筋直径等因素对拼接节点力学性能的影响规律．研究发现：U形钢板-混凝土拼接节点约71%荷载由U形钢板承担,29%荷载由纵向钢筋承担,且拉力作用下节点内力沿试件长度方向分布并不均匀;在极限荷载作用下,组合梁拼接节点的混凝土将发生劈裂破坏,U形钢板最大应力达到屈服强度的95%以上,并与混凝土发生剥离．此外,通过对比分析5组试件的试验结果以及有限元参数化分析结果,发现随着栓钉数量的增加,节点极限承载力提高4%～8%,且U形钢板底板应力随栓钉数量的增加而增加;而提高混凝土强度和增大面筋直径可减小U形钢板的应力,但减小幅度较小．     

双 U 形金属阻尼器抗震性能优化分析

为解决双U形金属阻尼器应力集中及初始刚度较低的问题,提出了两组增设不同形式钢板的优化方案.首先介绍了U形钢板的力学性能,设计了3个参数不同的U形钢板并进行了模拟验证.进而对两组模型进行有限元模拟分析,研究不同优化方案对双U形金属阻尼器滞回性能、刚度退化、耗能能力及应力发展的影响.结果 表明:优化后的阻尼器具有良好的滞回耗能能力,应力分布得到有效改善,初始刚度明显提高.尤其以增设大矩形钢板优化的阻尼器在分阶段屈服方面性能更为突出,参数设计更加灵活.     

一种新型自复位变摩擦耗能支撑的滞回性能

提出一种新型自复位变摩擦耗能支撑.该耗能支撑由高强弹簧组件、摩擦组件、内外管组成.通过调节摩擦钢板跨中挠度从而实现非线性变摩擦性能,其中高强拉簧的弹性恢复力始终大于摩擦钢板与摩擦块之间的摩擦力,从而实现自复位功能.根据简化的力学模型推导出不同摩擦钢板跨中挠度下的理论滞回曲线.为验证理论分析的正确性,对该耗能支撑进行拉压循环力学试验,分别研究位移幅值、摩擦钢板跨中挠度对其滞回曲线、力学参数的影响.试验得到的滞回曲线与理论滞回曲线大致相符,证明了本支撑设计的合理性.     

开缝钢板墙等效交叉支撑模型

作为一种用于高层建筑钢结构抗侧力构件,开缝钢板墙已被验证具有良好的滞回耗能能力.在先前的1∶4缩尺开缝组合钢板墙试验中,发现开缝组合钢板墙在循环加载作用下,其极限承载力受循环应变强化的影响.通过足尺开缝组合钢板墙试验进一步验证了循环应变强化效应的存在;基于开缝钢板墙的受力性能,对普通开缝钢板墙和开缝组合钢板墙提出了统一的等效交叉支撑模型和等效支撑的恢复力模型,用于模拟开缝钢板的滞回特性.对4个普通开缝钢板墙试件和3个开缝组合钢板墙试件进行了计算机数值模拟,验证了等效交叉支撑简化模型的合理性.     

外置金属阻尼器的新型自复位约束砌体墙抗震性能研究

研制了一种同时布置体内无黏结预应力筋和外置金属阻尼器的新型自复位约束砌体墙,通过拟静力试验研究了该自复位墙在低周反复荷载作用下的滞回性能,重点探明了预应力筋初始预应力、金属阻尼器屈服荷载大小对其耗能性能的影响,最后基于试验结果建立了数值分析模型.研究表明:该自复位约束砌体墙滞回曲线呈"旗形",在较大位移下未出现明显的损伤,且在加载及卸载过程中没有明显的强度和刚度退化;随着预应力筋初始预应力的增加,墙体的自复位性能增强,但其耗能能力会降低;随着金属阻尼器屈服荷载的增大,墙体的耗能能力增强,但会产生少量的残余变形;数值模拟结果与试验结果吻合较好,表明本文所提出的分析模型能较好地模拟该自复位约束砌体墙的力学行为.     

圆管支撑钢板仓组合剪力墙抗震性能分析

为研究圆管支撑钢板仓组合剪力墙的抗震性能,以轴压比、钢板厚度、钢板强度、剪跨比、混凝土强度以及墙体厚度为参数,利用ABAQUS有限元进行模拟分析.结果表明:钢板仓组合剪力墙的承载力以及变形能力随剪跨比的增加而降低,随墙体厚度的增加而提高;增加钢板强度、混凝土强度均可提高剪力墙的承载能力,但变形能力减弱;增加钢板厚度,剪力墙的变形能力先升高后降低,但承载能力不断提高,以钢板厚度为5 mm为宜;增加轴压比会降低剪力墙的变形能力,且当轴压比小于0.4时,剪力墙的承载力随轴压比的增加而提高,大于0.4时则相反.同时根据参数分析以及均匀试验设计数据结合叠加法对墙体的抗剪承载力计算公式进行拟合和修正,结果具有95％的保证率.