低屈服点钢剪切耗能板抗震性能试验

鉴于目前对国产低屈服点钢材生产剪切板阻尼器的研究和应用还没有系统开展,采用宝山钢铁股份有限公司自主研发生产的低屈服点钢LYP160,设计制作了3种不同尺寸的剪切板阻尼器,开展其低周往复循环荷载试验,并在试验基础上,对影响剪切板耗能性能的因素进行了分析.研究结果表明:由国产LYP160制成的剪切耗能板在低周反复荷载作用下,滞洄曲线饱满,具有良好的耗能性能;经过合理设计和施工,该剪切板可以作为消能阻尼器应用于实际工程.     

新型开洞软钢板阻尼器的理论及试验研究

设计、制造了一种用于结构振动控制的新型高性能开洞软钢板阻尼器.该阻尼器主要通过开洞核心耗能板的弯曲塑性变形来耗散振动能量.首先,利用有限元方法研究了核心耗能板的应力分布,并通过理论推导得到了核心性能参数的计算公式;然后,采用单调加载和往复加载试验,验证了阻尼器的滞回耗能性能.研究结果表明:开设合理的鼓形洞口能够优化耗能板上的应力分布,并且不对其屈服力产生影响;推导出的核心性能参数理论公式能够较为准确地反映新型开洞软钢板阻尼器的工作性能;该阻尼器具有饱满的滞回曲线,并且在大位移加载时,等效黏滞阻尼比均可达到30%以上,表现出良好的滞回耗能和低周疲劳性能.     

形状优化的菱形开孔剪切型金属阻尼器减震性能

目的为解决传统开长缝的剪切型金属阻尼器应力集中以及焊接产生的热效应影响,提高阻尼器耗能能力,提出一种采用等强度线优化开孔形状的菱形开孔剪切型金属阻尼器.方法根据弹塑性力学理论寻找耗能单元截面在受弯、受剪条件下屈服强度相等的曲线,将该等强度曲线所围成的四边形作为对阻尼器耗能板的开孔形状,并推导了阻尼器弹性等效刚度与屈服强度的设计公式;对阻尼器耗能单元进行材料试验,基于真实的材料本构关系数据建立了精细化有限元数值仿真模型,模拟其低周往复加载的力学性能,分析阻尼器的变形模式与耗能能力,并比较了开长缝和开优化形状菱形孔阻尼器的减震性能.结果屈服强度的仿真结果与计算结果误差小于2%,刚度误差小于1%;相比传统的开长缝钢板阻尼器,形状优化的菱形开孔阻尼器累积等效塑性应变最大值减小为24.3%~37.5%;加载位移角小于1/20工况时,耗能未明显提升;加载位移角超过1/20工况时,形状优化的菱形开孔阻尼器单位体积耗能率增加多至32.9%.所建立的有限元模型是基于真实材性试验数据给出的,能更好地反映阻尼器金属的力学行为;设计公式计算结果与数值仿真结果吻合较好,可作为该类阻尼器的设计公式.结论与开长缝的钢板阻尼器相比,形状优化的菱形开孔阻尼器的强度随着滞回行为而稳定强化,具有良好的低周疲劳性能与稳定的耗能能力,塑性变形分布更加均匀,最大累积等效塑性应变明显减小.     

新型K形软钢阻尼器的试验研究

介绍一种新型K形软钢阻尼器的形状尺寸及耗能原理,对其进行试验分析,得到该软钢阻尼器的静力性能、恢复力模型和疲劳性能.首先,通过低周反复加载试验,获得软钢阻尼器的滞回曲线和骨架曲线.其次,对滞回曲线分析得到了软钢阻尼器的弹性刚度及第二刚度、屈服位移及极限位移、屈服荷载和极限荷载,并与利用平衡方程推导出的静力性能参数进行对比.再次,测试表明阻尼器的疲劳性能可靠.最后,分析了影响实验结果的因素,指出软钢阻尼器具有内在的摩擦阻尼并且钢板变形与理论假定不符,大型加载架也影响了试验加载.该新型K形软钢阻尼器性能稳定,符合应用要求.     

普通强度钢耗能器滞回性能的试验研究

基于普通强度钢材的弹塑性滞回耗能特性,设计了3种由Q235B钢材加工而成的小型钢耗能器.为了研究其滞回耗能性能,提出合理的构造形式,分别对3种小型钢耗能器进行了低周往复加载试验,并对其等效刚度、耗能能力、阻尼特性等进行分析.结果表明:弯曲型钢耗能器塑性变形较大,滞回性能稳定,但初始刚度较小,承载能力低;剪切型钢耗能器具...     

新型两阶段耗能开孔式低屈服点钢耗能装置试验研究

为了实现分阶段耗能的目标,基于Q235钢和低屈服点钢2种不同耗能材料,设计了一种新型开孔式耗能装置.根据不同的耗能材料和抛物线开孔方式,构建了具有不同屈服位移的2种耗能钢板,继而组装成整体耗能装置,实现两阶段耗能目标控制.针对2种耗能钢板进行单调加载试验,考察了不同参数状态下单片耗能钢板的屈服机理,给出了单板模型试件的荷载-位移曲线、屈服位移和屈服荷载.对耗能装置开展低周反复加载试验,揭示其两阶段耗能机理与破坏模式,得到耗能装置的滞回曲线、骨架曲线、等效黏滞阻尼比和等效刚度退化曲线.试验结果表明,新型两阶段耗能装置的滞回曲线饱满,耗能性能优越稳定,分阶段耗能特点明显.     

Q345钢对接接头低周疲劳性能试验研究

采用等幅轴向低周疲劳试验,通过疲劳寿命、循环应力-应变响应特征及应力-应变滞回曲线等指标研究了Q345钢对接接头的疲劳性能,观察了疲劳断口宏观特征,并在试验研究和有限元分析的基础上,建立了该焊缝材料的疲劳寿命预测公式.结果表明:焊缝材料初始阶段表现为明显循环硬化现象,后期为轻微循环软化,总体上提高了材料的强度及疲劳性能;随着轴向位移的增加,应力幅增大,循环硬化率线性减小;滞回曲线光滑、饱满,材料耗能能力稳定;疲劳断口可明显划分为裂纹源区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区,为典型疲劳破坏断口.得到的疲劳寿命预测公式对实际工程中Q345钢结构的疲劳分析和寿命预测具有重要意义.     

带可更换阻尼器的波形钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究一种带有可更换阻尼器的波形钢板剪力墙的抗震性能,对2种波形软钢阻尼器以及带有阻尼器的波形钢板剪力墙进行低周往复加载试验,分析阻尼器以及带有阻尼器剪力墙的力学特性,并采用ABAQUS有限元软件对试验进行模拟。研究结果表明:水平波形阻尼器具有良好的变形和耗能能力,竖向波形阻尼器具有较大的初始刚度和较高的承载力。带有阻尼器的波形钢板剪力墙具有较好的初始刚度和承载能力,更换阻尼器时剪力墙处于弹塑性阶段,阻尼器发生明显的面外变形,内嵌波形钢板脚部存在微小变形,阻尼器可以有效地保护剪力墙。更换阻尼器后的波形钢板剪力墙承载力有较小下降,滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力和延性,刚度退化缓慢。有限元模拟结果与试验结果吻合度较高。     

加载制度对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响

为了研究加载制度不同对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响,采用4种加载制度对8个相同试件进行轴向往复加载低周疲劳试验,研究了螺栓球节点在不同加载制度下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、累积耗能以及承载力退化规律。结果表明：在不同加载制度下,螺栓球节点组合试件的破坏形态基本相同,破坏发生在中间螺栓球节点处,经历了弯曲失稳、高强螺栓产生裂纹、裂纹扩展直到最终发生断裂等过程,破坏螺栓有颈缩现象,所有螺栓的螺纹丝扣均有较严重变形与磨损,超低周疲劳寿命很短;加载制度对试件超低周疲劳性能影响显著;试件的滞回曲线为捏拢类型、不饱满、不对称、耗能能力较小;不同加载制度的试件骨架曲线,无论受拉还是受压均基本重合,因损伤积累过程不同断裂点会有所不同;螺栓球节点的抗弯刚度很弱,在所连接的杆件弯曲时会诱发螺栓的折断,引起结构的连续破坏。     

不同加载模式下弯剪破坏RC桥墩抗震性能试验研究

为研究不同地震荷载对钢筋混凝土(RC)桥墩抗震性能的影响规律,采用单调、标准变幅循环和等幅低周疲劳加载对9个轴压比分别为0.05和0.15的RC桥墩进行拟静力试验,考察了不同加载模式下RC桥墩的破坏特征,对比分析了其强度和刚度退化、滞回耗能及残余变形,最后回归了弯剪破坏型RC桥墩低周疲劳寿命与位移角的关系．结果表明：低周疲劳荷载下,随位移幅值的增大,试件残余变形和平均单周耗能均增加,加载循环次数减少且强度和刚度退化严重,在临近破坏时退化最显著;随轴压比的增大,平均单周耗能和累积耗能均增加,但残余变形减小,试件塑性变形能力减弱．单调荷载下试件延性最好,变幅循环和等幅低周疲劳荷载均会削弱试件变形性能,随低周疲劳加载位移角的增加,试件的强度和刚度明显退化,低周疲劳寿命减少．     

小尺寸金属阻尼器试验及模拟研究

振动台模型试验往往由于振动台的尺寸限制采用缩尺模型,而结构中阻尼器根据相似比例缩尺后尺寸小、制作难,性能难以确定。为研究小尺寸金属阻尼器在振动台地震波作用下的性能,对一种用于1/5比例振动台模型试验的小尺寸金属阻尼器进行研究,对两种型号的试件进行了反复加载试验及疲劳试验,并进行有限元模拟分析。试验及分析结果表明,有限元模型合理有效,可用于小尺寸金属阻尼器的设计分析;试件在反复荷载作用下,塑性主要集中于翼缘和腹板与连接板相连处,而加载频率对试件的承载力影响不大,加载频率的加快则会使试件的滞回关系出现捏缩现象;特定疲劳荷载作用下试件的性能较好;小尺寸阻尼器性能难以预计,需要根据其试验结果来确定其屈服位移和峰值位移,以用于整体结构振动台试验分析。小尺寸金属阻尼器的试验方法和分析方法可为小尺寸阻尼器的研究提供一定的参考。     

半刚性冷弯槽型钢框架抗震性能研究

为研究半刚性冷弯槽型钢框架的抗震性能,采用拟静力的方法进行低周往复加载试验,分析高强螺栓连接的半刚性冷弯槽型钢框架在低周循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、耗能能力、刚度退化规律等。并采用ABAQUS软件进行数值计算,与试验数据进行对比分析,同时考察轴压比对于构件滞回性能的影响。结果表明,轴压比为0.1至0.3时,半刚性钢框架的滞回性能较好,其顶底角钢、腹板角钢、柱脚、梁端先后发生屈服,最后因侧移过大导致柱脚发生撕裂而产生失稳破坏。半刚性节点降低抗侧移刚度的同时,使框架梁和框架柱具有较好的延性和耗能能力,比刚性连接钢框架具有更好的抗震性能。有限元分析结果与试验结果吻合良好,可为钢结构抗震设计提供一定理论依据。     

带分布阻尼的受弯构件性能研究

目的研究一种采用分布式低屈服点耗能元件的受弯构件的抗震性能,并比较带分布阻尼元件的受弯构件与普通受弯构件的受力性能和滞回耗能性能.方法采用构件层面的阻尼减震技术理论,通过ABAQUS软件建立带分布阻尼材料的RC悬臂梁有限元模拟分析;研究RC悬臂梁与阻尼材料接触面相对变形使得屈服点材料屈服后消耗能量的情况,总结其在附加分布式阻尼后的变形性能和滞回耗能性能.结果分布式低屈服点耗能材料对受弯构件受拉区混凝土的变形起到了明显的抑制作用,低屈服点阻尼材料屈服时将实现部分能量的耗散.结论分布阻尼对受弯构件的受力和滞回性能具有改善作用,混凝土构件损伤情况得到改善,滞回耗能性能有所提高.     

半刚性冷弯槽型钢框架抗震性能研究

为研究半刚性冷弯槽型钢框架的抗震性能,采用拟静力的方法进行低周往复加载试验,分析高强螺栓连接的半刚性冷弯槽型钢框架在低周循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、耗能能力、刚度退化规律等.并采用ABAQUS软件进行数值计算,与试验数据进行对比分析,同时考察轴压比对于构件滞回性能的影响.结果表明,轴压比为0.1至0.3时,半刚性钢框架的滞回性能较好,其顶底角钢、腹板角钢、柱脚、梁端先后发生屈服,最后因侧移过大导致柱脚发生撕裂而产生失稳破坏.半刚性节点降低抗侧移刚度的同时,使框架梁和框架柱具有较好的延性和耗能能力,比刚性连接钢框架具有更好的抗震性能.有限元分析结果与试验结果吻合良好,可为钢结构抗震设计提供一定理论依据.     

腹板柔细比对剪切型阻尼器耗能效果的影响研究?

剪切型软钢阻尼器的耗能效果与腹板柔细比紧密相关,为深入研究两者关系,设计了10个不同柔细比的剪切型阻尼器.以通用有限元分析软件Abaqus为模拟平台,对各阻尼器进行精细化的建模分析,模型考虑1/1000的腹板初始面外变形.根据Abaqus的模拟结果,详细对比了滞回曲线、骨架曲线和等效粘滞阻尼系数等指标,对不同柔细比阻尼器的耗能能力进行分析.数值试验结果表明,当腹板柔细比Rw≤0.40时,剪切型软钢阻尼器具有稳定的耗能能力.     

新型SMA-粘滞阻尼器的试验研究

 研究了常温下NiTi形状记忆合金（SMA）丝的超弹性性能以及在不同加载频率下的滞回性能,获得了其力学参数;基于NiTi SMA丝和成品粘滞阻尼器设计研制了一种新型SMA-粘滞阻尼器,并通过试验研究了SMA-粘滞阻尼器加载频率与耗能能力、等效阻尼比、等效刚度间的关系。研究结果表明,所研制的SMA-粘滞阻尼器具有优良的耗能能力,适合于长周期结构的振动控制。     

Q690D高强钢箱形截面柱的滞回性能

为深入研究Q690D高强钢焊接箱形截面柱的滞回性能,在低周反复加载试验的基础上,对Q690D高强钢焊接箱形截面柱在低周反复荷载作用下的滞回反应进行有限元模拟,从试验和有限元分析所得的滞回曲线和骨架曲线看,Q690D高强钢焊接箱形截面柱的滞回曲线饱满,耗能能力良好.通过和试验结果的对比,验证了所建有限元模型的正确性.利用已验证的有限元模型分析了轴压比、构件长细比、壁板宽厚比对高强钢焊接箱形截面柱滞回性能的影响,分析结果表明高强钢柱的二阶效应影响不可忽略.在试验与有限元分析的基础上,提出Q690D高强钢焊接箱形截面柱的弯矩-曲率滞回模型,为Q690高强钢结构的弹塑性地震反应分析提供依据.研究结果表明,该滞回模型能够准确预测Q690D高强钢焊接箱形截面柱的滞回性能.     

焊接热循环和拘束应变对HAZ疲劳特性的影响

采用焊接热模拟技术研究了焊接热循环和拘束应变对ＥＨ３６ＭＯＤ钢热影响区（ＨＡＺ）粗晶区疲劳特性的影响，结果表明，试验材料焊接粗晶区呈现Ｍａｓｉｎｇ特性，所建立的滞回能计算公式的计算值与试验吻合得较好，在０．５％的恒应变幅低周疲劳试验中，试验材料中在２种热循环和不同拘束应变下，均呈现出较微弱的循环软化现象，焊接拘束应变，有提高ｔ８／５＝６ｓ时粗晶区的低周疲劳寿命，但却使ｔ８／５＝５０ｓ时的低周疲劳寿     

带高耗能黏弹性阻尼器腋撑RC框架结构抗震性能

为研究高耗能黏弹性阻尼器腋撑对RC框架结构抗震性能的影响,基于已有普通框架试验和高耗能黏弹性阻尼器精细力学模型,对普通RC框架结构和带高耗能黏弹性阻尼器腋撑RC框架结构进行了宽频大幅值水平正弦稳态激励荷载作用下的抗震性能数值模拟分析.对比研究了2类框架的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、附加阻尼比、关键部位点钢筋应变规律等.研究结果表明:加设高耗能黏弹性阻尼器腋撑RC框架结构的耗能能力、承载力、侧向刚度及附加阻尼比大幅度提高,对结构承载力退化和刚度退化的抑制效果显著;激励频率对2类结构大位移幅值的滞回特性以及钢筋处于弹性阶段应变的影响不大,而对中小位移幅值的滞回特性以及钢筋处于塑性阶段应变的影响较大;加设高耗能黏弹性阻尼器腋撑改变了框架结构的受力模式,大幅度减小了梁柱节点区的受力,有效地保护了梁柱节点.     

自复位RC框架柱脚节点在不同轴压比下的抗震性能试验研究

自复位RC框架柱脚节点将无黏结预应力钢筋与新型金属消能阻尼器结合,在保证结构足够的承载力和耗能能力的前提下,能有效减小传统框架结构水平地震作用下产生的残余变形.对2个采用了新型可更换阻尼器的自复位RC框架柱脚节点进行了低周往复荷载抗震试验,对比分析了不同轴压比下框架柱脚节点的受力机制、滞回曲线、耗能能力、复位能力等性能.试验结果表明:自复位RC框架柱脚节点的耗能主要来自阻尼器的屈服耗能,不同轴压比下该框架柱脚节点的耗能能力大致相当;高轴压比导致框架柱产生轻微的塑性变形,从而使残余变形增大,相应的复位能力略有降低.