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.     

局部低强防屈曲支撑耗能性能试验研究

传统防屈曲支撑主要采用内芯截面切削的方式实现局部削弱以提前进入塑性耗能,而本研究基于局部强度弱化热处理技术,在不削弱截面尺寸的情况下实现定区域的钢材强度削弱,提出了新型局部低强防屈曲支撑构造.通过对两种不同方式热处理后的材性试验,验证了超高温缓慢冷却热处理过程对于钢材强度削弱的有效性以及采用陶瓷加热器系统实现大尺寸构件局部热处理的可行性.通过两组局部低强防屈曲支撑循环往复荷载作用下的拟静力试验,研究了局部低强防屈曲支撑的耗能性能以及不同约束单元设计对其耗能性能的影响.结果表明:局部低强防屈曲支撑滞回曲线饱满,延性及抗低周疲劳性能优于普通防屈曲支撑,且可满足抗震设计的要求,其破坏模式和耗能能力与外围约束单元强度和刚度有关,且局部低强防屈曲支撑设计时需考虑外伸连接段稳定问题.     

方钢管混凝土组合异形柱防屈曲支撑框架抗震性能试验

为研究方钢管混凝土组合异形柱(SCFST柱)防屈曲支撑框架的抗震性能,对一榀1∶2的SCFST柱防屈曲支撑框架模型进行了拟静力试验,同时采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行了数值模拟.试验结果表明,试件呈现出防屈曲支撑、钢梁依次出现塑性铰的破坏机制.试件滞回曲线饱满,骨架曲线为S形,且强度和刚度退化不明显,位移延性系数可达3.21.防屈曲支撑耗能能力强,有效保护了框架结构.与异形柱普通支撑框架试验结果进行对比分析可知,异形柱防屈曲支撑框架抗震性能明显优于异形柱普通支撑框架.有限元分析中试件的破坏机制与试验基本一致.     

轴压荷载下带延性铸造连接件的防屈曲支撑的力学性能

为了改善传统梁柱节点焊接残余应力较高的状况,对5个不同参数的带延性铸造连接件的防屈曲支撑进行轴压加载试验研究,分析铸造连接件耗能段长度、耗能板宽厚比、加劲肋宽厚比等参数对试件承载力、延性、刚度等力学性能的影响.结果表明:带延性铸造连接件的防屈曲支撑具有良好的承载力、延性及刚度,其承载力与连接件的耗能段长度、耗能板宽厚比成正比.这种新型支撑将结构的非弹性变形集中在延性铸造连接件上,保护了结构其余构件的安全,提高了结构的塑性变形能力.     

二阶段屈服方形截面防屈曲支撑设计方法及受力性能

提出一种二阶段屈服防屈曲支撑,其屈服位移较小,可在主体结构破坏前率先屈服并耗散地震能量,保护主体结构。首先,建立该新型支撑的力学模型,并推导屈服承载力、屈服位移和轴向刚度计算公式,提出该支撑的各种破坏模式及设计流程。对2组共6个试件进行静力往复加载试验,证明该支撑具有良好的滞回性能和延性,并验证计算公式的可靠性。最后,与传统防屈曲支撑性能指标进行相比。研究结果表明:两类支撑具有近似的屈服承载力,但二阶段屈服防屈曲支撑具有更大的弹性刚度和更小的屈服位移。工程设计中修改支撑的设计参数可改变其屈服位移,使其较早发生屈服并耗散地震能量,起到保护主体结构的作用。     

装配式零初始索力摩擦耗能复位支撑受力机理分析

为解决结构大震后残余变形过大以及复位索体预应力损失的问题,提出了一种具有耗能及复位功能的装配式零初始索力摩擦耗能复位支撑.对该支撑的工作机理、恢复力模型进行了理论推导,应用ABAQUS有限元软件对其力学性能进行了模拟分析,并将理论推导、有限元模拟与试验分析得到的结果进行了对比.结果表明:利用理论推导、有限元模拟及试验分析得到的滞回曲线吻合较好,加载过程中该支撑无刚度退化现象,索体内力呈线性变化,无内力损失,说明该支撑采用2组初始索力为0 k N的索体交替受力构造,可以有效地避免索体的预应力损失问题;该支撑滞回曲线饱满,耗能规律稳定,表明黄铜-槽孔钢摩擦板耗能器可以提供稳定的耗能能力;该支撑卸载至位移零点时,理论推导、试验分析及有限元模拟得到的残余荷载分别为0,-0.12,0 k N,说明该支撑具有良好的复位能力.     

新型自恢复耗能支撑框架结构抗震性能分析

提出了一种新型支撑构件——预压弹簧自恢复耗能支撑(PS-SCEDB),对其构造形式及自恢复原理进行了介绍,并对采用预压弹簧自恢复耗能支撑和普通防屈曲支撑(BRB)的20层Benchmark钢框架结构的抗震性能进行了对比分析.结果表明,在具有不同PGA的3种地震波作用下,与BRB框架结构相比,PS-SCEDB框架结构层间位移角峰值、有效值及基底剪力均减小.此外,PS-SCEDB框架结构残余变形相比原钢框架结构减小了80%,相比BRB框架结构减小了50%,且PS-SCEDB具备良好的耗能能力和自恢复性能.     

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.     

底部带屈曲约束支撑的摇摆桁架抗震性能试验研究

针对底部带屈曲约束支撑(BRB)的摇摆桁架(HTBB)结构进行了拟动力试验和拟静力试验.采用El Centro波对试验结构进行了小震、中震和大震的拟动力加载,拟静力加载采用位移控制.拟动力试验结果表明,结构在小震、中震和大震阶段均有效地控制了结构的变形分布,层间变形均匀.BRB屈服后,结构损伤仅在BRB中发生,整体结构滞回曲线饱满、稳定,表现出优异的抗震性能.BRB的屈服先于摇摆桁架的损伤,从而保护了主体结构.模拟分析结果与试验结果相吻合.拟静力试验在1/40的顶点位移角下,滞回曲线饱满、稳定,表明结构在连续经历小震、中震、大震的地震激励后,仍具有优异的耗能能力和抗震性能.     

变轴压比预制高强混凝土混合配筋管柱抗震性能研究

通过对3根预制高强混凝土混合配筋管柱试件在不同轴压比下的拟静力试验,研究了轴压比对其抗震性能的影响.其中管柱试件中预应力钢棒和HRB400级钢筋各配置6根,两者间隔布置.详细记录试件的破坏过程,得到试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、变形能力、承载力退化曲线和耗能能力等.试验结果表明:各试件均为受弯破坏,延性系数为2.50~2.93,极限位移角为1/33~1/27;配置预应力筋的混合配筋管柱试件残余位移较小,自复位能力较强;轴压比是影响试件延性和耗能能力的重要因素,随着轴压比增大,试件延性降低,耗能能力减弱.     

PEC柱钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震性能数值模拟

为更好满足建筑结构不同抗震性能化设计目标,对已有自复位连接节点弯矩-转角关系进行改进,提出摩擦型耗能部分自复位连接设计思路。利用ABAQUS软件设计了5榀卷边PEC柱-钢梁摩擦耗能型部分自复位连接组合框架模型试件,并对其在往复荷载下的抗震性能进行了数值模拟。基于模拟数据,对比分析柱顶竖向力、摩擦板长圆孔孔径、柱脚边界条件和摩擦板翼缘螺栓布置方式等设计参数对试件滞回性能、抗侧刚度退化、残余变形、耗能能力等抗震性能的影响规律。结果显示:卷边PEC柱满足自复位结构对竖向构件承载力及抗侧刚度的要求;摩擦板长圆孔孔径合理设置可控制摩擦滑移耗能和连接转化为承压型传力模式的发展进程,从而实现结构不同抗震性能化设计目标;摩擦板内外侧翼缘均布置高强对穿螺栓的实际工程做法可更好发挥部分自复位连接的自复位和耗能减震功效;柱脚边界条件对结构受力进程和刚度分配影响显著,柱底与基础梁刚性连接的试件承载力、抗侧刚度和耗能减震远高于柱底铰接试件;柱顶竖向力在大侧移情况下的二阶效应对试件承载力和自复位功效产生较小的不利作用。     

预应力框架节点的试验研究

预应力框架节点是一种新型节点。通过8个梁柱组合体试件在低周反复荷载下的试验,考察了预应力对节点强度、刚度和能量耗散能力的影响,研究了梁筋在节点的粘结滑移问题。根据试验结果,提出了设计建议。     

采用抑制屈曲支撑的钢框架结构性能分析

为了对比分析抑制屈曲支撑与普通钢支撑构件在反复荷载作用下的滞回性能,比较了2种支撑钢框架体系在单调、往复水平荷载和地震荷载作用下的抗侧力和抗震性能.基于ANSYS对结构构件和体系进行了分析,并与试验结果进行了对比.分析表明,抑制屈曲支撑可在拉压循环荷载作用下均达到屈服,拉压承载力基本一致,恢复力模型可简化为对称的双线型,其滞回曲线稳定饱满,滞回耗能能力大大优于普通钢支撑.同时数值分析结果与试验结果也得到了很好的吻合.抑制屈曲支撑相对于普通钢支撑可进一步提高钢框架结构的后期刚度、极限承载力和耗散能力,更大地降低了结构的地震响应,提高了结构的抗震性能.因此抑制屈曲支撑较普通钢支撑更适于在有更高抗侧力和抗震要求的钢结构中应用,其更为简单的恢复力模型也使结构体系的分析和设计十分简便.     

大跨度斜拉桥耗能型辅助墩抗震性能试验研究

结构损伤控制概念是指通过容易替换的牺牲构件在地震中发生塑性变形耗散地震能量,同时主要构件保持弹性或发生轻微的损伤.针对大跨度斜拉桥的抗震性能主要依靠结构体系的特点,提出了通过牺牲辅助墩耗散地震能量,从而减轻主塔损伤的控制策略.为了研究辅助墩的抗震性能,对3个大比例的钢筋混凝土空心矩形截面模型进行拟静力试验.第一个试件是原设计的单柱墩,另外两个试件是双柱墩,墩柱之间通过耗能构件剪切型连杆或屈曲约束支撑连接.对反复荷载作用下试件的破坏形态、滞回曲线、位移延性和耗能能力、骨架曲线及刚度退化、耗能构件的变形能力等作了对比分析.结果表明,与单柱墩相比,耗能构件增加了双柱墩的刚度和强度,能够提高双柱墩的抗震性能.     

BRS板部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点抗震机理试验

为了研究BRS板部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点的抗震性能,对考虑PEC柱布置方式和柱顶竖向力的3个缩尺试件进行水平低周往复荷载下的抗震性能试验研究。基于试验结果,从试件的承载力、刚度衰减规律、自复位功效、耗能能力和节点传力机理等方面分析试件的抗震机理。研究结果显示:(a)BRS板部分自复位连接可通过BRS板屈服耗散地震能和预拉杆实现自复位功效,且整个加载过程中结构主要构件处在弹性状态。(b)PEC柱顶竖向力明显提高了其初始抗弯刚度,且其二阶效应加快了连接的耗能发展进程,而PEC柱的布置对初始抗弯刚度、刚度退化和耗能发展进程影响较小。(c)试件SYJ1加载至中震层间侧移限值1/50时其残余相对侧移角小于0.005 rad,而加载至大震层间侧移限值1/30时其残余相对侧移角仍小于0.01 rad,表明该试件具有极佳的自复位功效;试件SYJ3的自复位功效稍劣于试件SYJ1,前者在加载至中震层间侧移限值1/50之前时自复位功效尚好,但加载后期其自复位功效退化明显。     

新型自复位钢桁架梁的设计及参数分析

针对设置于不同部位、不同类型耗能元件的新型自复位钢桁架梁,理论推导了设置蝶形软钢阻尼器时,梁端对应于恢复力曲线特征点处的刚度和临界弯矩计算公式。在对比分析蝶形软钢阻尼器和防屈曲消能杆的自复位钢桁架梁抗弯刚度和耗能能力的基础上,确定了设置防屈曲消能杆的自复位钢桁架为较优结构方案。以预应力筋面积和初始应力、SC参数作为评价自复位钢桁架梁自复位性能和耗能能力的重要参数,通过数值分析研究了这些参数对自复位钢桁架梁抗震性能的影响规律,确定了最优参数取值范围,给出了设计方法,为该类构件的设计提供参考建议。     

单向布置并张拉预应力筋双向板的设计方法

针对双向板难以实现双向布置并张拉预应力筋的问题,提出在双向板中单向布置并张拉预应力筋的设计思想.给出此类双向板的承载力及预应力效应计算、裂缝及变形验算等设计要点,并对单向布筋的四边简支双向板进行分析,探讨了预应力筋布置形式对其极限荷载、主次弯矩分布、裂缝及变形的影响.结果表明,预应力筋总量相同时,中间板带布筋越多,对结构越有利.     

珠江口海洋软土滞回曲线特征研究

采用不同频率循环加载的方式对珠江口海洋软土进行动三轴试验,通过对软土滞回曲线的分析可以了解到动应变幅值、残余应变、刚度和能量耗散能力的变化,结果表明：随着荷载的增大,动应变幅值越大,残余应变先增大后减小,刚度和能量耗散能力减小;随着频率的增大,动应变幅值、残余应变以及能力耗散能力均减小,但刚度无明显变化.     

新型卷边PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架抗震性能数值模拟

为研究新型卷边PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架的抗震性能,考虑T形件对穿螺栓布置方式、BRS板T形件长圆孔尺寸、PEC柱顶轴力、柱脚连接方式4个设计参数,利用有限元软件ABAQUS以1∶2缩尺比例建立5个框架模型并进行水平循环荷载下抗震性能的数值模拟.对比分析各设计参数对试件滞回性能、抗侧刚度退化、耗能能力、自复位功效等抗震性能的影响.分析结果显示:实验T形件单边对穿螺栓布置试件由于翘拔作用明显,极大程度延缓了自复位连接的受力发展进程,而实际工程T形件双边对穿螺栓布置可较好实现了自复位连接的设计思路;BRS板T形件长圆孔尺寸决定部分自复位连接的性态设计目标;柱顶轴力对试件初始刚度与承载力影响甚微,而后期二阶效应会加快自复位连接受力发展进程;所有试件中的PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接均能实现自复位功效、耗能能力和安全冗余度的有机统一.