装配式偏心支撑钢框架拟静力试验研究

为研究端板厚度和连接方式对装配式偏心支撑钢框架抗震性能的影响，进行了2个不同端板厚度的偏心支撑半刚接钢框架和1个焊接连接的偏心支撑刚接钢框架的拟静力试验.结合试验研究结果，对装配式偏心支撑钢框架试件的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、侧移延性系数、等效粘滞阻尼系数进行了深入分析.试验结果表明：螺栓端板连接偏心支撑钢框架抗震性能良好.端板厚度对装配式偏心支撑钢框架耗能能力具有一定影响，端板厚度由16 mm增加到24 mm，由于破坏延迟，耗能梁段极限剪切承载力提高43.32%. 同时，受高强螺栓-端板连接滑移的影响，偏心支撑半刚接钢框架滞回曲线呈“弓形”，表现出一定的“捏缩”现象.     

Y型偏心支撑钢框架受力性能有限元分析

对5个具有不同耗能梁段长度的Y型偏心支撑钢框架的滞回性能与耗能梁段的耗能性能进行了非线性有限元分析.研究表明:Y型偏心支撑钢框架具有良好的耗能性能和延性,耗能梁段能够充分发挥耗能和变形的作用;耗能梁段的长度对Y型偏心支撑钢框架的强度、刚度、延性和耗能性能均产生明显的影响,耗能梁段越短,其塑性变形越大,Y型偏心支撑钢框架的承载力越高,耗能梁段过长钢框架的抗震性能越差.     

端板连接剪切型可替换独立耗能梁段的恢复力特性

运用有限元软件ABAQUS对8个不同参数的可替换独立耗能梁段进行数值模拟,得到耗能梁段的剪切承载能力、滞回性能、耗能能力、骨架曲线刚度和延性.结果表明:耗能梁段的剪切承载能力比较稳定;滞回曲线饱满、呈梭形,可替换耗能梁段具有良好的耗能能力;试件骨架曲线的形状与单调荷载作用下的荷载-位移曲线形状相似,都经历了弹性段、线性强化段以及承载力下降段;可替换耗能梁段刚度随着梁段长度的增加以及截面尺寸的减小出现了一定程度的退化,加载初期的刚度退化最明显.研究结果为偏心支撑钢框架耗能梁段的分离式设计奠定了基础.     

中空夹层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓连接节点抗震试验研究

为了深入研究装配式圆中空夹层钢管混凝土组合框架节点的抗震性能和破坏机理,文章进行了4个中柱节点的水平低周反复加载试验。试件由圆套圆中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边紧固高强螺栓和平齐或外伸端板连接组成。文中详细研究了试件破坏形式和组合楼板的裂缝分布规律,分析了滞回曲线、强度和刚度退化规律及耗能能力等,采用欧洲相关规范评价了此类装配式组合框架节点的刚性。试验结果表明,端板形式和柱截面空心率对此类装配式组合框架节点的承载力和耗能能力有明显影响。当端板形式相同时,柱截面空心率为0.61的节点承载力和总耗能比柱截面空心率为0.73的节点有明显提高;当柱截面空心率相同时,外伸端板连接节点的承载力和总耗能优于平齐端板连接节点。分析表明,装配式圆中空夹层钢管混凝土组合框架节点为半刚性连接、部分强度节点。研究成果可为此类新型装配式组合框架在实际工程中应用提供科学理论依据。     

不同长度耗能梁段偏心支撑框架受力性能

通过对3种长度耗能梁段下的K型偏心支撑钢框架进行往复力加载试验,研究了耗能梁段长度对结构受力性能的影响,分析了结构的极限承载能力、破坏形式、刚度退化及耗能等性能。研究结果表明:随着耗能梁段长度的增加,K型偏心支撑钢框架的强度、刚度和耗能均产生了明显的退化现象,但延性有所提升。耗能梁段长度的增加使得偏心支撑钢框架屈服荷载及极限承载力明显下降,这表明耗能梁段的长度对钢框架受力性能具有较大影响。耗能梁段长度的改变,并不影响偏心支撑钢框架率先通过耗能梁段消耗能量,从而保护整体框架相对稳定的设计理念。     

不同种类螺栓的不锈钢端板连接节点抗震性能试验研究

端板连接是门式钢架和多层钢框架中常用的节点形式,而目前少有针对不锈钢结构端板连接节点的相关研究.本文对4种类型的螺栓(镀锌高强度螺栓10.9级、8.8级,奥氏体不锈钢螺栓A4-70、A4-80)和不同端板厚度的不锈钢结构外伸式端板连接节点进行循环荷载下的破坏试验,研究其节点破坏形态、承载力及延性,并与有限元计算结果进行对比.试验结果表明:不锈钢螺栓端板连接节点的滞回曲线呈Z形,且其耗能系数仅为镀锌高强度螺栓端板节点的40%,;当端板较薄时,节点的抗震性能均有显著提高;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.研究结果表明,所有试件的滞回曲线均具有不同程度的滑移捏缩现象,不锈钢螺栓端板连接节点、端板越薄时捏缩现象越明显,因此需从设计上加以改进,同时不锈钢摩擦面的处理工艺也需进一步开发,以提高不锈钢面的抗滑移系数.     

十字加劲放置形式对钢板剪力墙性能的影响

为研究十字加劲的放置形式对钢板剪力墙结构抗震性能的影响,采用试验和数值模拟的方法对三组单跨两层的平齐端板连接框架-钢板剪力墙结构进行了滞回性能分析,内嵌钢板的形式分别为无加劲、纵横放置十字加劲和对角斜向放置十字加劲钢板墙.对比分析了在低周往复荷载作用下三种不同加劲形式钢板剪力墙的破坏模式,滞回性能、延性、承载能力和耗能等整体性能,以及墙板变形模式、拉力带发育度等墙板局部性能.结果表明:加劲肋的设置减轻了结构滞回曲线的捏缩程度,推后并降低了墙板由呼吸效应产生的噪声和震颤,提升了钢板墙的使用性能.对角斜向放置加劲试件屈服承载力较其余两试件更高,但极限承载力、最终耗能和延性均劣于纵横放置加劲试件.由于放置方向的变化,对角加劲肋破坏较纵横加劲肋更早,肋板较早退出工作,使得对角加劲试件最终退化为无加劲试件,设计时应予以注意.     

3层K型偏心支撑半刚性钢框架拟静力试验研究

偏心支撑结构与传统框架结构相比较,既具有较好的抗侧刚度,又保留良好的结构延性.为研究设置偏心支撑的半刚性平面钢框架在低周往复荷载作用下的滞回性能和耗能特性,本文对一个设置了K型偏心支撑的3层半刚性平面钢框架进行拟静力试验,得到了此框架的破坏形式、侧向水平承载能力、延性系数和耗能能力等.试验结果表明:偏心支撑半刚性钢框架具有良好的变形耗能能力,抗震性能良好.本文研究为偏心支撑半刚接钢框架的抗震设计提供了一定的支撑,具有一定的工程应用价值.     

半刚性节点连接钢框架的抗震性能研究

钢框架中梁柱的节点连接一直是钢结构抗震设计中难以处理的问题,在现行的钢框架结构设计中,通常把梁柱连接处理为完全刚接或理想铰接,但是在多数实际工程中,钢框架节点的性能处于刚接和铰接之间,即半刚性连接.利用SAP 2000分别建立了刚接和不同转动刚度的半刚性连接钢框架有限元分析模型,并进行了模态分析、反应谱分析以及循环荷载作用下的滞回性能分析.根据数据结果绘制层间剪力、层间位移和楼层位移曲线,探讨了节点刚度对整体钢框架结构抗震性能的影响,通过分析滞回曲线和骨架曲线来研究节点的耗能性能,以期为日后的钢框架设计提供一定参考.     

Y形偏心支撑钢框架SAP2000非线性分析模型

为研究Y形偏心支撑钢框架结构的弹塑性性能,根据剪切耗能梁段恢复力特性和钢框架的力学性能,提出符合抗震规范的耗能梁段独立剪切铰参数的定义方法,建立Y形偏心支撑钢框架SAP2000非线性塑性铰分析模型.通过3个模型试件在循环荷载下的骨架曲线和有限元分析的PUSHOVER曲线的对比,论证模型的合理性.结果表明,本文提出的改进塑性铰模型能够较为合理地反映Y形偏心支撑钢框架结构的非线性性能.     

单边螺栓连接圆中空夹层钢管混凝土柱 节点拟静力试验研究

为了获悉中空夹层钢管混凝土柱节点在地震作用下的抗震性能和破坏机理,文章进行了4个圆套圆中空夹层钢管混凝土柱与钢梁单边螺栓端板连接节点的拟静力试验,分析了端板形式和柱截面空心率对此类节点性能和破坏模式的影响;详细观察了节点在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类节点的滞回曲线、骨架曲线、强度及刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明:此类端板连接节点具有典型的半刚性特征,连接可靠,耗能效果良好;在相同空心率条件下,外伸端板连接节点的极限承载力、耗能能力要高于平齐端板连接节点;在相同端板形式条件下,节点的极限承载力和耗能能力随着柱截面空心率的增大而减小。研究成果可为我国半刚性中空夹层钢管混凝土结构的设计与应用提供科学依据。     

组合楼板对装配式钢框架节点抗震性能的影响

为了解决装配式钢框架中节点区域构造复杂和传力机制不明的问题,提出一种考虑组合楼板作用的端板螺栓连接节点。设计并制作了2组端板连接的装配式梁柱节点,进行了低周往复循环荷载试验,建立了节点试件的数值模型,分析组合楼板对节点的破坏模式、滞回性能、承载能力、半刚性性能、受力特征的影响作用。结果表明,端板连接节点主要破坏模式为端板的弯曲变形,组合楼板的加入会使滞回曲线产生一定的捏拢现象,同时会产生组合楼板开裂破坏现象;增加组合楼板后,端板连接节点的初始转动刚度、极限承载力、耗能能力分别增加了约22%,13%,22%;组合楼板和钢梁上翼缘共同作用时,荷载通过组合楼板传递至柱腹板;与闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点相比,采用开口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点初始转动刚度和极限承载力分别提高13%和9%。组合楼板能有效提高端板连接节点的抗震性能,扩大节点核心区的传力范围,增强梁柱传力机制,可为进一步提高装配式节点性能提供参考。     

K型偏心支撑钢框架支撑的设计研究

为研究不同支撑刚度K型偏心支撑钢框架的抗震性能,对5个具有不同支撑截面的试件进行了非线性有限元分析。结果表明:为保证耗能梁段先行剪切屈服而支撑不屈曲,支撑应具有足够的刚度;支撑长细比较小的试件滞回性能较好,而长细比过小则会降低结构的延性和耗能性能;对于长细比较小的支撑,其翼缘宽厚比应严一些,而腹板高厚比则可适当放宽;支撑斜杆与横梁的连接焊缝发生断裂破坏的可能性较大,在施工中应对该处焊缝的焊接质量进行严格控制。并根据有限元模拟结果提出了设计和施工建议。     

K形偏心支撑钢框架耗能段长度对其抗震性能的影响

为研究耗能段长度变化对K形偏心支撑钢框架(下称KEBSF)抗震性能的影响,基于相关试验研究,应用有限元软件ABAQUS建立6个KEBSF模型并对其进行非线性数值分析,研究耗能段长度变化对KEBSF承载力、刚度、耗能能力和延性的影响.结果表明:KEBSF具有良好的滞回性能,随着加载位移比(加载位移与屈服位移的比值)和耗能段长度的增大,KEBSF刚度、承载力均逐渐降低;随着耗能段长度的增大,KEBSF耗能能力和延性均呈先增强后减弱趋势.根据有限元分析结果,给出K形偏心支撑钢框架耗能段长度的合理取值范围的确定方法.     

耗能梁长度对自复位Y型偏心支撑钢框架力学性能的影响

为研究形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)耗能梁长度对自复位Y型偏心支撑钢框架滞回性能及复位效果的影响,基于理论分析建立了剪切型SMA耗能梁最小长度的计算公式以及确保此类结构出现理想塑性机制的保障措施;并采用ANSYS建立了4个不同耗能梁长度的自复位Y型偏心支撑钢框架的精细化有限元模型,进行了滞回性能分析,对比了各算例的滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力、复位效果及SMA耗能梁腹板的应力分布.研究结果表明:耗能梁最小长度计算公式可确保耗能梁在超弹性范围内工作;理想塑性机制保障措施可提高结构复位效果;剪切型耗能梁较弯剪型水平承载力高、抗侧刚度大、耗能能力强、连接构造简单、材料利用率高;耗能梁类型对此类结构的复位效果影响不大.因此,耗能梁宜设计为剪切型,但不宜过短,需满足最小长度限值要求.     

近海大气环境下锈蚀钢柱抗震性能试验研究

为了研究近海大气环境下锈蚀钢框架柱的抗震性能,通过人工气候环境模拟试验技术对6榀钢框架柱进行了近海大气环境下的加速腐蚀,并对腐蚀后试件进行低周往复加载试验,研究了不同锈蚀程度和轴压比对钢框架柱破坏机理、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力等指标的影响.试验结果表明：随着锈蚀程度增加,试件底端翼缘屈曲、腹板鼓曲及塑性铰形成所对应的位移呈减小趋势;试件承载能力、变形能力及耗能能力均有所降低.此外,随着轴压比的增大,试件发生局部屈曲现象提前;承载力及延性显著降低,强度和刚度退化速率加快,耗能变差.基于试验结果,初步确定锈蚀钢框架柱不同抗震性能水平和性能指标量化限值.研究成果为近海大气环境下在役钢框架结构的抗震性能评估提供了试验支撑.     

剪切屈服型多耗能梁K形偏心支撑钢框架抗震性能研究

为了解决偏心支撑钢框架结构延性导致的地震作用取值偏大等问题,研究了剪切型多耗能梁偏心支撑结构的抗震性能。在试验模型的基础上,基于耗能梁腹板受剪面积基本不变的前提下,把耗能梁段的截面设计成多耗能梁模式,采用ABAQUS有限元软件建立了8个数值模型,分别进行单调加载和循环加载,分析了破坏模式、滞回曲线、承载力、刚度及耗能能力随耗能梁个数变化的情况。结果表明,耗能梁段塑性变形发展充分,有效保护了其他的非耗能构件;结构的承载力、屈服位移及耗能能力要好于单耗能梁模型;每个多耗能梁模型的初始刚度相差较小(4%以内),均小于单耗能梁模型,但多耗能梁模型能够延缓结构刚度的退化速率。所提模型能提高结构的抗震性能,对实际工程应用有一定的参考价值。     

T形件螺栓连接卷边PEC柱-钢梁组合框架结构抗震试验研究

为研究T形件螺栓连接卷边钢板组合截面PEC柱-钢梁组合框架结构的抗震机理,设计制作了一榀底部两层单跨组合框架1/2缩尺试件并进行水平低周往复荷载试验.基于试验现象和测试数据,从试件结构的滞回特性、水平抗侧刚度退化、节点性能、耗能能力与抗震延性、塑性机构发展进程与延性破坏模式等性能进行分析.研究结果显示:T形件螺栓连接增大了梁柱节点刚度,改善了结构的整体性,试件的初始抗侧刚度较大、极限承载力较高;T形件螺栓连接使得梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,试验结束对应承载力未出现明显降低,且对应整体侧移角、位移延性系数和等效黏滞阻尼系数表明试件具有良好的抗倒塌能力、抗震延性与耗能能力;T形件螺栓连接PEC柱-钢梁组合框架试件塑性破坏机构发展进程为T形件端部梁截面和PEC柱脚相继形成塑性铰,实现了框架结构的理想延性耗能模式.     

PEC柱型钢梁端板连接框架抗震性能研究

为了研究焊接H型钢部分包裹混凝土柱-型钢梁端板连接框架骨架曲线、延性、耗能能力等抗震性能,设计3榀框架试件在低周往复荷载作用下进行试验。试件参数是端板厚度和柱翼缘厚度。通过试验,研究讨论了改变端板厚度和柱翼缘厚度对框架抗震性能的影响:分析了试件的骨架曲线、延性、耗能能力抗震性能指标。试验结果表明:柱翼缘厚度从12 mm增加到16 mm,框架节点初始刚度增加39.95%,端板厚度从12 mm增加到20 mm,初始刚度增幅11.76%;增加端板厚和柱翼缘厚可提高框架初始刚度;3榀框架试件的延性系数在4.41~5.38之间,说明PEC柱与型钢梁端板连接框架具有良好的抗震性能;增加端板厚度和柱翼缘厚度可以增加框架结构塑性性能。     

端板与柱间灌浆层对端板连接RCS节点抗震性能影响的试验研究

为研究端板与柱间灌浆层对端板连接RCS节点抗震性能的影响,以端板与柱间灌浆层厚度、灌浆层强度以及螺栓预拉力为主要研究参数,进行了4个端板连接RCS节点试件的低周反复加载试验.基于试验数据,研究了各试件的破坏形态、滞回性能、承载能力、刚度退化规律、延性、耗能能力和变形组成等.试验结果表明:强柱弱梁型端板连接RCS节点的破坏形态为梁铰破坏机制,灌浆层出现压碎脱落现象,整个受力过程中钢梁端板、灌浆层和柱面之间连接紧密,未出现滑移现象,端板和RCS节点之间的连接和传力可靠,表现出良好的受力性能.各试件滞回曲线呈梭形,梁端塑性铰充分耗散能量,具有较好的抗震性能;反复荷载作用下端板与柱间灌浆层的损伤累积导致节点延性和耗能能力降低,其降低幅度随灌浆层损伤程度增加而增大;各试件刚度退化规律基本一致,灌浆层的损伤累积导致刚度退化加剧;节点的变形主要来自钢梁的变形,在整个加载过程中,各试件端板连接变形较小,在极限位移角时,试件RCS1、RCS3和RCS4由端板连接变形引起的位移所占比例分别为1.5%、1.8%和2.7%.各试件弯矩-转角关系曲线呈现出明显的非线性特征,试件RCS1～RCS4按刚度分类均属于半刚接节点,节点初始转动刚度随灌浆层厚度增加而提高,但提高幅度有限.