自复位U形钢板耗能支撑设计与滞回性能分析

为控制地震作用下结构的残余变形,提出了一种自复位U形钢板耗能支撑,采用组合碟簧作为复位系统提供复位能力,将U形钢板作为耗能系统提供耗能能力.在耗能系统和复位系统的双线性弹性模型基础上,建立了支撑恢复力模型,并对支撑进行数值模拟,分析不同设计参数对支撑滞回性能的影响.结果 表明,自复位U形钢板耗能支撑具有稳定的耗能能力和良好的自复位能力,且耗能能力随U形钢板宽度的增加而增强,复位能力随组合碟簧初始预压力的增大而增强,建议将组合碟簧的预压力取值为大于耗能系统的屈服强度且小于耗能系统的极限强度.     

不同构造参数对椭圆型耗能器性能的影响分析

设计了一种椭圆型耗能器,采用ABAQUS软件对9组不同构造参数的椭圆型耗能器性能进行参数模拟分析,研究椭圆型耗能器的高度、钢板厚度、弧形深度、钢板宽度以及椭圆弧形钢板局部削弱等对椭圆型耗能器性能的影响.研究结果表明:椭圆型耗能器滞回曲线稳定、饱满,塑性耗能能力强;随着椭圆型耗能器高度减小、弧深减小或钢板厚度增加,椭圆型耗能器初始刚度、屈服后刚度和屈服力增大,屈服位移降低;钢板宽度增加,椭圆型耗能器初始刚度、屈服后刚度和屈服力增大,对屈服位移没有影响;局部削弱椭圆型耗能器比不削弱椭圆型耗能器具有更好的耗能效果.     

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。     

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.     

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.     

低剪跨比带约束拉杆双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究低剪跨比带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,对6个带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙试件进行了滞回加载试验,研究了低剪跨比情况下包含不同参数的组合剪力墙的破坏模式、变形能力及耗能能力,得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、位移延性系数、刚度退化曲线以及累计耗能曲线.然后,采用Open Sees程序对带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙试件和普通钢筋混凝土剪力墙分别进行了数值模拟分析.研究结果表明:在低剪跨比情况下,带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能良好;减小约束拉杆间距和端部增设型钢构件均可提高试件的承载力并改善其延性;与普通钢筋混凝土剪力墙相比,组合剪力墙的承载力和耗能能力显著提高.     

桥梁支座双向耗能钢阻尼器力学性能研究

设计了一种新型桥梁支座双向耗能钢阻尼器,该阻尼器利用折角钢曲梁的弯曲弹塑性变形进行耗能.提出了该阻尼器简化力学模型,基于钢材简化本构模型推导了其耗能核心参数的理论公式,并通过有限元模拟研究其在单调加载及往复荷载作用下的力学性能.研究结果表明:钢阻尼器耗能段首先进入弹塑性,之后塑性变形集中于耗能段中部,受力合理,符合阻尼器设计意图;且理论公式与有限元计算结果相近,能有效地反应阻尼器的工作性能;在往复荷载作用下,其滞回曲线饱满,初始刚度大,耗能能力强.     

低屈服点钢剪切型阻尼器试验研究

针对滞回力学特性、低周疲劳性能以及耗能减震能力,进行了3组采用低屈服点钢BLY160的剪切型阻尼器的拟静力试验。试验选用2种尺寸型号的试件并采用了4种不同的加载方案,对比分析了不同加载历史下软钢的应变强化现象及低周疲劳性能,考察了阻尼器构件关键参数腹板宽厚比以及加劲肋尺寸的影响。试验结果表明:BLY160低屈服点钢材随等效塑性应变的累积有明显的循环强化现象,采用BLY160低屈服点钢的剪切型阻尼器初始刚度大,屈服位移小,变形能力强,具有良好的滞回性能和稳定的耗能特性。     

斜加劲薄钢板剪力墙滞回性能模拟

为研究肋板刚度比对斜加劲钢板剪力墙滞回性能和耗能能力的影响,运用有限元软件ABAQUS对14片斜加劲薄钢板剪力墙模型进行了数值模拟.对比分析了斜加劲与不加劲薄钢板剪力墙的滞回性能和耗能能力,通过对13片斜加劲薄钢板剪力墙模型的模拟试验,分析肋板刚度比对斜加劲薄钢板剪力墙的滞回性能和耗能能力的影响.结果表明:设置斜向加劲肋可以有效改善薄钢板剪力墙的滞回性能和耗能能力;肋板刚度比对斜加劲薄钢板剪力墙的滞回性能和耗能能力具有一定影响.     

一种新型扭转金属阻尼器及其减震性能分析

为解决现有金属阻尼器应力分布不均匀的问题,设计了一种新型层间扭转型金属阻尼器,推导出初始刚度和屈服荷载表达式,并通过往复加载试验对其力学性能进行研究.根据阻尼器的试验过程建立有限元模型,分析其变形后的应力分布,对设有该扭转型耗能梁段与剪切型耗能梁段的Y形支撑结构进行了抗震性能研究.结果 表明:建立的扭转金属阻尼器力学模...     

板件弯剪屈服型耗能支撑钢框架结构抗震性能

为了研究板件弯剪屈服型耗能部件对钢框架结构抗震性能的影响，通过ABAQUS有限元分析软件建立了一系列带有板件弯剪屈服型耗能部件的双层单跨单斜支撑钢框架结构数值模型，探究了结构的破坏模式以及不同参数对结构的承载能力、耗能能力、支撑与支撑框架结构之间的承载力分配、耗能分配等抗震性能的影响规律。分析结果表明：板件弯剪屈服型耗能支撑钢框架结构主要依靠耗能部件的剪切板和弯曲板先后屈服进入塑性耗散能量；结构滞回曲线饱满，耗能性能良好；加载前期，主要由耗能支撑承担结构的水平承载力和能量耗散，加载中后期，梁与节点板相接的翼缘和柱脚外翼缘出现应力集中现象而进入塑性，耗能支撑的水平承载力和能量耗散占比逐渐降低，但仍大于50%。可见板件弯剪屈服耗能支撑能够较好地分担钢框架结构的承载力和能量耗散，可考虑应用于实际工程。     

外置耗能钢板预制拼装桥墩抗震性能研究

为推广预制拼装桥墩在中高烈度地震区的应用,在墩底外侧设置耗能钢板,并与整体现浇桥墩、内置耗能钢筋的预制拼装桥墩进行拟静力对比分析,从滞回曲线、骨架曲线、累积耗能及可恢复性等方面,研究了建议结构的合理性. 基于三线型骨架曲线模型提出了外置耗能钢板预制拼装桥墩骨架曲线计算方法,并与数值模拟结果进行对比,两者吻合程度较高. 将预应力度、预应力钢绞线布置位置、耗能钢板用量以及开槽率作为变量,通过PUSHOVER方法对外置耗能钢板预制拼装桥墩的抗震性能进行了分析. 结果表明,增大预应力度可提高承载力和刚度,同时延性有所降低. 预应力钢绞线布置在周围时,桥墩的承载力、刚度与耗能能力得到提高. 钢绞线布置在中心时,桥墩延性有所提高,屈服后变形能力较强. 增加耗能钢板用量可提高桥墩的承载力和刚度. 增加耗能钢板用量能够在一定程度上弥补开槽率的增大对结构的不利影响.     

受压弯剪型开孔芯材屈曲约束支撑试验

提出一种芯材开孔的新型全钢屈曲约束支撑,简称为PBRB.该支撑由开孔平板芯材,填充板及盖板通过螺栓连接而成.通过3根芯材具有不同开孔形式的PBRB试件的拟静力试验和相关数值分析,重点考察了芯材开孔形式对PBRB抗震性能的影响.研究结果表明:PBRB具有滞回性能稳定、延性高及累积耗能能力优良等特点;开孔芯材受压变形为压缩、剪切与弯曲组合的机制;开孔芯材"短柱"的长细比是影响PBRB性能的关键参数,芯材"短柱"长细比过大会造成PBRB滞回性能相对较差,基于试验结果给出了偏保守的设计长细比限制;同时提出了PBRB初始刚度的计算方法,评估精度良好.     

摩擦软钢节点阻尼器抗震及抗倒塌性能

依据传统钢梁柱节点提出了新型摩擦软钢双重耗能节点阻尼器,该阻尼器能够将中屈服点软钢屈服耗能和钢板摩擦耗能相结合进而提高节点的抗震及抗倒塌性能.为提高计算效率采用多尺度建模方法进行有限元建模,节点核心区采用精细化建模方式,非节点核心区梁柱部分采用非线性梁单元,针对梁柱钢节点及其平面框架结构进行抗震性能分析.结果表明:在梁柱节点增设节点阻尼器可有效提高梁柱节点的承载力和耗能能力,并吸收外部输入能量,降低结构构件的破坏水平.同时,基于抽柱法将该新型节点应用于平面钢框架结构的静力Pushdown分析和非线性动力时程分析,分析结果表明:在增设该阻尼器后,可以有效降低构件失效点位移,进而提高结构的抗倒塌性能.     

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。     

装配式钢质耗能铰连接中开孔削弱钢板阻尼器滞回性能研究

提出一种装配式节点钢质耗能铰连接，对其关键部件开孔削弱钢板阻尼器，进行3种开孔削弱形式的试件轴向往复加载试验，考察开孔削弱钢板阻尼器的破坏模态，研究其滞回性能、骨架曲线、承载能力与延性性能等。探讨开孔削弱长度、开孔削弱宽度、宽厚比、厚度方向间隙等参数对钢板阻尼器滞回性能的影响。建立开孔削弱钢板阻尼器的简化力学模型，提出阻尼器滞回本构模型并对本构模型准确性进行验证。结果表明，阻尼器的开孔削弱钢板在开孔削弱处开裂或断裂，避免了面外屈曲的发生，实现塑性耗能与破坏模式可控；阻尼器滞回曲线饱满，承载力均高于297.31 kN，位移延性系数Δ/Δy均大于4.5，表现出良好的耗能能力、承载能力与延性性能；相比菱形开孔，竖缝开孔削弱阻尼器综合力学性能更优，建议开孔削弱长度a/L为0.25～0.55，开孔削弱宽度b/B为0.2～0.5，宽厚比为12.50～15.63，厚度方向间隙不超过2 mm；提出的开孔削弱钢板阻尼器滞回本构模型能准确地模拟阻尼器滞回性能。     

新型方钢管柱内套筒装配连接力学性能

针对方钢管柱内套筒装配式节点存在的问题,提出一种新型方钢管柱内套筒装配连接形式,将柱拼接位置上移至梁柱节点核心区上方,为梁柱节点高强螺栓安装提供了空间,同时保证了节点域的连续性。改变内套筒厚度、内套筒长度、对拉螺栓间距及端板厚度等构造参数建立一系列有限元模型,采用ANSYS非线性计算对该新型连接的滞回性能、耗能能力等进行分析。结果表明:该新型连接具有较好的延性和耗能能力,各构造参数变化对其受力性能产生不同的影响。增大内套筒厚度可以提高节点极限承载力和耗能能力,当内套筒厚度大于柱壁厚度2 mm时,节点力学性能提升较明显;适当增加对拉螺栓间距可以改善节点受力;增大内套筒长度,节点刚度、延性和耗能能力均会下降,因此在满足构造要求的前提下,内套筒长度宜取较小值;适当增加端板厚度,可以改善节点受力性能、延性和耗能性能,但端板过厚则不够经济。研究结论可为该新型方钢管柱内套筒装配连接设计和应用提供基础研究数据。     

全螺栓连接和焊接连接钢板剪力墙力学性能分析

为了避免焊接造成的残余应力,通过螺栓连接的端板将上下2块钢板连接,形成一种延性和耗能能力更好的全螺栓连接钢板墙.通过有限元建立全螺栓连接和传统焊接连接钢板墙模型,对比两种钢板墙在单向推覆和往复荷载作用下的荷载位移曲线、抗侧承载性能、能量耗散系数、刚度退化和承载力退化等性能.结果表明,在单向推覆作用下全螺栓连接钢板墙的抗侧承载力与传统焊接形式较为接近,但初始刚度比传统形式下降了11%;在往复荷载作用下,全螺栓连接形式表现出更好的整体耗能能力,刚度退化更平缓.该类钢板墙还便于生产和安装,在今后的工程应用中值得广泛的推广和应用.     

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。     

足尺钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为探究不同剪跨比下钢骨对足尺剪力墙结构抗震性能的影响,设计了一种适用于超高层建筑物的钢骨栓钉混凝土剪力墙形式,进行2个足尺钢骨混凝土剪力墙和2个钢筋混凝土剪力墙的低周往复荷载试验,对比分析试件的滞回曲线、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标。研究表明:剪力墙试件剪跨比较大时,试件发生弯曲破坏;剪跨比较小时,试件发生剪切破坏。相较于钢筋混凝土剪力墙试件,钢骨的加入,减缓了试件裂缝的发展,降低了试件破坏程度,剪力墙试件的承载力、变形能力、延性、整体刚度和耗能能力都得到提高。剪跨比较小的剪力墙试件承载力更大,初始刚度、耗能能力明显增强,但延性较低。钢骨、栓钉、混凝土协同工作能力良好。