落地式钢拱桁架体系弹塑性地震响应研究

采用集中塑性铰理论和SAP2000结构分析软件,对某拟建大跨钢拱桁架结构整体进行在地震波作用下的弹塑性地震响应分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了节点位移响应、杆件塑性铰的分布特征、结构的整体变形、失效形态及结构延性系数,评定了该结构的极限承载力、失效类型和变形能力。结果表明,该结构在地震波下的失效界限地震加速度峰值为1 000gal,失效时最大竖向变形为短向跨度的1/200,可满足"避难与救灾建筑结构"的抗震性能设防的要求;结构的失效类型为延性强度破坏,临界失效时出现塑性铰的杆件分布较均匀;结构各方向延性系数均大于4,具有较好的变形能力;由整体稳定控制承载力的落地式钢拱桁架结构体系具有较大的抗震潜能,跨度60m的空间拱桁架结构体系,用钢量46.1kg/m2就可达到8度设防区灾难地震设防810gal的要求。     

橡胶板式支座锚栓超低周疲劳断裂分析

为研究螺栓球节点橡胶板式支座中锚栓在灾难地震中受弯剪发生超低周疲劳的断裂问题，依国家现行规规范设计并制作了橡胶板式支座模型，采用双向加载法对其进行了大位移超低周疲劳试验，得到了四根锚栓的超低周疲劳破坏形态。并从宏、微观角度对锚栓断口进行了分析。结果表明：在往复荷载下，锚栓发生无明显塑性变形的较突然性断裂，为超低周破坏形态，其断口存在疲劳源区、扩展区和瞬断区等典型的疲劳断裂特征，且不同位置锚栓的受力方向和裂纹起裂时间、扩展速率均不同；同一锚栓断口上韧性断裂与脆性断裂特征并存，但总体均表现为偏脆性断裂。     

超低周疲劳试验中板式橡胶支座的整体水平刚度退化

当遭遇超越本地区抗震设防烈度的灾难性地震时,大跨度空间网格结构的板式橡胶支座会产生超过正常设计范围的水平位移,从而发生超低周疲劳破坏为研究灾难地震下,产生大位移的板式橡胶支座在超低周疲劳试验中的破坏过程与水平刚度退化规律,设计了可双向加载的试验装置。不同竖向力下,让采用不同直径锚栓的板式橡胶支座进行水平往复运动,得到并分析了支座的滞回曲线,骨架曲线和水平刚度退化曲线。试验结果表明,水平往复加载作用下,当板式橡胶支座的水平位移超过正常的设计范围时:①原本按构造要求设计的锚栓参与受力,锚栓最先发生了疲劳断裂,成为支座的薄弱环节;②支座的整体水平刚度大体上呈现先上升后下降的变化趋势;③增大锚栓的直径可提高支座的整体水平刚度与水平承载力,且竖向力的变化也会对支座的整体水平刚度和水平承载力产生一定程度的影响。     

螺栓球节点中高强度螺栓的超低周疲劳破坏特征

为研究大震下网格结构螺栓球节点的破坏特征及机理，设计了杆件与螺栓球节点组合试件，采用FCS电液伺服结构试验系统对试件进行低周往复加载试验，加载制度为不对成等幅加载，获得了不同幅值加载下试件中高强度螺栓的变形特征。通过对高强螺栓断口的宏、微观分析探讨螺栓球节点中高强度螺栓低周疲劳破坏特征及机理，获得以下结论：随着加载制度中位移幅值增大，螺栓球节点组合试件中高强度螺栓的疲劳寿命减小，断口的疲劳源增加，扩展区面积减小，瞬断区表面不平整性程度提高；在较低位移幅值的加载制度下，螺栓的起裂机理偏向脆性断裂，随着加载制度位移幅值增大高强度螺栓的起裂机理由脆性断裂向准解理断裂转变，螺栓断口的瞬断区呈现偏向韧性断裂的特征。     

过渡平板支座节点在超低周疲劳试验中锚栓的损伤累积试验研究

灾难地震作用下网格结构的支座节点由于损伤累积导致节点软化,对整体结构性能影响很大。为研究过渡平板支座节点在超低周疲劳试验过程中的破坏形式,设计了支座节点的双向加载试验装置,对支座节点进行超低周疲劳试验,研究支座锚栓的破坏过程,得到锚栓在加载过程中的倾角变化规律以及支座整体转角变化规律。结果表明:过渡平板支座节点在试验过程的破坏形式均为锚栓断裂,锚栓断口有明显的超低周疲劳破坏特征,锚栓倾角和支座节点整体转角的变化可以反映支座节点中锚栓损伤程度,可为震后评定支座节点的状态提供参考。     

3D扫描仪在超低周疲劳试验塑性变形采集中的应用

针对目前土木工程领域中,对于结构体系或构件的抗震性能试验中塑性变形的检测数据存在不精确、限制度较大且不能满足试验数据需求的情况,结合螺栓球网格结构超低周疲劳性能与评定试验,通过利用3D扫描仪建立球杆试件循环荷载作用下弹塑性变形空间形态,并根据扫描结果来获取试件的塑性变形数据,依据这些数据对循环荷载下试件的弹塑性性能进行描述,同时采用常规测量方法对3D扫描仪采集的数据进行比对,验证了其精准度。试验的数据处理结果表明,3D扫描仪在数据测量与收集方面具有很高的精确度和全面性,且提出的四面各个扫描法和椭圆化变形直观图在试验中有良好的效果。     

往复荷载下钢管与螺栓球组配试件超低周疲劳断裂试验研究

为探索螺栓球网格结构强震下的破坏特征,对五个螺栓球节点管球组配试件进行了轴向往复荷载作用下的超低周疲劳断裂试验研究。通过电镜扫描观察试件超低周疲劳破坏的裂纹萌生、扩展、断裂、断口形态,并分析了裂纹萌生原因、断裂机理。结果表明:当承受拉-压循环荷载时,试件均经历失稳弯曲、在杆件中点附近局部凹陷、在凹陷处表面萌生裂纹、进一步开裂、最后发生低周疲劳断裂的过程;其断口形状为椭圆,有明显塑性变形,为韧性断裂,疲劳寿命均很短。当试件承受较大压幅值的循环荷载时,试件首先失稳弯曲,然后在杆件中点附近局部凹陷,继而在凹陷处表面萌生裂纹,但同时因节点中高强螺栓承受弯剪作用,在螺栓牙底应力集中位置,也多处同时萌生裂纹并迅速发展,最后导致高强螺栓先于杆件局部凹陷处发生疲劳断裂;其断口表面光滑平整,没有明显塑性变形,疲劳寿命只有18次。     

螺栓球支座节点中锚栓的超低周疲劳破坏特征

空间网格结构中,支座除了保证自身受力,还对上下部结构起连接和支撑作用,为研究网格结构中螺栓球支座锚栓的超低周疲劳破坏性能,设计了双向加载实验方案,其中垂直方向的压力恒定,水平方向进行大位移往复加载,得到了螺栓球支座节点的超低周疲劳破坏过程,通过对锚栓疲劳破坏过程、断口宏观及微观照片的分析,探讨螺栓球支座中锚栓的超低周疲劳破坏机理。     

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。