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.     

自复位两边连接梯形波纹钢板剪力墙滞回性能分析

本文提出了一种自复位两边连接梯形波纹钢板剪力墙结构,包括自复位钢框架与内嵌梯形竖波纹钢墙板,其中墙板仅与梁上下连接,以方便装配化施工．采用通用有限元软件ABAQUS建立了单层单跨自复位梯形波纹钢板剪力墙的有限元模型,并进行非线性滞回分析,以研究墙板连接形式、墙板波形及框架预应力水平对结构滞回性能和复位性能的影响．结果表明：自复位两边连接梯形波纹钢板剪力墙可有效耗散地震能量,控制震后残余侧移,且侧边加劲时两边连接墙板的承载力、耗能能力及残余侧移与角部切角时四边连接墙板基本相当．随着厚度的增加,两边连接波纹墙板的抗侧模式由剪切屈曲向剪切屈服转变,结构承载力及单位板厚的耗能能力显著增加,当板厚从3 mm增至9 mm时增幅分别为40%和50%,但结构残余侧移亦显著增加,2%侧移角下的残余侧移角可能超过规范可修限值的0.5%．随着波纹墙板波折角或波长的减小,结构残余侧移可有效降低,但结构承载力及耗能能力亦有所降低,最高可分别达30%和60%．另一方面,随着预应力筋的初始预应力增加50%,结构承载力增加13%,最大残余侧移角显著降低,由0.80%减小到0.35%,而耗能能力基本不变．随着预应力筋面...     

一种新型自复位变摩擦耗能支撑的滞回性能

提出一种新型自复位变摩擦耗能支撑.该耗能支撑由高强弹簧组件、摩擦组件、内外管组成.通过调节摩擦钢板跨中挠度从而实现非线性变摩擦性能,其中高强拉簧的弹性恢复力始终大于摩擦钢板与摩擦块之间的摩擦力,从而实现自复位功能.根据简化的力学模型推导出不同摩擦钢板跨中挠度下的理论滞回曲线.为验证理论分析的正确性,对该耗能支撑进行拉压循环力学试验,分别研究位移幅值、摩擦钢板跨中挠度对其滞回曲线、力学参数的影响.试验得到的滞回曲线与理论滞回曲线大致相符,证明了本支撑设计的合理性.     

自复位耗能支撑滞回特性及钢框架抗震性能分析

为验证利用组合碟簧复位、摩擦装置耗能的自复位耗能支撑(DS-SCEDB)工作性能,对一根长为1.6 m的DS-SCEDB构件进行了拟静力试验,研究了其拉压对称性、耗能以及复位能力,并建立能够考虑初始残余变形的支撑分段简化模型.采用LS-DYNA有限元软件,对该恢复力模型进行二次开发,对比分析支撑有无初始残余变形两种情况...     

装配式自复位屈曲约束支撑滞回性能

提出了一种装配式自复位屈曲约束支撑(ASCBRB),对其基本构造、受力机理和滞回性能进行了理论分析,建立了ASC-BRB的有限元模型,进一步分析了ASCBRB的滞回性能,并研究了关键构造参数对其滞回性能的影响规律。结果表明,理论恢复力模型能够有效描述ASCBRB的滞回特征,理论结果与有限元结果整体吻合较好。碟簧组合压并后,支撑刚度显著增大,能够防止强震下结构层间变形的快速增加,减小层间变形集中效应。进行ASCBRB设计时,各关键构造参数需合理匹配,使得ASC-BRB具有良好的变形能力、耗能能力和复位能力,并可以有效减小结构在强震下的层间变形集中效应。     

具有复位功能的阻尼耗能支撑设计与滞回性能研究

为控制结构侧向变形和震后残余变形,提出一种具有复位功能的阻尼耗能支撑,该支撑采用组合碟簧提供复位力,永久磁铁产生恒定磁场,利用磁流变液的流变性能耗散地震输入能量.在复位系统和耗能系统滞回模型基础上,建立了描述支撑滞回特性的恢复力模型,并对其磁路及滞回性能进行了模拟分析.结果表明,新型阻尼耗能支撑具有稳定饱满的旗形滞回特性,复位性能良好,可提供必要的抗侧刚度和复位力以减小结构层间位移及震后残余变形,其耗能能力随着加载速率增大而增强,所建立的恢复力模型可以精确描述支撑的滞回特性.     

自恢复耗能支撑框架结构滞回特性模拟分析

介绍了新型预压弹簧自恢复耗能(PS-SCED)支撑在低周反复荷载作用下的滞回特性,并对采用新型PSSCED支撑与普通支撑的单层单榀框架结构的抗震性能进行了对比分析.结果表明,PS-SCED支撑框架结构在动力荷载作用下可展现出稳定的旗形滞回曲线,具备良好的耗能能力及自恢复性能.与普通支撑框架结构相比,PSSCED支撑框架结构承载能力至少提高44%,,累积滞回耗能能力提高20%,,残余变形角减小64%,,故PS-SCED支撑可有效提高结构的整体抗震性能.     

自复位耗能摇摆柱在不同参数下的滞回性能分析

目的研究参数变化对自复位耗能摇摆柱滞回性能的影响规律,为结构设计提供参考.方法利用Open Sees有限元软件对自复位耗能摇摆柱,在5%和15%轴压比、不同自复位耗能支撑长度Ls、第一刚度K1、第二刚度K2、摩擦力F、预拉力P0及其角度γ和摇摆柱截面尺寸d下的滞回性能进行研究.结果角度γ变化对自复位耗能摇摆柱滞回性能影响显著,15%轴压比、20°~40°时可充分发挥其性能;除K1变化对其耗能无显著影响外,其余参数增大均使耗能有所增加;除d的增大使其自复位性能显著下降外,其余参数变化对自复位性能均无显著影响.结论各参数变化对自复位耗能摇摆柱滞回性能影响迥异、具有显著规律性,可为结构设计提供参考.     

碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑滞回性能

为解决传统自复位防屈曲支撑变形能力不足的问题,提出一种碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑（Disc Spring-Steel Tendon Self-centering Buckling-restrained Brace,DT-SCB）. DT-SCB采用串联的钢绞线及碟簧组成的复位系统提供复位能力,通过两个并联的一字型内芯耗散地震能量. 介绍了DT-SCB构造、各阶段工作机理及恢复力模型. 建立有限元模型,研究复位比率αsc、钢绞线与碟簧组刚度比K1、复位元件与耗能系统刚度比K2等参数对支撑滞回性能、自复位效果及耗能能力的影响. 研究结果表明：提出的DT-SCB恢复力模型与模拟结果吻合较好,所有DT-SCB支撑在最大加载位移（2.5%轴向应变）内未发生明显破坏,支撑滞回曲线呈旗帜型特征,且具有稳定的耗能能力. 相比于传统基于钢绞线的自复位防屈曲支撑,DT-SCB具有更强的变形能力. DT-SCB最大残余变形随复位比率αsc提高显著减小,而刚度比K1的增加会削弱复位比率对支撑残余变形的控制效果. 钢绞线与碟簧组刚度比过大（K1≥2.0）会导致碟簧组提前被压平,进而降低支撑的变形能力. DT-SCB耗能能力受刚度比K2影响较大,其等效黏滞阻尼比随刚度比K2的增大而降低. 罕遇地震下支撑-框架结构非线性时程分析结果表明,DT-SCB可以有效减少结构的最大层间位移角及残余层间位移角,提高结构抗震性能.     

钢板剪力墙滞回性能分析与简化模型

采用壳单元分析了高厚比在100~300之间的钢板剪力墙在滞回荷载作用下的力学性能,在此基础上,提出了可用于结构体系分析的钢板剪力墙简化分析模型,即混合杆系模型,此模型避免了结构体系分析中采用壳单元模拟钢板剪力墙时的不易收敛问题,同时大大简化了分析过程.将混合杆系模型的计算结果和采用壳单元的分析结果进行对比,同时也和已有的试验结果进行对比来验证其正确性.混合杆系模型的提出为带有钢板剪力墙的结构体系弹塑性分析奠定了基础.     

不同形式的槽钢加劲钢板剪力墙滞回性能研究

钢板剪力墙是一种具有良好的延性、抗侧刚度和耗能能力的新型抗侧力结构,非常适用于高烈度地区建筑,通常采用加劲的方法以改善钢板墙的性能.为了对比不同槽钢加劲形式、框-板连接形式对钢板剪力墙滞回性能的影响,建立了非线性有限元模型进行分析,以预测加劲钢板剪力墙的抗震性能和破坏行为.通过建立11个双层单跨的加劲钢板剪力墙模型,包括竖向加劲、斜向加劲、单侧开洞、两边连接等情况,对其承载能力、耗能能力、退化特性、延性和破坏特征等问题进行了对比分析.结果表明,加劲肋能有效改善钢板剪力墙的滞回曲线"捏缩"现象,不同程度地提高钢板剪力墙的承载能力和抗侧刚度,其中斜向布置加劲肋能明显地提高结构抗侧刚度和承载能力,并在墙板屈曲后维持较高的刚度;而竖向加劲形式对结构的刚度和承载力提高较小,墙板受力更加均匀.两边连接形式的钢板剪力墙能有效避免对框架柱的附加弯矩,并可很好地与加劲钢板协同工作,结构具有较好的稳定性和耗能能力.当墙板跨高比较大时,采用小区格的交叉加劲形式有更好的效果,对角加劲形式在屈曲后对框架柱有较大的附加作用,因此设计时应增大柱截面或考虑进一步减小板厚,避免框架柱过早发生局部屈曲进而导致结构承载力下降.     

约束型双钢板混凝土组合剪力墙滞回性能的分析

借鉴钢管约束型混凝土柱的概念,本文提出了一种新型抗侧力结构——约束型双钢板混凝土组合剪力墙,即在每层组合剪力墙顶与楼板交接处将外包钢板切断并预留一定宽度的缝隙而形成的一种新型组合剪力墙,并利用有限元软件ABAQUS建立1片普通双钢板混凝土组合剪力墙和4片约束型双钢板混凝土组合剪力墙模型,分析不同宽度的缝隙对其滞回性能的影响。结果表明:在高轴压比作用下,相较于普通型双钢板混凝土组合剪力墙,约束型双钢板混凝土组合剪力墙的承载力、延性、耗能能力得到大幅提高,是一种能够很好改善双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能的优良结构,在高轴压比n=0. 5下约束型双钢板混凝土组合剪力墙的最优开缝宽度为外包钢板高度的3%(81 mm)。     

沿竖向耗能剪力墙滞回特性的计算方法

为了研究沿竖向耗能剪力墙的抗震能力,进行了这种剪力墙和普通实体墙的低周反复荷载试验,建立了剪力墙的剪力－剪切变形滞回模型和耗能装置的滞回模型,并利用多垂直杆元模型计算这两类剪力墙在反复荷载作用下的荷载－位移滞回曲线,计算曲线和试验曲线比较一致,表明了所采用的计算模型和滞回模型的正确性     

铰接钢框架自复位耗能支撑子结构抗震性能试验研究

为了研究安装自复位耗能装置的铰接钢框架支撑结构的抗震性能,设计制作了一榀1:2缩尺的两层单跨平面铰接钢框架自复位耗能支撑子结构.通过低周反复加载试验,对其屈服荷载、延性、耗能及复位性能等抗震性能进行了研究.结果表明,随着加载幅值的增大,子结构耗能和变形回复率均逐渐增大.该子结构的自复位耗能装置可充分发挥其耗能和自复位作...     

钢板剪力墙自复位结构的设计方法

为了探讨新的抗震结构体系,在结合了国内外相关研究基础上,分析了自复位框架、预应力钢绞线和用作耗能器的钢板剪力墙的性能,设定了自复位结构的性能目标,提出了钢板剪力墙自复位结构体系的设计方法,并试计了一个自复位框架结构。利用有限元软件验证了模拟自复位结构方法的适用性,并分析试设计结构在地震作用下的响应。分析结果表明设计结构能够满足设定的性能目标,证明所提出的新型结构体系设计方法是可行的。     

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。     

双层钢板-内填混凝土组合剪力墙滞回性能数值分析

在试验研究的基础上,分析双层钢板-内填混凝土组合剪力墙结构的受力特点,建立了带初始缺陷的有限元数值计算模型,并与试验结果进行了对比;通过有限元数值模拟,分析了轴压比、高宽比、宽厚比等主要参数对剪力墙滞回性能的影响规律及其特征.研究结果表明,高宽比、宽厚比、轴压比对双层钢板-内填混凝土组合剪力墙受力性能均有影响,轴压比是影响承载能力的主要因素,而高宽比与宽厚比是影响初始刚度的主要因素.     

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.     

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...     

抑制屈曲支撑滞回性能分析

为研究采用我国Q235B钢和两种无黏结材料设计制作的抑制屈曲支撑试件的滞回性能,对6个试件进行了拉压循环荷载作用下的滞回性能试验．其中,利用钢管混凝土抗弯承裁力理论和连续弹性约束体的稳定理论完成支撑整体稳定与内核构件约束段高模态稳定设计;外伸无约束段钢板宽厚比满足我国铜结构规范塑性设计的要求;选取适当厚度的无黏结材料以控制内核构件与外包铜管混凝土之间间隙的大小,最后基于ANSYS对试件的滞回性能进行了有限元分析．在试验过程中抑制屈曲支撑试件没有发生稳定破坏,拉压屈服后均有明显应变强化,最大延性接近设计值15,累计延性超过700．滞回曲线稳定饱满,耗能能力强,拉压承载力差值控制在10％左右,恢复力模型可简化为对称双线性模型．内核构件采用一字形比采用十字形截面的试件滞回性能更好．有限元分析结果与试验结果吻合良好．因此设计制作的抑制屈曲支撑所采用的材料、构造措施及设计方法均较为合理,能保证其具有优良的滞回性能．