新型钢管混凝土梁柱节点力学性能试验研究

为研究内加强环式圆钢管混凝土柱与矩形钢管混凝土梁这种新型连接节点的力学性能,设计了缩尺钢管混凝土梁柱节点试件,开展了相同梁柱节点试件的静力加载试验和低周往复加载试验。通过研究该节点试件的破坏模式、荷载-位移曲线以及拟静力加载试验的骨架曲线、核心区剪切变形等,分析了节点试件的承载能力、延性和耗能能力,全面考察了同一梁柱节点在静力加载和低周往复加载两种工况下的受力性能和破坏模式。结果表明:钢管混凝土梁柱节点试件核心区强度较强,破坏模式主要为梁端破坏,低周往复加载试验时试件梁柱连接处附近的梁端钢板发生拉裂破坏和钢板鼓曲,静力加载试验时试件梁端焊缝发生拉裂破坏;试件延性较好,加载过程中经历了弹性、弹塑性和塑性发展阶段。最后提出了该类钢管混凝土梁柱节点核心区的抗剪强度计算公式。

轻钢龙骨混凝土复合外挂墙板力学性能试验研究

复合墙板性能关系着结构的安全,在新设计建造的轻钢龙骨复合墙板投入使用前应进行力学性能试验,以评估其安全性能。为研究墙板的受力变形过程及破坏形态,对两片不同的轻钢龙骨混凝土复合外挂墙板分别进行四点弯曲试验和低周反复荷载试验。弯曲试验结果表明,弯曲过程中墙板出现裂缝时的计算等效均布荷载大于建筑风荷载标准值,抗弯性能满足受力要求。墙板经历了弹性阶段、弹塑性变形阶段和屈服破坏阶段,主要通过钢材屈服后的弹塑性变形和材料的破坏来实现耗能,屈服前耗能占总耗能的6.19%,屈服后累计耗能呈现二次抛物线增长,这一结果体现了墙板良好的抗震能力。研究结果可为实际应用提供依据。

南方山区民居木结构榫卯节点抗震性能试验研究

为研究截面参数和节点形式对有穿销直榫节点抗震性能的影响,首先,以梁高、梁宽为研究参数,并与有穿销透榫节点作对比,共设计制作了4个足尺节点试件;然后,通过低周往复加载试验,研究不同参数下节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、强度和刚度退化及耗能能力等性能;最后,推导有穿销直榫节点的弯矩-转角理论公式,并与试验结果进行对比.研究结果表明:试件的主要破坏形态为柱内侧梁榫受拉边缘的顺纹拉裂破坏,伴随有柱内侧梁榫受压边缘的挤压变形和柱外侧梁榫的水平劈裂;节点的弯矩-转角滞回曲线呈捏缩效应明显的反Z形;在试验设计参数范围内,有穿销直榫节点的转动刚度和抗弯承载力随着梁截面高度和宽度的增大而增大,但是强度退化系数和等效黏滞阻尼系数的变化不明显;相比于有穿销透榫节点,有穿销直榫节点的正向抗弯承载力大62%,反向抗弯承载力大26%,且承载力下降更平缓,表明有穿销直榫节点具有更好的抗震性能;有穿销直榫节点理论公式所得结果与试验结果误差在9%内.

冷弯薄壁型钢-结构防火一体板自攻螺钉连接性能试验研究

开展冷弯薄壁型钢-结构防火一体板自攻螺钉连接抗剪性能试验研究,完成35个典型试件单调拉伸及低周往复加载试验,分析结构防火一体板厚度、螺钉直径、螺钉端距及加载角度等因素对其抗剪性能的影响。结果表明:不同加载角度及螺钉端距的试件呈现不同的破坏模式,主要包括板材端部撕裂破坏、板材孔壁承压破坏、板材被拉断破坏等,且破坏时试件的自攻螺钉存在不同程度的倾斜。对于试验端分别采用直径为4.8、5.5 mm螺钉的试件,试件的峰值荷载及延性系数与螺钉直径无明显相关性,弹性刚度随着螺钉直径增大而显著提升;随着螺钉端距由15 mm增大至25 mm,试件的弹性刚度无明显变化,而峰值荷载和延性系数提高了约35%;随着板厚由12 mm增大到20 mm,试件的峰值荷载提高了约40%,弹性刚度提高了约90%,延性系数降低了约30%;与加载角度为0°的试件的特征参数相比,加载角度为45°时,试件弹性刚度提高了约100%,峰值荷载及延性系数无明显差别;加载角度为90°时,试件弹性刚度及峰值荷载无明显差别,延性系数降低了约40%。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法研究

通过对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行低周反复荷载试验,分析再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率及圆钢管壁厚参数对组合柱水平承载力的影响规律;观察了组合柱的破坏形态及特征,研究了圆钢管、型钢翼缘及腹板应变的发展规律,分析了组合柱的地震破坏特征。研究表明,在水平地震作用下组合柱发生典型的压弯塑性铰破坏。在此基础上,结合现有规范提出了基于叠加原理的圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法。计算结果表明,其水平承载力计算值与试验值吻合度较好,能较为准确地预测组合柱的水平承载力。

预制可更换人工塑性铰连接的非线性有限元分析

为提高装配式框架节点的抗震性能,基于仿生学设计,提出一种具有结构“保险丝”功能的可更换人工塑性铰连接构造,设计了9个不同参数的可更换人工塑性铰试件.利用Abaqus软件,对可更换人工塑性铰试件施加低周往复荷载,探究该构造的破坏模式、滞回性能、刚度退化等抗震特性.研究结果表明:可更换人工塑性铰构造的破坏位置主要集中于翼缘屈曲可更换连接板处,破坏模式为翼缘屈曲可更换连接板屈曲变形和抗剪耗能杆的剪切变形破坏;梁端弯矩-层间位移角的滞回曲线饱满,且有螺栓滑移现象,等效黏滞阻尼系数为0.30~0.45,延性系数为3.64~14.00,表现出良好的塑性变形和耗能能力.

地铁车站顶层高强钢筋节点抗震性能试验研究

研究目的:地铁车站顶板上方由于铺设管线需要,要求覆土较厚,造成顶板荷载较大,导致顶梁截面增大;由于城市路面宽度限制,需减小柱截面,以节约地下使用空间,形成“强梁弱柱”的结构形式,对结构抗震带来不利影响。为提高地铁车站顶节点抗震性能,本文以某地铁车站梁柱节点为研究对象,制作缩小尺寸(缩尺)模型试件,开展低周往复试验,研究柱中配置高强钢筋对顶节点破坏形态、承载能力、耗能能力等抗震性能指标的影响。研究结论:(1)柱中配置高强钢筋和普通钢筋的节点,均为强梁弱柱式的破坏形态,但配置高强纵筋能够减轻顶层梁节点处柱的破坏程度;(2)在柱中配置高强纵筋能够明显提升顶层梁柱节点的承载和变形能力,延缓刚度退化速率,提高耗能能力,从而改善节点抗震性能;(3)本研究成果可为以地铁为代表的复杂地下结构梁柱节点的设计优化提供一定的理论参考。

铁路站台现浇钢筋混凝土单柱雨棚结构抗震性能研究

本文通过对铁路站台现浇钢筋混凝土单柱雨棚结构柱试验研究、有限元模拟分析和R-μ规律研究,分析单柱雨棚结构平面外的抗震性能。结果表明:铁路站台现浇钢筋混凝土单柱雨棚结构按照当前规范标准体系进行抗震设计安全,并给出了兼顾安全和经济的抗震设计宏观控制指标。

CFRP布加固广府古建木结构残损箍头榫节点抗震性能研究

采用不同方案的碳纤维(CFRP,Carbon Fiber Reinforced Plastics)布,对6个经过抗震性能试验的残损箍头榫节点试件进行加固,并进行抗震性能试验.结果表明:有3个加固后节点试件的峰值承载能力超越了加固前试件的峰值承载能力,加固后节点的峰值承载力主要与梁榫原始损伤程度及加固量直接相关.加固后节点的初始刚度明显大于加固前的节点,而加固后试件的极限转角普遍小于加固前,但大部分试件极限位移转角均能达到1/21以上,说明此方法加固的节点具有良好的抗震变形能力.加固梁上侧与下侧的CFRP布,对受拉损伤的梁起了重要的补强作用.梁侧面CFRP布在节点区转角较大时退出工作,而L型CFRP布也随着节点转角的增大而逐步退出工作.

钢接头连接的装配式混凝土叠合梁-柱节点抗震性能试验

在国内外装配式节点研究的基础上,提出了一种钢接头连接的装配式混凝土叠合梁-柱节点,为研究其抗震性能进行了低周往复加载试验.试验结果表明:新型节点中预制梁的型钢接头和纵筋焊接能有效传递二者间的应力;叠合梁-柱节点具有较好的整体性;节点的塑性铰产生在梁的型钢接头和纵筋焊接部位附近,梁柱节点核心区域破坏较小;新型节点耗能能力较好;装配式节点比现浇节点有更高的承载力,但是延性更低.

剪切型阻尼器增强大头榫节点模型试验研究

中国传统木结构建筑破坏主要由榫卯节点松动、变形及拔榫引起.为解决榫卯节点容易松动、变形及拔榫破坏问题,引入节点阻尼器技术,在传统木结构建筑榫卯节点处安装扇形剪切型阻尼器.为研究传统木结构典型节点大头榫安装阻尼器后的抗震性能及增强效果,设计制作了6个大头榫足尺节点模型,其中3个榫卯节点未装阻尼器,3个榫卯节点安装阻尼器.通过低周反复加载试验研究6个试验模型的滞回特性、骨架曲线、刚度退化曲线及等效黏滞阻尼系数变化规律.研究结果表明:安装阻尼器可以有效控制节点的拔榫破坏;同时有效增强节点耗能、强度及刚度;安装阻尼器节点模型的极限承载力是未安装节点模型的1.5~3.5倍.

木结构榫卯节点抗震性能及加固试验分析

不同类型榫卯节点的加固方式应根据其具体破坏模式来选择,为探究不同加固方式与榫卯节点类型的适宜性,采用多阶屈曲阻尼器、伸臂式金属阻尼器、钢条分别对透榫节点、燕尾榫节点、半榫节点进行加固,通过开展加固与未加固榫卯节点低周反复荷载试验,并对比分析了榫卯节点的破坏特征、水平承载力、刚度和耗能能力.试验结果表明:各加固方式均能有效抑制节点拔榫、增加节点耗能、提升节点最大承载力和刚度等抗震性能指标,但各加固方式效率及对节点性能影响差异明显.其中,多阶屈曲阻尼器、伸臂式金属阻尼器和钢条加固节点的最大承载能力较未加固节点分别提高了46.7%、496%、203%;加固节点的初始刚度分别提高了14.5%、426%、221%;多阶屈曲阻尼器可显著增强透榫节点的耗能能力且对其承载力和初始刚度影响有限;伸臂式金属阻尼器可大幅提升燕尾榫节点的初始刚度和最大承载力,有效避免出现榫颈和榫角断裂;钢条加固方式在有效抑制半榫节点的拔榫的同时能有效提升节点刚度和承载力.可见,不同类型榫卯节点应根据性能需求选用适宜的加固方式并对加固参数进行合理化设计.

轻钢骨架水泥粉煤灰发泡墙板的抗震性能

针对轻钢轻混凝土组合墙板抗震性能的研究相对缺乏,同时为研究不同填料对轻钢骨架水泥粉煤灰发泡墙板抗震性能的影响规律,设计了3个不同填料的墙板进行低周往复水平荷载试验,探究了不同填料对墙板的抗震性能的影响。结果表明:不同填料配比墙板的破坏模式大致相同,墙板的整体性和抗震性能较好;在轻钢骨架水泥粉煤灰发泡墙板中掺入聚丙烯纤维和增加水泥用量可以有效地提高墙体的抗震性能和抗侧刚度,增强墙体的承载力和延性,同时还可以明显提高墙体的变形能力以及耗能能力。与对照组相比,掺加0.4%聚丙烯纤维或增加水泥用量至50.0%的墙板受剪承载力均提高了约54.0%,抗侧刚度分别提高了26.0%和15.0%,累计耗能分别提高了172.0%和86.0%。

梁端削弱对模块化栓焊混合节点滞回性能的影响

为了揭示不同梁端截面削弱构造对模块化栓焊混合连接节点抗震性能的影响规律,利用ABAQUS软件建立14个具有梁端截面削弱构造的新型梁柱节点模型,通过试验和参数分析验证节点有限元模型的合理性。研究表明:翼缘和腹板分别单独削弱时,能够减小核心模块和柱端钢骨的应力,增大翼缘连接板处的应力集中。“梁端翼缘+腹板”同时削弱时,能够在梁端削弱截面位置处形成塑性铰,显著减小核心区模块的应力集中和翼缘连接板处的损伤,减小节点的整体变形并提高其耗能能力。研究结论为新型模块化栓焊混合连接节点的工程设计和应用提供理论支撑。

新型黏弹性阻尼器增强穿斗木结构实验研究

为研究自主研发的新型黏弹性阻尼器加固村镇传统木结构的抗震性能,本文基于云南“一颗印”穿斗式木构架做法,制作了两榀足尺穿斗式木构架作为模型,其中一榀为穿斗木结构纵向木构架,另一榀为穿斗木结构横向木构架,依次对两榀木构架进行低周往复试验。研究模型结构的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、耗能性能和拔榫量的对比分析。结果表明:未加固木构架的滞回曲线呈明显反“Z”形,加固木构架的滞回曲线更饱满;新型黏弹性阻尼器成功地弥补了原始缺陷,提升了木构架的初始刚度;对比未加固木构架,加固后的纵向木构架的最大拔榫量降低了68.5%,横向木构架的最大拔榫量降低了81.25%。说明新型黏弹性阻尼器能够抑制节点拔榫破坏,提升木构架的抗侧刚度和耗能能力。

装配式人字撑复合墙板异形柱框架抗震性能研究

提出一种新型装配式人字撑复合墙板异形柱框架结构。为研究其抗震性能,对一榀1/2缩尺异形柱框架结构进行低周反复荷载试验,分析其破坏形态、滞回曲线、承载力、耗能能力、位移延性、刚度退化等指标,并通过ABAQUS有限元软件模拟后将模拟结果与试验结果进行了对比分析。研究结果表明:装配式人字撑复合墙板异形柱框架结构呈现“泡沫混凝土-人字撑-叠合框架梁-组合异形框架柱”分级破坏顺序;复合墙板以剪切破坏为主;人字撑在水平往复位移荷载作用下,可与异形柱框架结构形成双重抗震体系,提高结构的抗震能力;有限元模拟结果与试验结果吻合良好,该有限元模拟方法适用于装配式人字撑复合墙板异形柱框架结构。

复式钢管混凝土T形件单边螺栓节点承载力研究

T形件单边螺栓连接节点应用到复式钢管混凝土结构中可充分利用双层钢管的截面特点,传力性能好且抗震性能高。对5个节点试件进行柱端水平往复加载试验并进行了数值模拟分析,试验中T形件因加肋方式不同出现了3种变形特征,而节点整体的破坏形态均为T形件屈服后钢梁塑性变形,数值模拟结果与试验结果吻合较好。根据试验和有限元结果分析了节点传力构件的受力机理,提出T形件受拉模型,分别计算T形件翼缘和加劲肋提供的抗弯承载力,从而得到节点的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果误差较小,与数值模拟结果也十分相近。研究结果表明采用T形件受拉模型计算的节点承载力公式适用于T形件与单边螺栓强度相匹配的情况,T形件加肋形式对节点极限承载力影响最大,其次为T形件翼缘厚度,T形件腹板厚度影响很小;此外随着T形件翼缘厚度的增加节点承载力提高越来越小,故得出了单边螺栓直径与T形件翼缘厚度的最大临界值和最佳匹配值,为该节点工程应用提供理论参考和设计依据。

支撑与腰梁及连续墙节点抗震性能研究

研究目的:装配式建筑技术具有材料能耗低、生产效率高等优点,国内已逐步将装配式建筑技术应用于地铁车站的建设当中。为适应广州地区常见的内支撑支护体系,广州地铁提出一种新型的装配式地铁车站形式,该地铁车站的临时支护结构将作为车站的永久结构,采用“两墙合一”的设计,因此该工程对其地下连续墙-腰梁-支撑连接节点的连接精度及力学性能要求较高。本文基于该工程背景,针对连续墙-腰梁-支撑连接节点的足尺构件进行低周循环加载试验,探究在本工程中采用钢板连接及接驳器连接两种连接方案的适用性及安全性,并对比两种足尺节点的抗震性能的差异。研究结论:(1)试验结果表明两种连接方式的节点均能满足装配式地铁车站结构的设计抗震性能要求;(2)两个构件的破坏位置均为腰梁与支撑连接处界面,在进行抗震设计时应加强该处的连接强度;(3)与钢筋接驳器连接的节点相比,钢板连接节点的强度退化小、刚度大、延性好、抗震性能更优,可优先作为该类装配式地铁车站的连接方式;(4)本研究成果可为装配式地铁车站节点的抗震设计提供参考。

正弦波形钢板阻尼器力学性能试验研究

为解决传统剪切钢板阻尼器耗能腹板面外刚度小,大变形下容易发生面外屈曲等问题,提出一种正弦波形钢板阻尼器,考虑波形腹板的放置方向和屈服强度,设计4个试件,开展拟静力试验,探究其滞回性能、承载能力和刚度退化等。研究表明:耗能能力强、延性性能好,大变形下滞回性能稳定是正弦波形钢板阻尼器的特性;横向波形钢板阻尼器的峰值荷载较低,而其耗能能力、延性优于竖向波形钢板阻尼器;竖向波形钢板阻尼器的初始弹性刚度较大,但其刚度退化的速率大于横向波形钢板阻尼器;腹板采用低屈服点钢制作的阻尼器,其滞回曲线比较饱满。

波浪腹板PEC梁抗震延性性能试验研究

传统部分填充钢-混凝土(partially encased composite,PEC)梁通常选用平直腹板,该类腹板的受剪承载力偏低,且平直腹板与混凝土之间无机械咬合力,不利于两者的协同工作。为解决平直腹板带来的不利影响,选用波浪腹板进行截面替换,形成新型波浪腹板PEC梁。通过低周反复荷载试验,分析波浪腹板PEC梁在地震荷载作用下的抗震延性性能,研究了翼缘厚度、剪跨比对正弦波浪腹板PEC梁的承载力、破坏形式、变形能力、滞回耗能能力和刚度退化等的影响规律。研究结果表明:合理设计波浪腹板PEC梁的承载力和抗震延性性能较好;剪跨比对梁的破坏形式及延性有显著影响,翼缘厚度增大可以有效提高梁截面承载力,但过厚的翼缘会影响型钢与混凝土的协同工作性能,在试验中翼缘厚度较小,剪跨比较大的构件型钢与混凝土匹配度高,其延性和耗能能力发挥最为充分。