一种新型软钢阻尼器的设计及数值模拟

为避免既有金属剪切型阻尼器存在的应力集中问题,进一步提高耗能能力,提出一种新型波形软钢阻尼器。利用通用有限元软件建立实体模型,对其进行数值模拟研究。通过对不同波角和厚度、腹板及翼缘材料的强度比对阻尼器力学性能的影响分析可以发现:波角和腹板与翼缘的材料强度比不变时,厚度为5 mm,阻尼器的力学性能最佳;当厚度和腹板与翼缘的材料强度比不变,波角为60°时,阻尼器的力学性能最佳;为充分发挥腹板的耗能作用,腹板与翼缘的材料强度比为1~1.47;理论计算与数值模拟吻合度高,可以通过计算改变相关参数,得到实际工程所需阻尼器。

波形钢板剪力墙拟静力试验及数值模拟

为对比波形钢板剪力墙和平钢板剪力墙的抗震性能,进行了水平、竖向波形钢板剪力墙试件和平钢板剪力墙试件的拟静力加载试验,并利用有限元软件对三种钢板剪力墙试件进行了非线性数值分析。试验及有限元分析结果表明:波形钢板剪力墙试件的承载能力和滞回性能显著优于平钢板剪力墙。有限元分析表明:三种钢板剪力墙模型的滞回曲线与试验试件的滞回曲线基本吻合,且模型的特征点位移、荷载与试验数据的相对误差在10%以内,模拟分析结果与试验结果吻合度较高,进而对钢板剪力墙深入研究;试验中发现约束边缘构件H型钢柱刚度不足,导致平钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,波形钢板剪力墙其腹板未能充分发挥其力学性能。从有限元分析结果可知,将H型钢柱更换为刚度较大的方钢管柱,可以有效防止钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,使得内嵌钢板的力学性能得以充分发挥,三种钢板剪力墙的抗震性能均有较大的提升,且其中竖向波形钢板剪力墙抗震性能最佳。在此基础上,以竖向波形钢板剪力墙为例,分析波幅和波长对其抗震性能的影响。有限元结果表明,随着波幅的增大,剪力墙的抗震性能逐步提高,但当波幅超过70mm时,其抗震性能提高的速度降低,随着波长的减小,剪力墙的抗震性能逐步提高,但由于波形钢板加工工艺的限制,波形钢板的波长为100mm左右时,剪力墙的抗震性能表现较好。

带可更换阻尼器的竖向波形钢板剪力墙及组合墙抗震性能试验对比研究

为研究一种新型带有可更换阻尼器的波形钢板剪力墙及组合剪力墙的抗震性能,对该波形钢板剪力墙及组合剪力墙试件进行低周往复初次加载及阻尼器更换后二次加载.从试件的抗侧承载力、变形和耗能能力、破坏形态,阻尼器的变化等方面,对波形钢板剪力墙和组合剪力墙进行了相互对比,及各自加载前后的自身对比.分析了新型剪力墙试件变形和耗能能力,承载力退化,刚度退化的情况.研究结果表明:钢板剪力墙与组合剪力墙在初期加载时滞回曲线几乎重合,抗震性能接近.更换阻尼器二次加载时,钢板剪力墙初次屈曲部位在加载过程中发生应力集中,变形持续加剧,引起结构承载力严重劣化.而组合剪力墙因钢板外混凝土的包裹,初次加载中未发生屈曲,更换墙趾耗能构件后剪力墙整体抗震性能有一定提升.

一种弯剪型软钢阻尼器的力学性能

为解决现有部分金属阻尼器平面外刚度低,易局部屈曲等问题,提出一种波形软钢阻尼器,考虑波形板放置形式,设计2个试件,并进行拟静力试验研究。基于试验试件的结构形式和尺寸,建立对应的2个有限元模型,分别采用双线性随动强化模型、非线性随动强化模型和混合强化模型进行有限元计算。在此基础上,对试件和模型宏观上的受力变形以及微观上的应变发展规律进行对比分析,进而对水平波形软钢阻尼器拓展因素进行分析。研究结果表明:这种波形软钢阻尼器具有稳定的滞回性能,水平波形软钢阻尼器的耗能性能优于竖向波形软钢阻尼器的耗能性能,但其承载力要比竖向波形软钢阻尼器的低。在混合强化模型下,波形软钢阻尼器模型的力学参数与试验结果吻合度较高,说明混合强化模型是波形软钢阻尼器比较精确的本构模型;当腹板高宽比为0.9时,阻尼器的耗能能力和承载能力最佳。

波形钢板混凝土组合剪力墙轴压比影响研究

为研究轴压比对波形钢板混凝土组合剪力墙的影响,利用ABAQUS有限元软件对不同轴压比的竖向、水平波形钢板混凝土组合剪力墙进行非线性分析,以考察轴压比对波形钢板混凝土组合剪力墙的滞回性能、变形能力、抗侧承载力、抗侧刚度及耗能能力的影响,并对其分析结果进行了试验验证。有限元分析结果表明:当轴压比在0.15~0.45范围内且逐步增大时,竖向波形钢板混凝土组合剪力墙的承载能力和耗能能力随之增强,其延性和变形能力反之减弱;当轴压比超过0.6时,剪力墙的抗震性能表现较差。当轴压比在0.15~0.30范围内且逐步增大时,水平波形钢板混凝土组合剪力墙的承载能力随之增强,其延性和变形能力反之减弱,但对耗能能力影响不显著;当轴压比超过0.30时,剪力墙的抗震性能表现较差;当轴压比超过0.6时,其极限状态下的位移角低于位移角限值要求。轴压比在0.15~0.30范围内,当竖向、水平波形钢板混凝土组合剪力墙的轴压比相同时,前者表现出更好的抗震性能。为了确保有限元分析结果的可靠性,后续对两个剪力墙试件进行了拟静力试验,结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合度较高,因此,有限元分析所得结果可为后续实际工程提供参考。

钢板剪力墙约束边缘构件与内嵌钢板刚度匹配关系研究

为了研究波形钢板剪力墙的力学性能和耗能能力,设计了3个钢板剪力墙试件并进行了拟静力试验。试验结果表明,波形钢板剪力墙的滞回性能、承载能力和延性均优于平钢板剪力墙,且横向波形钢板的力学性能最优;同时分析试验的破坏形态发现,3个试件均是由于约束边缘构件H型钢柱刚度不足,导致试件发生失稳破坏,未能充分发挥内嵌钢板的力学性能;为了明确约束边缘构件与内嵌钢板刚度匹配关系,通过ABAQUS有限元分析软件建立12个模型进行数值分析,其中3个模型的几何参数与试验试件保持一致。对比数值分析结果和试验结果得出:有限元分析结果和试验结果吻合度较高;其余9个模型通过改变H型钢柱的翼缘宽厚比的方法,来改变H型钢柱与内嵌钢板的刚度匹配关系。分析结果表明,H型钢柱的翼缘宽厚比为13.9时,约束边缘构件与内嵌钢板的刚度匹配最优。

波形钢板剪力墙几何初始缺陷的敏感度分析

为研究波形钢板剪力墙的力学性能,进行了竖向和水平波形钢板剪力墙的试验研究,试验结果表明:水平波形钢板剪力墙的承载能力和滞回性能均优于竖向波形钢板剪力墙。试件均为纯钢构件,在制作、运输及安装过程中,易产生局部的几何变形,后续通过ABAQUS有限元分析软件建立10个有限元模型,考察不同初始缺陷大小对波形钢板剪力墙力学性能的影响,并与试验结果进行对比。通过对比结果分析得出以下结论:初始缺陷是波形钢板剪力墙建模分析时不可忽略的因素;随着初始缺陷峰值的增大,竖向和水平波形钢板剪力墙的承载力下降速率均随之增大,当初始缺陷峰值为腹板高度的1/250时,与完善剪力墙模型相比,其承载力分别下降了19%和9.5%;添加同样幅度的初始缺陷,其对竖向波形钢板剪力墙的力学性能影响远大于对水平波形钢板剪力墙力学性能的影响。

波形反对称软钢阻尼器力学性能试验研究

设计了一种波形软钢阻尼器,针对其滞回力学特性和耗能减震能力,进行了2个波形钢板不同放置形式的波形软钢阻尼器的拟静力试验,试验结果表明波形软钢阻尼器具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力。其中由于竖向波形软钢阻尼器在水平方向会产生拉压应力场,压缩刚度大,导致其滞回性能和延性均比水平波形软钢阻尼器的差。在整个试验加载过程中,未出现焊缝撕裂现象,说明二氧化碳保护焊可以很好地保证阻尼器整体结构承载和变形能力。利用ABAQUS有限元分析软件建立6个波形软钢阻尼器模型,以试验中的水平波形软钢阻尼器作为基本模型,钢板厚度和波角两个因素作为变量,进行数值分析,结果表明:模拟分析与试验结果吻合较好;当钢板波角为60°时,波形软钢阻尼器力学性能最优;钢板厚度过大会使阻尼器角部应力集中,过早产生局部屈曲,而厚度偏小会使得阻尼器的耗能能力和承载能力不佳,钢板厚度取值6 mm时力学性能最佳。