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。

钢纤维地质聚合物混凝土冲击力学性能研究

通过控制粉煤灰、矿渣用量制备基准强度分别为C50、C60和C70的普通地质聚合物混凝土试件,再掺入不同体积量(0.3%, 0.6%, 0.9%和1.2%)的钢纤维制备出钢纤维地质聚合物混凝土试件。采用霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)对试件在不同冲击气压(对应不同应变率)下的抗冲击性能进行研究,探讨钢纤维掺量、应变率及混凝土基准强度对试件动态抗压强度和韧性指数的影响;采用ABAQUS软件进行数值模拟,对模拟与试验结果加以分析和验证;建立钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型。结果表明:各组试件的动态抗压强度随着应变率、混凝土基准强度地提高逐渐增大,而钢纤维掺量仅对强度较低地质聚合物混凝土产生较大影响;应变率的提高使试件完整性逐渐变差,而随着钢纤维掺量与混凝土基准强度的提高,试件完整性逐渐变好,冲击耗能与韧性逐渐增加;数值分析与试验结果吻合较好,验证了结果的可靠性;钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型计算结果与试验结果整体吻合较好,可用于预测冲击荷载下钢纤维地质聚合物混凝土的力学性能。

水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构抗剪性能研究

为实现剪力墙结构震损后的快速修复,提出一种水平缝钢制连接的可修复装配式剪力墙结构(Repairable precast shear wall with horizontal steel connections,RPW-HSC),采用ABAQUS软件对高宽比为1.0的RPW-HSC试件进行建模分析,数值模拟结果与试验结果吻合良好。通过有限元参数化建模,研究钢制连接中剪切板的厚度、开缝处小钢柱的高宽比、钢板强度及轴压比对RPW-HSC试件抗剪性能的影响,建立RPW-HSC抗剪承载力设计方法。结果表明:RPW-HSC试件的刚度与抗剪承载力随剪切板厚度、钢材强度及轴压比的增加而增加,但参数过大会导致该试件由钢制剪切板破坏转变为上部预制混凝土墙体破坏;当钢制剪切板开缝处小钢柱高宽比小于3时,试件的破坏由开缝处小钢柱的弯曲破坏变成上部预制混凝土墙体的剪切破坏。因此,需控制合理的设计参数以实现RPW-HSC试件结构损伤可控及震损可修复。RPW-HSC试件抗剪承载力设计方法获得的理论计算值与试验值及有限元结果吻合较好,验证了抗剪承载力设计方法的准确性。

可恢复功能装配式剪力墙抗震性能试验研究

提出一种由预制混凝土剪力墙和钢制耗能连接组成的可恢复功能装配式剪力墙结构(Recoverable precast shear wall with steel energy-dissipator,RPSW-SE),对其进行低周往复荷载试验,对比该装配式剪力墙与现浇混凝土剪力墙的破坏过程、抗剪承载力、滞回性能和性能退化特征等。在第一次试验的基础上仅更换钢制耗能连接区中受损的钢制连接件进行受损试件的修复,再次进行低周往复加载试验,研究修复前后试件的滞回性能、抗剪承载力和耗能能力等抗震性能,分析该装配式剪力墙抗震性能的可恢复能力。研究结果表明:装配式剪力墙具有较好的整体性和抗剪性能,试件滞回曲线较为饱满,钢制耗能连接区先于混凝土墙体发生屈服并进行耗能,提高了结构的变形能力和耗能能力;改善了剪力墙的应力分布和损伤演变,试件的失效破坏由剪切连接板开缝处的小钢柱断裂引起,混凝土墙体中无明显塑性损伤;剪力墙中90.7%以上的耗能集中在钢制耗能连接区中,实现了损伤和耗能可控;受损试件修复后各项性能指标与原试件相近,说明钢制耗能连接装配式剪力墙具有较好的可恢复功能。

锈蚀钢筋混凝土压弯构件抗震性能的试验研究

采用外加电流对混凝土压弯构件中的钢筋进行了快速锈蚀 ,通过对锈蚀钢筋混凝土压弯构件抗震性能的试验研究 ,详细讨论了钢筋锈蚀程度对混凝土压弯构件的初始刚度、延性、承载力降低性能、耗能能力等的影响 ;从理论上探讨了钢筋锈蚀对构件抗剪承载力的影响 ,提出了锈蚀钢筋混凝土压弯构件的抗剪承载力计算表达式 。

可恢复功能预制装配式损伤可控钢质节点抗震性能试验研究

提出一种震损后可恢复功能预制装配式损伤可控钢质节点,该节点由带削弱型约束钢板阻尼器的损伤可控钢质铰、钢套筒约束节点核心区、预制混凝土梁柱等构成。进行预制装配式损伤可控钢质节点的低周往复荷载试验,然后在该试验的基础上仅更换钢质铰中破坏的削弱型约束钢板阻尼器,进行第2次试验,最后进行现浇钢筋混凝土节点在低周往复荷载下的对比试验。考察各节点的破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、承载能力、强度退化、刚度退化、耗能能力和延性等抗震性能指标,通过预制装配式损伤可控钢质节点的2次试验抗震性能指标,探讨其震损后可恢复功能的工作性能。结果表明:预制装配式损伤可控钢质节点的破坏集中在钢质铰中可更换削弱型约束钢板阻尼器上;装配式节点破坏模态、损伤程度可控,具有良好的承载能力、耗能能力和延性等抗震性能;第2次试验中装配式节点前期刚度有所下降,但后期各项抗震性能与第1次试验基本一致,表明装配式节点在震损后其功能可恢复。

模糊神经网络在高层建筑横风向振动控制中的应用研究

提出了模糊神经网络方法控制高层建筑横风向风振反应。通过观测部分楼层加速度和控制力输出,建立了模糊神经网络控制器,解决了传统控制中有限的传感器数目对系统振动状态估计的困难.利用模糊神经网络控制器预测结构的控制行为,消除了闭环控制系统中存在的时滞。利用模糊神经网络控制器的自学习能力来确定模糊规则和语言变量隶属函数,解决了土木工程复杂结构模糊控制中,难于依据专家的主观经验来确定模糊控制规则和语言变量隶属函数等困难。模糊神经网络方法的优势在于算法自身的鲁棒性,处理结构非线性、参数不确定性及时变等问题的能力。通过对基准建筑的刚度不确定性分析,讨论了模糊神经网络控制器的鲁棒性。仿真分析表明,模糊神经网络控制策略能有效地抑制高层建筑的横风向风振反应,控制效果略优于LQG控制,而拥有LQG控制不具备的诸多优点。

MR阻尼器对建筑结构地震反应的半主动H_∞控制

研究应用MR阻尼器对建筑结构地震反应进行半主动控制的算法和原理。介绍了MR阻尼器的恢复力模型,并对其参数进行了设计,提出了基于全状态反馈与基于观测器的半主动H∞ 控制律。通过对装有两个MR阻尼器的六层框架结构的地震反应分析表明,基于这两种半主动控制律的控制方法能有效地减小结构的地震反应,并且具有好的鲁棒性能。

高层建筑非线性地震反应的半主动模型预测控制

介绍了第三代结构控制的基准问题,通过研究地震激励高层建筑非线性反应的半主动控制,建立了高层建筑非线性地震反应的多步预测模型,模型中考虑了闭环控制系统中存在的时滞.基于非线性反应预测模型的Kalman Bucy状态估计器,采用磁流变阻尼器作为控制装置,提出了半主动模型预测控制策略,并对一个20层基准建筑进行了非线性反应的数值仿真分析.将振动仿真结果与其他控制策略的结果进行对比分析,结果表明,半主动模型预测控制是一种性能优良的控制策略,能有效地抑制高层建筑结构的非线性地震反应,减小强烈地震或罕遇地震对建筑结构的破坏.

方钢管地聚物砖骨料再生混凝土长柱的机理分析

结合方钢管地聚物砖骨料再生混凝土长柱(GBARC-FSSTS)的轴压试验,文章建立了GBARCFSSTS的有限元分析模型,并通过模拟结果与试验结果的对比验证模型的可靠性,以探究不同长细比下构件的全过程受力机理分析。结果表明所建有限元模拟结果与试验结果吻合较好,可较好预测构件轴压荷载下的力学行为和破坏模态。修正后的混凝土本构模型可更好反映出再生砖骨料对钢管混凝土长柱下降段的性能退化特点。长细比对试件挠曲具有明显的影响,较大的长细比导致长柱更容易发生侧向挠曲。

装配式结构连接技术研究动态与创新型节点连接

介绍了目前装配式结构中的混凝土框架结构,剪力墙结构和钢框架结构的连接技术研究动态,基于目前装配式结构连接技术存在的问题,提出一种可修复承载-耗能钢节点连接形式,对该节点连接方式的构造形式,工作机理,创新点进行简要的阐述,对其滞回曲线进行了分析。该结构可以将节点损伤集中在连接区处的削弱钢板上,实现节点的塑性铰外移;通过削弱钢板的承载和钢质铰的摩擦转动提高节点的耗能能力;保证梁柱主体在地震过程中不被破坏,在震后通过更换削弱钢板实现节点修复。

土木工程结构减震控制技术的研究动态

对土木工程结构减震控制方法进行了综述。阐述了结构控制发展历程、结构控制原理、结构控制方法(被动控制、主动控制、半主动控制、混合控制和智能控制)与应用研究概况,指出结构控制中存在的问题及解决办法,介绍了结构控制研究的热点benchmark问题。

高层建筑非线性地震反应的半主动H_∞控制

针对国内外学者多数集中于研究地震激励作用下结构线性反应的振动控制的现状,采用MR阻尼器作为控制装置,提出了能有效抑制强烈地震激励下高层建筑非线性反应的半主动H∞控制;通过观测楼层的加速度和半主动控制力,构建了适用于半主动控制的Kalm an-Bucy状态估计器。该方法有效地考虑了地震荷载的不确定性。对一个受控的20层基准建筑进行了非线性反应的数值仿真分析,并与其他控制策略的结果进行了对比分析。结果表明,半主动H∞控制是一种性能优良的控制策略,能有效地抑制高层建筑结构的非线性地震反应,减小强烈或罕遇地震对建筑结构的破坏。

钢筋锈蚀影响混凝土构件受力性能的研究

通过对锈蚀钢筋混凝土构件的低周反复荷载试验,讨论了钢筋锈蚀对混凝土构件的滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性、耗能能力、承载力等不利影响,提出了锈蚀钢筋混凝土构件抗剪承载力与抗弯承载力计算表达式。

建筑结构地震反应的MR智能基础隔震控制

针对基础隔震局限于减小地震波高频成分对结构影响的缺点,将磁流变(MR)阻尼器与滚动隔震支座相结合形成MR智能基础隔震系统并应用到结构控制中。基于MR阻尼器的Sigmoid模型,进行模糊半主动控制策略设计。在不同种类不同强度的地震波作用下,对智能基础隔震控制下2层钢框架结构的反应进行了仿真分析。结果表明,MR智能基础隔震系统是一种可靠而有效的控制系统,模糊半主动控制策略能够有效控制结构的地震反应。

高层建筑横风向反应的模糊神经网络控制

介绍了第3代结构风振控制基准问题的定义。通过观测部分楼层加速度和控制力输出,建立了模糊神经网络控制器,解决了传统控制中有限的传感器数目对系统振动状态估计的困难;利用模糊神经网络预测结构的控制行为,消除了闭环控制系统中存在的时滞;通过模糊神经网络控制器的学习功能,解决了土木工程复杂结构模糊控制中难以依据专家的主观经验来确定模糊控制规则和语言变量隶属函数等困难。以风振控制的基准问题为研究对象,编制了程序对受控系统进行数值仿真分析。分析表明,模糊神经网络控制策略能有效地抑制高层建筑的风振反应。

在役混凝土拱桥承载能力的鉴定与评估

为检验在役混凝土拱桥的承载能力与动力特性,对某净跨为134.7m的拱桥进行荷载试验。测试结构静态的应变、桥面挠度、拱肋挠度、吊索变形、吊索索力等结构静力反应。同时,测试了结构自振频率、动挠度及加速度等结构动力反应,根据动挠度计算得出冲击系数。将实测值与理论值进行对比分析。结果表明,应变校验系数在0.7～1.0之间,实测的挠度、吊索索力、频率及冲击系数均小于理论值,说明桥梁具有较好承载力和整体竖向刚度较好。试验方法与分析结果为今后评估与鉴定同类型桥梁提供理论依据和技术参考。

震损可修复的钢制连接装配式剪力墙抗震性能试验研究

为了加强装配式剪力墙的抗震性能及实现其震损后可修复功能,提出了一种可修复的钢制连接装配式剪力墙(Repairable Steel‑connection Precast Shear Walls,RS‑PSW),用钢制连接区域替代剪力墙易破坏的底部区域,实现将结构的损伤集中在钢制连接件上,在震后通过更换受损的钢制连接件来实现可修复功能。对普通混凝土剪力墙(编号为SW0)、试件RS‑PSW1(初次加载)及试件RS‑PSW2(震损修复后加载)进行了低周往复加载试验,考察钢制连接装配式剪力墙的破坏模态、滞回性能、刚度和承载力退化、耗能能力及震损可修复性能。结果表明:相比SW0,RS‑PSW1在位移角达到1.43%时,上部预制混凝土墙体裂缝显著减少,塑性变形集中在钢制连接区域;修复后的试件RS‑PSW2相比SW0,其承载力和刚度略有下降,但延性和耗能能力有较大提升,破坏位移角达到了2.67%,较SW0提升了66.7%,具有良好的变形能力。试件RS‑PSW2再次加载时的各项抗震性能指标与初次加载时基本一致,验证了RS‑PSW可实现地震作用下的震损可修复功能,并通过更换受损的钢制连接件使结构的抗震性能快速恢复。

反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土压弯构件恢复力性能的试验研究

采用外加电流对混凝土压弯构件中的钢筋进行了快速锈蚀试验，通过钢筋锈蚀混凝土压弯构件在水平反复荷载作用下的试验研究，探讨钢筋锈蚀程度对混凝土压弯构件的承载力、刚度、延性、耗能能力等的影响，给出了锈蚀构件的滞回曲线和骨架曲线。

考虑增设变刚度抗风支座的隔震结构减震分析

基本风压较大地区的隔震结构,隔震层抗风是设计难题。提出隔震层设置变刚度钢板抗风支座来减少铅芯支座数量并提高减震效果的方案。以实际工程为背景,设定结构水平向减震系数小于0.53,0.40和0.27的目标,以此建立三种对比的结构模型并进行时程分析。结果表明:采用隔震橡胶支座和变刚度抗风支座两者相结合的隔震层布置形式合理,达到降低结构地震响应、提高隔震效果和满足抗风设计的目标,但两者数量需要优化设计,进一步提出为保证结构正常使用,铅芯支座水平承载力设计值宜接近风荷载作用下隔震层水平剪力标准值。对抗风支座进行数值模拟和静载荷抗剪试验,结合结构模型时程分析,阐明了抗风支座变刚度的工作机理,表明了抗风支座在正常使用和小震作用条件下提供水平承载力,中震作用条件下屈服破坏退出工作,结构减震效果不变。