功能可恢复RCS混合框架结构研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架结构以其结合了混凝土优异的抗压性能及钢材优异的抗弯性能而受到广泛关注,而可恢复功能结构以其震后快速恢复使用功能的能力,也成为地震工程界研究的新热点。功能可恢复RCS混合框架结构可以在弯矩较大的梁端和柱脚部位设置可更换构件,实现结构的功能可恢复能力。文中简述了近年来功能可恢复RCS混合框架结构研究进展,重点关注各类型功能可恢复钢梁、功能可恢复摇摆柱脚的构造研究,介绍了功能可恢复RCS混合框架结构性能分析研究进展。最后,对功能可恢复RCS混合框架结构仍需深入研究的问题进行了展望。

基于开孔钢板拉压屈服的耗能阻尼器力学性能计算方法与验证

为进一步明确基于开孔钢板拉压屈服的新型耗能阻尼器力学性能,使其能更好地应用于工程,开展了力学性能计算方法的推导与验证研究。根据耗能核心钢板的构造形式以及轴向变形叠加原理,推导出了阻尼器初始刚度、屈服荷载和屈服位移的计算公式。考虑耗能核心钢板的主要构造参数(包括核心钢板厚度、开孔段长度、过渡段长度等)的变化,收集了2个试验试件,并设计了9个用于有限元分析的阻尼器模型。通过有限元建模,得到上述9个耗能阻尼器的力学性能分析结果。利用这些试验结果和有限元模型结果,对本文所提出的计算方法进行验证。结果表明:(1)耗能核心钢板考虑其一定比例的有效高度为初始几何缺陷时,可较为准确模拟阻尼器受力性能,得到的有限元与试验结果误差较小;(2)提出的耗能阻尼器力学性能计算公式较为准确,其中阻尼器初始刚度、屈服荷载、屈服位移理论值与有限元模拟值和试验值的误差较小。

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。

双向耗能钢板-形状记忆合金丝阻尼器性能有限元分析

提出了一种双向耗能钢板-形状记忆合金(SSMA)丝阻尼器,用于解决传统钢板阻尼器塑性变形不可恢复的问题。该阻尼器是一种结合了耗能钢板和超弹性SMA丝的复合阻尼器,结合了两种耗能机制,具有双向耗能能力和可恢复性,其性能优于传统单一类型的钢板阻尼器和SMA丝阻尼器。编写了Ni-Ti超弹性SMA丝的本构关系子程序并将该子程序与ABAQUS软件进行对接;利用ABAQUS有限元软件对未附加SMA丝的钢板阻尼器和SMA丝组分别进行模拟,SMA本构模型为双旗型本构模型;然后,对复合阻尼器SSMA进行模拟分析,深入研究SSMA的力学性能并给出其恢复力模型与设计建议。有限元分析结果表明,复合阻尼器SSMA具有饱满的滞回曲线、良好的耗能能力和良好的可恢复性。

木结构直透榫节点加固试验及有限元分析

为研究钢板阻尼器加固木结构直透榫节点的抗震性能,对加固前后的试件开展拟静力试验及数值模拟。结果表明:采用钢板阻尼器加固节点后,试件节点处应力明显降低,主要应力集中在钢板核心处,滞回曲线的捏缩效应明显降低,榫卯节点的承载力和刚度都得到有效提升;试验结果与模拟结果较为吻合。

新型三维隔震装置力学性能试验研究

基于铅芯橡胶隔震垫、组合碟形弹簧和钢板阻尼器的各自力学性能特点,设计开发出一种新型的三维隔震装置,首先简要介绍了该三维隔震装置的组成构造和力学性能设计方法;通过一足尺三维隔震装置分别进行了水平向和竖向力学性能试验。试验结果表明,该三维隔震装置具有构造合理、传力机制明确等优点,在水平向和竖向都能够具有适宜的隔震刚度和阻尼耗能性能,并且在较大水平剪切变形时仍具有良好的整体稳定性。

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。

X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力模型(Ⅰ)——基于双线性本构关系

利用软钢的双线性本构关系,依据经典力学原理推导建立了X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力滞回模型。首先,导出了单调加载下钢板阻尼器的力与位移关系及其渐近曲线;其次,对于软钢材料本构关系分别考虑在理想弹塑性和双线性强化模型基础上,推导建立了钢板阻尼器的阻尼力模型;最后,将钢板阻尼器的阻尼力模型及其参数与试验结果进行了比较,验证了理论模型的有效性,并分析了误差存在的原因。

X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力模型(Ⅱ)——基于R-O本构关系

利用软钢的Ramberg-Osgood本构关系(R-O模型),依据经典力学原理推导建立了X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力滞回模型。首先,给出了循环加载下软钢材料的应力-应变R-O本构关系;其次,推导建立了基于R-O本构关系的钢板阻尼器的阻尼力模型;最后,将该阻尼力模型及其参数与试验结果和双线性强化模型进行了比较,验证了R-O理论模型的有效性,并分析了误差存在的原因。

新型连梁剪力墙结构拟静力试验研究

设计了两个足尺的单层双肢剪力墙试件,其中一个带有传统的钢筋混凝土连梁,另一个连梁中安装有改进的三角钢板阻尼器,通过拟静力试验研究两个试件的屈服破坏模式和抗震性能。研究结果表明:这种新型连梁的耗能能力和变形能力明显优于传统连梁,刚度和强度退化小于传统连梁;新型连梁的变形和耗能都集中在阻尼器中,混凝土连梁基本保持完好,阻尼器能够很好地控制结构的损伤,有利于实现连梁震后的可更换。

约束U形钢板力学性能的计算方法研究

U形钢板受推拉反复作用时可以作为阻尼器使用,受单推作用时可以作为限位器使用,其两臂在实际工作中经常受到结构构件的平面外约束,使其只在半圆弧段发生变形。为研究这种两臂受到约束的U形钢板的性能,采用软钢制作9种不同的U形钢板,完成推拉反复和单推试验,总结U形钢板作为阻尼器和限位器的性能;提出3种计算方法,即修正系数法、图表法和有限元模拟法。对于修正系数法,通过对理论公式的推导和试验数据的回归,给出相关的修正系数;对于图表法,给出该方法的理论依据,并将其计算结果与试验数据进行对比;对于有限元模拟法,采用ABAQUS有限元软件对试验进行数值模拟,对比模拟结果和试验值。3种方法各有优点,在实际工程中可以相互校核、相互补充。

一种钢阻尼滑板橡胶支座设计与试验研究

将钢阻尼元件与滑板橡胶支座加以组合研发出钢阻尼滑板支座,滑板橡胶支座承担竖向载荷,利用钢阻尼元件的弹塑性变形和耐磨板与不锈钢板的摩擦力在提供支座所需刚度的同时耗散输入能量。由于该支座的耗能功能主要由C型钢阻尼元件和摩擦力提供,而钢材与耐磨板材料性能受温度影响较小,因此该支座拥有更广泛的适用性。通过有限元数值仿真技术完成试验支座设计后,利用压剪试验机对试验模型进行了摩擦力及整体阻尼性能试验。结果表明:试验支座实测性能与数值仿真分析设计的结果一致,试验所得滞回曲线饱满,在不同变形方向均具有较好的耗能效果,设计符合相关标准要求。

MTMD抑制铁路上承钢板梁桥横向振动试验研究

本文建立了车 -桥 -MTMD系统振动方程 ,对利用多重调频质量阻尼器 (MTMD)抑制铁路上承钢板梁桥横向振动的效果进行了模拟计算和现场试验。结果表明 :MTMD能有效地抑制桥梁横向振动出现的“准共振”响应 ,模拟计算时减振率最大值达到 62 %,试验中实际的减振率最大值达到 5 1.83 %。

消能减震技术在宁波杨柳郡项目中的应用

2016年8月实施的新版《建筑抗震设计规范》对全国多个地区的设防烈度进行了调整,例如宁波地区由原来的6度设防提高为7度。项目为一地铁上盖项目,底部2层大底盘,上部10层框架。底部的2层大底盘已经按照6度设防设计并建造完成,而上部的住宅部分续建时应按照7度设防设计,由此带来的抗震设防方面的一些问题,例如上部框架结构的抗震指标很难达到现行规范的要求、基础的承载力出现不满足的情况、已建部分出现配筋不足等。为了不影响地铁检修车间的使用及避免对基础的加固,并保证上部结构大震的性能目标,本文通过采用黏滞阻尼器和剪切型金属阻尼器技术来解决整体结构的抗震问题。

十字芯板钢管阻尼器力学性能研究

提出了一种由钢管与十字芯板组成的新型金属阻尼器,介绍了其构造形式、特点及工作机理,建立了有限元模型,研究了阻尼器的耗能机理与破坏形态,以及高宽比、厚径比、削弱比、厚度比对屈服剪力、极限剪力、延性和耗能能力的影响。结果表明,该阻尼器具有较好的受剪承载力、优秀的延性和耗能性能,且有3种耗能模式和2种破坏形态,并给出了阻尼器设计参数的取值范围。

低屈服点钢在结构耗能减震中的应用

低屈服点钢的力学特点是屈服强度低,强度稳定,变形能力强,因此低屈服点钢的应用成为结构变形耗能的一个重要途径。对低屈服点钢在结构耗能减震中的应用现状进行介绍,提出低屈服点钢在弹性耗能结构中的应用方式,分析该弹性耗能铰的施工技术和耗能机理,为低屈服点钢的应用推广提供借鉴。

轴向拉压波形钢板阻尼器的力学性能

为了解决某些实际工况下阻尼器应用范围受限的问题,设计了一种轴向拉压波形钢板阻尼器,以阻尼器长宽比和翼缘厚度为变量设计4个阻尼器试件,通过拟静力试验和ABAQUS有限元分析对其力学性能进行研究.试验结果表明:4个阻尼器试件波形腹板基本处于纯剪的理想状态;4个试件具有良好的延性和耗能能力,滞回曲线稳定且饱满;提高阻尼器的长宽比,其耗能能力和延性会随之提高,承载能力却随之降低;增加翼缘厚度,阻尼器承载力随之提高,耗能能力差别不大.利用ABAQUS软件建立9个阻尼器模型验证了模拟的可靠性并进行拓展因素分析.模拟结果表明:有限元分析与试验结果吻合程度良好;阻尼器长宽比最好保证在0.5~0郾9,长宽比在此范围内增大时,阻尼器的滞回性能随之增大;当翼缘与波形腹板厚度比不小于2.4时,提高翼缘板的厚度对阻尼器整体的耗能性能提升不大;结合试验结果和ABAQUS有限元分析结果,拟合得到轴向拉压型金属阻尼器的抗拉(压)承载力理论计算公式.与试验结果对比发现,理论计算公式有一定的适用性.

十字芯板钢管阻尼器K型偏心支撑框架的参数分析

为研究带十字芯板钢管阻尼器的K型偏心支撑框架结构的抗震性能,采用ABAQUS软件分析了阻尼器的削弱比、厚度比、轴压比等因素对该结构抗震性能的影响,研究了结构的变形性能、破坏形态及耗能能力.结果表明:采用十字芯板钢管阻尼器的K型偏心支撑钢框架结构具有优良的变形能力和耗能性能,结构塑性变形与损伤主要集中于阻尼器,能够有效的保护结构的安全.

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.

墙趾可更换竖波钢板剪力墙抗剪承载力

针对钢板剪力墙在地震作用下墙趾容易出现应力集中,导致剪力墙局部屈曲和脆性破坏的问题,设计墙趾可更换竖波钢板剪力墙,即在剪力墙墙趾塑性区安装耗能阻尼器.通过拟静力试验将墙趾可更换竖波钢板剪力墙与传统竖波钢板剪力墙的抗震性能进行对比.研究墙趾可更换竖波钢板剪力墙的破坏模式、滞回性能、延性和耗能能力、强度和刚度退化以及墙趾阻尼器的可更换性.试验结果表明:与传统竖波钢板剪力墙相比,墙趾阻尼器的安装不仅可以显著提升墙趾可更换竖波钢板剪力墙的抗侧刚度,也能进一步加强其抵抗面外失稳的能力.利用ABAQUS有限元软件详细讨论墙趾可更换竖波钢板剪力墙波形钢板厚度、波角、阻尼器腹板厚度对抗剪承载力的影响,并给出墙趾可更换竖波钢板剪力墙的抗剪承载力计算公式.