扩孔螺栓连接型耗能段力学性能试验研究

扩孔螺栓连接型耗能段由短剪切型耗能段和剪切扩孔型螺栓连接组成,可有效地提高耗能段的延性和耗能能力,并减小耗能段损伤,由此提高偏心支撑结构震后功能恢复能力。分别设计1个短剪切型耗能段、3个考虑摩擦滑移的扩孔螺栓连接型耗能段、1个普通扩孔螺栓连接型耗能段试件,并进行低周往复加载研究,得到其变形或破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和力学模型等。试验结果表明,扩孔螺栓连接型耗能段先后经历摩擦滑移和耗能段承载2个过程,且破坏模式和承载力均与纯短剪切型耗能段相同。所得力学模型中,短剪切型耗能段包括弹性、弹塑性和塑性段;考虑摩擦滑移试件包括弹性和滑移段;扩孔螺栓连接型耗能段包括弹性、滑移、弹塑性和塑性段,且在达到相同位移时耗能段变形和损伤将明显减小。最后,对扩孔螺栓连接型耗能段进行有限元分析,可准确模拟其滞回曲线和破坏模式。

预应力钢绞线-滑移连接-耗能段组合体抗震性能研究

地震作用下,减小耗能段的残余变形和优化自复位结构的耗能机制,是提高建筑结构震后功能恢复能力与抗震性能的重要方式之一。基于预应力钢绞线、滑移连接和短剪切形耗能段的力学性能,提出一种抗震性能良好的组合体。为探究组合体的抗震性能,采用校正的有限元分析方法对5个有限元模型进行分析,得到了组合体分析模型的滞回性能、自复位性能、耗能能力和等效塑性应变等抗震指标。有限元分析结果表明:组合体具有良好的承载力、耗能能力和自复位性能;组合体分析模型的损伤集中在可更换的耗能段上;预应力钢绞线结合超低摩擦滑移连接可有效减小耗能段的残余变形;设置扩孔螺栓连接型耗能段可提高组合体的延性。

双防线可恢复性能斜交网格结构耗能机制和抗震性能研究

为提高斜交网格结构的抗震性能,提出一种双防线可恢复性能斜交网格结构。双防线可恢复性能斜交网格结构采用剪切耗能段和特定梁端塑形铰进行集中耗能,使主体结构构件保持弹性。剪切耗能段不承受和传递重力荷载,易在震后修复或更换,使建筑可迅速恢复功能。为实现目标耗能机制,对等效能量塑形设计法进行改进以适用于可恢复性能斜交网格结构,并进行结构设计举例。采用OpenSees软件对所设计结构建立详细的有限元计算模型,进行非线性动力时程分析,以验证双防线耗能机制并评估抗震性能。分析结果表明:(1)小震、中震和大震下的结构顶部位移角分别为0.28%、0.8%和1.7%,与性能设计目标基本相同;(2)中震时剪切耗能段屈服,特定梁端未出现塑性铰;(3)大震时,特定梁端出现塑性铰以增加结构耗能能力,剪切耗能段屈服且处于延性范围内。因此新型可恢复性能斜交网格结构具有有效的双防线耗能机制,在中震后可迅速修复,在大震中可保持延性,实现“中震可修,大震不倒”的性能目标。

短剪切型耗能段的力学性能试验研究

长度比小于1.0的短剪切型耗能段与普通剪切型耗能段的力学性能存在较大差异。基于Q345钢材,设计3个考虑加劲肋间距和加劲肋布置方式的短剪切型耗能段试验模型,并进行低周往复加载试验研究,得到其破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、割线刚度、耗能能力和等效黏滞阻尼系数等。试验结果表明,各试件均经历受剪屈服、腹板屈曲、翼缘屈曲、腹板开裂、翼缘开裂、翼缘-端板和腹板-端板断裂破坏六个阶段。各试件超强系数和塑性转角最大值分别为1.85和0.15,明显高于规范允许值1.50和0.08。加劲肋布置方式对试件力学性能无明显影响,但放宽加劲肋间距会明显增大腹板的屈曲现象,并降低其承载能力、塑性转角、割线刚度和耗能能力等,建议设计时加肋劲间距需满足规范要求。基于ABAQUS软件对短剪切型耗能段进行模型有限元分析,可较准确地模拟其滞回曲线和破坏模式,并用于相应构件的参数化分析中。

弯剪分离式预制混凝土梁-耗能段组合节点抗震性能试验研究

在装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构中,为使损伤仅发生在耗能段,需保证耗能段与预制混凝土梁间形成可靠连接。为此,提出一种弯剪分离式预制混凝土梁-耗能段组合节点,设计3个不同抗剪连接件截面尺寸和1个更换耗能段的试件,并进行往复加载试验,得到其破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、割线刚度、耗能能力和各部件应变分布等。结果表明,各试件中耗能段均经历了腹板屈服、腹板和翼缘屈曲、腹板开裂、翼缘开裂和破坏等过程,耗能段的超强系数和塑性转角分别达到1.85 rad和0.15 rad,与相应纯耗能段的试验结果相同;增大抗剪连接件长度和截面面积可避免预制混凝土梁上产生裂缝或损伤;对损伤的耗能段进行更换,整个过程仅需45 min,且修复后试件的抗震性能与修复前基本相同。另外,弯剪分离式组合节点中抗剪连接件承担全部剪力,对穿螺杆承担全部弯矩,有效实现弯矩与剪力的分离,具有承载能力强、装配效率高以及震后可快速修复等特点。