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。

开缝钢板阻尼器及其在斜拉桥结构中的应用

为了研究开缝钢板阻尼器对大跨度全漂浮体系斜拉桥结构横桥向的减震效果,本文运用大型通用有限元软件ABAQUS对开缝钢板阻尼器进行数值分析,分析了开缝钢板阻尼器几何参数对其力学性能的彬响,并验证了开缝钢板阻尼器的初始刚度和抗剪承载力理论公式。在MIDAS CIVIL中建立全漂浮体系大跨度斜拉桥模型,对安装开缝钢板阻尼器和未安装开缝钢板阻尼器的两种斜拉桥结构模型分别进行了横桥向地震作用下的弹塑性时程分析。结果表明:开缝钢板阻尼器能够有效减小大跨度斜拉桥结构横桥向的地震响应,是一种可用于大跨度斜拉桥结构横向减振餉有效的耗能装置。

可更换剪切钢板阻尼器偏心支撑框架分析

针对偏心支撑框架体系耗能梁段震后修复难度大、经济性差的问题,提出了采用剪切钢板阻尼器作为可更换耗能梁段的偏心支撑结构体系。采用ABAQUS有限元软件对国外已完成的可更换耗能梁段偏心支撑试验进行结构分析,验证了有限元建模的正确性,分别对不同腹板宽厚比、腹板钢材屈服强度、腹板加劲肋设置情况下的剪切钢板阻尼器K型、D型偏心支撑钢框架进行结构分析,研究了耗能梁段的变形机制、滞回耗能能力以及局部失稳、局部破坏形态。分析结果表明:剪切钢板阻尼器作为耗能梁段是可行的,阻尼器首先发生屈服,起到了主要耗能作用,在实际工程应用中建议剪切钢板阻尼器腹板宽厚比宜小于30,腹板钢材宜采用软钢及低屈服点钢,采用加劲肋来保证阻尼器不发生平面外屈曲。

带缝钢板阻尼器受力性能试验研究

对4组弯曲单元宽厚比小于5的带缝钢板阻尼器进行了低周往复拟静力试验，研究其力学特性和耗能能力，利用试验结果检验了现有阻尼器的刚度和强度设计公式。建立有限元模型模拟阻尼器破坏的全过程，通过参数分析研究了带缝钢板阻尼器的延性系数、损伤发展机制、超强系数及累积耗能和累积塑性变形。研究表明：带缝钢板阻尼器具有稳定的平面内力学性能、低周疲劳性能和较强的耗能能力，等效黏滞阻尼系数约为0．5；阻尼器延性较好，当弯曲单元高宽比“不小于4时，延性系数受其影响较小，因此不应采用α小于4的阻尼器；带缝钢板阻尼器的超强系数在2．30～2．96之间；累积塑性变形角与d成正比、标准累积塑性耗能率与α成反比，提出的公式可用于指导消能减霹结构设计和阳屁器诜利．

带可更换阻尼器的波形钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究一种带有可更换阻尼器的波形钢板剪力墙的抗震性能,对2种波形软钢阻尼器以及带有阻尼器的波形钢板剪力墙进行低周往复加载试验,分析阻尼器以及带有阻尼器剪力墙的力学特性,并采用ABAQUS有限元软件对试验进行模拟。研究结果表明:水平波形阻尼器具有良好的变形和耗能能力,竖向波形阻尼器具有较大的初始刚度和较高的承载力。带有阻尼器的波形钢板剪力墙具有较好的初始刚度和承载能力,更换阻尼器时剪力墙处于弹塑性阶段,阻尼器发生明显的面外变形,内嵌波形钢板脚部存在微小变形,阻尼器可以有效地保护剪力墙。更换阻尼器后的波形钢板剪力墙承载力有较小下降,滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力和延性,刚度退化缓慢。有限元模拟结果与试验结果吻合度较高。

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.

带可更换阻尼器的摇摆双波形钢板剪力墙抗震性能研究

基于可恢复功能结构的新概念,提出一种新型带可更换阻尼器的摇摆双波形钢板剪力墙结构,并对其抗震性能进行研究。利用有限元软件ABAQUS分别建立双波形钢板剪力墙与新型摇摆双波形钢板剪力墙有限元模型,对比分析了两种钢板剪力墙在低周往复荷载作用下的应力分布、平面外变形与滞回性能,并对两种钢板剪力墙结构体系进行了动力弹塑性时程分析。有限元分析结果表明:摇摆双波形钢板剪力墙显著降低了边柱轴力,结构应力较大及塑性变形较大区域集中在可更换阻尼器处,有效保护了结构主体部分。具有可更换阻尼器的摇摆双波形钢板剪力墙结构体系的基底剪力、顶点加速度及层间变形基本均小于双波形钢板剪力墙结构体系的相应指标,因此,新型摇摆钢板剪力墙结构具有更优越的抗震性能,并可在更换阻尼器后实现结构的功能可恢复性。

开孔型防屈曲钢板阻尼器抗震性能研究

钢板阻尼器作为抗侧力构件,具有良好的耗能能力和延性,同时具有较高的承载力和刚度,在建筑工程领域受到了广泛的应用。但纯钢板阻尼器在承受地震作用的过程中,角部存在应力集中和面外屈曲,严重影响阻尼器的耗能能力,导致钢板阻尼器的中部还没有发挥作用构件就产生破坏。针对纯钢板阻尼器的破坏模式,本文提出一种开孔型防屈曲钢板阻尼器。并采用有限元数值模拟方法,对纯钢板阻尼器、开孔型钢板阻尼器以及开孔型防屈曲钢板阻尼器的应力分布、面外变形及滞回性能进行了对比分析。结果表明,通过在纯钢板阻尼器上进行开孔,可使钢板应力分布较均匀,减小钢板角部屈曲的面外变形,约束板可有效抑制内嵌钢板的面外屈曲,提高阻尼器的耗能能力。

开孔方式对钢板拉压屈服阻尼器耗能的影响

针对现有金属阻尼器多利用钢材剪切、弯曲耗能形式等,提出了一种基于开孔钢板拉压屈服的装配式耗能阻尼器。该耗能阻尼器由开孔核心钢板、梯形约束钢板等构造组成。采用低周反复加载试验方法,对3组具有不同开孔形式的耗能核心板的阻尼器力学性能进行研究,同时采用Abaqus有限元程序对试件进行数值模拟,分析了核心板不同开孔形式时阻尼器耗能变化规律。结果表明:该阻尼器构造组成合理,滞回曲线饱满;耗能核心板的开孔方式不同,其破坏模式亦有所不同;当核心板腰间两侧圆孔中心之间的距离与核心板宽度比值为0.43时核心板的滞回耗能性能与骨架曲线较优,最大加载位移可达到屈服位移的约30倍。

新型弯剪型防屈曲软钢阻尼器的滞回性能研究

金属阻尼器的耗能能力极大地依赖于耗能构件在轴向、弯曲或剪切荷载下的塑性变形及滞回响应。本文提出一种新型弯剪型防屈曲软钢阻尼器,该阻尼器主要由3个部分组成,两个承受弯曲荷载的X形端板,一块主要承受剪切荷载的软钢腹板,以及两块限制腹板面外变形的外约束加劲钢板。利用ABAQUS有限元软件对比分析了不同形式阻尼器的3个试件,试件区别在于是否存在X形端板和外约束加劲钢板。为了对该新型阻尼器进一步优化,对剪切腹板开缝,改善受力形式和破坏机制,增大腹板塑形变形区域提高耗能效率,利用有限元软件模拟分析了3个不同开缝形式的试件并找出最优开缝形式。分析结果表明该新型软钢阻尼器的滞回曲线饱满,屈服后承载力和耗能能力较其他阻尼器形式都有不同程度的提高,腹板开缝后阻尼器延性明显增大。

带阻尼器消能连梁抗震性能试验研究

通过4个布置带缝钢板阻尼器的消能连梁试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验结果表明:阻尼器为剪切屈服型,试验中阻尼器未出现面外屈曲,试件破坏模式为阻尼器弯曲单元断裂破坏或预埋件与混凝土之间锚固破坏;阻尼器的承载力超强系数均大于1.5,平均值为1.63;连梁混凝土部分变形和滑移变形占连梁整体变形的比例随连梁转角增大而减小,阻尼器变形最后能达到整体变形的80%,能有效将变形集中于阻尼器;连梁混凝土部分变形主要为弯曲变形,混凝土剪切变形只占连梁整体变形的2%左右;4个试件混凝土裂缝达0.2mm时连梁转角基本在0.8%左右;加载到连梁转角3.3%时,阻尼器弯曲单元断裂破坏试件混凝土裂缝宽度达到0.5mm,而其余试件由于锚固破坏混凝土裂缝宽度较大,达到2mm左右。

横波钢板混凝土剪力墙震损修复及抗侧刚度分析

为了研究震损横波钢板剪力墙构件快速恢复功能的可行性,设计横波钢板混凝土组合剪力墙(CSPCW).施加一定的初始损伤后,对墙趾受损部位进行修复改造使CSPCW成为带阻尼器钢板混凝土组合剪力墙(RCSPCW),并进行拟静力加载.为了验证阻尼器的可更换性,在RCSPCW层间位移角达1.25%时,更换阻尼器后再次对试件进行拟静力加载.试验结果表明:RCSPCW能够将损伤集中在阻尼器上,提升剪力墙延性及耗能能力.第二次更换阻尼器试件的滞回曲线比第一次更换阻尼器的更饱满,证明罕遇地震下更换阻尼器的可行性.采用ABAQUS对RCSPCW进行抗侧刚度数值拓展分析,发现剪跨比影响最大,体积含钢率影响最小.

波形钢板剪力墙内嵌钢板与墙趾可更换阻尼器刚度匹配关系研究

为了研究内嵌钢板与墙趾可更换阻尼器的刚度匹配关系对波形钢板剪力墙抗震性能的影响,设计了1个带阻尼器的钢板剪力墙试件,针对更换阻尼器前后的试件进行了两次拟静力加载。试验结果表明:阻尼器腹板厚度过大使内嵌钢板先于阻尼器腹板发生变形,导致剪力墙试件耗能能力不能充分发挥;降低阻尼器腹板厚度,可以提高剪力墙的耗能能力,但其承载力下降。证明内嵌钢板与阻尼器的刚度匹配关系对剪力墙的承载能力、耗能能力和延性等抗震性能有关键影响。为了探究两者的合理匹配关系,通过ABAQUS有限元软件建立32个模型进行数值模拟,通过改变阻尼器腹板厚度、内嵌钢板的波纹肋方向和钢板厚度来改变阻尼器与内嵌钢板的匹配刚度,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,波纹肋沿水平方向使试件承载力下降较大;波纹肋沿竖直方向,内嵌钢板厚度和阻尼器腹板厚度分别为5,6 mm时,试件承载力较高、延性较好,抗震性能较好。

不同开缝形式的软钢阻尼器受力性能分析及试验研究

在已有软钢阻尼器研究基础上,针对适用于装配式剪力墙竖向接缝的阻尼器进行研究。对尺寸为250 mm×400 mm的试件,在其他参数相同的情况下,通过改变开缝方式、弯曲单元宽厚比等参数,对阻尼器进行低周往复加载试验,分析其工作性能。结果表明:开横缝阻尼器的屈服荷载及极限荷载要小于开竖缝的阻尼器,但是开横缝阻尼器的极限位移、延性系数、初始刚度等优于开竖缝的阻尼器,且随着参数的变化,阻尼器性能参数变化幅度较大,可满足装配式剪力墙结构竖缝连接时对阻尼器的各项参数的要求。

开孔钢板耗能阻尼器受力性能试验研究

为解决现有金属阻尼器普遍存在耗能效率低、占用空间大等问题,提出了开孔钢板耗能阻尼器。该耗能阻尼器由耗能核心钢板、Y形约束钢板、凹形约束钢板、约束钢条等部件组成。采用低周反复加载的试验方法对其进行力学性能试验,研究该阻尼器的滞回与疲劳性能。结果表明:当约束钢板、钢条为核心板提供的面外刚度较大时,阻尼器的滞回曲线饱满,耗能能力优良;在滞回与疲劳加载方式下,该耗能阻尼器的破坏均由核心板长条孔裂纹断裂所引发,且在疲劳加载方式下,耗能阻尼器核心板的损伤累积更多,导致破坏时断裂部位更多;阻尼器在3.0倍屈服位移循环加载30次后,仍能正常工作;在5.0倍屈服位移循环加载下,能承受18次的循环加载;耗能阻尼器在疲劳加载过程中,其最大(最小)阻尼力、零位移对应的最大(最小)阻尼力、零力对应的最大(最小)位移、滞回曲线最大(最小)面积与均值的最大相差百分比分别为5.11%、8.16%、5.91%和3.19%,满足JGJ 297—2013《建筑消能减震技术规程》中小于15%的要求。

提高框架填充墙结构抗震性能的新途径和新方法

归纳分析了近5年国内发生的江西九江地震、云南盐津地震、云南普洱地震和四川汶川地震中框架填充墙结构常见的震害现象及其破坏原因,在此基础上,采取"以强御强"和"以柔克刚"两种不同的抗震思路,提出了通过捆绑墙体、构造次框架、填充墙开缝、耗能柔性连接、构造阻尼填充墙、设置节点耗能器来提高框架填充墙结构抗震性能的新途径和新方法。所提出的方法及其思路对框架填充墙结构的工程设计和抗震新方法的研发具有一定的参考价值。

采用消能连梁的高层结构整体分析与试验研究

消能连梁采用阻尼器耗能,保护混凝土主体结构,是近年来发展出来的一种有效的高层结构消能减震体系。本文针对带消能连梁的框架剪力墙结构体系进行整体有限元分析,研究了具有不同层数的框架剪力墙结构地震响应,分析消能连梁的能量耗散情况和对整体结构动力响应的控制效果,研究表明消能连梁能够分别降低首层墙肢和框架的能量耗散的65.5%和39.0%,同时可降低结构35.4%-42.0%的层间位移角和41.0%-44.4%的基底剪力。随后对某一18层高层建筑进行了子结构混合试验研究,试验体底部为6层联肢墙,采用1/3缩尺,其余结构分为上部剪力墙数值子结构和框架数值子结构,分别采用ABAQUS软件进行分析,三者协同工作,共同完成大震响应模拟。子结构混合试验结果表明,消能连梁可有效降低结构的整体响应,层间位移角降低16%、基底剪力降低21%。同时可控制连梁损伤,提高结构耗能能力。

消能连梁子结构试验研究

本文对带缝钢板阻尼器消能连梁进行了子结构试验研究,带缝钢板阻尼器通过预埋钢板与混凝土部分螺栓连接,与相同配筋的混凝土连梁相比,屈服强度为50%,刚度为80%,通过使阻尼器先于混凝土进入屈服,达到集中变形、耗散能量、控制损伤及震后快速恢复的目的。本文设计进行了1/3缩尺的连梁拟静力试验,相同加载工况下无控和有控试件的试验现象及力学性能对比表明,带缝钢板阻尼器消能连梁的刚度是混凝土连梁的80%,强度基本相同,混凝土部分破坏大幅削减,耗能明显提升。

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。