一种基于自适应屈曲装置的减隔震支座研究

为实现桥梁的抗震韧性,提出一种以往复弹塑性变形耗散地震能量的自适应屈曲装置。采用有限元法分析该装置的抗震机理及影响参数;将该装置应用于减隔震支座中,通过算例验证该类支座的抗震性能。结果表明:自适应屈曲装置的抗侧刚度随着荷载增加逐渐退化,整体柔性增强,可有效延长结构自振周期,其荷载~位移曲线呈三阶段特性,符合抗震韧性设计要求;屈曲装置的抗侧刚度随着斜杆水平倾角的增大而降低,随着斜杆截面半径的增大而增大,随着斜杆数量的增多,装置的刚度退化曲线更为平滑。基于自适应屈曲装置的减隔震支座较传统延性抗震设计更能延长结构自振周期,在多级地震作用下,该装置可自适应多级性能目标,其屈服位移谱小于水平塑性位移,装置始终处于弹性阶段,具有良好的抗震韧性及自复位能力。

二道防线耗能结构等效能量法设计研究

在屈曲装置和主体结构组成的二道防线结构抗震设计中,为满足承载力和刚度要求而在弹性变形条件下进行多次迭代的设计方法可能难以定量分析结构的塑性抗震性能。因此用塑性分析方法直接考虑结构构件和屈曲装置的非线性响应,采用考虑塑性变形的能量平衡概念进行设计分析,推导出不同地震强度水平下实现不同抗震性能目标的设计理论公式。最后,结合工程实例详细说明了等效能量法的设计过程,并与常规设计结构的地震易损性进行了比较,主要得出如下结论:将设有屈曲装置的二道防线耗能结构体系破坏过程简化为三线形的力-位移关系,推导出不同地震强度下的变形能方程,可以定量地进行不同抗震性能的需求设计;工程实例应用表明,在相同地震强度下,基于等效能量法设计的二道防线能耗结构具有较低的倒塌概率。在罕遇地震下,倒塌概率由7.9%降到0.7%,相对于框架结构降低了91%;倒塌储备系数CMR由1.72提高到2.80,比框架结构提高了63%。

基于套管屈曲约束的拉挤型GFRP管轴压性能

为解决复合材料空间桁架结构部分关键压杆失稳引发的连续性倒塌问题,提出了一种由不锈钢套管及螺栓连接系组成的玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管整体失稳套管屈曲约束装置。为分析该套管屈曲约束装置对拉挤型GFRP管轴压性能的影响,对3个GFRP管试件和4个套管屈曲约束GFRP管试件进行了轴压试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,对比研究了两者的极限承载力和破坏模式,同时利用有限元模型分析了不同内核长细比、内核与套管间隙及套管壁厚对GFRP管轴压性能的影响。结果表明:该套管屈曲约束装置能有效约束GFRP管整体失稳变形,其极限承载力和延性均得到提升,并使GFRP管从失稳破坏向材料强度破坏发展;内核长细比越大,套管屈曲约束GFRP管极限承载力相比于内核失稳临界荷载的相对提升幅值越高,约束效果越好;内核与套管间隙越大,GFRP管延性越好,但其极限承载力会降低;套管壁厚过薄会降低GFRP管极限承载力,过厚则约束效果不明显。

新型螺栓钢板加固法提高既有钢筋混凝土连梁抗震性能的试验研究

老建筑中的小跨高比连梁的抗震能力往往不能满足当前的设计要求,容易发生脆性剪切破坏而最终可能导致整个剪力墙体系的倒塌。提出一种新型螺栓钢板加固法以提高既有连梁的抗震性能。按照1∶2比例制作了6个钢筋混凝土连梁试件进行低周反复荷载试验,结果表明,未进行加固的连梁呈现出脆性剪切破坏;直接采用螺栓钢板加固的连梁,虽然强度有所提高,但延性并没有提高,在同等条件下增加钢板屈曲控制装置后,加固后的连梁的刚度不会增加,而延性和变形能力可以提高很多。对于既有钢筋混凝土连梁构件,这种新型螺栓钢板加固法是一种非常有效的抗震加固方法,既可以提高其承载力,又可以提高其延性和耗能能力。