混凝土剪力墙延性连接装配技术及抗震性能研究

为解决装配式剪力墙连接材料成本高、安装就位困难以及现场灌浆施工质量难以保证等问题,提出一种新型竖向钢结构延性连接装配式混凝土剪力墙,将钢结构连接件与钢筋网形成整体,提升结构延性和耗能能力,采用高强螺栓进行上下两片剪力墙的拼装对接,局部预留孔洞后浇混凝土实现强震后连接件的快速修复。利用拟静力方法研究了新型装配式混凝土剪力墙在水平往复加载作用下连接件的应力大小、混凝土损伤变化规律、结构滞回曲线和骨架曲线特性,并与同条件下的普通剪力墙进行了对比分析,研究发现:钢结构连接件可延缓钢筋发生屈服的时间,随着加载水平位移的增加,钢结构连接件上的应力分担增加,边缘构件钢筋应力分担比例降低;装配式剪力墙内置钢结构连接件,结构整体延性提高,在水平往复荷载作用下,结构滞回曲线呈饱满的“梭”型,刚度下降缓慢,吸收地震能量强,具有良好的塑性变形能力和耗能能力;在加载和卸载完成时,结构骨架曲线仍趋平缓,墙体具有较高的承载能力。

预制柱套筒灌浆强连接与延性连接抗震性能试验研究

依据美国规范提出的强连接以及延性连接概念,设计了采用套筒灌浆连接方式的强连接与延性连接构造,制作了足尺预制柱-现浇基础拼装试件,并以一个现浇试件为对照,进行了低周反复加载试验,研究了试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、能量耗散系数以及柱身曲率分布。结果表明:采用套筒预埋于现浇基础内构造的延性连接试件具有与现浇试件相近的抗震表现;套筒预埋于预制柱内,现浇基础伸出大直径钢筋与之连接的构造成功实现了强连接,塑性铰从柱-基础接合处转移到套筒上方,弯曲变形集中度更小,塑性铰区域长度更长,变形能力更好,由于灌浆套筒的存在,柱截面有效高度减小,强连接试件的刚度和屈服强度低于现浇试件。

装配式混凝土结构强连接和延性连接的实现方法

预制构件连接的设计是装配整体式混凝土结构设计中最重要的环节之一,在采用灌浆套筒连接钢筋形式的装配式结构中,强连接节点和延性连接节点可以保证结构大震下的抗震屈服机制。节点强连接可通过将塑性发展区段沿构件向后推移的方法实现;节点延性连接可通过连接接头为塑性发展区段让位的方法实现。2种方法的目的相同,都是为了给构件形成塑性铰提供足够变形长度的必要条件。

单向荷载下带延性连接件防屈曲支撑的钢框架力学性能分析

传统的结构设计中,防屈曲支撑和钢框架采用焊接节点板进行连接,然而焊接节点板处焊缝在往复地震作用下易发生脆断,迫使防屈曲支撑提前退出工作,影响结构的安全可靠。为此,将延性连接件引入防屈曲支撑的设计构造中,采用Abaqus有限元分析软件探究了不同设计参数对结构在单向荷载作用下的延性、承载能力、耗能性能、应力分布及刚度退化等抗震性能的影响规律,并依据其中一榀有限元模型进行了试验验证。研究结果表明,延性连接件的引入可明显缓解梁柱节点域的应力集中,部分节点域应力在设计弹塑性层间位移角下仍维持在弹性范围内。延性连接件成功实现将结构的塑性变形集中在耗能段部位的目标,并形成耗能段可先进行屈服耗能,防屈曲支撑后续进行补充屈服耗能的两阶段耗能机制,为防屈曲支撑连接节点的设计提供参考。

可更换延性耗能连接组件的钢框架节点抗震性能研究

为满足高烈度、高人口密度地区对高延性和高耗能能力装配式钢结构的迫切需求,采用高性能低屈服点钢材代替传统钢材来制作钢框架节点连接组件,利用高强度螺栓与主体结构连接,实现预制装配功能、"延性耗能保险丝"功能、震后可更换功能的叠加。采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性全接触有限元模型,结合国内外已有的钢框架全螺栓连接节点循环加载试验,验证建立的数值模型对模拟局部屈曲以及螺栓滑移现象的准确性。在此基础上,通过建立三类典型带连接组件的全螺栓连接钢框架节点数值模型,采用三种不同材料LYP100、LYP160和Q235制作连接组件,对比其承载性能、滞回行为、累积塑性应变以及耗能能力等,深入探讨采用低屈服点钢材连接组件钢框架节点的工作机理。结果表明:连接组件采用低屈服点钢材,可改变节点破坏模式,使塑性累积变形主要集中在连接组件上,耗散大部分能量(90%左右),避免主体结构过早进入塑性阶段,有效发挥"延性耗能保险丝"作用;带低屈服点钢材连接组件节点的耗能能力高于带普通钢材连接组件的节点;当节点转角达到0.045 rad时,低屈服点钢材连接组件的最大伸长率远小于低屈服点钢材极限强度所对应的应变,说明连接组件仍具有较大的变形空间,不会发生提早断裂破坏,有效提高节点延性。

轴压荷载下带延性铸造连接件的防屈曲支撑的力学性能

为了改善传统梁柱节点焊接残余应力较高的状况,对5个不同参数的带延性铸造连接件的防屈曲支撑进行轴压加载试验研究,分析铸造连接件耗能段长度、耗能板宽厚比、加劲肋宽厚比等参数对试件承载力、延性、刚度等力学性能的影响.结果表明:带延性铸造连接件的防屈曲支撑具有良好的承载力、延性及刚度,其承载力与连接件的耗能段长度、耗能板宽厚比成正比.这种新型支撑将结构的非弹性变形集中在延性铸造连接件上,保护了结构其余构件的安全,提高了结构的塑性变形能力.

预制装配式混凝土框架高效延性节点试验研究

介绍国内外关于装配式混凝土框架延性节点的研究成果,在此基础上,设计一种新型装配式混凝土框架高效延性节点并开展足尺试验研究。试验包括3个装配式节点和1个现浇对比节点,采用低周反复加载方法。试验结果表明:装配式高效延性节点的承载力高于现浇对比节点;在节点核心区预埋低屈服高延性连杆并通过中间翼缘有效锚固后,节点正负向加载位移延性系数比现浇对比节点有大幅提高,延性性能明显改善;在整个加载过程中,连杆首先屈服并发生充分的塑性变形,梁柱基本保持弹性状态,达到延性连接设计目的;加载后期节点核芯区剪切变形增大,有限元分析表明节点核芯区箍筋加密后可有效抵抗剪切变形。最后,结合本文研究成果对相关装配式延性节点的抗震性能作总结分析。

低屈服高延性连杆的研发及其在装配式节点中的应用

基于宝钢生产的BLY225钢材研发了一种低屈服高延性连杆,然后将其应用于装配式混凝土节点连接。试验研究表明:节点承载力高于现浇对比节点;节点正负向加载位移延性系数比现浇对比节点有大幅提高,延性性能明显改善;在整个加载过程中,连杆首先屈服并发生充分的塑性变形,梁柱基本保持弹性状态,达到了延性连接设计目的,但加载后期节点核芯区剪切变形增大,要求箍筋配置加密,这一点还需深入研究。

基于SMA装置的框架-受控摇摆墙结构抗震性能试验研究

该文提出一种新型的框架-受控摇摆墙结构实现形式,由SMA装置代替传统的预应力筋实现摇摆墙体的受控约束,在墙体与基础之间安装V形铰接支座实现墙体的摇摆及提供竖向支撑,并在墙体与框架柱间安装耗能连接件增强摇摆结构的耗能能力。通过一个对比框架试件和一个基于SMA装置的框架-受控摇摆墙试件的低周往复试验,对比研究所提出的新型结构形式的抗震性能、破坏模式和自复位特性。试验结果表明:基于SMA装置的框架-受控摇摆墙结构的刚度和承载能力得到显著提高,提高幅度分别达到150%和103%;耗能连接件有效地发挥延性变形特性,使结构的滞回耗能能力显著提高,提高幅度达到183%,有效地减轻主体结构梁端、柱端以及梁柱节点区的损伤;所研发的SMA装置有效地实现了预设的工作机制,为摇摆墙体的自复位提供了恢复力;摇摆墙、耗能连接件和SMA装置的参数匹配还需进一步深入研究。

框架-摇摆墙结构抗震性能试验研究

为研究框架-摇摆墙结构的实现形式与抗震性能,进行了摇摆墙体与框架及摇摆墙与基础的可更换节点的设计,在此基础上开展了框架-摇摆墙结构的拟静力试验。试验共设计一榀钢筋混凝土框架模型和两榀框架-摇摆墙模型,其中摇摆墙体与框架分别采用软钢的工字形和圆柱形两种延性连接件形式,摇摆墙与基础则分别采用橡胶垫的非抗剪和抗剪连接。拟静力试验结果表明:设计的框架-摇摆墙能够将失效部位设定在预期构件上,有助于实现强震后的可恢复性;两种框架-摇摆墙模型的受剪承载力较对比框架分别提高了21.8%和29.5%;框架-摇摆墙较框架结构有更优异的刚度与承载力退化性能和更好的耗能能力;框架-摇摆墙可有效改善框架结构的变形模式,使得各层的层间位移趋向均匀。框架与摇摆墙的延性连接节点是决定框架-摇摆墙抗震性能的关键,应在保证连接件不发生断裂破坏的前提下充分发挥其在强震下的耗能能力。

设置碟形弹簧的框架-摇摆墙结构抗震性能试验研究

受控摇摆墙通常采用预应力筋的形式实现,预应力筋基础锚固施工困难,墙体摇摆幅度很小且易与基础发生碰撞.为解决上述问题,研发了一种受控摇摆墙,主要通过基于碟形弹簧的装置实现墙体的受控约束,墙体与主体框架、基础分别采用耗能连接件和V形支撑连接.设计制作了缩尺比为1∶2的对比框架与框架-摇摆墙试件,通过低周往复加载试验研究其抗震性能、破坏模式和自复位特性.结果表明,设置碟形弹簧的框架-摇摆墙较对比框架承载力提高了107.1%,且具有更好的刚度退化性能与耗能性能,框架结构的变形模式得到改善,使得各层的层间位移趋于均匀.连接件是影响框架-摇摆墙结构耗能及协调层间变形的关键,应进一步研究其改进措施及优化设计.