摩擦耗能型摇摆柱节点抗震性能研究

基于可恢复功能的概念,提出了一种摩擦耗能型摇摆柱节点。阐述了该节点的构造形式并研究了其抗震性能。通过试验和数值模拟,分析了轴压比、弹簧刚度等参数对节点抗震性能的影响及节点在余震和修复情况下的韧性。研究结果表明,在±3%层间位移角内,节点呈现出低损伤特性,摇摆柱始终保持弹性。在轴向力作用下,滞回曲线呈明显的“旗帜形”,节点具有良好的自复位性能,最大残余转角仅为0.23%。通过重新拧紧螺栓,节点性能即可恢复至震损前水平,实现抗震韧性。弹簧刚度的增大可以显著提高节点的抗弯承载力;增大轴压比可以提高节点的“屈服”弯矩和极限弯矩。在轴向力作用下节点属于典型的半刚性连接,并确定了节点初始转动刚度的取值范围。针对该节点提出了一个简化的恢复力模型,理论结果与试验结果吻合度较好,为进一步对整体结构进行分析和设计奠定了基础。

摇摆柱在某高层办公项目中的应用分析

某49m钢框架办公楼,局部含三层通高裙房,裙房区域为单跨大空间。因建筑效果要求需严格控制裙房大堂区域三层通高柱子截面,由于大堂柱高度较大为细长柱,柱子截面由长细比控制。本文借助该项目细长柱的设计,比较钢结构细长框架柱及钢结构细长摇摆柱这两种形式在项目实际应用中的特点,探讨细长摇摆柱在项目中应用的可行性及相关注意事项。

基于抗损性的钢筋混凝土摇摆柱力学性能研究

抗震韧性将震后建筑的功能维持或快速恢复作为最终目标。构件层次的摇摆机制是实现主体结构功能可恢复的有效途径,但应以构件的抗损性为前提。以钢筋混凝土摇摆柱为对象,比拟弹性半空间局部受载经典拉芒(Flamant)理论,推导摇摆柱轴向应力分布弹性力学解答,以此为基础,假定摇摆柱侧移由柱端接触面转角和柱身弯剪变形引起,建立钢筋混凝土摇摆柱荷载-侧移力学模型,与有限元模拟结果对比验证合理性。开展轴压比和柱端强度分析,结果表明,在柱体抗损的前提下,单纯提高轴压比可提高柱体承载能力,但对侧移能力提升不显著;随着柱端材料强度提升,柱体承载力和侧移能力均显著改善,因此,采用柱端局部增强的方法改善钢筋混凝土摇摆柱工作性能具有可行性。

北京奥林匹克公园会议中心钢管摇摆柱性能化抗火分析与设计

北京奥林匹克公园会议中心为2008年的北京奥运会工程项目之一。北京奥林匹克公园会议中心建筑空间高大、火灾荷载密度较小,其火灾升温远不同于普通小室火灾。为了更好地反映真实火灾对结构的破坏程度,在确定建筑物室内的有关参数以及火荷载的情况下,采用基于场模型的火灾模拟软件FDS(Fire Dynamics Simulator)进行火灾流体动力学分析,并用得到的火灾升温曲线进行北京奥林匹克公园会议中心的钢管摇摆柱的性能化抗火分析与设计。首先确定钢管摇摆柱的抗火性能目标,然后对钢管摇摆柱在可能最不利火灾场景下的力学性能进行分析,最后根据钢管摇摆柱的受火性能是否满足抗火性能目标来评估钢管摇摆柱的抗火安全性及需要采取的防火保护措施。该结果已被业主和消防主管部门采纳,可供类似工程的钢结构抗火设计参考。

安装有自复位耗能摇摆柱的RC框架动力弹塑性分析

根据Roh提出的摇摆柱具有耗能能力较小且框架中附加对角阻尼器可能会影响建筑使用功能的特点,提出在摇摆柱的上下端安装一种自复位及耗能于一体的小型隅撑,构成自复位耗能摇摆柱,并将其应用于传统框架中构成一种新型的自复位框架结构.利用有限元软件OpenSees分别对建立的5个钢筋混凝土单榀框架模型在多遇、设防、罕遇地震作用下进行弹塑性动力时程分析计算.分析结果表明,带有自复位耗能摇摆柱的RC框架的层间加速度及残余位移与传统框架相比,明显减小了;罕遇地震下层位移及层间位移角略小于传统框架.

海洋平台——摇摆柱减振体系中连接杆优化研究

摇摆结构体系是最近几年发展起来的新型结构,研究表明摇摆柱施加于海洋平台上可有效降低平台的动力反应。基于摇摆柱体系的新型海洋平台结构形式,以JZ20-2北高点井口平台为例,利用ANSYS有限元软件对该结构体系进行了地震作用和冰力荷载下的数值仿真分析,计算了摇摆柱与海洋平台之间的连接杆在不同刚度、不同数量时的平台结构位移和加速度反应。分析结果表明,连接杆的刚度和数量对海洋平台结构的位移和加速度反应有较大影响,当其达到某一值或在特定范围内时,对海洋平台振动的控制效果最为明显,为海洋平台——摇摆结构体系的实际应用提供了理论依据。

基于自复位摇摆柱的海洋平台摇摆结构抗振性能研究

在JZ20-2北高点井口平台加设带浮箱装置的摇摆柱,利用ANSYS有限元软件对整体结构进行了地震荷载作用下的仿真分析,计算分析了不同摇摆柱刚度、不同浮箱位置、不同浮力等情况下平台节点最大位移和最大加速度反应.数据分析表明,摇摆柱刚度是影响海洋平台抗振性能的最主要因素,浮箱可以有效地减小海洋平台动力反应,具有一定的减振效果.

基于摇摆柱的海洋平台稳定承载能力分析

研究基于摇摆柱的JZ20-2北高点井口平台弹塑性整体稳定分析,发现影响结构稳定性能的因素,优化海洋平台结构体系。应用ANSYS有限元软件,比较有无摇摆柱下海洋平台稳定承载能力,发现存在摇摆柱的海洋平台稳定承载能力有明显提升。同时改变连接杆、摇摆柱刚度(线刚度),利用ANSYS特征值屈曲分析得到承载力变化规律,发现随着连接杆、摇摆柱刚度(线刚度)的增大,海洋平台稳定承载力皆有不同程度提升,但提升有逐渐变缓的趋势。最后在保证结构稳定承载力的前提下,利用ANSYS屈曲分析,定量的给出合理的海洋平台与摇摆柱刚度比,为结构体系优化提供基础。

用于海洋平台结构的钢管混凝土摇摆柱构造性能试验研究

为研究摇摆柱海洋平台结构的摇摆柱构造形式,研究制作了10个组合型钢管混凝土构件,采用圆钢管、圆钢管-工字钢、圆钢管-圆筒、方钢管、方钢管-工字钢、方钢管-圆筒6种截面形式进行三点弯曲试验.研究了不同形状、截面形式的组合型钢管混凝土在三点弯曲试验过程中的破坏过程,包括破坏形态、承载能力和变形能力;并且通过局部横纵比和局部应变分析加载后试件内部变化和受力特征.试验结果表明:试件在加载过程中,钢管与混凝土以及钢管混凝土中内置的型钢在不同阶段有着不同的受力特征和协同工作机理;圆钢管混凝土更有利于钢管对混凝土发挥套箍作用,从而提高构件承载能力和变形能力;内置圆筒的双圆筒截面形式构件抗剪性能最好.

唐代殿堂型木构架摇摆柱力学模型研究

以山西佛光寺东大殿为代表的唐代殿堂型木结构建筑年代久远,具有极其重要的历史文化价值。已有研究表明柱架层、铺作层和屋架层的水平分层结构使其具有良好的抗震性能,其中柱摇摆在抗震中发挥了重要作用。以唐代殿堂型木构架中的木柱为研究对象,对其在水平荷载作用下的抗侧机理进行了详细分析:考虑摇摆过程中柱头和柱脚受压面应力状态变化及受压区木材的弹塑性变形,将柱摇摆过程划分为六个子状态,分别建立了各子状态的几何方程、平衡方程和接触面应力分布关系;对柱头、柱脚受压面形状变化以及柱头栌斗压力合力作用点和柱脚础石支反力合力作用点的平移过程进行详细分析;建立了摇摆柱抗侧力-柱头水平位移力学模型,并通过与数值计算结果及已有理论模型的对比验证了所提模型的有效性。此外,还对比分析了唐、宋两个历史时期殿堂型木构架因柱架层构造不同而产生的抗侧性能差异。研究成果可为早期古建木构抗震性能及加固研究提供理论基础。

超长大直径摇摆柱制作安装技术

通过对超长外露大直径摇摆柱制作、安装技术的研究,对卷制直缝焊管的卷制、安装进行了研究,对钢管的不平度、圆度、坡口角度、焊缝外观、接口等进行了深入的研究,尤其是锥管段与铸钢支座的连接,摇摆柱的安装均很有特点。

震后可恢复功能摇摆柱滞回特性及恢复力模型研究

为实现框架结构的震后性能快速恢复,采用震后可恢复功能摇摆柱(ERR柱);通过建立ERR柱的精细化有限元模型,在试验验证的基础上进行参数分析,并提出ERR柱的恢复力模型。研究结果表明:轴压比是影响ERR柱滞回特性及可恢复性的主要因素。随着轴压比的增加,试件承载力增加,残余变形迅速减小,ERR柱滞回曲线由捏拢的“梭型”逐渐转变为“旗帜型”,表现出良好的可恢复性能。螺栓群的设计是保证ERR柱滞回耗能性能的另一个关键因素,柱根处连接板与开缝钢板阻尼器之间的相对滑移会造成试件滞回曲线出现捏拢现象并削弱其耗能能力。建议采用高强摩擦型螺栓并按照“强连接、弱阻尼器”原则进行试件设计。本文所提模型计算结果与试验及有限元分析结果吻合良好。

海洋平台摇摆柱体系摇摆柱构造试验研究与数值模拟

为研究摇摆柱海洋平台结构的摇摆柱构造形式,制作了4个方钢管组合型混凝土构件。试验研究了内部嵌入工字型钢和普通方钢管混凝土在三点弯曲试验过程中的破坏过程,包括破坏形态、承载能力和变形能力;数值模拟了内部嵌入工字型钢和普通方钢管混凝土在相同试验条件下的破坏形态和荷载-位移曲线。对比试验结果和数值模拟结果发现,截面中增加工字型钢可以有效地增强钢管混凝土试件的抗剪承载力和变形能力;利用本文建立的有限元模型可以很好地模拟钢管混凝土的破坏形态、开始后弹性阶段和屈服阶段的荷载-位移曲线;对于有焊缝的钢管混凝土组合结构,增加焊缝强度可以提高结构的整体抗剪性能。

海洋平台-摇摆柱结构体系设计方法验证

以JZ 20-2北高点海洋平台-摇摆柱结构体系设计方法为基础,在同等冰力工况作用下,检验此设计方法在对应不同海洋平台刚度下动力响应降低的有效性,结果证明:海洋平台在某一刚度范围内时摇摆柱能有效发挥减振作用。在此刚度范围内,以渤海JZ 20-2MUQ平台为基础,依据JZ 20-2北高点海洋平台-摇摆柱结构体系设计方法设计摇摆柱及连接杆,利用有限元软件ANSYS计算分析JZ 20-2MUQ海洋平台-摇摆柱结构体系在冰力荷载下的动力响应,结果发现此结构体系减振效果明显,证明了该设计方法对渤海湾导管架式海洋平台是有效的。

自复位耗能摇摆柱在不同参数下的滞回性能分析

目的研究参数变化对自复位耗能摇摆柱滞回性能的影响规律,为结构设计提供参考.方法利用Open Sees有限元软件对自复位耗能摇摆柱,在5%和15%轴压比、不同自复位耗能支撑长度Ls、第一刚度K1、第二刚度K2、摩擦力F、预拉力P0及其角度γ和摇摆柱截面尺寸d下的滞回性能进行研究.结果角度γ变化对自复位耗能摇摆柱滞回性能影响显著,15%轴压比、20°~40°时可充分发挥其性能;除K1变化对其耗能无显著影响外,其余参数增大均使耗能有所增加;除d的增大使其自复位性能显著下降外,其余参数变化对自复位性能均无显著影响.结论各参数变化对自复位耗能摇摆柱滞回性能影响迥异、具有显著规律性,可为结构设计提供参考.

框架中有摇摆柱时框架柱的稳定系数

本文研究了对摇摆柱提供支持的框架柱的稳定性。结果表明,存在摇摆柱的情况下,框架柱的稳定系数,除了采用放大了的长细比确定外,还要适当降低柱子曲线。通过有限元分析对比,本文建议了一个修正的缺陷因子,在现行压杆稳定系数b曲线的计算公式中应用。本文考察了带摇摆柱框架的总的承载力。结果表明,虽然摇摆柱的侧向稳定承载力是由框架柱提供的,但是在框架柱的长细比小时,总的承载力远远超出框架柱本身的稳定极限承载力。这说明,摇摆柱的承载力是由框架柱的抗侧刚度提供的,柱子长细比小的框架柱的抗侧刚度较大,在满足本身的稳定承载力要求之后,只要稍微增大框架柱的截面,框架柱就能够获得足够的刚度为摇摆柱提供承载力。

海洋平台-摇摆柱结构体系冰激振动试验

海洋平台-摇摆柱结构体系是一种新型结构体系,能够有效地控制海洋平台在冰荷载作用下的动力反应,同时可以和多种消能减振装置相结合,进一步提高结构耗能能力。通过采用ANSYS对模型方案进行优化,研究冰荷载作用下,连接杆数量、位置和摇摆柱直径对海洋平台抗振性能的影响,分析发现连接杆数量越多、摇摆柱直径越大,减振效果越好。考虑到摇摆柱与海洋的接触面积以及结构的经济性,方案3(摇摆柱直径为360mm、连接杆4根)可以达到较好的控制效果。模型以JZ20-2北高点海洋平台为基础,按照方案3制作1∶10的缩尺模型。通过原海洋平台和海洋平台-摇摆柱结构进行对比分析,发现海洋平台增设摇摆柱是一种有效减振措施。

新型自复位混合摇摆柱可恢复功能性能分析

目的 提出一种带有可更换软钢耗能器的新型自复位混合摇摆柱(RHD-RRC),以解决传统框架在震后易损坏且不易修复问题。方法 利用ABAQUS软件建立了RHD-RRC有限元模型,并进行低周循环往复加载试验。通过滞回曲线、骨架曲线等分析其自复位能力、刚度退化及耗能能力等,进而对比分析普通摇摆柱和RHD-RRC的地震可恢复功能性能的区别。结果 与普通摇摆柱相比,RHD-RRC的滞回曲线饱满且平滑,具有良好的耗能能力和自复位能力,强度和刚度更高、且刚度退化和强度退化较为缓慢。结论 RHD-RRC良好的耗能能力和自复位能力可以实现框架结构的可恢复变形能力,以有效解决传统框架柱震后易损坏且不易修复的问题。

内摇摆柱-钢框架结构新体系受力性能分析

提出一种新型的钢框架结构体系,即内摇摆柱-钢框架结构体系.为了研究这种新体系的受力性能,并与普通钢框架体系性能相比较,本文建立了六层的新型结构体系和传统普通钢框架体系的三维非线性有限元模型,分析了在不同类型的侧向荷载作用下结构的变形特征、承载力以及塑性铰分布等受力性能,结果显示本文提出的内摇摆柱-钢框架结构体系具有良好的受力性能,并且新型结构体系构造简单施工方便,采用该体系建筑结构可以获得较好的经济效益.

基于摇摆柱的海洋平台动力稳定性分析

研究基于摇摆柱的JZ20-2北高点井口平台在地震作用下的动力稳定性.应用ANSYS有限元软件,比较有无摇摆柱下海洋平台动力稳定承载能力,发现存在摇摆柱的海洋平台动力稳定承载能力有明显提升;随地震波加速度峰值增大,结构局部产生较大位移,结构临界失稳;不同地震作用下,地震作用越强,结构动力稳定临界荷载越低.通过改变连接杆、摇摆柱刚度,发现随着连接杆、摇摆柱截面面积的增大,结构动力稳定临界荷载相应提高.对于存在初始缺陷的平台结构,结构动力稳定临界荷载显著降低,并随着初始缺陷的增大,结构的动力稳定性临界荷载值越小.