柱端盖板型滑移摩擦节点分层装配钢框架滞回性能研究

分层装配式钢框架是一种能充分体现快速装配性的新型结构形式。基于低损伤抗震概念,针对柱端盖板型滑移摩擦节点(CPSFJ)分层装配式钢框架的滞回性能进行了试验研究和数值分析。研究发现,通过在柱端设置CPSFJ,可以有效实现在大震作用下以滑移摩擦耗能代替结构构件的塑性损伤耗能,进而保护结构主体构件免受损伤。试验结果表明,该结构体系在低周往复加载下,滞回曲线呈现出饱满的弓形,且骨架曲线表现为三段式平顶型,显示出良好的能量耗散能力和稳定的滞回性能。为解决梁端局部刚度不足的问题,提出了梁端加劲肋布置改进方案,能显著改善梁端应力集中现象,降低塑性损伤的可能性。本研究为分层装配式钢框架结构设计提供了新的抗震耗能方案,具有重要的理论意义和应用价值。

柱脚设置盖板式滑移摩擦节点单层钢框架抗震性能研究

钢框架结构柱脚在地震作用下发生塑性屈曲将对震后修复造成困难。基于损伤控制概念,研究在柱脚设置盖板式滑移摩擦节点(CPSFJ)钢框架的抗震性能及损伤情况。设计并制作了2个1/2缩尺的单层钢框架试件,其中一个为柱脚设置CPSFJ钢框架试件,另一个为普通钢框架试件,对其进行拟静力加载试验。普通钢框架在加载结束后,柱脚处屈曲严重。柱脚设置CPSFJ的钢框架,在加载过程中CPSFJ如期发生滑移;钢柱段无明显损伤变形,CPSFJ拼接盖板发生弯曲变形,黄铜摩擦片表面出现磨损,可在震后复位钢柱、更换拼接盖板和摩擦片以实现修复;框架滞回曲线饱满,骨架曲线无明显下降,表现出良好的抗震性能。

柱端设置L形连接件滑移摩擦节点单层钢框架抗震性能研究

基于损伤控制的理念,研究柱端设置L形连接件滑移摩擦节点(LCSFJ)钢框架的抗震性能和损伤情况。设计并制作了2个1/2缩尺的单层单跨梁贯通式钢框架试件,其中:一个为柱端设置LCSFJ钢框架试件;另一个为普通钢框架试件,对其进行拟静力加载试验。普通钢框架试验结束后柱脚屈曲严重,柱顶翼缘轻微屈曲。柱端设置LCSFJ的钢框架,在试验过程中,LCSFJ如期发生转动,进行摩擦耗能;试验结束后,LCSFJ连接件发生弯曲变形,黄铜摩擦片出现磨损,钢柱无明显损伤变形,利于震后修复;柱端设置LCSFJ钢框架滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能。试验结果表明:设置LCSFJ钢框架可以通过LCSF滑移摩擦和连接件屈服进行耗散地震能量,使梁柱等主体结构保持弹性。为提高柱端设置LCSFJ钢框架的抗震性能,建立有限元模型做进一步分析,配置隅撑的LCSFJ钢框架承载能力和耗能能力均有提升。有限元结果表明:配置隅撑可以在保证LCSFJ工作性能的前提下,显著提高柱端设置LCSFJ钢框架的承载能力和耗能能力,增强抗震性能。

滑移摩擦隔震系统在多向地面运动作用下的试验研究

基础隔震通常只考虑隔离水平地面运动 ,而对竖向地面运动的影响注意不够。本文进行了滑移摩擦隔震系统的振动台房屋模型试验 ,研究多向地面运动输入时上部结构反应和隔震系统的性能。试验中分别对模型输入了不同方向的地震动 ,其中包括水平单向、水平双向、水平和竖向及三向地震动输入 ,对试验结果进行了分析比较 ,结果表明竖向地震动输入对上部结构的水平地震反应有显著影响 ,同时在橡胶隔震支座中产生了竖向拉力。

L形连接件滑移摩擦柱脚节点抗震性能研究

柱脚节点是钢结构体系中的关键部位,其损伤将直接影响到结构体系的性能。基于损伤控制理念,提出了一种装配式L形连接件滑移摩擦柱脚节点。利用有限元软件ABAQUS建立了柱脚节点模型,考虑摩擦界面是否设置填充板和外连接件是否设置加劲肋,以及改变轴压比、连接件竖肢和水平肢厚度等因素,分析不同参数对节点受力模式、滞回曲线、耗能能力和损伤特征的影响。结果表明:柱脚节点主要承受摩擦力和轴压荷载的作用,柱端在受力过程中发生滑移,通过摩擦机制耗能,避免主体结构发生塑性损伤。填充板的设置增强了结构的摩擦性能,且在不同轴压荷载下均具有良好的延性和转动性能。在设置填充板的结构中,合理设置连接件竖肢厚度、水平肢厚度和加劲肋,在保证了节点摩擦耗能性能实现的同时,充分发挥了保护主体结构优势,达到了损伤控制的预期。

柱端设置盖板式滑移摩擦节点H型钢柱抗震稳定性研究

基于损伤控制理念,提出了一种盖板式滑移摩擦柱端节点,该节点利用滑移摩擦代替材料屈服耗能,达到避免构件损伤的目的。为研究在柱端设置该节点H型钢柱的抗震稳定性能,设计并制作2个1/2缩尺的H型钢柱试件:一个试件为普通H型钢柱;另一个试件为柱端设置盖板式滑移摩擦节点H型钢柱,并进行低周往复加载试验。试验结果分析表明:在低周往复加载作用下,柱端设置盖板式滑移摩擦节点的构件,仅翼缘盖板发生塑性变形及黄铜摩擦板出现磨损,钢柱未发生损伤;其极限承载力相较于普通H型钢柱低10%;滞回曲线饱满,刚度与耗能能力与普通H型钢柱相差不大,表现出良好的抗震性能。有限元模拟结果与试验结果基本吻合,并通过有限元模拟分析盖板厚度对设置盖板式滑移摩擦节点H型钢柱受力性能的影响,研究结果表明:合理设置盖板厚度,在提高柱承载力的同时,保证了节点的摩擦耗能,使得钢柱得到有效保护,达到了预期的损伤控制目标。

基于黏结-滑移摩擦模型的304不锈钢切削力仿真研究

通过预测加工304不锈钢时产生的切削力,从而对切削参数和刀具几何参数进行优化,是提高304不锈钢的加工精度、切屑控制及保障刀具寿命的基础。建立304不锈钢切削仿真模型,为提高模型的精确性,选择Johnson-Cook本构方程和黏结-滑移摩擦模型。结果表明:采用黏结-滑移摩擦模型的切削力预测结果更为准确,表明相对于纯剪切摩擦与库仑摩擦模型,黏结-滑移摩擦模型能更准确地描述刀-屑摩擦特性。展开不同参数下的切削力研究,研究发现:切削力随着刀具前角、后角和切削速度的增大而减小,随切削刃钝圆半径和切削厚度、宽度的增大而增大,其中切削宽度、厚度及前角对切削力大小影响较大。研究结果为304不锈钢切削效率的提高和切削机制的研究提供了理论依据。

滑移摩擦型隔震结构考虑竖向地震作用影响的分析

摩擦滑移型隔震支座具有较好的减震效果和经济性能,越来越多地应用于结构隔震。这种支座屈服力取决于滑动摩擦力,与摩擦系数和支座竖向压力有关。地震动是多维的,本文考虑双向地震动,分析了采用摩擦滑移型支座隔震的质量块、基础隔震结构和顶层隔震结构,在不同摩擦系数和地震烈度情况下竖向地震作用对结构水平地震反应的影响。计算表明,在大摩擦系数、高烈度情况下,竖向地震作用对基础隔震和设备隔震有一定影响,建议考虑竖向地震作用的影响;而在小摩擦系数时则可忽略。并且,适当的屈服后刚度可以减小竖向地震作用的影响。

自然老化服役后板式橡胶支座摩擦滑移性能试验研究

为了解自然老化服役后板式橡胶支座的摩擦滑移性能,取实际桥梁中服役10年的7个板式橡胶支座进行摩擦滑移试验,分析不同竖向压应力下支座摩擦滑移规律,研究自然老化板式橡胶支座的水平弹性刚度、摩擦系数及耗能能力等,并对比人工热老化支座的相关性能。结果表明:相同服役年限的自然老化板式橡胶支座老化程度并不相同;自然老化板式橡胶支座摩擦系数随着竖向压应力的增大而减小,水平弹性刚度随着竖向压应力的增大而增大;压剪作用对老化板式橡胶支座的耗能能力影响较小,但需要注意累积的摩擦滑移会使支座耗能能力降低。自然老化板式橡胶支座(试验值)相较于未老化支座(理论值)的表面摩擦系数有所降低,但水平弹性刚度明显增大;自然老化板式橡胶支座水平弹性刚度增大幅度远高于人工热老化的板式橡胶支座,人工热老化研究严重低估了自然老化对板式橡胶支座的危害。

曲面摩擦滑移隔震结构的随机地震可靠度分析

曲面摩擦滑移隔震结构(curved surface sliding isolated structure,CSSIS)是一种具有广泛应用潜力的新技术.但在工程实践中,地震波的选取会显著影响CSSIS的抗震设计和风险评估结果.针对缺乏强震记录的情况,提出一个能够反映特定地区地震特征的随机地震动模型,并通过Monte-Carlo模拟算法,评估CSSIS的抗震可靠指标.通过振动台试验和理论分析确定CSSIS力学模型的关键结构参数,采用随机地震动模型生成地震波,以天津宁河地区为例,基于首次超越概率理论,计算了CSSIS的失稳概率Pf.结果表明,地震震级M和震中距D对CSSIS的抗震性能具有显著影响.随着震中距D的增加,上部结构的失稳概率Pf迅速下降;相反,地震震级M的增加会导致Pf升高.所得研究结果将为CSSIS的广泛应用提供重要的设计参考依据.

地震下三塔悬索桥主缆-鞍座摩擦滑移行为及其影响

三塔悬索桥中塔两侧主缆并未直接与锚锭连接,中塔处主缆的纵向约束较弱,地震下主缆-鞍座易发生显著的摩擦滑移。为了揭示三塔悬索桥中主缆-鞍座摩擦滑移及其对结构地震响应的影响规律,本文依托浔江大桥实际工程,建立了三塔悬索桥的非线性有限元模型,利用摩擦单元重现了主缆-鞍座界面的摩擦滑移行为,揭示了地震下主缆在边塔和中塔处的不同滑移变位,分析了摩擦系数对于界面滑移、主塔内力等响应量的影响规律。分析结果表明:摩擦系数大于0.1,在设计地震下主缆-索鞍界面无摩擦滑移,而在罕遇地震和极罕遇地震下,有一定的摩擦滑移,最大摩擦滑移量随着摩擦系数增大而减小;主缆-索鞍界面在地震作用下会发生明显滞回现象,最大可提供约2.0%的等效阻尼比;边塔顶剪力对塔底弯矩的贡献率达到了50%~70%,而中塔由于设置阻尼器,剪力贡献率仅为20%~40%;适当减小摩擦系数有利于降低塔的响应,但摩擦系数降低至0.001时,主缆将失去对塔变形的约束能力,将显著改变塔的变形模式与动力效应。

既有砌体结构摩擦滑移隔震加固工程有限元分析

摩擦滑移隔震技术具有成本经济、设计简洁等优点,广泛应用于各类隔震建筑中。基于摩擦滑移的隔震原理,结合既有砌体结构的特征,设计出新型摩擦滑移装置,并将其应用于既有结构加固设计中。结合工程实例,通过建立3组不同连接方式的多层砌体结构模型,对比基础不同连接形式在罕遇地震下的加速度、基底剪力及位移反应。试验结果表明:摩擦滑移隔震装置的设置能够大大降低结构的地震响应。设置限位型的摩擦滑移连接也能起良好的隔震效果,限位装置的增加能够有效地减小底部滑移量,满足工程使用的要求。根据工程实例,对摩擦滑移隔震的“双基础圈梁”装置的具体构造,以及在加固设计中的平面布置及关键部位的构造等进行说明,为摩擦滑移技术在加固设计中的应用与进一步优化提供思路。

装配式滑移摩擦柱脚节点震后可更换性能研究

基于损伤控制理念,设计了一种可更换连接件的H型钢柱滑移摩擦柱脚节点。该柱脚节点将能量耗散机制与震后修复机制相结合,从而提高其抗震韧性。对2组共6个柱脚节点进行初始、第一次修复和第二次修复后的低周往复加载试验。对比了初始试件和修复后试件的破坏形态、滞回曲线、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标。结果表明:柱脚节点具有良好的耗能能力,主要通过摩擦耗能实现;柱脚节点的损伤仅集中在连接件的转角处,钢柱底部的可摇摆构造有效避免了柱脚区域钢柱的损伤;柱脚节点第一次修复,即重新拧紧螺栓,整体抗震性能可基本恢复,但在再次加载中会加重连接件损伤;柱脚节点第二次修复,即通过更换摩擦板、高强螺栓和连接件,整体抗震性能可恢复至初始水平。

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。

既有砌体结构低成本摩擦滑移加固方法的拟静力试验研究

基于摩擦滑移隔震原理,提出既有砌体结构“双圈梁+扁担梁”摩擦滑移加固方法。设计和制作采用了该方法加固前后的砖墙模型,进行了拟静力对比试验,分析了加固前后墙片的破坏形态、承载力、刚度退化、延性及耗能能力,测试了滑移面的摩擦系数。研究结果表明,本文提出的摩擦滑移加固方法,轻松实现了既有结构隔震加固的托换改造,大大降低了结构隔震改造成本和施工难度,缩短了改造周期;该方法削减了地震能量向上部结构的输入,墙片耗能能力及延性大幅提高,刚度退化速度变缓,上部结构完好;同时限位装置避免了主体结构倾覆,实现了“有限滑移”,确保了大震后建筑功能的快速恢复。

考虑支座摩擦滑移的高墩弯桥地震响应分析

为研究高墩弯桥在考虑支座摩擦滑移后地震响应的特点和规律,采用Midas civil软件建立了2联连续弯桥有限元模型。基于板式橡胶支座的双折线恢复力模型,研究了支座剪切刚度对地震响应的影响规律。研究结果表明:考虑支座的摩擦滑移效应后,墩顶最大位移减小了5.5%,墩底最大弯矩减小了4.7%,墩底最大剪力增大了27.1%;随着支座剪切刚度的增加,墩底弯矩和墩顶纵向最大位移先增大后减小,墩底剪力和梁体纵向最大位移逐渐减小。

用实时拟动力试验方法研究滑移摩擦隔震系统的可行性

用数值计算分析了采用实时拟动力试验方法研究滑移摩擦隔震装置的可行性。重点考察了拉格朗日插值方法对作动器位移与速度精确度的影响。通过对一个七个自由度结构模型设置滑移摩擦隔震支座动力反应时程的分析可知,用实时拟动力试验系统研究滑移摩擦类隔震结构是可行的。通常当Δt=0.01s,δt=0.001s时,SGT外插值运算的次数不应超过五次,内插值的运算次数可以不受限制。宜采用三阶拉格朗日插值计算公式,以控制动力反应速度失真及突变速度的大小。在进行实时拟动力试验时必须考虑作动器系统位移滞后的影响,标定滞后时段长度,并在编制控制程序时予以补偿。

纯摩擦滑移隔震结构的位移反应分析

文章在建立了基础隔震结构动力反应方程的基础之上,通过数值模拟,对纯摩擦滑移隔震结构体系的位移反应进行了计算和分析,主要研究了该体系中摩擦系数的变化对隔震效果的影响,以便为工程实际提供理论依据。

板式橡胶支座摩擦滑移抗震性能试验研究

为了研究板式橡胶支座摩擦滑移后桥梁的抗震性能，完成了5个试件在不同竖向荷载作用和往复荷载作用下的拟静力试验，分析了支座摩擦滑移前后的滞回曲线、骨架曲线、支座变形、滑移位移、强度和刚度退化规律以及耗能能力等抗震性能指标．试验结果表明，加载位移较小时，支座主要发生弹性剪切变形，滑动位移较小．当支座剪切变形达到73％一110％时，发生明显滑移，滑移位移与支座所受的竖向荷载和支座规格有关．支座与钢板之间的摩擦系数与施加竖向荷载成反比，摩擦力与竖向荷载成正比，支座加载和卸载刚度基本不变，等效刚度退化明显，但退化到一定值后基本稳定．板式橡胶支座橡胶层厚度的增加会导致支座摩擦耗能性能改变，加载位移相同时，支座自身的剪切变形随之增大，摩擦滑移位移和摩擦耗能则随之减小．

遥感-岩石力学(Ⅵ)——岩石摩擦滑移特征及其影响因素分析

以花岗闪长岩和辉长岩为例,结合遥感-岩石力学基础实验研究,研究了双轴加载条件下岩石摩擦滑移特征,重点对影响岩石摩擦滑移特征的5个重要因素,即正应力、岩性、摩擦表面粗糙度、含水性及摩擦速率进行了实验分析。研究表明:(1) 正应力越大,越容易出现粘滑,粘滑时应力降越大,且重复粘滑的间隔周期越长。(2) 相同边界条件下,辉长岩的粘滑性比花岗闪长岩强。(3) 摩擦表面粗糙度对岩石的粘滑性能有较大影响,重复摩擦会增加粘滑的不稳定性。(4) 含水后岩石摩擦面的摩擦强度会降低,但摩擦过程中水份随产热蒸发,其摩擦强度会逐渐恢复。(5) 低速率摩擦时岩石主要表现为粘滑,而高速率摩擦时则主要表现为稳滑。