大变形巷道限阻耗能型支护结构研究

为了解决深部煤矿开采过程中所遇到的“高地应力、大变形、支护结构破坏”等问题,以朱集东矿东部辅助轨道大巷为工程背景,采用变形监测与数值模拟的方法研究深井软岩巷道围岩变形特征规律;依据围岩耗能支护理念,设计出控制巷道围岩能量释放与变形的“限制支护阻力阻尼器”(简称“限阻器”);通过数值分析与室内静压试验相结合的方式得到限阻器试件的性能指标与设计参数之间的关系,并验证限阻器的工作性能;最后通过数值模拟对比巷道常规支护与限阻耗能支护形式的变形与受力情况,验证巷道限阻耗能型支护方案的可行性。结果表明:限阻器的试验压缩量均达到了80%以上,具有较大的变形行程,在保证初期支护发生较大变形的前提下,达到降低围岩压力、耗散围岩能量的目的。限阻耗能支护较巷道常规支护最大主应力值分别降低51.2%、89.8%,提高了结构的安全性。

深埋老黄土隧道限阻耗能型支护方法

为解决蒙华铁路阳山隧道深埋老黄土段的初期支护破坏问题,从合理处理围岩压力和变形关系的角度提出耗能支护理念;在分析依托工程初期支护受力机理的基础上,设计基于限阻器的限阻耗能型支护,在试验段进行施工,测试支护的受力与变形,分析限阻耗能型支护的工作性能。结果表明:深埋老黄土隧道在支护设计时不能忽略支护的变形能力,应从能量支护的角度统筹围岩压力与变形;围岩压力以形变压力为主,初期支护整体处于小偏心受压状态,故将以受压变形为主的竖板厚7.5 mm、高280.0 mm、间距100~150 mm的钢板型限阻器环向嵌入原支护的左右拱脚位置,通过限阻器形成限阻耗能型支护,实现围岩压力释放和支护内力降低;限阻器在距掌子面约1.5倍洞径时开始压缩变形,最终压缩量为100~150 mm,小于设计压缩量,且支护除特殊情况外无破损现象,支护内力有较高安全系数,围岩压力释放充分;相比加强型支护,限阻耗能型支护既能提高支护的安全性又能降低工程造价,节省直接成本1.4万元·m^(-1),优越性明显。

腔室耗能型高速铁路风障的减载抗风性能

高速铁路挡风风障在减小列车在大风环境中运行的气动荷载的同时,自身具备良好的抗风能力和结构稳定性亦十分重要。为此,提出和设计出一种新型的由双层带孔薄板构成的透风式腔室耗能型挡风风障,并采用数值模拟方法对无挡风风障单层结构和腔室结构挡风风障的挡风作用及自身抗风性能进行计算和分析。结果表明,单层、腔室型挡风风障均可明显减少横风作用于列车的气动荷载,但它们的流场结构存在较明显的差异,且腔室结构风障所受的气动力较小;与单层风障相比,腔室型风障对列车气动荷载具有更好的减载效果以及更强的自身抗风能力和结构稳定性。通过改变腔室结构的两层薄板上透风孔的孔径比,可调节两层薄板的受力分配。腔室耗能型挡风风障的提出,为挡风风障的研究提供新的思路和方法,也可为高速列车的防风设计提供参考与依据。

大尺度新型卷边PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型连接中节点抗震试验研究

本文考虑柱轴压力、PEC柱布置方式和钢板组合截面类型等设计参数,对4个大尺度新型PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型中节点试件进行拟静力试验。基于试验数据,分析了试件承载能力、连接力学性能、节点传力机理和破坏模态等抗震性能。研究结果发现:新型卷边PEC柱较大程度增强了核心区混凝土的约束作用,更好满足"强柱弱梁"的抗震设计要求;PEC柱轴压力增大了节点初始转动刚度,其二阶效应降低了节点抗弯承载力,但加快了梁截面进入屈服的损伤进程;预拉对穿螺栓使节点域实现了混凝土斜压带传力机理,相应降低了节点区的抗剪需求,且具有一定的自复位功效;由于T形件对节点的加强作用,使得除试件SLJ3外的其余试件破坏模态均为T形件端部外排螺栓附近钢梁截面充分屈服形成塑性铰的理想延性破坏机构,对应连接转角均大于大震层间相对侧移限值1/30,表明摩擦耗能型连接较好实现了"小震通过摩擦耗散地震能,中大震利用T形件端部外排螺栓附近梁截面屈服耗散地震能"的设计目标。

牺牲-耗能型伸臂桁架的设计和试验研究

伸臂桁架是超高层建筑中的重要抗侧力构件。该文以一个超高层框架-核心筒-伸臂桁架结构为研究对象,分别采用普通伸臂桁架和防屈曲支撑(BRB)伸臂桁架进行独立设计,得到两个结构模型—普通伸臂桁架结构(CO)和BRB伸臂桁架结构(BO)。罕遇地震弹塑性分析结果表明,由于BO模型中的BRB伸臂桁架始终保持较高强度,反而导致结构中其他构件的塑性耗能比例增加,最终其塑性耗能效果不如CO模型中的普通伸臂桁架。因此,该文提出了一种新型牺牲-耗能型伸臂桁架,通过试验研究和有限元模拟分析了牺牲-耗能型伸臂桁架的主要设计参数及抗震性能。结果表明:牺牲-耗能型伸臂桁架的牺牲段和耗能段强度最优比为6∶4左右;将CO及BO模型中的伸臂桁架分别按照等刚等强原则替换成对应的牺牲-耗能型伸臂桁架后,结构中伸臂桁架的塑性耗能明显增加,剪力墙的塑性耗能明显减少,其他构件如连梁、梁的塑性耗能基本呈减少趋势,牺牲-耗能型伸臂桁架起到了保护结构中其他构件的作用。

耗能型屈曲约束支撑(BRB)安装施工关键技术及质量控制要点

屈曲约束支撑(BRB)在很多建筑结构中被设计和使用,其连接种类和材料多种多样,大大提高了建筑结构自身的抗震能力。以上海轨道交通10号线停车场地块项目为例,总结并介绍了耗能型屈曲约束支撑的安装施工工艺及操作要点,可为类似工程提供参考。

双向耗能型阻尼器参数化分析及减震性能研究

由于风荷载和地震作用方向的不确定性,要求安装在巨型悬挂复合支撑体系主结构和子结构间的阻尼器具有能够消耗任意方向输入的风或地震能量的机能。因此提出了一种双向耗能型阻尼器,介绍了其结构形式和工作原理,利用非线性理论和ANSYS软件对弯曲、拉压变形和剪切变形模型进行分析,得出相关力学参数。通过分析可知,计算得到的力学参数可靠,并基于此参数模拟阻尼器的恢复力模型,同时对安装该阻尼器的巨型悬挂复合支撑体系进行地震响应弹塑性时程分析,讨论其减震性能。

框架-剪力墙结构耗能型屈曲约束支撑体系施工技术

框架-剪力墙结构通常在某些刚度不足部位或者结构层间位移角较大部位增加支撑,采用防屈曲约束支撑代替普通支撑,能有效提高结构构件的抗震性能,屈曲约束支撑构件在框架-剪力墙结构中的安装方法通常有先装法和后装法两种方式,先装法安装钢结构安装量大、占用主线工期长,后装法安装支撑杆伸入结构构件连接不便或安装后无法达到较好的消能减震效果。本文介绍了框架-剪力墙结构中一种消能减震构件—耗能型屈曲约束支撑的施工安装技术,通过在传统先装法与后装法的基础上进行了改进,形成了一套混合间歇施工安装方法,解决了先装法安装工作量大、占用总工期长,避免了后装法安装质量不易保障、安装不便的缺点。本文主要从技术特点、工艺原理、工艺流程与施工要求、质量控制等方面进行了详细阐述。

耗能型拉索式限位装置Ⅱ型控制管的研究

在桥梁上部结构安装限位装置是防止桥梁主梁在强地震作用下坠落的一种有效途径。Ⅰ型控制管为耗能型拉索式限位装置的主要吸能部件,为了解决Ⅰ型控制管在工作性能上的不足,本文提出了填充铝蜂窝材料的Ⅱ型控制管。首先阐述了Ⅱ型控制管的构造和工作原理,并提出了其主要工作部件的设计方法,其次通过ANSYS模拟了7种不同规格Ⅱ型控制管的冲击过程,分析管内铝蜂窝材料相对密度、层间高度、底部外径以及冲击速率对吸能特性的影响规律,最后引用吸能评价指标对Ⅱ型控制管的吸能性能进行综合评价,同时与Ⅰ型控制管进行了比较。结果表明:填充了铝蜂窝材料的Ⅱ型控制管相较于Ⅰ型控制管在综合吸能性能上有了显著的提高,其在冲击后期能够消耗更多的能量,减小装置损伤程度;铝蜂窝材料相对密度、层间高度、底部外径、冲击速率对Ⅱ型控制管的综合吸能性能有显著影响。

钢板组合PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型连接抗震性能研究

针对采用摩擦耗能、承压型受力的PEC柱-钢梁双T形摩擦螺栓连接方式,通过低周往复荷载试验研究和采用有限元软件ABAQUS模拟验证,对比分析其承载能力、耗能能力和破坏模式,以验证模拟的合理性,并进一步对PEC柱截面布置方式(强/弱轴)、轴压力的影响规律进行系列有限元分析。结果表明:PEC柱轴压力产生的二阶效应只是影响连接耗能的发挥进程;PEC柱的布置方式决定梁柱连接刚度匹配而影响力的分配;预拉对穿高强螺栓的设置具有部分自复位功效,且较好实现了混凝土斜压带传力机理;所有试件破坏模式均由于钢梁相对薄弱截面处形成塑性机构而破坏,且节点连接转角基本达到0.035 rad,充分体现摩擦耗能型耗能模式能够满足结构耗能性能的要求,而承压型传力模式又保证连接的必要安全冗余度,且能较好满足抗震对其转动能力的要求。

新型卷边PEC柱(弱轴)-钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架抗震性能研究

为研究PEC柱在弱轴布置条件下与钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架的抗震性能,同时考察参数:摩擦耗能T形件腹板长圆孔尺寸、T形件翼缘对穿螺栓的布排方式、柱底连接方式的影响,按1∶2的尺缩比设计了4个1榀两层的框架结构试件模型,并利用有限元软件ABAQUS进行建模,基于经试验验证的有限元模型进行了低周往复水平加载的有限元参数分析,基于模拟数据,分析各试件模型在加载过程中的自复位效果、耗能能力、承载能力以及节点区传力机理。结果表明:所有试件在加载至相对侧移角0.035 rad时,其卸载后的残余转角仍小于0.005 rad,该框架结构具有优良的自复位效果;在结构进入设计预定的承压型受力模式前,结构的耗能由连接处摩擦耗能提供,转化为承压型受力模式后,结构主体构件进一步发挥作用并开始发挥材料耗能,较好实现了结构设计性态目标;柱脚固接试件具有更高的承载力与抗侧刚度,其受力发展进程更快;采用在T形件翼缘内外侧布置螺栓的实际工程做法可缓解T形件翼缘的翘曲变形,从而更有利于自复位连接受力进程的发挥;对于不同建筑功能的建筑,其要求的性态设计目标可通过T形件上长圆孔的尺寸来实现;采用摩擦T形件部分自复位连接的组合框架试件均有效实现了自复位效果、耗能能力和结构安全冗余度的有机统一。

考虑竖向力作用下卷边PEC柱(弱轴)-钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架抗震性能研究

为研究PEC柱(弱轴布置)与钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架在竖向力作用下的抗震性能,文章按1:2的尺缩比例设计了1个1榀2层的框架结构试件模型,并利用有限元软件ABAQUS进行建模,进行了低周往复水平加载的有限元分析,基于模拟得到的滞回曲线、残余变形曲线、滞回耗能曲线以及刚度退化曲线,分析试件模型在加载过程中的自复位效果、耗能能力以及承载能力。结果表明:试件在加载至相对侧移角0.035 rad时,其卸载后的残余转角仍小于0.005 rad,该框架结构具有优良的自复位效果;在结构进入设计预定的承压型受力模式前,结构的耗能由连接处摩擦耗能提供,转化为承压型受力模式后结构主体构件进一步发挥作用并开始发挥材料耗能,较好实现了结构设计性态目标;在柱底铰接条件下,框架上层抗侧刚度大于下层结构,下层受力进程更快;竖向力作用下的摩擦T形件部分自复位连接组合框架有效实现了自复位效果、耗能能力和结构安全冗余度的有机统一。

耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能研究

为了提升梁式桥结构的抗震性能,提出了新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座(SCSLRB),并基于形状记忆合金(SMA)滞回特性提出了耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁减隔震参数设计方法。首先,基于OpenSees平台分别建立耗能型滑移铅芯橡胶支座(EDSLRB)与形状记忆合金索的数值模型,分析了往复荷载作用下的滞回响应,并与试验结果进行了对比,验证了数值模型的准确性,进一步建立了耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座数值模型。在此基础上,选取某3跨隔震连续梁桥,采用提出的减隔震参数设计方法,对耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座参数进行了优化设计,并基于支座最优参数进一步研究了减隔震参数设计方法的适用性与耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁的抗震性能。结果表明:新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座参数设计方法可有效得到隔震系统的最优参数;基于最优参数的新型耗能型自复位滑移铅芯橡胶支座隔震桥梁的自复位与耗能性能显著提升,能够实现主梁峰值位移、支座残余位移与桥墩地震剪力、弯矩的双重有效控制。其中,主梁峰值位移减幅达18.5%,支座残余位移显著减小,桥墩墩底剪力最大增幅仅为8.3%,支座耗能最大增幅达14.8%。研究结果可为近场地震作用下梁式桥抗震韧性提升提供有益参考。

一种适应隧道大变形的限阻耗能型支护结构研发与应用

为解决隧道大变形初期支护因受力过大而破裂问题,通过理论分析和试验验证,自主研发利用材料峰后性能实现能量释放的"限制支护阻力阻尼器",简称"限阻器"。通过室内试验和工程调研,确定限阻器设计参数,制定由限阻器组成的限阻耗能型支护的设计和施工方案,并应用于工程实践,得到以下结论:(1)在应对隧道大变形等高能问题时,支护理念应从传统的大刚度、强支护转变为允许围岩变形、控制围岩能量释放的限阻释能型支护;(2)限阻器环向嵌入到初期支护受力关键部位中,将传统刚性支护转化为"刚–柔–刚"型的限阻释能型支护,成功解决了深埋老黄土隧道和高地应力水平岩层隧道中初支开裂问题,是一种可行有效的隧道支护手段;(3)限阻耗能型支护整体性和安全性有保证,且限阻器取材容易,加工方便,施工简单易操作,故限阻器增加了结构安全性的同时又提高了经济性。

新型PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型连接中节点滞回性能的数值模拟

为研究预拉对穿螺栓的新型PEC柱-钢梁T形件摩擦耗能型连接中节点滞回性能,考虑轴压力、PEC柱截面形式、钢板组合截面布置方式与摩擦力大小等设计参数,采用有限元软件ABAQUS建立了5个有限元分析模型试件并对其进行循环荷载下的数值模拟,得到试件的弯矩-转角滞回曲线。结果表明:摩擦耗能型连接方式不仅满足结构耗能延性性能设计目标,且承压型强度设计还能保证必要的安全冗余度;轴向力影响较小;摩擦力影响连接的耗能能力,但对其承载能力影响不明显;钢结构翼缘卷边措施可增强混凝土的约束作用,更好地满足"强柱弱梁"的抗震要求;预拉对穿螺栓表现部分自复位功效,且较好实现了混凝土斜压带传力机理,相应降低了对节点域腹板的抗剪要求;所有试件破坏模式均由于T形件的加强而使得梁截面的塑性铰出现位置向T形件腹板外排螺栓附近梁截面转移,且达到破坏时对应的节点转角均超过了0.04rad,表明该节点连接能较好满足抗震转动能力的需求。

限阻耗能型支护在大变形双线铁路隧道中的应用

为解决中老铁路沙嫩山二号隧道双线段大变形问题,引入限阻耗能型支护设计原理,从合理利用围岩峰后承载能力的角度出发,设计符合现场工况的限阻耗能型支护方案。结合试验段的初支工作状态、结构变形及内力监测结果进行综合分析,验证采用限阻耗能支护结构治理炭质板岩地层隧道大变形的合理性。结果表明:隧道开挖后,系统能量主要通过围岩塑性应变能耗散,支护耗散的能量是有限的,若能充分利用围岩的塑性变形能力,通过围岩自身耗散能量,有利于完成能量的守恒与转换,从而降低围岩压力;限阻耗能型支护属于受压屈服型控制体系,适用于受形变压力控制的小偏心受压环境,在降低后的围岩压力下辅助围岩在弹塑性状态下耗散能量而不破坏;限阻耗能型支护在沙嫩山二号隧道双线段得到成功应用,相比“强支硬顶”,大幅度降低了围岩压力,在不加强初支参数的情况下避免了初支开裂、钢架屈曲等问题,在保证安全的前提下提高了工程的经济性。

油压(耗能型)缓冲器设计及试验方法研究

为了保证油压(能耗型)缓冲器设计结构的合理性及其性能的稳定性,对零部件选材、计算和相关标准及厂内试验等相关要求进行了规定说明,以便更加规范地指导耗能型缓冲器的设计。

EN81—50：2014对耗能型缓冲器平均减速度计算的靳要求

对欧洲电梯新标准EN81—50中对于耗能型缓冲器平均减速度计算的新要求进行了解读，并与现行电梯标准中的要求进行了比较。分析了新要求诞生的背景以及对缓冲器减速性能评判的影响，并提出了一些个人思考。

节流式和溢流式液压耗能阻尼器性能比较研究

主要介绍了3种分别采用阻尼孔、溢流阀、溢流节流阀耗能的液压阻尼器,及其各自的结构、特点、工作原理,并对其阻尼力的产生和耗能情况进行理论分析。

采用牺牲耗能支撑的钢框架-支撑结构抗震性能分析

钢支撑是钢框架-支撑结构中重要的抗侧力构件,研发新型支撑对改进结构的抗震性能具有重要意义。本文以15层钢支撑框架结构为研究对象,采用屈曲约束支撑(BRB)和牺牲-耗能支撑(SED)对比分析结构的抗震性能。弹塑性分析结果表明,BRB始终保持着较高的屈服后强度,结构中与支撑相连的梁、柱在后期承受了附加的轴力,增加了主要结构构件耗能的比例。牺牲-耗能(SED)支撑在达到峰值荷载后,其牺牲元件退出工作,承载力得到有控制的降低,减少了相连框架柱后期所受轴力,使得主结构中的塑性铰得到了一定程度的减少,进而主动吸引更多地震能量消耗在支撑中,达到了在强震作用下更好保护主体结构的目的。