扩孔螺栓连接型耗能段力学性能试验研究

扩孔螺栓连接型耗能段由短剪切型耗能段和剪切扩孔型螺栓连接组成,可有效地提高耗能段的延性和耗能能力,并减小耗能段损伤,由此提高偏心支撑结构震后功能恢复能力。分别设计1个短剪切型耗能段、3个考虑摩擦滑移的扩孔螺栓连接型耗能段、1个普通扩孔螺栓连接型耗能段试件,并进行低周往复加载研究,得到其变形或破坏模式、滞回曲线、骨架曲线和力学模型等。试验结果表明,扩孔螺栓连接型耗能段先后经历摩擦滑移和耗能段承载2个过程,且破坏模式和承载力均与纯短剪切型耗能段相同。所得力学模型中,短剪切型耗能段包括弹性、弹塑性和塑性段;考虑摩擦滑移试件包括弹性和滑移段;扩孔螺栓连接型耗能段包括弹性、滑移、弹塑性和塑性段,且在达到相同位移时耗能段变形和损伤将明显减小。最后,对扩孔螺栓连接型耗能段进行有限元分析,可准确模拟其滞回曲线和破坏模式。

新型部分自复位耗能段的滞回性能与简化力学模型研究

提出一种用于偏心支撑结构中的部分自复位耗能段,主要包括自复位形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)支撑和扩孔螺栓连接型耗能段,具有耗能能力和自复位能力强、构件损伤小、震后功能可恢复等特点。基于部分自复位耗能段的设计方法,合理设计其试验模型,由此得到变形模式和滞回曲线等。随后采用校正的有限元法对部分自复位耗能段力学性能进行研究,主要考虑SMA面积、高强螺栓预拉力和垫片滑移系数的影响。研究结果表明:滑移阶段自复位耗能段中耗能段处于滑移并保持相对静止状态;随后非滑移阶段耗能段开始承载、耗能和非弹性变形等,整个过程中自复位SMA支撑提供耗能和复位能力,以及减小构件残余变形。基于不同因素下的分析结果,提出滑移阶段和非滑移阶段下自复位耗能段简化的力学模型,为偏心支撑结构的抗震设计与分析提供新的思路和理论基础。

一种新型自复位耗能段的力学性能试验研究

基于扩孔螺栓连接型耗能段和自复位SMA支撑,提出一种新型自复位耗能段,具有强耗能、高延性、低残余变形和低损伤等特点,可进一步提高偏心支撑结构的抗震性能和震后功能恢复能力。分别设计3个考虑摩擦滑移的自复位耗能段和1个普通自复位耗能段试验试件,并进行往复加载研究,得到其变形或破坏模式、滞回曲线和骨架曲线等。结果表明,滑移阶段耗能段处于相对静止状态,所有构件均处于弹性状态;非滑移阶段耗能段依次发生滑移、屈服、翼缘和腹板屈曲现象,整个过程中自复位SMA支撑中的SMA受拉,并为自复位耗能段提供承载力、耗能能力和复位力。自复位耗能段的骨架曲线主要包括弹性阶段、弹塑性阶段、强化阶段。最后,基于校正的有限元法对自复位耗能段进行分析,阐明自复位耗能段在不同阶段的耗能机理。

Y形偏心支撑耗能段长度对结构抗震性能的影响

目的研究Y形偏心支撑耗能段长度对结构的刚度、承载能力以及滞回性能的影响.方法对2榀改变耗能段长度的Y形偏心支撑框架进行循环加荷试验.介绍了试验方案和试验过程,对比分析了试件的承载能力、位移延性、耗能能力以及Y形偏心支撑框架塑性机构.结果耗能段长度对Y形偏心支撑框架强度、刚度以及耗能能力影响较大;耗能段长度越短,Y形偏心支撑框架强度和刚度越大;结构主要由耗能段进入塑性形成塑性机构耗散地震能量;耗能段与支撑之间的连接破坏导致结构失效;试件的位移延性系数为3.62～4.44,结构的位移延性较好.结论 Y形偏心支撑耗能段长度选取合理,结构抗侧刚度高、抗震性能好.

K形偏心支撑钢框架耗能段长度对其抗震性能的影响

为研究耗能段长度变化对K形偏心支撑钢框架(下称KEBSF)抗震性能的影响,基于相关试验研究,应用有限元软件ABAQUS建立6个KEBSF模型并对其进行非线性数值分析,研究耗能段长度变化对KEBSF承载力、刚度、耗能能力和延性的影响.结果表明:KEBSF具有良好的滞回性能,随着加载位移比(加载位移与屈服位移的比值)和耗能段长度的增大,KEBSF刚度、承载力均逐渐降低;随着耗能段长度的增大,KEBSF耗能能力和延性均呈先增强后减弱趋势.根据有限元分析结果,给出K形偏心支撑钢框架耗能段长度的合理取值范围的确定方法.

Y形偏心支撑钢框架耗能段长度研究

为研究耗能段长度对Y形偏心支撑钢框架滞回性能的影响,应用ABAQUS 13.0建立了8个不同耗能段长度的Y形偏心支撑钢框架模型并对其进行了数值分析,研究了耗能段长度变化对Y形偏心支撑钢框架承载力、刚度、耗能能力和延性的影响。结果表明:Y形偏心支撑钢框架具有良好的滞回性能,耗能段长度变化对Y形偏心支撑钢框架的承载力、刚度、耗能能力及延性均有较大影响;随着耗能段长度的增大,Y形偏心支撑钢框的承载力及刚度呈降低趋势,功比指数和延性系数先增大后降低。此外,根据有限元分析结果确定了Y形偏心支撑钢框架耗能段长度的合理取值。

Y型偏心支撑钢框架耗能段长度的研究

对不同耗能梁段长度的Y型偏心支撑钢框架的滞回性能进行了非线性有限元分析。结果表明,随着耗能梁段长度的增加,Y型偏心支撑钢框架的强度、刚度、延性和耗能性能均产生了不同程度的退化现象;耗能梁段愈短,其塑性变形愈大,由此而导致耗能梁段过早塑性破坏的可能性也就愈大,而耗能梁段过长则抗震性能较差。最后,根据有限元模拟结果对耗能梁段的长度提出了设计建议。

双槽钢耗能段偏心支撑框架耗能性能研究

为了研究螺栓连接双槽钢耗能段K形偏心支撑钢框架的耗能性能,分析耗能段与横梁的连接构造对偏心支撑钢框架性能的影响,采用有限元分析软件ANSYS对11个不同连接构造的试件进行了有限元模拟计算,分析了螺栓直径、横梁加固板厚度和螺栓中心间距3个参数对K形偏心支撑钢框架的强度、刚度、变形和耗能性能的影响。析结果表明,连接节点螺栓受剪破坏为脆性破坏,螺栓孔承压破坏为延性破坏;连接节点承载力高,耗能段能充分发挥耗能能力,适当的螺栓孔承压变形会使节点提供结构一定的塑性变形,提高结构耗散的能量。

单斜杆式偏心支撑钢框架耗能段长度研究

为研究耗能段长度变化对单斜杆式偏心支撑钢框架滞回性能的影响,应用有限元软件ABAQUS建立6个不同耗能段长度的单斜杆式偏心支撑钢框架模型并对其进行非线性数值分析,研究耗能段长度变化对单斜杆式偏心支撑钢框架承载力、刚度、耗能能力和延性的影响。研究表明:单斜杆式偏心支撑钢框架具有良好的滞回性能,耗能段长度变化对单斜杆式偏心支撑钢框架的承载力、刚度、耗能能力及延性均有较大影响;随着耗能段长度的增加,单斜杆式偏心支撑钢框的承载力及刚度呈降低趋势,耗能能力和延性系数先增大后降低。最后根据有限元分析结果给出了单斜杆式偏心支撑钢框架耗能段长度的合理取值范围。

装配式混凝土框架梁-耗能段连接节点的力学性能

提出一种新型装配式混凝土框架梁-耗能段连接节点,并采用校正的有限元法对其力学性能和影响因素进行研究。结果表明:各分析模型中混凝土最大损伤为93%,提高对穿螺栓预拉力和混凝土强度可有效地减小混凝土的损伤程度和损伤区域,损伤可减小至76%,且所得的滞回曲线与相应纯耗能段的滞回曲线基本一致。此外,所提出的新型节点设计方法,可使耗能段达到极限状态时对穿高强螺栓仍处于弹性状态,使得该种节点具有良好的抗震性能和震后功能恢复能力。

带可替换耗能段的Y形偏心支撑框架抗震性能研究

为了研究耗能段采用端板连接的Y形偏心支撑钢框架的抗震性能,设计了2个耗能段连接形式和2组结构高跨比不同的试件。采用有限元分析软件ABAQUS对试件进行滞回分析,研究耗能段连接形式和结构高跨比对试件滞回性能的影响,将试件的正向骨架曲线简化为三折线模型,确定使结构快速恢复功能而替换耗能段的结构层间侧移角的合理范围。研究结果表明:设计合理的端板连接耗能段的Y形偏心支撑钢框架的滞回性能与焊接连接耗能段的Y形偏心支撑钢框架基本相同;基于等能量原理的三折线模型适用于确定耗能段的替换范围;Y形偏心支撑框架的最大层间位移角介于1/350至1/80之间时可替换耗能梁段。

预应力钢绞线-滑移连接-耗能段组合体抗震性能研究

地震作用下,减小耗能段的残余变形和优化自复位结构的耗能机制,是提高建筑结构震后功能恢复能力与抗震性能的重要方式之一。基于预应力钢绞线、滑移连接和短剪切形耗能段的力学性能,提出一种抗震性能良好的组合体。为探究组合体的抗震性能,采用校正的有限元分析方法对5个有限元模型进行分析,得到了组合体分析模型的滞回性能、自复位性能、耗能能力和等效塑性应变等抗震指标。有限元分析结果表明:组合体具有良好的承载力、耗能能力和自复位性能;组合体分析模型的损伤集中在可更换的耗能段上;预应力钢绞线结合超低摩擦滑移连接可有效减小耗能段的残余变形;设置扩孔螺栓连接型耗能段可提高组合体的延性。

偏心支撑耗能段翼缘宽厚比破坏模式的有限元研究

规范中对偏心支撑耗能梁段翼缘宽厚比的取值过于保守,为了研究这一问题,设计了几组有限元模型,并进行了计算分析,目的是为了重新评估耗能梁段翼缘宽厚比取值这一问题。分析结果表明:剪切型和弯曲型耗能梁段的翼缘宽厚比可放宽至9 (235/fy)^(1/2)。另外,通过对耗能梁段的应力—应变分析,找出最容易发生破坏的区域,并最终确定不同长度的耗能梁段的最终破坏模式。

弯剪分离式预制混凝土梁-耗能段组合节点抗震性能试验研究

在装配式混凝土框架-Y形偏心钢支撑结构中,为使损伤仅发生在耗能段,需保证耗能段与预制混凝土梁间形成可靠连接。为此,提出一种弯剪分离式预制混凝土梁-耗能段组合节点,设计3个不同抗剪连接件截面尺寸和1个更换耗能段的试件,并进行往复加载试验,得到其破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、割线刚度、耗能能力和各部件应变分布等。结果表明,各试件中耗能段均经历了腹板屈服、腹板和翼缘屈曲、腹板开裂、翼缘开裂和破坏等过程,耗能段的超强系数和塑性转角分别达到1.85 rad和0.15 rad,与相应纯耗能段的试验结果相同;增大抗剪连接件长度和截面面积可避免预制混凝土梁上产生裂缝或损伤;对损伤的耗能段进行更换,整个过程仅需45 min,且修复后试件的抗震性能与修复前基本相同。另外,弯剪分离式组合节点中抗剪连接件承担全部剪力,对穿螺杆承担全部弯矩,有效实现弯矩与剪力的分离,具有承载能力强、装配效率高以及震后可快速修复等特点。

短剪切型耗能段的力学性能试验研究

长度比小于1.0的短剪切型耗能段与普通剪切型耗能段的力学性能存在较大差异。基于Q345钢材,设计3个考虑加劲肋间距和加劲肋布置方式的短剪切型耗能段试验模型,并进行低周往复加载试验研究,得到其破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、割线刚度、耗能能力和等效黏滞阻尼系数等。试验结果表明,各试件均经历受剪屈服、腹板屈曲、翼缘屈曲、腹板开裂、翼缘开裂、翼缘-端板和腹板-端板断裂破坏六个阶段。各试件超强系数和塑性转角最大值分别为1.85和0.15,明显高于规范允许值1.50和0.08。加劲肋布置方式对试件力学性能无明显影响,但放宽加劲肋间距会明显增大腹板的屈曲现象,并降低其承载能力、塑性转角、割线刚度和耗能能力等,建议设计时加肋劲间距需满足规范要求。基于ABAQUS软件对短剪切型耗能段进行模型有限元分析,可较准确地模拟其滞回曲线和破坏模式,并用于相应构件的参数化分析中。

采用软钢阻尼墙耗能段的Y支撑钢框架滞回性能研究

将最新提出的新型软钢阻尼墙应用到Y偏心支撑的耗能段,通过ABAQUS软件对Y支撑钢框架在低周往复荷载作用下的力学性能进行模拟,并与采用普通H型钢耗能段的Y支撑钢框架进行对比分析。结果表明,在保证静力承载能力下,采用软钢阻尼墙耗能段的Y支撑钢框架相对于采用普通H型钢耗能段的Y支撑钢框架,延性提高7%,耗能能力在每个加载级别提高10%。

装配式高强钢组合延性桁框结构滞回性能研究

为研究装配式高强钢组合延性桁框结构(HSS-PSTMF)的抗震性能并扩展其工程应用,通过ABAQUS有限元软件建立了不同耗能段长度和节间数量的HSS-PSTMF模型;对装配式高强钢组合延性桁框结构的滞回性能进行了数值分析,研究了耗能段长度、节间数量及长深比对结构承载力、刚度、延性和耗能能力的影响规律。结果表明:延性桁框结构(STMF)体系中主要通过耗能段耗散地震能量;改变耗能段长度对结构的承载力、延性、刚度、耗能能力影响较大;当耗能段长度一定时,改变耗能段节间数量对结构的承载力、延性、耗能能力影响较小;耗能段长度介于0.2L~0.4L(L为跨度)之间且耗能段任何节间的长深比在0.67~1.5时结构抗震性能较好;耗能段长度介于0.4L~0.5L时,在满足结构安全性要求的前提下,可以将结构的长深比提高到3。

K形偏心支撑钢框架耗能单元抗震性能数值分析

为研究K形偏心支撑钢框架耗能单元的抗震性能,利用有限元软件ABAQUS建立模型并进行非线性数值分析,研究了梁柱线刚度比、耗能段长度和轴压比变化对其抗震性能的影响。研究表明:K形偏心支撑钢框架耗能单元具有良好的滞回能力,梁柱线刚度比越大,其承载力越高、刚度越大,但耗能能力和延性越差;耗能段长度越大,其承载力越低、刚度越小;轴压比越大,其承载力越低、耗能能力越差,轴压比大于0.6时,轴压比增大其刚度和延性呈减弱趋势。

双防线可恢复性能斜交网格结构耗能机制和抗震性能研究

为提高斜交网格结构的抗震性能,提出一种双防线可恢复性能斜交网格结构。双防线可恢复性能斜交网格结构采用剪切耗能段和特定梁端塑形铰进行集中耗能,使主体结构构件保持弹性。剪切耗能段不承受和传递重力荷载,易在震后修复或更换,使建筑可迅速恢复功能。为实现目标耗能机制,对等效能量塑形设计法进行改进以适用于可恢复性能斜交网格结构,并进行结构设计举例。采用OpenSees软件对所设计结构建立详细的有限元计算模型,进行非线性动力时程分析,以验证双防线耗能机制并评估抗震性能。分析结果表明:(1)小震、中震和大震下的结构顶部位移角分别为0.28%、0.8%和1.7%,与性能设计目标基本相同;(2)中震时剪切耗能段屈服,特定梁端未出现塑性铰;(3)大震时,特定梁端出现塑性铰以增加结构耗能能力,剪切耗能段屈服且处于延性范围内。因此新型可恢复性能斜交网格结构具有有效的双防线耗能机制,在中震后可迅速修复,在大震中可保持延性,实现“中震可修,大震不倒”的性能目标。

三段式可更换耗能梁抗震性能及可更换性能分析

为了保证框架结构跨度较大时耗能梁的耗能能力和可更换性能,提出了一种中间段耗能的三段式可更换耗能钢梁。设计并制作了5根可更换耗能钢梁,通过拟静力试验,研究了耗能梁更换、耗能段与非耗能段连接方式、耗能段腹板类型及腹板钢材类型等对钢梁抗震性能的影响。研究结果表明:在地震作用下,三段式可更换耗能钢梁的耗能和损伤均明显集中在中间耗能段,而非耗能段处于弹性状态,震后通过更换中间受损耗能段即可快速恢复结构的使用功能;三段式可更换耗能钢梁的滞回曲线均较饱满,极限塑性转角约为0.1 rad,表现出良好的变形能力和耗能能力;腹板采用低屈服点钢或波纹钢时三段式可更换耗能钢梁的耗能能力更好;随着可更换钢梁塑性转角的增大,可更换耗能钢梁的荷载提高明显,超强系数均值约为1.67;更换耗能段时,相应的层间位移角为1/200~1/250,采用端板连接的三段式可更换耗能钢梁更换耗能段所需时间较短,而采用双槽钢连接的三段式可更换耗能钢梁能在更大的残余层间位移角时更换,具有较优的可更换性能。