薄壁钢板组合截面PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架结构的抗震性能数值模拟

为系统研究底部2层单跨薄壁钢板组合截面PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架结构的抗震性能,使用CAD设计制作1榀组合结构框架底部两层子结构1:2缩尺试验试件,针对这榀组合结构框架建立ABAQUS有限元模型进行数值模拟,另外还设置了4种不同的参数模型对比分析(对穿螺栓布置方式、竖向力作用、长圆孔尺寸、柱底连接形式),得出各设计参数对试件滞回性能、自复位连接力学性能、耗能能力和残余侧移等抗震性能的影响规律。研究结果如下:本试验自复位结构通过设置BRS耗能板和预拉杆拥有自复位能力并满足结构遭遇地震时的耗能能力需求和残余侧移限值;采用对穿螺栓单边布置的试件比双边布置的试件,自复位能力较强但耗能能力较弱;施加一定的柱顶轴向力对试件的自复位效果影响不大;适当增加BRS板长圆孔的径向孔长,可以使试件进入承压型受力时间滞后;在达到层间侧移角5.0%时,各有限元参数模型的整体残余侧移角均小于0.016rad,具有良好的抗震性能和自复位功效。

薄壁钢板组合截面PEC柱抗震性能的足尺试验研究

为了研究薄壁钢板组合截面PEC柱(强轴)在恒定竖向荷载下的抗震性能,通过了解国内外在PEC组合柱研究领域的现状,对3个变化混凝土强度的薄壁钢板组合PEC柱足尺试件进行了恒定轴压下水平循环荷载试验。观测记录了各个试件受力阶段的外在混凝土裂缝与压溃和薄壁钢板组合截面翼缘钢板局部屈曲现象,得到了试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析了试件的抗侧刚度、裂缝开展与破坏模式、试件的抗震延性与耗能等力学性能。结果表明:试验试件具有较高的承载能力和较好的延性与耗能性能;构件的破坏模式为薄壁钢板组合截面翼缘发生局部屈曲、柱脚混凝土压溃和拉结筋屈服甚至拉断。

薄壁钢板组合PEC柱(强轴)滞回性能试验研究

目前我国规范关于PEC组合柱构件及由此组成的结构体系方面的有关内容还基本空白,通过了解国际上在PEC组合柱研究领域的现状,对3个变化混凝土强度等级和拉结筋间距的薄壁钢板组合截面PEC柱足尺试件在恒定轴压下进行水平循环荷载的滞回性能试验。观测记录各个试件加载阶段的薄壁钢板组合截面翼缘的局部屈曲和混凝土裂缝开裂与压溃现象,得到构件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析构件的承载力、抗侧刚度、构件的抗震延性和破坏模式等力学性能。结果表明:试验试件具有较好的变形能力和耗散地震能的双重功效;构件的破坏模式为薄壁钢板组合截面翼缘发生局部屈曲,随之柱脚部位混凝土压溃和拉结筋屈服甚至拉断。研究进一步丰富了PEC柱研究成果,为PEC组合柱组成的结构体系规范制订和工程应用提供了合理的理论依据。

新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)滞回性能足尺试验研究

基于薄壁钢板组合截面PEC柱的研究成果,为更好满足受压构件双向等刚度原则和进一步改善薄壁钢板组合截面PEC柱的力学性能,提出采用翼缘卷边和设置外拉结板条的新型卷边钢板组合截面PEC柱。对变化拉结板条间距的3个卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)足尺试件在恒定轴压下进行水平循环荷载的滞回性能试验。观察记录了各试件加载过程中钢板组合截面翼缘局部屈曲和混凝土裂缝开展与压溃现象,得到试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析试件的承载力、抗侧刚度、构件抗震延性与耗能、变形规律和破坏模式等力学性能。结果表明:试验卷边PEC柱试件充分发挥了薄板局部屈曲后性能,具有良好的变形能力与耗散地震能的双重功效;构件的破坏模式为柱脚部位卷边钢板组合截面翼缘局部屈曲区域不断增加,柱脚混凝土压溃面积加大和拉结板条屈服。研究进一步丰富了PEC柱研究成果,为PEC组合柱设计规范的制订和工程应用提供了理论依据。

钢板组合PEC柱-削弱截面钢梁组合框架抗震试验研究

为深入研究PEC柱-钢梁组合框架结构体系的抗震性能,设计了1榀两层单跨钢板组合截面PEC柱-削弱截面钢梁组合框架1∶2缩尺试件,并对其进行了低周往复荷载抗震试验。根据实测数据整理,得到了试验滞回特征曲线,并结合试验过程现象记录,分析了试件滞回特性、抗侧刚度退化规律、节点连接性能、耗能与延性和试件破坏模式等力学性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和较大的抗侧刚度;采取梁端截面削弱方式可实现梁端塑性铰位置远离节点区,且端板对穿螺栓连接能有效将梁端受拉翼缘拉力转化为对应边对节点区的压力,使得节点区形成了混凝土斜压带传力模式,提高了节点区抗震性能;试件滞回曲线较为饱满,在梁翼缘与端板连接焊缝存在施工缺陷情况下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比分别达到3.50%(推)/4.50%(拉)、2.92(推)/3.21(拉)和0.306,且承载力仍未下降至其极限承载力的85%,即试件结构具有良好的变形、抗震延性与耗能能力;该试件在循环往复荷载下呈现的破坏模式为梁削弱截面部位和PEC柱脚相继形成塑性铰的塑性机构。

薄钢板组合截面PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)组合框架抗震性能数值模拟

为研究薄钢板PEC柱-钢梁组合框架的抗震性能,针对1榀2层单跨对穿螺栓端板连接薄钢板组合截面PEC-削弱截面钢梁组合框架结构试验试件,采用有限元软件ABAQUS对其进行水平循环往复荷载下的数值模拟.基于模拟结果,对试件结构滞回特性、水平抗侧刚度、耗能延性和破坏模式等进行分析.研究表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度;试件层间变形为剪切型变形模式;试件耗能能力主要由梁端削弱截面屈服和PEC柱脚钢构架屈服与混凝土压溃提供,端板对穿螺栓连接及梁端削弱截面实现了梁端塑性铰区远离节点区;试件最终破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚处形成塑性铰的塑性破坏机构.该结构体系具有良好的抗震延性.

新型卷边钢板组合PEC柱-钢梁中节点抗震性能试验研究

为研究新型卷边钢板组合PEC柱-钢梁连接节点的抗震性能,采用端板预拉对穿高强螺栓连接方式,以组合柱布置方式与梁端削弱截面设置作为设计参数,设计制作了3个中节点1∶1.6缩尺模型,对其进行低周循环荷载试验,重点分析试件的滞回性能、承载能力与转动刚度退化、延性与耗能能力和破坏模式。试验结果表明:新型卷边钢板混凝土组合PEC柱较好满足了"双向等刚度"的要求;预拉对穿螺栓的设置使节点域充分实现混凝土斜压带传力功效,相应降低对节点域钢柱腹板的抗剪要求,且所有试件均表现出不同程度的自复位功能与良好的耗能能力;所有试件在承载能力下降至85%之前,节点转动均超过了0.035弧度;试件破坏模式为钢梁削弱截面或连接部位附近截面屈服。

薄钢板PEC柱-削弱截面钢梁框架层间抗震试验研究

为研究薄钢板组合PEC柱(强轴)-削弱截面钢梁组合框架的层间抗震性能,设计制作1榀组合框架中间层子结构1∶2缩尺试件并对其进行水平循环往复荷载抗震试验.基于试验现象和测试数据整理,得到了试件破坏模式与滞回特征曲线,并对试件水平抗侧刚度、耗能性能和变形模式等进行了分析.研究结果显示:采用梁端截面削弱方式可通过梁端塑性铰形成位置偏离节点区以满足"强节点"的抗震要求;试件整体与层间中间层位移延性系数分别大于4.05和4.81,对应等效粘滞阻尼比最大值分别为0.288和0.286;试件结构水平抗侧刚度沿高度均匀分布,侧移变形呈理想倒三角弯剪型侧移变形模式;试件结构破坏模式为梁端削弱截面充分屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构,且其承载力下降到极限承载力85%时,对应试件整体与层间侧移角分别为0.043 3 rad和0.039 4 rad,相应超过框架结构大震层间侧移限值0.035 0 rad,说明试件结构具有良好的抗震延性.

PEC柱(弱轴)–削弱截面钢梁端板连接组合框架抗震试验研究

设计制作了1榀卷边PEC柱(弱轴)–削弱截面钢梁端板连接组合框架结构底部两层单跨1∶2缩尺模型试件,并对其进行拟静力抗震试验研究。结合试验过程现象记录和实测数据整理,对试件滞回特性、刚度退化、节点连接性能、抗震延性与耗能能力、损伤发展进程和破坏模式等进行分析。结果表明:采取卷边措施有效改善了常规PEC柱弱轴方向的抗侧刚度;梁端削弱截面实现了梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,且在梁与端板焊缝存在缺陷条件下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比仍达到3.77%(推)/3.37%(拉)、2.94(推)/3.23(拉)和0.281,即试件变形、抗震延性与耗能能力良好;端板预拉对穿螺栓和节点加强板设置使得节点区形成混凝土斜压带传力模式,改善了节点区剪切性能;试件破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚形成塑性铰的理想塑性机构,变形与耗能能力发挥充分。

内置开孔钢板加劲肋的L形宽肢钢管混凝土组合柱轴压性能研究

为研究内置开孔钢板(PBL)加劲肋的宽肢钢管混凝土组合柱(W-LCFST)的轴压性能,以L形双板连接钢管混凝土组合柱(LCFST-D)的轴压试验为基础,开展了W-LCFST柱参数化分析。结果表明:添加PBL加劲肋可增强混凝土和钢板之间的相互作用,与未添加PBL加劲肋的试件相比,添加1组PBL加劲肋,承载力提高了3.8%~5%,延性系数提高了14.3%~25.7%;添加2组PBL加劲肋,承载力提高了7.9%,延性系数提高了29.2%。最后,基于Mander理论,提出了预测W-LCFST柱截面承载力的计算公式,并将预测公式计算结果、日本规范Recommendations for design and construction of concrete filled steel tubular structures(AIJ-CFT(1997))、美国规范Load and resistance factor design specification for structural steel buildings(AISC-LRFD(1999))、《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159:2004)分别与有限元结果进行了对比。结果表明:上述公式计算结果均较为保守,但所提出的预测公式计算结果更加准确,平均误差为7%。

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。

卷边PEC柱(弱轴)-钢梁组合框架层间抗震机理试验研究

为揭示新型卷边PEC柱(弱轴)-削弱截面钢梁组合框架结构的层间抗震机理,按1∶2缩尺比例设计制作1榀组合框架层间子结构试验试件并进行低周往复荷载试验。基于试验观察和数据整理,对试件结构的破坏过程与破坏模式、滞回特性、刚度退化、耗能能力与变形模式等抗震性能进行分析。结果显示:试件结构最终破坏模式为梁端削弱截面处充分屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构;试件中间层推拉方向位移延性系数μu分别为3.91和3.97,层间最大等效黏滞阻尼系数(ζeq)max=0.359;试件结构侧移分布规律呈理想的倒三角弯剪型变形模式;试件结构在承载力下降到极限承载力的85%时,对应试件层间相对侧移大于4.9%,而节点转角最小值为0.366 rad,均超过大震层间侧移限值下限的1/30,表明试件具有良好的抗倒塌性能。

冷弯薄壁C型钢PEC柱的承载能力分析

为研究冷弯薄壁带肋C型钢部分外包组合柱(PEC柱)的轴心受力性能,采用非线性有限元分析软件ABAQUS对2组14根带纵向折角肋的冷弯薄壁C型钢PEC柱进行模拟分析,通过模拟得到冷弯薄壁带肋C型钢PEC柱的破坏模式、承载能力、荷载-位移曲线和应力分布.结果表明:混凝土使冷弯薄壁C型钢的屈曲破坏得到很大程度的缓解;冷弯薄壁C型钢对混凝土的约束使混凝土强度得到充分发挥;冷弯薄壁C型钢的强度、刚度和稳定性明显提高.

新型卷边钢板组合截面PEC柱(强轴)滞回性能试验研究

为进一步改善现行薄壁钢板组合截面PEC柱构件双向不等刚度和翼缘局部屈曲过于集中等力学性能缺陷,该文提出了采用翼缘钢板卷边的新型卷边钢板组合截面PEC柱类型。以拉结板条间距作为基本参数,对4个按新型卷边钢板组合截面强轴布置的足尺试件进行了恒定竖向荷载下的水平低周反复荷载试验,观察了试验过程中PEC柱卷边钢板组合截面翼缘钢板局部屈曲和混凝土部分裂缝开展与压溃发展过程,得到了试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析了PEC柱的承载力、抗侧刚度、耗能与延性、变形模式与破坏模态等力学性能。结果表明:试验卷边PEC柱试件充分发挥了薄板局部屈曲后性能,具有优越的变形与耗能能力;构件的破坏模式为柱脚部位卷边钢板组合截面翼缘局部屈曲部位不断扩展和伴随混凝土大面积压溃。

薄钢板部分外包组合截面柱-钢梁中节点T形件焊接连接滞回性能研究

为研究采用预拉对穿螺栓的薄钢板部分外包组合截面(PEC)柱-钢梁中节点T形件焊接连接的滞回性能,按照1∶1.6缩尺设计制作了1个中节点试件,对其进行低周循环荷载试验,并采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟验证,对比分析试件的滞回曲线、耗能能力和破坏模式。研究结果显示:预拉对穿螺栓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T形件对梁端加强而使梁截面塑性铰的出现位置向T形件腹板尾部附近梁截面转移,且所有试件达到破坏时,节点转角均超过了0.02 rad。

薄钢板PEC柱-钢梁端板对拉螺栓连接滞回性能试验研究

薄钢板组合截面PEC柱-钢梁连接中节点,采取工字梁端截面削弱、端板与预拉对穿高强螺栓的连接方式,考虑组合柱布置与梁削弱截面位置变化作为设计参数,对3个PEC柱-削弱梁、短端板对穿螺栓连接中节点1∶0.625缩尺模型进行低周反复荷载下的滞回性能试验。观察各个试件试验中的破坏过程,通过实测数据分析,得到了该类框架连接节点的滞回性能、强度与转动刚度退化、延性与耗能能力和破坏模式。结果表明:由于预拉对穿螺栓的设置,所有试件均表现出不同程度的自复位效果和良好的转动与耗能能力;节点的破坏模式为钢梁削弱截面或连接部位附近截面屈服。研究进一步丰富了PEC柱-钢梁连接的研究成果,为PEC柱-钢梁组合结构设计规范的制订和工程应用提供了理论依据。

组合截面冷弯薄壁型钢结构研究进展

冷弯薄壁型钢房屋抗震性能优越,适合工业化建造,在国内外建筑行业已占有一席之地,符合国家"十三五"规划对房屋建筑发展提出的新要求。该文对国内外在冷弯薄壁型钢房屋受力性能的研究成果和相关规范的设计规定进行了全面的综述,发现传统冷弯薄壁型钢房屋在传力机制、受力构件截面种类等方面的不足,提出新型组合截面的冷弯薄壁型钢"非盒子"式的框架结构体系,总结该体系中受力构件、节点以及整体框架受力性能的研究进展,给出了组合柱稳定承载力、节点极限弯矩和初始刚度的计算公式。最后对该类组合截面冷弯薄壁型钢框架结构体系今后需要深入研究的问题提出了建议。

钢板-砖砌体组合异形柱轴压性能试验研究与分析

钢板-砖砌体组合结构是一种新型的托换改造技术。为了研究钢板-砖砌体组合异形柱的轴心受压性能,共完成了6根组合异形柱试件的静载试验,考虑了施工过程中常用的L形、T形两种截面形式,螺栓间距为300,400 mm两种情况以及螺栓约束对组合柱轴压承载力的影响,探讨了组合柱受压破坏的机理。试验结果表明:钢板-砖砌体组合异形柱的破坏始于外包钢板的局部弹性屈曲;不同侧面的钢板屈曲存在先后顺序,但通过截面应力重分布,在接近极限荷载时其应力水平基本接近;对拉螺栓对异形截面组合柱的影响要远大于矩形截面柱;对拉螺栓失效后构件存在二次刚度;局部冷弯处理的钢板连接方式能够有效提高构件的延性。此外,给出了可供此类型柱进行轴压承载力的计算公式。

新型卷边PEC柱(弱轴)-钢梁(BRS)端板连接组合框架滞回性能有限元分析

以采用端板预拉对穿螺栓的两层单跨新型卷边钢板组合截面PEC(弱轴)-钢梁(梁端削弱截面)组合框架结构试验试件为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行低周往复荷载下滞回性能有限元分析。研究结果表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度,两层初始抗侧刚度差距较大,随着加载引起结构损伤进程的发展,刚度差异不断减小;试件主要通过梁端屈服和PEC柱脚混凝土压溃与钢构架屈服耗能,上下层耗能分布均匀;采用端板预拉对穿螺栓连接和梁端削弱截面,不仅使连接具有部分自复位功效,且较好改善了连接的转动能力和抗震耗能需求;试件最终破坏模式为梁端和PEC柱脚处形成塑性铰的塑性破坏机构,层间侧移和连接转角均超过大震层间侧移限值(1/30),表明试件结构体系具有良好的抗震性能。

新型PEC柱(强轴)-钢梁(RBS)组合框架层间倒塌机理试验研究

结构抗倒塌性能是维系结构震后整体性和实现＂大震不倒＂设计标准的关键所在。为研究新型PEC柱（强轴）-钢梁（BRS）组合框架结构的层间子结构倒塌机理,按1∶2缩尺比例设计制作1榀组合框架层间子结构试件并进行拟静力抗震试验。基于试验现象记录和测试数据整理,分析了试件的破坏过程、滞回特性、水平抗侧刚度退化、耗能能力、水平侧移模式与塑性破坏机构等抗震性能。研究结果表明：对穿螺栓连接实现了节点区混凝土斜压带传力模式,且梁端截面削弱使梁端出现塑性铰远离节点区,较好满足了＂强节点弱构件＂的抗震要求;试件位移延性系数μu=4.36,最大等效黏滞阻尼比（ζeq）max=0.344,具有较好的抗震延性和耗能能力;试件水平抗侧刚度沿高度分布均匀,呈现理想倒三角形侧移模式;试件最终破坏模式为梁端削弱截面屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构,且其承载力下降到极限承载力85%时,对应层间相对侧移和节点转角均超过罕遇地震作用下层间侧移限值1/30,试件具有良好的抗倒塌能力。