新型PEC柱-钢梁中节点摩擦耗能型部分自复位连接抗震性能试验研究

为研究摩擦耗能T形连接件部分自复位连接的抗震性能,考虑PEC柱布置方式,按1∶1.6缩尺比例设计制作2个新型PEC柱-钢梁中节点试件模型,并进行水平低周往复荷载试验。基于试验测试数据整理,对试件的滞回性能、承载能力、耗能能力、自复位功效和节点传力机理等进行分析。结果表明:摩擦耗能T形连接件部分自复位连接通过预拉杆和摩擦耗能T形连接件有效实现了"自复位功效与耗能能力有机统一"的性态设计目标;PEC柱布置方式决定其受力性能,且改变了节点梁柱刚度匹配,从而影响到连接形式受力性能的发展进程和试件损伤分布规律;对穿螺栓和预拉杆实现了节点域混凝土斜压带传力模式,相应降低了节点域腹板的抗剪性能要求;所有试件层间侧移角达到中震层间侧移角限值0.02rad之前,节点与连接基本无残余转角,而当层间侧移角超过大震层间侧移角限值0.035rad时,试件承载能力仍呈增大趋势、且对应节点与连接残余转角不超过0.01rad,即该连接形式具有良好的自复位功效和抗倒塌性能。

BRS板部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点抗震机理试验

为了研究BRS板部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点的抗震性能,对考虑PEC柱布置方式和柱顶竖向力的3个缩尺试件进行水平低周往复荷载下的抗震性能试验研究。基于试验结果,从试件的承载力、刚度衰减规律、自复位功效、耗能能力和节点传力机理等方面分析试件的抗震机理。研究结果显示:(a)BRS板部分自复位连接可通过BRS板屈服耗散地震能和预拉杆实现自复位功效,且整个加载过程中结构主要构件处在弹性状态。(b)PEC柱顶竖向力明显提高了其初始抗弯刚度,且其二阶效应加快了连接的耗能发展进程,而PEC柱的布置对初始抗弯刚度、刚度退化和耗能发展进程影响较小。(c)试件SYJ1加载至中震层间侧移限值1/50时其残余相对侧移角小于0.005 rad,而加载至大震层间侧移限值1/30时其残余相对侧移角仍小于0.01 rad,表明该试件具有极佳的自复位功效;试件SYJ3的自复位功效稍劣于试件SYJ1,前者在加载至中震层间侧移限值1/50之前时自复位功效尚好,但加载后期其自复位功效退化明显。

摩擦部分自复位连接组合框架层间抗震修复性试验研究

为研究摩擦部分自复位连接组合框架中间层的抗震修复性,设计1榀1∶2缩尺比例PEC柱–钢梁摩擦部分自复位组合框架中间层子结构试件进行修复前后的两次抗震试验。根据试验现象和实测数据,对试件滞回性能、水平抗侧刚度退化规律、自复位功效、耗能能力等抗震性能进行了对比分析。分析结果显示:摩擦部分自复位连接可通过摩擦T形件螺栓长圆孔合理设置以实现“设计地震水平下发挥自复位连接性能和大震设计水平转化为承压型”传力模式,进而发挥主体构件材料耗能自复位性能设计理念;摩擦耗能T形件对穿螺栓和预拉杆将梁端受拉侧拉力转为对节点区混凝土的压力,实现了节点区混凝土压力带传力,且节点区加强盖板设置使得节点区混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土强度,更好满足了“强节点”的抗震要求;在设计地震水平下,修复前后试件层间残余侧移最大值分别为0.11%和0.13%,满足了自复位结构侧移限值0.3%要求,基本实现完全复位,而在罕遇地震水平下,修复前后试件承载力均呈增长趋势,且其层间残余侧移最大值分别为0.42%和0.44%,仍小于小震层间侧移限值0.5%,试件仍具有良好的自复位功效;摩擦部分自复位连接仅通过简单修复,即可实现受力发展进程、刚度退化规律、自复位功效和损伤耗能演化机理的基本恢复,具有良好的抗震可修复性。

新型PEC柱(弱轴)-钢梁节点BRS耗能板部分自复位连接抗震性能研究

为了更好满足梁柱连接的抗震性能需求,提出采用T形件预拉对穿高强螺栓,并且在梁有限长度范围内设置预拉杆实现连接部分自复位和BRS板加以辅助耗能的PEC柱弱轴-钢梁节点部分自复位连接形式,并对其进行低周循环荷载试验研究和利用有限元软件ABAQUS 6.11进行模拟,对比分析其滞回性能、自复位功效、耗能能力,验证了有限元模型的合理性。研究结果显示:预拉对穿螺栓的设置使节点域充分实现了混凝土斜压带传力,降低了对钢柱腹板的抗剪要求;试件在达到中震下梁柱连接转动限值0.02 rad时,主体构件梁、柱仍处于弹性状态;在整个加载过程中连接节点BRS板耗能充分,且残余转角均小于小震层间侧移角限值0.005 rad,表明新型卷边PEC柱-钢梁中节点部分自复位连接具有较优的自复位效果和耗能能力。

摩擦耗能部分自复位连接组合框架边节点抗震性能试验研究

为进一步研究摩擦耗能部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点的抗震性能,考虑PEC柱布置方式和柱顶竖向力2个设计参数设计制作3个缩尺试件并进行了拟静力下抗震性能试验研究。根据试验测试结果,对试件承载力、节点转动刚度、残余侧移角、滞回耗能和节点受力机理等方面进行了分析。研究结果表明:摩擦耗能部分自复位连接可通过摩擦板摩擦滑移耗散地震能和预拉杆实现自复位功效,且整个加载过程中结构主体构件梁柱处在弹性状态;PEC柱顶竖向力明显提高了其初始抗弯刚度,而其二阶效应加快了连接的耗能发展进程,且PEC柱的布置对初始抗弯刚度、刚度退化和耗能发展进程影响较小;试件SMJ–2加载至试验结束对应层间相对侧移3.182%,其残余侧移角小于0.005 rad,即具有极佳的自复位功效,试件SMJ–3加载至中震层间相对侧移限值1/50和大震层间相对侧移限值1/30,其残余侧移角分别小于0.005和0.01 rad,自复位功效良好,而试件SMJ–1在加载至中震层间侧移限值1/50,其残余侧移角小于0.01 rad,但随后加载产生的残余侧移角由于竖向力二阶效应而增大趋势明显,自复位功效相应减弱。

新型PEC柱-钢梁边节点BRS板部分自复位连接抗震性能数值模拟

为研究新型卷边PEC柱-钢梁组合框架层边节点BRS耗能型部分自复位连接的抗震性能,考虑PEC柱布置方式、PEC柱轴压力、预拉杆预应力、BRS板长度与宽度、节点类型等系列设计参数,利用ABAQUS建立相应的节点连接模型试件并进行循环荷载下抗震性能的数值模拟;并且对比分析试件的承载能力、耗能能力、自复位功效和节点区传力机理.结果显示:PEC柱布置方式导致的梁柱刚度匹配变化和PEC柱轴压力引起的二阶效应相应改变自复位连接的受力发展进程,但对部分自复位受力机理影响甚微;M_a/M_d设计取值对节点连接的自复位功效和耗能能力影响显著,建议在0.3～0.65取值;所有试件残余转角均不超过小震层间侧移角限值0.005 rad,而实际作法Ⅱ型试件达到预定设计中震侧移角限值0.02 rad后,连接转化为承压型传力模式,且当BRS耗能段拉伸屈服过大残余变形导致其在卸载过程中出现反向受压屈服耗能.该连接具有良好的耗能能力、自复位效果和安全冗余度.

PEC柱-钢梁边节点摩擦耗能部分自复位连接抗震性能分析

为研究新型PEC柱-钢梁组合框架中层边节点摩擦耗能部分自复位连接的抗震性能,考虑PEC柱的布置方式、PEC柱轴压力、预拉杆预应力、加强型盖板厚度与长度、对穿螺栓设置方式等设计参数,利用有限元商业软件ABAQUS建立对应系列数值模型试件并进行循环荷载下的抗震性能的数值模拟。基于数值模拟结果 ,对各试件的承载能力、耗能能力、自复位功效和节点区传力机理进行了对比分析。结果显示,PEC柱布置方式引起的梁柱刚度匹配的改变和柱轴压力引起的二阶效应相应改变自复位连接的受力发展进程,但对部分自复位传力机理影响甚微;Ma/Mb设计取值对节点连接的自复位功效和耗能能力影响显著,建议合理取值范围为0.40-0.70;所有试件残余转角均不超过自复位残余转角限值0.005 rad,而实际工程作法II型试件在达到预定设计中震侧移角限值0.02 rad后,连接转化为承压型传力模式,随后进一步发挥主体构件梁的受力性能,表明该连接实现了良好的耗能能力、自复位效果和安全冗余度有机统一的性能设计目标。

新型卷边PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架抗震性能数值模拟

为研究新型卷边PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架的抗震性能,考虑T形件对穿螺栓布置方式、BRS板T形件长圆孔尺寸、PEC柱顶轴力、柱脚连接方式4个设计参数,利用有限元软件ABAQUS以1∶2缩尺比例建立5个框架模型并进行水平循环荷载下抗震性能的数值模拟.对比分析各设计参数对试件滞回性能、抗侧刚度退化、耗能能力、自复位功效等抗震性能的影响.分析结果显示:实验T形件单边对穿螺栓布置试件由于翘拔作用明显,极大程度延缓了自复位连接的受力发展进程,而实际工程T形件双边对穿螺栓布置可较好实现了自复位连接的设计思路;BRS板T形件长圆孔尺寸决定部分自复位连接的性态设计目标;柱顶轴力对试件初始刚度与承载力影响甚微,而后期二阶效应会加快自复位连接受力发展进程;所有试件中的PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接均能实现自复位功效、耗能能力和安全冗余度的有机统一.

PEC柱-钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震试验研究

为系统研究梁柱采用自复位连接组合框架的抗震机理,选取预拉杆长度设置、PEC柱截面强弱轴布置和柱脚连接方式3个设计参数,设计制作了4榀PEC柱-钢梁梁柱摩擦耗能部分自复位连接组合框架1∶2缩尺试件并进行拟静力抗震试验。通过试验现象观察和数据分析,对试件的滞回特性、抗侧刚度退化、复位能力、滞回耗能等抗震性能进行研究。结果表明:摩擦耗能部分自复位连接通过T形件长圆孔合理设置实现了“设计地震水平阶段实现复位,大震设计水平阶段自复位连接连接转化为伴随出现螺栓承压型受力实现部分自复位”的性能化设计目标;设计地震阶段,试件主要通过辅助摩擦耗能件耗能,且卸载残余侧移小于自复位结构侧移限值(0.3%),在大震作用阶段,试件通过辅助摩擦耗能件与结构构件损伤联合耗能,承载能力仍继续增大,且仍具有部分自复位能力;预拉杆设置有限长度可显著增强结构整体性,PEC柱弱轴布置一定程度上降低了结构整体性,而PEC柱脚采用铰接可显著削弱结构整体性。

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。

新型PEC柱-钢梁BRS耗能部分自复位节点的抗震性能

为研究采用预拉对穿螺栓的新型卷边PEC柱-钢梁BRS耗能板部分自复位连接中节点的抗震性能,对考虑PEC柱布置方式的2个试件进行了拟静力试验.结果表明:BRS板耗能部分自复位连接,通过BRS板屈服耗散地震能和预拉杆实现自复位功效,且整个加载过程中结构主要受力构件处在弹性状态;PEC柱的布置决定梁柱连接的刚度匹配,相应影响部分自复位节点受力性能发展进程和试件损伤分布规律;预拉对穿螺栓和预拉杆的设置促使节点域混凝土斜压带传力模式的形成,相应降低了对节点域钢结构腹板的抗剪要求;所有试件连接转角达到中震层间侧移角限值0.020 rad,残余转角均小于自复位残余转角限值为0.005 rad,即使层间侧移角超过大震层间侧移角限值0.035 rad,试件承载能力仍处于增长趋势,且梁端残余转角基本不超过0.010 rad.

新型PEC柱-钢梁摩擦耗能部分自复位节点抗震性能数值模拟

为研究采用预拉对穿螺栓的新型PEC柱-钢梁摩擦耗能型部分自复位连接中节点的抗震性能,考虑PEC轴压力、钢板组合截面布置(强/弱轴)、预拉杆预应力、加强型盖板厚度和预拉对穿螺栓设置方式等5个设计参数,利用有限元软件ABAQUS建立8个中节点模型试件并对其进行循环荷载下受力性能的数值模拟。根据模拟结果分析了连接的弯矩-转角关系、自复位功效、耗能能力、受力变形模式和节点传力机理。研究结果显示:PEC柱轴压力产生的二阶效应加快了自复位节点受力发展进程,但不影响自复位功效;组合柱布置方式通过改变梁柱刚度匹配影响连接部位力的分配模式,但不影响部分自复位节点受力机理;预拉杆预应力明显改变节点摩擦滑移耗能和自复位能力;预拉对穿螺栓的设置较好实现了节点区混凝土斜压带传力机理;采用实际工程作法的所有试件残余转角均不超过自复位节点最小转角限值0.005rad,且在达到设计预定的中震侧移角限值0.02rad后,结构主要受力构件梁开始进一步发挥力学性能,实现了自复位功效、耗能能力与结构安全冗余度有机统一的性能设计目标。

PEC柱-钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震性能数值模拟

为更好满足建筑结构不同抗震性能化设计目标,对已有自复位连接节点弯矩-转角关系进行改进,提出摩擦型耗能部分自复位连接设计思路。利用ABAQUS软件设计了5榀卷边PEC柱-钢梁摩擦耗能型部分自复位连接组合框架模型试件,并对其在往复荷载下的抗震性能进行了数值模拟。基于模拟数据,对比分析柱顶竖向力、摩擦板长圆孔孔径、柱脚边界条件和摩擦板翼缘螺栓布置方式等设计参数对试件滞回性能、抗侧刚度退化、残余变形、耗能能力等抗震性能的影响规律。结果显示:卷边PEC柱满足自复位结构对竖向构件承载力及抗侧刚度的要求;摩擦板长圆孔孔径合理设置可控制摩擦滑移耗能和连接转化为承压型传力模式的发展进程,从而实现结构不同抗震性能化设计目标;摩擦板内外侧翼缘均布置高强对穿螺栓的实际工程做法可更好发挥部分自复位连接的自复位和耗能减震功效;柱脚边界条件对结构受力进程和刚度分配影响显著,柱底与基础梁刚性连接的试件承载力、抗侧刚度和耗能减震远高于柱底铰接试件;柱顶竖向力在大侧移情况下的二阶效应对试件承载力和自复位功效产生较小的不利作用。

新型卷边钢板PEC柱-钢梁BRS板自复位连接组合框架抗震性能模拟研究

自复位结构是在传统组合结构基础上增设辅助耗能件和预拉杆来提高组合框架的整体抗震性能.为了系统研究新型卷边钢板PEC柱-钢梁BRS板自复位连接底部两层框架结构的抗震性能,考虑柱脚连接方式、对穿螺栓单双边布置、PEC柱轴向压力等设计参数,利用有限元分析软件ABAQUS建立4个模拟试件并进行水平低周往复加载模拟分析,对模拟试件整体滞回曲线、耗能能力、残余变形曲线等抗震性能进行对比分析.结果表明:柱脚的连接方式对试件承载能力和自复位效果有着显著影响,其中柱脚铰接形式降低了结构的承载能力,但改善了试件结构的自复位能力;T形件对穿螺栓布置影响部分自复位连接的自复位效果和耗能发展进程,对穿螺栓单侧布置所产生的撬拔作用延缓了BRS耗能板耗能进程的发挥;PEC柱轴向压力的施加对试件耗能能力和自复位效果影响较小;所有试件均显示出了良好的自复位功效,实现了自复位、耗能、安全冗余度有机统一的设计目标.

摩擦耗能部分复位PEC柱组合框架抗震性能模拟分析

文中以试验试件为参考,考虑T形板翼缘对穿螺栓连接方式、柱顶轴压力、预拉杆力和摩擦螺栓预紧力4个设计参数,采用ABAQUS软件建立了7榀框架试件模型并进行抗震性能模拟分析,旨在研究各设计参数影响规律。基于模拟数据整理和应力云图,对试件滞回曲线、复位性能与耗能能力进行对比分析。分析结果表明:所有试件均实现了“中震水平自复位+摩擦耗能,大震水平承压连接部分复位+主体构件耗能”性能化设计两阶段目标,中震作用水平对应残余侧移角均不超过0.0029 rad,而大震作用水平仍不超过0.015 rad;对穿螺栓布置方式对结构受力进程影响明显;柱顶轴压力提高了试件初始抗侧刚度和中震作用水平的复位性能,而大震作用水平时二阶效应加快了结构损伤进程,复位能力降低。预拉杆力增大或摩擦螺栓预紧力减小,对应自复位连接的脱开弯矩与开始摩擦滑移弯矩比值(M_(a)/M_(b))增大,结构复位性能加强。

PEC柱(弱轴)-钢梁摩擦型部分自复位组合框架抗震机理研究

为研究PEC柱(弱轴)-钢梁摩擦型部分自复位组合框架的抗震机理,文章利用有限元软件ABAQUS以1:2缩尺比例制作了单跨双层的组合框架模型,考虑节点连接的撬拔作用、T形连接件腹板长圆孔的滑移长度、柱顶竖向力等设计参数的影响,仿真模拟研究该模型试件的抗震性能。整合得到的模拟数据,对比分析模型试件的承载力、连接性能、节点传力机理和自复位功效等滞回性能,可以得到以下结论:在实际工程中尽量采用S型试件的施工做法;调整T形件腹板的滑移长度可以灵活控制主要受力构件进入承压传力模式的进程;二阶效应对该模型试件的抗震性能影响不大,新型卷边PEC柱很适合作为自复位结构体系的承重构件。

摩擦耗能型PEC柱(柱弱轴)–钢梁连接组合框架层间抗震机理研究

为研究摩擦耗能型PEC柱(柱弱轴)–钢梁连接组合框架层间抗震机理,文章采用因素分析法通过改变高强螺杆初始预应力值、T形件腹板长圆孔的开孔长度、高强预拉螺杆的长度、摩擦力、新型卷边PEC柱顶竖向力等设计参数,对模型试件做往复荷载下抗震性能的数值模拟。基于整理的模拟数据,对比分析模型试件的承载力、连接性能、耗能能力、抗倒塌机理和自复位功效等滞回性能,可以得到以下结论 :增大高强螺栓的初始预应力可以提高试件的自复位功效;改变T形件腹板的开孔长度可以灵活控制试件进入承压型传力模式的进程;部分自复位的设计使得应力集中在钢梁翼缘端部,保护了主要受力构件,地震后替换掉辅助耗能元件,结构便能继续使用。

有限长度预拉杆部分自复位PEC柱组合框架中间层抗震性能试验研究

为研究部分包裹混凝土(partial encased concrete,PEC)柱-钢梁有限长度预拉杆部分自复位连接组合框架中间层抗震机理,考虑耗能件形式和PEC柱布置方式,设计制作了3榀1∶2缩尺比例组合框架中间层子结构试件并进行水平低周往复荷载试验。基于试验结果,对试件的滞回特征、自复位功效、耗能能力进行了对比分析。研究表明:T形件螺栓孔的合理设置可有效实现"设计地震水平下通过耗能件耗能减震,大震水平下连接转化为承压型受力模式"的设计目标;部分自复位连接预拉杆预应力决定自复位功效,而辅助耗能件仅影响其耗能发展进程;PEC柱布置方式对部分自复位功效和耗能能力影响较小,验证了卷边PEC柱较好地改善了双向刚度的差异;T形件对穿螺栓与预拉杆传力方式促使节点区混凝土更好地形成斜压带传力模式和节点加强板增强了节点区混凝土约束的双重作用使得节点区较好地达到了"强节点"抗震要求;所有试件加载至设计地震水平下层间侧移限值1/50时,其整体与层间残余侧移最大值分别为0.21%和0.11%,基本满足了自复位结构残余侧移0.2%的要求,而加载超过大震水平下层间侧移限值的1/30时,所有试件承载能力仍继续增大,其整体与层间残余侧移最大值分别为0.86%和0.42%,即所有试件层间仍具有良好的自复位功效。