钢板屈服对CFRP-钢界面粘接性能影响的试验研究

为研究钢板屈服对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)-钢粘接界面的性能影响,开展了一系列CFRP钢双搭接粘接节点拉伸试验和有限元模拟。以钢板厚度和CFRP粘接长度为变量,通过拉伸试验得到了钢板屈服条件下的节点拉伸荷载-位移曲线、有效粘接长度和失效模式。试验结果表明,15 mm厚钢板的粘接节点在破坏之前表现为弹性状态,而8 mm厚钢板的粘接节点在破坏前钢板已经屈服并进入塑性状态。钢板屈服使得节点的荷载-位移曲线由线性变为非线性,且钢板屈服时节点的失效位移增加;随着钢板屈服,节点的失效模式由CFRP层离破坏变为CFRP层离和钢板-胶层界面脱粘混合模式,且随着钢板屈服程度的增大,钢板-胶层脱粘面积也在增大。根据本文所采用的节点试件及所选取的材料属性,当8 mm厚钢板节点在出现钢板屈服后,其最大失效位移约为15 mm厚钢板节点的4.2倍,但其承载力仅为15 mm厚钢板节点的69.92%。即节点由于钢板屈服所获得的延性是以节点承载力降低为代价的。从有限元结果可以发现,当钢板屈服程度增加,节点失效位置将会从接头处转移至粘接接头远端,有效粘接长度也随之减小。

多行开缝低屈服点耗能钢板有限元分析

提出一种新型多行开缝低屈服点钢板(multirow slit low-yield-point steel plate,MSSP)的减震阻尼器。基于低屈服点Q160钢试验数据和ABAQUS有限元模拟,进行了MSSP和未开缝低屈服点钢板阻尼器的性能比较。通过MSSP数值计算分析,给出了MSSP参数的适用范围以及屈服承载力的理论修正公式;同时,研究了MSSP多排缝的存在条件和MSSP滞回性能。经对8度罕遇地震作用下安装Q160MSSP多层钢框架结构的动力弹塑性时程分析,在时域内进一步验证了MSSP对钢框架结构减震的有效性。

内嵌钢板及边缘框架相互作用对带连梁低屈服点钢板剪力墙结构受力性能的影响

为满足快速发展的高层建筑结构对抗震性能及空间灵活性的要求,将高耗能能力、高延性的低屈服点钢材与带连梁钢板剪力墙组合成新型带连梁低屈服点钢板剪力墙结构体系。采用有限元软件ABAQUS建立带连梁钢板剪力墙结构模型,结合国内外已有的典型试验结果验证数值方法的有效性。在此基础上,设计5个不同耦合度的低屈服点钢板剪力墙结构模型进行单调和循环加载,对比分析其损伤机制、承载性能及滞回耗能能力,探讨内嵌钢板与边缘框架的相互作用对结构及构件受力性能的影响,给出设计建议。结果表明:带连梁低屈服点钢板剪力墙结构内嵌钢板与边缘框架相互作用能够有效提高整体结构承载力、承载效率以及耗能能力。综合考虑材料利用率、承载能力及耗能能力,建议连梁耦合度控制在0.45以内。随着连梁耦合度的提高,边缘框架分担剪力多至60%,内部框架柱的轴力显著减小,连梁转角不断减小。因此,在带连梁低屈服点钢板剪力墙结构设计过程中应充分考虑内嵌钢板与边缘框架的相互作用,适当减小内嵌钢板设计厚度及边缘框架截面尺寸,提高材料利用率及设计经济性。同时,与纯框架抗侧性能相比,内嵌钢板与边缘框架的相互作用有效提高了边缘框架的初始抗侧刚度及承载力。

基于增量动力分析法的低屈服点钢板剪力墙抗震性能分析

基于两种设计理念分别设计了10层3跨的分析案例。通过增量动力分析法研究设计案例的底部剪力-顶点位移时程曲线、塑性铰分布、层间位移角,以此来评估结构的抗震性能。结果表明:同一条地震波的峰值加速度调幅到不同地震等级下得到的结构反应时程曲线,不仅数值大小不同,而且曲线的形状也不相同,表现为结构响应的峰值点出现的时刻不同;所设计结构的最大层间位移角均满足要求;对每个案例在各震级下框架塑性铰分布和墙板壳层应力进行分析,得出结构的破坏过程,通过对比分析发现,墙板先于框架屈服,符合抗震设计理念。按屈曲前屈服理论设计的案例在罕遇地震下只有墙板屈服,抗震性能很好。

强震下半刚性框架-密肋框格防屈曲钢板剪力墙弹塑性时程分析

为研究半刚性框架-密肋框格防屈曲钢板剪力墙结构的抗震性能,对一个1/3缩尺的钢框架-防屈曲剪力墙模型进行了弹塑性时程分析.重点分析其在Taft波、EL-Centro波及人工地震波作用下的动力特性、加速度反应、位移反应和剪力分布等.结果表明:多遇地震作用下,结构的刚度退化不明显;罕遇地震作用下,结构表现出强烈的非线性和明显的刚度退化;结构的弹性和弹塑性层间位移角分别为1/1 016和1/149,均满足我国现行抗震规范对层间位移角限值的规定和"两阶段,三水准"的抗震设防要求.密肋框格的设置改善内填钢板的受力性能,并实现了防屈曲的目标.研究为该类结构的抗震设计及其在抗震设防区的应用提供参考.

半刚性框架-密肋框格防屈曲低屈服点钢板墙抗震性能试验研究

为研究半刚性框架-密肋框格防屈曲低屈服点钢板墙结构的抗震性能,对一榀1/3缩尺的结构试件进行拟静力试验,对其滞回性能、承载力、延性、刚度、耗能和节点转动性能等进行分析。结果表明:试件最终呈面内弯剪破坏,结构屈服、破坏顺序为内填钢板面内受剪屈服、区格屈曲直至撕裂,边缘构件进入屈服并最终在框架梁端与柱脚形成塑性铰,结构的破坏机理符合"强框架、弱墙板"、"强柱弱梁"的设计理念;内填钢板与外框架形成了有效的两道抗震设防防线,抗震性能优良;试件具有稳定的承载力与优异的塑性变形能力;结构整体刚度好,初始侧向刚度大;密肋框格的设置改善了内填钢板的受力性能,实现了防屈曲的目标,试件滞回曲线饱满呈梭形,具有良好的耗能能力;位移加载后期节点角钢虽然进入塑性工作状态,但在内填钢板"衬板"作用的加强下,未发生明显损坏,且试件的整体承载力保持稳定。

设置耗能壳板的高强钢圆管桥墩轴压试验研究

为探讨设置耗能壳板的新型高强钢圆管桥墩的受力机理,对4组共8个新型Q460高强钢圆管桥墩试件开展相应的轴压试验研究,获得各试件破坏的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线。通过对比分析轴压作用下试件的破坏模式、承载能力、延性性能等力学特征,探讨设置耗能壳板后高强钢圆管桥墩承载能力和变形性能的变化规律。试验结果表明,新型高强钢圆管桥墩试件的轴压破坏可分为根部“象脚式”破坏、高强螺栓被剪断、上下端部“压扁式”破坏三种类型。设置耗能部件后,轴向荷载作用下高强钢圆管桥墩的承载能力和延性性能均有提高,尤其是构件承载能力提高效果更为显著。低屈服点耗能钢板的强度和厚度对试件的承载能力均有影响,随着低屈服点钢板强度和厚度的提高,试件的轴压承载能力随之提高;且低屈服点钢板厚度对试件轴压承载力的影响更显著。

双屈服点环形钢板剪切阻尼器力学性能与结构减震特性数值模拟研究

提出一种新型环形钢板剪切阻尼器(DASPSD),主要由上下两块连接板和两个环形金属阻尼器内外同轴套设构成,内、外环设有相应的连接件,该阻尼器具有双阶段工作和双级屈服耗能特性,有利于缓解框架结构的层间变形集中效应。首先,针对不同参数DASPSD开展了精细数值模拟研究,验证了该阻尼器的双阶段工作机制和双级屈服耗能特性,揭示了关键设计参数对DASPSD力学性能的影响规律。其次,基于弹塑性时程分析,明确了DASPSD相比于传统单阶U型阻尼器对于结构最大层间位移角和层间变形集中效应控制的优越性。

低屈服点钢板剪力墙抗侧刚度及抗剪承载力研究

在水平荷载作用下,低屈服点钢板剪力墙的边缘框架与内填钢板协同工作,共同参与抵抗水平力。边缘框架类似于纯抗弯框架,内填钢板会对边缘框架产生附加作用。考虑内填钢板对边缘框架的附加作用,对边缘框架和内填低屈服点钢板剪力墙钢板的抗侧性能分别进行理论分析,得到低屈服点钢板剪力墙的抗剪承载力及各阶段的抗侧刚度。利用ANSYS分析不同宽厚比低屈服点钢板剪力墙在单调水平荷载作用下的抗侧性能,并与理论分析结果对比,证明理论推导公式具有较好的准确性。