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。

短型长度系数对耗能梁抗震性能的影响试验及有限元研究

与传统框架结构体系相比,带可更换构件的框架结构体系能够实现震后建筑结构功能快速恢复,减少地震作用对建筑结构正常生活和生产的影响。为研究可更换耗能梁的抗震性能,共设计并制作4个试验试件,对其进行低周反复加载,研究其破坏特征、滞回性能、骨架曲线。利用ABAQUS软件建立了可更换耗能梁精细化有限元分析模型,研究短型长度系数对可更换耗能梁抗震性能的影响规律,分析建模方法的可靠性。该研究提出了剪切型可更换耗能梁抗剪承载力的计算公式,可供工程设计参考使用。研究表明:试验中可更换耗能梁发生剪切屈服型与弯剪屈服型两类破坏模式,破坏特征包括腹板-加劲肋焊缝撕裂、翼缘屈曲和端板焊缝撕裂;试件具有良好的承载力与变形能力,能够实现震后可更换;有限元分析与试验结果吻合良好,建模方法可行。随着试件长度系数的增加,耗能梁的承载力、变形、耗能能力等均减弱,试件翼缘抗剪贡献可达梁段抗剪承载力的10%以上。与Popov等的建议值1.6相比,当耗能梁的长度系数接近1.4时,试件破坏模式由剪切型破坏向弯剪型破坏模式转变。

短剪切型消能梁段的力学性能及其影响因素研究

已有研究表明,长度比小于1.0的短剪切型消能梁段与普通剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角存在较大差异。该文基于Q235和Q345钢材,设计108个考虑加劲肋间距、翼缘与腹板面积比、翼缘强度和跨高比等因素的模型,并采用与已有试验结果对比验证的有限元分析方法,详细研究短剪切型消能梁段的力学性能及各因素的影响规律。结果表明,短剪切型消能梁段的超强系数和塑性转角分别能达到1.90和0.13,加劲肋间距系数和翼缘宽厚比可分别放宽至40和10(235/f_y)^(1/2)。另外,增大翼腹比可有效提高短剪切型消能梁段腹板受剪屈服后的承载力,但改变翼缘强度和跨高比对其性能无明显影响。

基于宏观模型的暗支撑短肢剪力墙非线性分析

建立了适合于带暗支撑短肢剪力墙非线性分析的宏观计算模型,分析推导了SAP程序中Link单元的刚度矩阵,明确了Link单元中各弹簧的物理意义,给出了各单元等效刚度计算方法,选取了合适的单元力—位移关系。用由Link单元建立的宏观模型对3片普通短肢剪力墙和3片带暗支撑短肢剪力墙进行了静力弹塑性分析,试验和计算所得顶点力—位移骨架曲线符合良好,说明所建宏观模型合理,用由Link单元建立的宏观模型能较好的模拟带暗支撑短肢剪力墙的非线性行为。

扩孔螺栓连接型消能梁段的耗能机理及设计方法研究

罕遇地震下,偏心支撑结构需合理有效地增大消能梁段的延性和耗能能力,并减小消能梁段的变形,以有效提高该种结构的抗震性能和震后功能快速恢复能力。本文基于短剪切型消能梁段和剪切扩孔型螺栓连接的力学性能,提出一种扩孔螺栓连接型消能梁段。采用校正的数值分析方法对扩孔螺栓连接型消能梁段进行详细分析,以明确扩孔型螺栓连接和短剪切型消能梁段力学性能的相互影响,揭示其耗能机理,并建立相应的设计方法。研究表明,所提出的扩孔螺栓连接型消能梁段的耗能能力有明显提高,且在达到预期性能时有效减小短剪切型消能梁段的变形和损伤,有效提高了构件的震后功能恢复能力,由此为偏心支撑结构的抗震设计提供新的思路和方法。

基于功能平衡原理和能量耗散系数的Y形偏心支撑结构设计方法

根据功能平衡原理和预先选定的目标位移与屈服机制,可得到Y形偏心支撑结构的基底剪力和各楼层剪力值。结合《建筑抗震设计规范》、短剪切型消能梁段的能量耗散系数和框架梁的耗能折减系数,可得到各楼层消能梁段的塑性剪力和塑性弯矩。详细研究支撑与短剪切型消能梁段的刚度比对Y形偏心支撑结构侧移的影响,可明确刚度比和支撑刚度的合理取值,并提出相应的结构设计方法。基于所提出方法对某6层Y形偏心支撑框架进行设计,并采用静力弹塑性分析法进行验正。算例结果表明:该方法无需进行复杂的计算和迭代,就能使所设计Y形偏心支撑结构满足多遇地震和罕遇地震下的屈服机理和层间位移等要求。

带扩孔螺栓连接型消能梁段的Y形偏心支撑结构抗震性能研究

地震作用下,Y形偏心支撑结构需有效增大消能梁段的延性和耗能能力、减小消能梁段的变形,以使其满足"多遇地震、设防地震下无损伤,罕遇地震下损伤较小且震后功能可快速修复"的抗震设防目标。基于短剪切型消能梁段和剪切扩孔型螺栓连接的力学性能,提出一种用于Y形偏心支撑结构中的新型扩孔螺栓连接型消能梁段;采用校正的数值仿真分析法对短剪切型消能梁段、剪切扩孔型螺栓连接、扩孔螺栓连接型消能梁段进行研究,以明确扩孔螺栓连接型消能梁段的力学性能和耗能模式。经对某合理设计的带扩孔螺栓连接型消能梁段的Y形偏心支撑结构分析表明,多遇地震和设防地震下消能梁段无明显变形和损伤,罕遇地震下通过剪切扩孔型螺栓连接和短剪切型消能梁段双重耗能机制,有效提高偏心支撑结构的抗震性能和减小消能梁段的损伤,为偏心支撑结构的抗震设计提供新的思路和方法。

扩孔螺栓连接型消能梁段的力学模型及参数研究

当前国家对建筑结构的抗震性能和震后功能恢复能力提出了更高要求。基于短剪切型消能梁段的受剪屈服特性和剪切扩孔型螺栓连接的受剪滑移性能,提出一种新型扩孔螺栓连接型消能梁段,可有效增大消能梁段的延性和耗能能力并同时减小消能梁段的损伤,使带扩孔螺栓连接型消能梁段的新型Y形偏心支撑结构更好地适应当前要求。采用有限元方法详细分析扩孔螺栓连接型消能梁段的滞回性能、破坏模式和耗能机理,由此得到其骨架曲线和力学模型,并阐述其力学模型的影响参数,为相应偏心支撑结构的设计和分析提供理论依据。

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。

短肢剪力墙结构体系研究

通过对短肢剪力墙结构设计的概述,介绍了短肢剪力墙和短肢剪力墙结构体系的定义及剪力墙的主要受力特点,研究了短肢剪力墙结构的相关规范,分析了其设计时应注意的问题,探讨了短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。

关于短肢剪力墙结构设计的探讨

结合具体工程实例,在工程设计实践基础上,分析了短肢剪力墙结构形式的特点、适用范围、计算方法及抗震薄弱环节等,提出了设计此类结构时应注意的一些问题,以期指导实践。

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。