新型全钢防屈曲支撑的拟静力滞回性能试验

为减少传统防屈曲支撑(BRB)的十字形支撑内芯在焊接后所产生的残余弯曲变形,提出一种新型全角钢式防屈曲支撑(ABRB)。该支撑的内芯由4个等边角钢通过屈服段无焊接技术组合而成,约束构件则由两个等边角钢沿纵向焊接组合而成。对4个ABRB试件进行拟静力滞回性能试验,重点考察支撑边界条件,支撑端部转动约束构造、内芯外伸段构造以及加力长度等因素对其滞回性能的影响。试验前首先对试件内芯的初始弯曲进行测量,结果表明,绝大多数试件内芯屈服段的相对初始弯曲均有效控制在1/1000以内。拟静力试验结果表明,当支撑端部边界条件为固接时,ABRB的延性及耗能发展最为充分;当支撑两端为铰接且支撑端部无转动约束时则较容易发生内芯外伸段的局部压弯破坏,且当加力长度增加时,局部压弯破坏则越早发生,但该破坏模式可通过在铰接ABRB两端设置转动约束构件的构造予以避免。对试件的抗震性能分析表明,构造合理的ABRB表现出较好的延性以及十分稳定的累积滞回耗能特性,因此ABRB可作为有效的耗能减震装置应用于工程结构中。最后提出进一步改进的建议以及有待深入研究的问题,为此类支撑性能的进一步完善奠定基础。

人字形无黏结内藏钢板支撑剪力墙拟静力试验研究

通过对6个人字形无黏结内藏钢板支撑剪力墙试件的拟静力试验研究,对无黏结材料及支撑与墙板的间隙、墙板内钢筋配置、墙板端部加强构造以及钢板支撑周围有效宽度范围内采用普通混凝土,其余部分采用轻骨料混凝土的有效宽度墙板等因素对试件滞回性能的影响进行考察。试验结果表明,无黏结材料的均匀包裹、支撑与墙板间留有较小的间隙以及沿支撑轴向加密纵横向钢筋和拉结筋等构造措施,可以显著提高墙板局部抗弯和抗冲切承载力,改善试件的延性和耗能能力。支撑受压失稳时呈多波微幅弯曲变形状态,随压力增大,失稳半波数增多,支撑对墙板的局部冲切作用随之增大,使墙板局部弯曲或冲切破坏。直至破坏前,试件滞回曲线饱满稳定,骨架曲线基本呈现两折线的形式。试验还表明,当其他构造相同时,采用有效宽度墙板的试件和整个墙板均由普通混凝土制成的试件的滞回性能几乎相同,但前者自重轻,有利于墙板的安装和结构抗震。

外露式钢柱脚抗弯性能试验研究

通过拟静力试验研究箱型截面柱、厚底板和混凝土基础组成的外露式柱脚在极大变形下的抗弯性能及传力机制。通过试验研究锚栓的材质、数量和排列方式以及轴压比等参数对外露式柱脚的抗弯承载力、抗弯刚度、延性及耗能的影响。结果表明,增加2个锚栓可以提高20%左右的抗弯承载力,并提高耗能能力,但对初始刚度的提高并不明显。冷拔锚栓严重降低了柱脚的延性和耗能能力,不宜采用。柱脚承受竖向拉力时,柱脚节点将主要通过剪切变形来抵抗水平荷载,柱脚的抗弯承载力低、刚度小、耗能和延性较差。

考虑轴-弯-剪耦合效应的钢筋混凝土柱滞回性能研究

试验研究及震害调查发现:由于配箍不足或箍筋间距过大,地震作用下钢筋混凝土柱易发生剪切破坏,继而发生轴向破坏。采用纤维截面的钢筋混凝土梁柱单元及与之串联的剪切弹簧以及轴向弹簧考虑钢筋混凝土柱的轴-弯-剪耦合效应,其中纤维梁柱单元用于模拟柱的弯曲机制,与梁柱单元串联的剪切弹簧和轴向弹簧用于模拟剪切机制和轴向机制,并利用单轴材料模型中的Limit State Material及其相应的Shear Limit Curve和Axial Limit Curve确定材料的剪切破坏与轴向破坏失效点,最终从单元层次上定义轴-弯-剪耦合效应。为验证该数值模型的合理性,选取不同破坏形式、轴向力与水平循环往复荷载共同作用下拟静力试验的钢筋混凝土柱,借助Open Sees分析软件模拟其滞回性能。模拟结果与试验结果的对比分析表明:考虑轴-弯-剪耦合的串联模型能较好地模拟钢筋混凝土柱的强度、刚度退化及捏拢效应等,且能够反映钢筋混凝土构件在复杂应力条件下的受力性能。

波纹侧板钢管混凝土组合柱-钢梁框架节点的抗弯性能研究

提出一种新型波纹侧板钢管混凝土组合柱-钢梁框架节点形式——在节点核心区沿钢梁上下翼缘方向设置贯通隔板,梁翼缘设置加强板,柱四角布置方钢管并沿高度方向焊接波纹侧板形成钢骨架,骨架腔内灌注混凝土。利用ABAQUS软件建立有限元数值模型,并与常规节点的滞回性能、受力特性和破坏模式进行对比,发现设置加强板能有效提高节点的承载力,且能使塑性铰沿翼缘外移,两类节点的滞回曲线均较为饱满,耗能性能和延性较好。分析加强板厚度、混凝土强度、柱钢材强度等因素对此类节点抗弯承载力的影响,结果表明:加强板厚度、钢梁钢材强度、钢梁极限弯矩和梁柱线刚度比对节点抗弯承载力有显著影响。在参数分析的基础上建议了波纹侧板钢管混凝土组合柱-钢梁节点的抗弯承载力简化计算公式,简化计算公式所得结果与有限元结果吻合良好。

新型装配式钢管柱轻钢桁架梁节点的滞回性能

采用ABAQUS软件对一种新型装配式钢管柱轻钢桁架梁节点进行了数值模拟,重点考察分析了桁架梁连接方式、桁架梁高度、桁架梁弦杆截面、桁架梁弦杆壁厚对其滞回性能、抗弯承载力、节点转动刚度、耗能等的影响。分析结果表明:装配式钢管柱轻钢桁架梁节点的滞回曲线呈现出捏缩特征,但具有较高的抗弯承载力和理想的节点转动能力;塑性铰出现在桁架梁端部空腹节间,实现了理想的延性破坏模式;弦杆采用闭口矩形钢管截面及增加桁架梁高度和弦杆壁厚,均可提高此类节点的抗弯承载力、初始转动刚度和耗能能力。

X形圆钢管节点平面内受弯滞回性能试验研究

为了研究X形圆钢管节点平面内受弯滞回性能,进行了两个节点在往复平面内弯矩作用下的试验研究.结果表明:两个节点的破坏模式均为相贯线附近焊缝热影响区的主管管壁开裂,开裂前主管管壁经历显著的塑性发展;节点表现出良好的滞回性能;主管管壁塑性变形和开裂后的裂纹扩散成为节点的主要耗能模式,尽管支管根部的塑性变形对耗能也有贡献.对比支主管正交节点(支主管夹角90°),支主管斜交节点(支主管夹角非90°)具有更高的抗弯承载力,并且具有更好的延性和耗能能力.当支主管斜交且夹角较大(大于70°)时,夹角正弦的倒数能较好地反映了支主管斜交对节点承载力的有利影响.

焊接栓钉型钢混凝土柱压-弯-剪-扭滞回性能试验研究

为了研究压-弯-剪-扭复合受力焊接栓钉型钢混凝土柱的滞回性能,通过研发的试验装置,对设计的9个试件进行恒定轴压力下低周反复弯-剪-扭的加载试验,考虑了栓钉位置、栓钉间距和栓钉长度等3个变化参数。通过试验观察了试件的受力破坏过程及形态,获取其弯矩-位移和扭矩-扭率滞回曲线,并分析了试件破坏形态、滞回曲线、刚度退化、能量耗散、延性等抗震性能指标。结果表明:恒定轴压力反复弯-剪-扭作用下,型钢混凝土试件表现为以弯曲破坏为主、伴随扭转斜裂缝的弯扭型破坏形态;弯矩-位移滞回曲线呈梭形,滞回环饱满,而扭矩-扭转角滞回曲线则呈反S或Z形,滞回曲线不饱满;扭矩作用下,型钢混凝土柱的延性变差;通过焊接栓钉可提高其延性,栓钉间距越小延性越好,当型钢翼缘和腹板交错焊接栓钉时,更有利于提高构件的抗震性能。

型钢混凝土十字形柱复合受扭滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土十字形柱在压弯剪扭反复荷载作用下的的滞回性能,以扭弯比和配钢形式为变化参数,对9根柱试件进行了拟静力试验,对比分析各柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性等。研究表明:恒定轴力反复弯剪扭作用下,型钢混凝土十字形柱表现为弯扭破坏和扭剪破坏两种破坏模式;荷载-位移滞回曲线与扭矩-扭转角滞回曲线均呈捏拢的S形;位移延性系数、开裂位移角及破坏位移角均能满足GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》要求;弯剪黏滞阻尼系数随位移的增加呈上升趋势,而扭转黏滞阻尼系数则相反;当扭弯比小于0. 21时,扭矩的存在并未降低试件受弯承载力,但是对弯曲位移、延性及耗能能力均会有不利影响。

双金属复合管混凝土构件受弯滞回性能研究

在不锈钢(外)-碳素钢(内)双金属复合管内填入混凝土所形成的双金属复合管混凝土(CFBT)构件,具有良好的受力性能和耐腐蚀性。为研究CFBT构件在低周往复荷载作用下的弯曲滞回性能,开展了3个CFBT试件和1个传统碳素钢管混凝土(CFST)试件的加载试验和有限元模拟,分析不同混凝土强度条件下试件的破坏形态、荷载-变形滞回曲线、骨架曲线、承载力和刚度等受力性能。研究结果表明:往复荷载作用下CFBT受弯构件的变形和破坏特征与CFST受弯构件相似,最终均呈现为底梁附近钢管局部鼓曲、对应位置的内填混凝土压溃破坏;所有构件的弯曲滞回曲线饱满,无明显捏拢和退化现象,表明双金属复合管与内填混凝土能有效共同工作,使整体构件具有良好的承载力和滞回耗能能力;内填混凝土的强度对CFBT构件受弯承载力和滞回性能的影响不显著;在常用金属材料强度范围内,双金属复合管的不锈钢与碳素钢材料厚度比对CFBT受弯构件的受力性能无明显影响;增大碳素钢的强度或提高含钢率可有效提高CFBT受弯构件的受弯承载力。利用现有的CFST受弯构件计算模型可较好预测相同几何和材料参数条件下CFBT构件的受弯承载力。