环口板加强带脱空缺陷的钢管混凝土T型节点滞回性能试验研究

为研究环口板加强带脱空缺陷的钢管混凝土T型节点的抗震性能,完成了12根节点试件在主管受恒定轴拉力与支管受轴向往复荷载作用下的滞回试验,基于试件破坏模式、荷载-位移滞回关系和应变发展考察了采用环口板加强带脱空缺陷T型节点试件的效果,并对比分析支主管直径比和主管径厚比对试件加强效果的影响。试验结果表明:采用环口板加强T型节点有效抑制了脱空缺陷导致的主管塑性变形,并实现带缺陷T型节点承载力、刚度、延性和耗能能力的完全恢复,甚至优于相应的无脱空试件,其中加强试件的承载力较带脱空缺陷试件提升12.6%以上,较无脱空试件提升6.5%以上,表明经合理设计的环口板加强措施能够弥补脱空缺陷对节点抗震性能的不利影响。

可更换U型环耗能金属阻尼器研究

提出可更换U型环耗能金属阻尼器,并推导其力学理论公式。相较于传统的以平动变形模式为主的U型耗能金属阻尼器,新型阻尼器变形模式为平动加转动,从而产生了空间作用效应,进而使其承载力、弹性刚度以及耗能能力均得到较大提升。运用ABAQUS有限元软件对阻尼器进行数值分析,并引入空间调整系数考虑其空间作用效应。结果表明该新型阻尼器的力学性能优于传统阻尼器,且震后便于更换。

方钢管混凝土柱-钢梁外加强环节点滞回性能的实验研究

进行了8个方钢管混凝土柱-钢梁外加强环式节点试件在恒定轴力和水平往复荷载作用下的滞回性能实验研究,考察了钢管混凝土柱轴压比和环板宽度对节点力学性能的影响。结果表明:柱轴压比对节点的水平承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,节点的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低;不同环板宽度节点的滞回曲线均为饱满的梭形,强度和刚度退化不明显;本次试验的8个节点试件的层间位移延性系数μ=3.00～7.41,弹性极限位移角θy≈2.03[θe]～5.30[θe],弹塑性极限位移角θu≈1.78[θp]～3.90[θp],等效黏滞阻尼系数he=0.3576～0.5339,均满足抗震设计要求。

双环软钢耗能器的试验研究

本文提出了“利用两个或多个耗能元件协同工作，同时耗能来设计新型耗能器”的思想，研究设计了双环软钢耗能器，并对三种不同构造的双环软钢耗能器进行了循环加载试验，考察了耗能器的工作特性和耗能性能，揭示了耗能的机理，给出了耗能器的恢复力模型。研究结果表明，双环软钢耗能器是一种初始刚度和屈服力高、变形性能好、耗能能力强、工作性能稳定、构造简单、制作与安装方便的新型耗能减震装置，具有广阔的应用前景。

加劲圆环耗能器性能的试验研究

本文提出了“耗能器应具有多道耗能减震防线”的思想， 研究设计了加劲圆环耗能器， 并对其进行了循环加荷试验， 考察了耗能器的工作性能和耗能性能， 给出了耗能器的恢复力模型。研究结果表明， 加劲圆环耗能器是一种工作性能稳定、耗能能力强、具有两级耗能减震防线、构造简单。

减压环耗能性能的静力试验及动力有限元分析

被动柔性防护系统中采用的减压环由钢管及铝管套筒组成,应用中将钢丝绳穿过钢管连接在防护系统的支撑绳及拉锚绳上,起到吸收能量和缓冲冲击荷载的作用。根据被动防护系统中减压环的工作状态,将减压环的受力形式简化为一端固定,另一端受荷载作用,并进行了静力试验和动力有限元分析。在较低的冲击荷载作用下,数值计算结果与试验结果较吻合,随着冲击荷载速度的增大,启动荷载逐渐增大,减压环耗能能力有一定的提高。另外,采用数值计算方法研究了减压环中的铝管套筒长度对耗能性能及启动荷载的影响。结果表明:减压环在动力荷载作用下的耗能能力开始增大比较明显,后期耗能能力无明显增大,而启动荷载随着套筒长度的增大先减小而后增大,当铝管套筒在合适长度范围内时,减压环在动力荷载作用下理想吸能效率与静力试验结果较接近。

不同构造参数对圆环耗能器性能的影响分析

设计了13组不同构造参数的圆环耗能器,采用ABAQUS软件对安装在支撑框架结构中的圆环耗能器进行参数分析,研究圆环钢板厚度、圆环外直径、支撑角度、圆环钢板局部削弱形式和削弱深度对圆环耗能器性能的影响。研究结果表明：圆环耗能器滞回曲线稳定、饱满,塑性耗能能力强;随着圆环钢板厚度的增加或者圆环外直径的减小,圆环耗能器初始刚度和屈服力增大;支撑与横梁之间的角度对圆环耗能器性能有一定影响,交叉支撑角度宜取45°左右;圆环钢板局部削弱圆环耗能器比不削弱圆环耗能器具有更好的耗能效果;圆环钢板局部削弱形式宜采用圆弧式,且钢板削弱深度宜控制在圆环钢板宽度的20%~30%。

减压环在被动柔性防护网中的耗能作用研究

基于落石防护措施受力系统的复杂性及不同系统参数研究的有效性角度考虑,数值方法正成为研究被动柔性防护网动态受力行为的重要手段。为研究被动柔性防护网中的减压环在落石冲击作用下的耗能及缓冲作用,以实际被动柔性防护网为原型,建立含减压环及不含减压环的两种被动柔性防护网有限元模型,基于ANSYS/LSDYNA分析两种防护网在不同冲击能量及冲击位置下的动力响应。研究结果表明:减压环可增强被动柔性防护网的柔性、改善作用部位的性能,同时能显著地提高被动柔性防护网的耗能能力。同时,数值结果的对比分析为下一步试验设计以校正有限元模型和研究实体构件受力特征提供了参考依据。

两种不同组合形式的环形网耗能性能的对比分析

通过对单个R0CCO圆环的静力试验和理论分析,推导了圆环等效半径的计算方法。建立了两种组合形式环形网的计算模型:第一种组合形式(模型1)中1个R0CCO圆环与4个R0CCO圆环相连接;第二种组合形式(模型2)中1个R0CCO圆环与6个R0CCO圆环相连接,采用数值分析方法对模型1、2的静动力耗能特性进行了研究。结果表明:①采用相同的ROCCO圆环组成模型1、2时,模型2中单个ROCCO圆环的耗能能力高于模型1;②当采用相等的材料组成模型1、2时,在相同动能的落石冲击作用下,模型2的变形距离低于模型1,且模型1受到的落石冲击荷载开始时低于模型2,随着落石直径的增大,逐渐高于模型2;③模型1、模型2在落石冲击作用下的极限耗能能力随着落石直径的增大而逐渐增大,且模型1的极限耗能能力开始时高于模型2,当落石直径达到一定程度后,模型2的耗能能力逐渐高于模型1。因此,当实际工程中需要考虑防护系统变形距离时,选择第二种组合形式的环形网,可以节约工程造价,而当需要考虑系统极限耗能能力时,可以根据落石特征选择经济的合理的环形网结构形式。

钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁节点抗震性能试验

为满足建筑造型中设置钢管混凝土斜柱的要求,在结构中形成了钢管混凝土斜柱与环梁相交的抗剪环-环梁节点。检验这种斜柱抗剪环-环梁节点的抗震性能,进行了2个2/3缩尺比例的钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁梁柱组合体的低周反复加载试验。试验结果表明,通过对环梁的合理配筋构造,即使试件最终破坏发生在环梁内,仍能够使组合体具有足够的变形能力和耗能能力;由于钢管混凝土斜柱与环梁节点承载能力相对独立,即使环梁最终发生破坏,对钢管混凝土斜柱的纵向承载力也不致造成较大影响。

左右梁高不同的箱型截面柱-H型钢梁外加强环式异型节点抗震性能试验研究

随着建筑造型、结构形式和空间使用功能的变化,出现了一些新型的钢结构节点,例如柱两侧梁高不同的异型节点。本研究开展了3个左右两侧梁高不同的外加强环式箱型截面柱-H型钢梁异型节点的抗震性能试验研究,试验参数为左右梁的梁高比α。试验成果表明:(1)从应变片的测量结果可知所有试件均以节点域的剪切变形为主要的破坏模式。(2)异形节点的剪力-剪切角关系曲线形状饱满,具备较好的耗能能力。(3)相同条件下,异形节点域比标准形节点域的剪切变形角小,结构更安全。

航空发动机齿轮用阻尼环的摩擦耗能和型线设计

为改善阻尼环对航空发动机传动齿轮的减振效果,提出了阻尼环在自由状态下的型线设计方法,设计了一种均压环。开展了对阻尼环的接触分析,对比计算了普通阻尼环与均压环在齿轮振动时的摩擦耗能,探究了阻尼环局部非接触对摩擦耗能的影响。结果表明,在静止安装状态下,普通阻尼环与安装槽的接触圆心角为114°56’,工作过程中,随着转速提升,接触区域将会增大,但均压环与安装槽的接触区域始终比普通阻尼环更大,且不受转速影响,从而在齿轮发生共振时能消耗更多的振动能量,有效提高阻尼环减振效能。

环形网受落石冲击作用的数值分析

被动防护系统在落石灾害的防治中得到广泛应用,环形网作为被动防护系统中耗散能量的主要构件,了解其在落石冲击作用下的动力学特性具有重要意义。采用大型有限元软件LS-DYNA对落石冲击作用下的环形网进行建模和冲击过程数值分析,结果表明数值计算结果与试验结果相吻合,说明采用数值方法分析落石冲击作用下环形网动力特性的有效性和重要价值。

YLH拦河引水枢纽消能防冲的设计与研究

通过对YLH拦河引水枢纽的工程地质、水文、泥沙等气象条件的综合分析，结合YLH拦河引水枢纽的自身特点及功能，提出消力池消能、短护坦消能、裙板消能三种消能方式。经过对三种消能方式的设计、水力学模型实验及工程实例的综合分析比较，最终选择消力池消能方案作为YLH拦河引水枢纽的最佳消能方案。

钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点性能试验研究

本文进行了钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点的静载和低周反复荷载试验,分析了节点的破坏形态、承载能力、延性、耗能能力等性能。本次试验结果显示,钢管混凝土核心区未发生屈服破坏情况,塑性铰产生于扁梁和环扁梁交界处(静载)和环扁梁上(低周反复荷载),环扁梁与钢管混凝土柱间未发生明显滑移现象;试验节点连接可靠,具有较好的承载力、延性以及耗能能力,能够满足延性抗震设计要求。

蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能

为避免在地震作用下梁柱翼缘相交处的焊缝发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和加载试验,分析各框架试件有限元模型和试验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等,研究蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对节点框架滞回性能的影响。结果表明:蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力;等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度,可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力;蜂窝式耗能环阵列法向厚度从H型钢梁腹板厚度增加到3倍H型钢梁腹板厚度时,蜂窝式梁柱框架试件的耗能能力显著提高。蜂窝式梁柱框架试件试验中蜂窝式耗能单元的破坏位置与蜂窝式梁柱框架试件有限元模型中应力分布较大的位置几乎完全吻合,符合实际情况。相较于传统钢结构梁柱抗震节点,蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点将梁柱焊缝处的脆性破坏转化为梁上特定位置的破坏,充分转移梁柱节点焊缝处的应力,蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。蜂窝式可替换塑性铰节点有效减少梁柱节点焊缝开裂现象,降低钢结构在大震下发生焊缝开裂而倒塌的几率,易于模块化工厂加工,显著提高施工效率,便于消防管道、电缆等设施的转向和穿线。

端板螺栓连接混凝土柱—蜂窝钢梁节点延性及耗能研究

为研究焊接环式箍筋柱与焊接蜂窝梁连接节点的破坏特征和抗震性能,进行了2个外伸式端板连接节点、2个平齐式端板连接节点的低周反复荷载试验,分析了各节点的破坏形态、承载力、延性、耗能性能、刚度退化等。试验结果表明:外伸式端板螺栓连接型试件的承载力最高,延性最好,耗能能力较强,但在极限荷载之后出现严重的刚度退化。

蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点力学性能

为避免梁柱翼缘相交处的焊缝在地震作用下发生脆性破坏,提出了一种蜂窝式可替换塑性铰节点形式,以实现中震可修的延性设计抗震目标。通过ABAQUS有限元分析软件对7个不同蜂窝式耗能环尺寸的节点模型、1个腹板开圆孔型削弱型节点模型、1个腹板开六边形孔型削弱型节点模型和1个普通梁柱节点模型在同等条件下进行了低周反复加载模拟。分析了各节点的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能及塑性耗能曲线等,探讨蜂窝式耗能环的宽度和厚度对蜂窝式可替换塑性铰节点滞回性能的影响。结果表明:蜂窝式可替换塑性铰节点的滞回曲线饱满,刚度退化趋势良好;延性指标均超过了3.0,具有良好的抗震性能;增加蜂窝式耗能环厚度比增加蜂窝式耗能环宽度能够更有效地提高节点屈服后变形能力、承载能力及耗能能力;节点屈服后变形能力和承载能力保持较好的状态;蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。

传统抗震加固技术与抗震加固新技术的介绍

我国抗震加固的研究工作始于上世纪60年代,唐山地震后,开始在全国范围内进行建筑结构的抗震加固工作,并进行了大量的试验研究。早期砖混结构以圈梁构造柱和砖墙的钢筋网砂浆面层加固为主。目前,砖混结构则多采用混凝土板墙加固方法,另外碳纤维加固法和高强不锈钢绞线加固法也应用于砖墙的强度加固。混凝土结构的加固方法主要有加大截面加固法、外包钢加固法、转换体系加固法、黏钢加固法和黏碳纤维加固法。本世纪初消能减震技术开始逐渐应用于混凝土框架结构的抗震加固。随着高强不锈钢绞线+高强聚合物砂浆加固技术的研究成熟,越来越多的结构采用该方法进行加固。

CFST柱—RC环扁梁节点性能试验

进行了钢管混凝土(CFST)柱—钢筋混凝土(RC)环扁梁节点的静载和低周反复荷载试验,分析了节点的破坏形态、延性、耗能能力等性能。试验结果表明,钢管混凝土核心区未发生屈服破坏情况;对于静载,塑性铰产生于扁梁和环扁梁交界处,对于低周反复荷载,塑性铰产生于环扁梁上;环扁梁与钢管混凝土柱间未发现明显滑移现象。节点连接可靠,具有较好的延性以及耗能能力,能够满足延性抗震设计要求。