钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土桥墩的抗震性能,对钢管混凝土桥墩和钢筋混凝土桥墩进行了拟静力对比试验研究。根据试件的破坏发展过程以及各试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了其滞回性能、耗能能力、延性、强度退化及刚度退化等抗震性能。试验结果表明,钢管混凝土桥墩的抗震性能明显好于钢筋混凝土桥墩。在含钢率和轴力相同的情况下,钢管混凝土桥墩的滞回曲线比钢筋混凝土桥墩丰满得多,前者的耗能能力约为后者的4.46倍,钢管混凝土桥墩的延性大于钢筋混凝土桥墩;随着轴压比的增大,钢管混凝土桥墩延性有所下降,强度退化加快,但对其刚度退化的影响不大。     

板件弯剪屈服耗能支撑滞回性能研究∗

设防地震和罕遇地震作用下,中心支撑结构的支撑斜杆容易受压失稳,为了避免支撑斜杆失稳,提出了板件弯剪屈服耗能支撑。采用有限元软件 ABAQUS分析了板件弯剪屈服耗能支撑的滞回性能,并与板件弯曲屈服耗能支撑的滞回性能进行了比较,考察了不同设计参数下板件弯剪屈服耗能支撑的耗能能力。分析结果表明：板件弯剪屈服耗能支撑可利用剪切板件率先屈服耗能,其滞回曲线饱满,耗能能力优越,初始刚度和屈服承载力较板件弯曲屈服耗能支撑有较大提高。剪切板件的高宽比、高厚比是影响支撑初始刚度、屈服承载力及耗能能力的重要因素。推导了板件弯剪屈服耗能支撑初始刚度及屈服承载力的计算公式,公式计算结果与有限元分析结果吻合较好,可为工程应用提供参考。     

新型自复位SMA耗能梁段的滞回性能

为有效控制强震后Y型偏心支撑钢框架结构的塑性残余变形,通过将Y型偏心支撑中耗能梁段的腹板更换为形状记忆金属(SMA)材料,提出了一种新型自复位SMA耗能梁段。使用ANSYS软件建立有限元模型分析得出,与传统耗能梁段相比,SMA耗能梁段具有旗帜型滞回曲线,承载力及延性无明显下降,可实现震后自复位功能。此外,还设计6组16个SMA耗能梁段试件,并进行了滞回性能分析。研究发现设计参数变化对SMA耗能梁段的自复位功能影响较小;腹板厚度及耗能梁段长度对SMA耗能梁段的承载力及初始刚度影响显著;翼缘厚度及宽度、翼缘材料及加劲肋间距对其承载力及初始刚度影响较小,但其后期承载力会出现一定程度的劣化。     

三种支撑钢框架性能的比较分析

基于Pushover方法,分析了K形偏心支撑、Y形偏心支撑、Y形隅撑支撑等三种支撑钢框架耗能梁段长度和截面刚度对结构抗震性能的影响,从刚度、延性和耗能三方面比较了三种支撑钢框架的结构性能。结果表明,在合理设计的情况下,Y形隅撑支撑钢框架可同时达到最好的刚度和延性;K形偏心支撑钢框架耗能最好;Y形偏心支撑钢框架的刚度和耗能最差,延性介于前两者之间。     

新型转动式铅剪切阻尼器的试验研究与有限元分析

提出了一种具有大变形能力的新型转动式铅剪切阻尼器,阐述了其基本构造和耗能原理。通过低周往复荷载试验,研究了不同位移行程工况下该阻尼器的滞回耗能性能;利用有限元软件ABAQUS建立了该阻尼器的实体模型,模拟了低周往复荷载作用下该阻尼器的滞回特性,分析了铅块长度、高度和厚度等参数对其耗能性能的影响。性能试验及有限元分析结果表明:新型转动式铅剪切阻尼器滞回曲线基本呈矩形,且阻尼力稳定;阻尼器的阻尼力随剪切铅块长度和宽度的增加而增大;铅块厚度对阻尼器屈服力的影响较小,但在铅块长厚比不大于5的范围内,厚度越大,阻尼器进入屈服阶段时的位移越小。     

防屈曲支撑钢框架模块装配式结构及其抗震性能分析∗

防屈曲支撑是一种兼具承载和耗能的抗侧力构件,相比于普通支撑,具有耗能稳定且延性好的优点,在模块化结构中,防屈曲支撑可作为模块内单元,通过带防屈曲支撑模块单元装配的方式形成防屈曲支撑钢框架模块结构。提出了防屈曲支撑钢框架模块装配结构体系、防屈曲支撑在模块化结构中的设计要求以及结构体系设计方法,并以 20 层住宅楼为例进行设计,包括典型高层住宅及其模块划分及结构在小震和大震下的抗震性能进行分析。 反应谱分析结果表明：设计的模块化结构能满足规范对结构的各项要求。对布置了普通支撑与等刚度防屈曲支撑的模块化结构进行了静力弹塑性分析,静力弹塑性分析结果表明：在 8 度罕遇地震下,普通支撑结构部分支撑发生屈曲破环,布置等刚度的防屈曲支撑框架只有第二层出现塑性铰,结构能够经受 8 度罕遇地震的考验,防屈曲框架结构的初始刚度与普通框架结构一致,但极限承载力明显大于普通支撑框架结构;防屈曲支撑较普通支撑能显著提高模块化结构的承载力,且能率先屈服发挥耗能作用,保护主体结构安全,符合双重抗侧力体系的原则,防屈曲支撑钢框架模块装配式结构体系具有优越的抗震性能,有很好的应用前景。     

新型开孔H型钢阻尼器有限元分析

设计了分别开椭圆形孔和菱形孔的2种新型H型钢耗能器,阐述了它们的构造与耗能原理。采用有限元软件ABAQUS对开椭圆形孔、菱形孔和条形孔这3种新型耗能器的耗能性能进行数值分析,研究了开孔形状、肢宽与肢高等参数对新型耗能器耗能性能的影响。分析结果表明:新型H型钢耗能器具有饱满的滞回曲线,屈服位移较小、耗能性能稳定,耗能器的屈服位移、初始刚度和等效阻尼比随各肢钢板宽度增大(或高度减小)而增大;在开孔率相近或者肢宽相同的情况下,菱形孔H型钢耗能器的等效阻尼比要比条形孔和椭圆形孔的大,且应力分布更加均匀。     

装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构抗震性能研究

将屈曲约束支撑应用于装配式钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构(简称装配式RCS组合框架结构)中,若处理不当将会产生开合效应并导致相邻梁柱破坏。为有效减轻框架开合效应造成的破坏,提出基于梁端铰接的装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构。在保证关键连接节点力学性能的前提下,设计某9层装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构,采用基于OpenSees软件的动力弹塑性时程分析方法研究结构的抗震性能。结果表明,钢梁腹板开洞的装配式RCS节点、装配式混凝土柱-钢梁-屈曲约束支撑组合节点具有高承载、可装配和震后损伤小等特点,装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构满足抗震规范要求,具有优良的抗震性能;梁-梁间的铰接连接不会影响屈曲约束支撑的耗能效果,且可以改变梁柱屈服机制,保证整体结构高效装配的同时减轻结构塑性损伤,有助于实现结构的功能可恢复。     

圆钢管再生混合混凝土框架性能的控制分析

为了从结构层面分析柱截面含钢率和废弃混凝土取代率对再生混合混凝土组合结构抗震性能的控制作用,通过对四榀圆钢管再生混合混凝土框架进行定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究各柱截面含钢率和柱内废弃混凝土取代率对试件的滞回特性、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标的控制效果。结果表明,四榀框架破坏现象均为梁铰破坏机制;随着柱截面含钢率的提高,试件的水平承载力、塑性变形能力和位移延性显著提高,刚度退化速率降低;而废弃混凝土取代率对试件各项指标的影响规律与含钢率恰好相反,且影响程度有限;柱截面含钢率与废弃混凝土取代率共同作用,使二者对结构水平承载力和结构耗能能力有所不同。     

预应力自复位钢筋混凝土柱及梁柱节点拟静力试验研究

装配式预应力自复位钢筋混凝土结构在地震后构件无损伤或损伤很小,可尽快恢复使用功能,大大降低震后经济损失,从而得到研究者的广泛关注。在以往的装配式预应力自复位钢筋混凝土结构中,节点上的外置阻尼器多选用小型防屈曲支撑,费用较高。本文提出在柱-基础节点及梁柱节点中,用价格低廉且同样具有较好耗能能力的普通角钢替代作为阻尼器,开展了拟静力试验。以往同类型构件试验仅关注试件在单向荷载作用下的性能,本试验同时研究了构件在阻尼器工作的垂直方向上构件的力学性能。文中共进行了两组试验,一组针对自复位柱-基础节点,研究构件加载方向、轴压比、极限位移等因素对构件性能的影响;另一组针对自复位梁-柱节点,研究柱轴压比、极限位移对构件性能的影响。试验结果表明:加载到最大层间位移角为1/15时,试件无明显破坏,预应力钢绞线保持在弹性阶段,始终能够提供恢复力;外置角钢产生弹塑性变形耗散能量,试件耗能能力较好。卸载后,残余变形很小,可以在震后方便地更换外置角钢。     

装配式摩擦‑软钢耗能支座设计与性能试验∗

结合滑动摩擦耗能及塑性变形耗能机制,设计了一种装配式摩擦?软钢耗能支座。该支座可看作包含摩擦板的滑动摩擦组件与软钢棒的组合,属于一种功能分离式支座。滑动摩擦组件提供了支座的竖向和水平承载力,以及大部分耗能;而软钢棒增强了支座的屈服后水平刚度,有效减小支座滑动位移,破坏后便于更换。利用压剪试验机实测了摩擦?软钢耗能支座的摩擦系数及耗能性能,后者包括滞回曲线、刚度退化曲线、单位滞回耗能及等效阻尼比等指标。最后提出了一种考虑承载能力系数的改进等效阻尼比。试验结果表明：不同竖向荷载下支座的摩擦系数较为稳定,软钢棒与摩擦板共同提供了支座的水平刚度和耗能能力,支座的整体耗能性能良好。     

圆钢管轻集料混凝土梁与混凝土桥墩连接节点试验研究

为了解决圆钢管轻集料混凝土梁与混凝土桥墩的整体连接问题,共设计了穿心钢筋、穿心钢筋加弯矩传递板和穿心工字钢3种节点连接形式,采用拟静力试验研究了刚节点在低周反复荷载作用下的抗震耗能性能。试验结果表明,3种节点都具有良好的抗震耗能性能,等效粘滞阻尼系数都超过了钢筋混凝土结构要求的0.1,延性系数都大于规范规定的2;在节点屈服以后,3种节点仍然具有一定的承载力,其中穿心钢筋和穿心工字钢节点的延性系数和等效粘滞阻尼系数基本相同,穿心钢筋加弯矩传递板较其他2种刚节点稍差。     

新型减震填充墙(板)抗震性能、机理及应用研究进展∗

为改善普通填充墙(板)结构的抗震性能,基于黏弹性阻尼器的原理和构造,提出一种构造简单、减震机理明确、具有自主知识产权的新型减震填充墙(板)。本文介绍减震填充墙(板)的构造及工作原理;给出适合构筑减震层的材料及其滞回性能;对减震填充墙(板)单元、带减震填充墙(板)平面框架进行性能试验,揭示减震填充墙(板)通过相邻砌体(墙板)单元间的相对运动迫使减震层发生剪切滞回变形、耗散地震输入能量的减震机理,建立减震填充墙(板)平面内"双斜撑"力学模型;通过带减震填充墙(板)三维框架的动力时程分析,验证地震下减震填充墙(板)可通过削减墙体自身对主体结构的刚度效应,显著降低对主体结构动力特性及抗震性能的影响,保护墙体不破坏的有效性;对减震填充墙(板)的平面外性能进行试验及分析,揭示减震填充墙(板)"拱承载机制"的平面外工作机理及"四铰拱"的破坏模式;介绍减震填充墙(板)在楼梯间、(震损)加固建筑等应用场景中的原理及构造;给出减震填充墙(板)今后研究的问题及方向。     

方钢管混凝土柱—钢梁节点抗震性能数值分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作了两类带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点,即栓焊连接和全对焊连接。建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,通过低周反复加载有限元分析,研究两类节点的抗震性能,并对两类节点的滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能指标等进行对比分析。结果表明:栓焊连接节点由于螺栓的滑移致使节点的刚度较全对焊连接节点小,螺栓的滑移导致节点的屈服荷载较全对焊节点低,且全对焊节点与栓焊连接节点相比,承载力较大;两类节点滞回曲线均比较饱满,具有较好的耗能性能,由滞回曲线分析得出的耗能指标均满足结构抗震设计的要求,且全对焊连接节点的耗能能力大于栓焊连接节点的耗能能力,抗震性能优于栓焊连接节点。为钢管混凝土结构设计提供了理论依据。     

法兰连接预制装配桥墩力学性能分析

本文提出一种新的预制混凝土桥墩内嵌式法兰拼装方案。基于精细化有限元分析,对潜在拼接位置下的墩柱承载能力、损伤范围、最终失效模式等性能进行了研究。结果表明,法兰位于墩柱塑性铰区以外时,预制墩柱力学性能接近现浇墩柱性能;法兰位于塑性铰区以内时,墩柱承载力随法兰高度的降低而减小,相对于现浇结构,墩柱承载力在达到峰值后下降速率更快,且下降速率受法兰盘位置影响较小;墩柱最终失效破坏主要集中在法兰部位,法兰与下部墩柱接触面出现了撬动分离现象。基于上述结果,对法兰连接预制拼装桥墩的实桥应用给出了相应建议。     

钢管混凝土-钢板耗能键结构抗震试验与承载力模型

提出了钢管混凝土-钢板耗能键结构,进行了2个钢管混凝土-钢板耗能键结构1/5缩尺模型的低周反复荷载试验,1个结构模型的高跨比为1.0,1个结构模型的高跨比为2.0。试验分两阶段进行:第I阶段试验加载至1/50位移角结束;之后,对第I阶段损伤模型采用钢管边框间两侧贴焊薄钢板方式修复,作为新的试件进行第II阶段试验。比较分析了它们的承载力、延性、耗能、刚度及退化过程和滞回特性。基于试验,建立了该结构的承载力计算模型,模型中钢板耗能键简化为桁架模型。在试验与分析的基础上,提出了该结构的抗震设计建议。研究表明:钢管混凝土-钢板耗能键结构具有良好的抗震性能,对不同高跨比的试件均具有较好的震后可修复性能,可用于结构抗震设计。     

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%。     

钢板组合PEC柱-削弱截面钢梁组合框架抗震试验研究

为深入研究PEC柱-钢梁组合框架结构体系的抗震性能,设计了1榀两层单跨钢板组合截面PEC柱-削弱截面钢梁组合框架1∶2缩尺试件,并对其进行了低周往复荷载抗震试验。根据实测数据整理,得到了试验滞回特征曲线,并结合试验过程现象记录,分析了试件滞回特性、抗侧刚度退化规律、节点连接性能、耗能与延性和试件破坏模式等力学性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和较大的抗侧刚度;采取梁端截面削弱方式可实现梁端塑性铰位置远离节点区,且端板对穿螺栓连接能有效将梁端受拉翼缘拉力转化为对应边对节点区的压力,使得节点区形成了混凝土斜压带传力模式,提高了节点区抗震性能;试件滞回曲线较为饱满,在梁翼缘与端板连接焊缝存在施工缺陷情况下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比分别达到3.50%(推)/4.50%(拉)、2.92(推)/3.21(拉)和0.306,且承载力仍未下降至其极限承载力的85%,即试件结构具有良好的变形、抗震延性与耗能能力;该试件在循环往复荷载下呈现的破坏模式为梁削弱截面部位和PEC柱脚相继形成塑性铰的塑性机构。     

SRC异形十字边框柱-RC剪力墙抗震性能分析

针对钢筋混凝土剪力墙抗震性能不足的缺陷,在剪力墙的边缘设置SRC异形边框柱,提出了一种新型混合剪力墙结构。为验证SRC异形十字边框柱-RC剪力墙的抗震性能,基于开源分析程序Opensees,剪力墙采用分层壳单元,外围SRC异形柱框架采用纤维梁柱单元,对缩尺比为1∶2.5的模型结构进行静力弹塑性分析和滞回性能分析。得到构件不同轴压比情况下的pushover曲线、边框柱、剪力墙承担的剪力分配情况、滞回曲线以及等效粘滞阻尼系数。研究结果表明:剪力墙承担了大部分剪力,相比于RC剪力墙,SRC异形边框剪力墙的延性、抗剪承载力、极限位移以及耗能能力均有不同程度的提高,并且随着轴压比增大,提高系数下降。设置SRC异形边框柱有效地改善了RC剪力墙在地震作用下的抗震性能。     

震损钢筋混凝土框架柱加固修复试验研究

以地震损伤钢筋混凝土框架柱为研究对象,重点研究了损伤、加固后的钢筋混凝土框架柱的抗弯、抗震性能及加固措施。设计并制作了6根钢筋混凝土柱试件。第一步,对原试件进行损伤试验;第二步,对损伤柱试件进行碳纤维加固和钢板加固,试验分析加固试件的抗震性能。考虑了不同轴压比与加固方式等参数的影响,对比研究不同轴压比作用下,采用不同加固方式柱试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能、延性及破坏形态等抗震性能,并对不同加固方案的效果进行分析比较,揭示了不同变化参数对加固后柱的抗震性能等指标的影响规律与程度,为我国建筑抗震设计规范和混凝土结构加固规范的修订提供试验和理论参考。