弹性滑移支座力学性能的试验研究

介绍了弹性滑移支座的原理、构造和特点;通过对其在不同工况下的性能试验,研究了竖向荷载、位移幅值以及加载频率对弹性滑移支座力学性能的影响,并给出了试验值与理论计算值之间的对比。研究结果表明:弹性滑移支座具有良好的工作性能,滞回曲线饱满,耗能能力强;竖向荷载和加载频率对弹性滑移支座的力学性能有一定的影响,而位移幅值对其影响较小;弹性滑移支座的恢复力模型,可以用考虑速度的指数摩擦力模型来描述,并且模拟得较为准确。     

芳纶网橡胶复合粘弹阻尼器性能研究∗

在橡胶中加入芳纶网制成新型的复合粘弹阻尼器,对其进行疲劳试验、变形相关性试验和频率相关性试验,并研究新型阻尼器的最大剪应力、存储剪切模量和等效阻尼比等指标的性能变化规律。研究结果表明:该新型复合阻尼器力学性能稳定、阻尼器承受的最大剪应力增大、抗疲劳性能良好、该阻尼器的储存剪切模量和等效阻尼比受变形幅值的影响较大,受加载频率影响较小。根据试验屈服点和硬化点,采用Matlab建立双线性和多线性模型,模拟结果与试验结果拟合良好。     

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。     

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。     

基于不同本构模型的新型软钢阻尼器的滞回性能研究

阐述了循环加载下软钢材料应力—应变的理想弹塑性模型、双线性随动强化模型和混合模型,采用有限元软件ANSYS对菱形开洞软钢阻尼器进行数值模拟,得出与所列本构模型相对应的阻尼力滞回曲线,并比较各模型的优缺点及误差存在原因;建立了基于混合模型的90°、60°和45°菱形开洞软钢阻尼器的阻尼力滞回曲线,将其力学参数值与理论分析结果进行比较。分析结果表明:混合模型下,菱形开洞软钢阻尼器的力学参数值和理论计算值一致,且阻尼力滞回曲线能很好地和试验曲线相吻合,验证了混合模型是菱形开洞软钢阻尼器相对比较精确的本构模型。     

基于不同本构模型的新型软钢阻尼器的滞回性能研究北大核心CSCD

阐述了循环加载下软钢材料应力—应变的理想弹塑性模型、双线性随动强化模型和混合模型,采用有限元软件ANSYS对菱形开洞软钢阻尼器进行数值模拟,得出与所列本构模型相对应的阻尼力滞回曲线,并比较各模型的优缺点及误差存在原因;建立了基于混合模型的90°、60°和45°菱形开洞软钢阻尼器的阻尼力滞回曲线,将其力学参数值与理论分析结果进行比较。分析结果表明:混合模型下,菱形开洞软钢阻尼器的力学参数值和理论计算值一致,且阻尼力滞回曲线能很好地和试验曲线相吻合,验证了混合模型是菱形开洞软钢阻尼器相对比较精确的本构模型。     

兼具抗冲击与多向耗能功能的阻尼器力学性能研究

研发了一种兼具抗冲击与多向耗能功能的新型阻尼器。该阻尼器可与抗风支座联合设置,应用于大跨桥梁以满足抗风、抗震的性能需求;应用于高铁桥梁可同时保证桥梁和行驶中列车的安全。介绍了其基本构造及工作机理。通过冲击试验验证了其稳定的抗冲击性能。通过控制加载频率、位移幅值、环境温度等参数对阻尼器的主要性能进行了试验研究,试验结果表明该阻尼器的滞回曲线饱满,耗能能力较好,属于速度相关型阻尼器;该阻尼器的力学模型可采用Maxwell模型进行描述,给出了相关参数的计算公式,计算结果与试验结果较吻合。阻尼液的粘度是影响耗能性能的重要因素,需选用温度稳定性好的粘滞材料。     

方钢管再生混凝土柱滞回性能影响因素数值分析北大核心CSCD

为了研究方钢管再生混凝土柱的滞回性能,采用有限元软件ABAQUS开展了不同设计参数下37个足尺试件的有限元拓展分析,揭示了变化参数对滞回性能指标的影响规律。结果表明:基于滞回性能指标需求,再生混凝土可以应用于方钢管混凝土工程承重结构之中。随着含钢率的增加,滞回曲线饱满度、初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐增大。随着钢材牌号的增大,试件滞回曲线饱满度、峰值承载力逐渐增大,而初始弹性阶段刚度、延性受影响较小。峰值承载力、延性随轴压比的增大而减小,但在同一级加载位移下的耗能系数逐渐增大。随着长细比的增加,滞回曲线的饱满度越来越低,试件的峰值承载力、延性和同级加载位移下的耗能系数明显减小。随着高宽比的增加,初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐提高,但同级加载位移下试件的耗能系数逐渐减小。     

方钢管再生混凝土柱滞回性能影响因素数值分析

为了研究方钢管再生混凝土柱的滞回性能,采用有限元软件ABAQUS开展了不同设计参数下37个足尺试件的有限元拓展分析,揭示了变化参数对滞回性能指标的影响规律。结果表明:基于滞回性能指标需求,再生混凝土可以应用于方钢管混凝土工程承重结构之中。随着含钢率的增加,滞回曲线饱满度、初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐增大。随着钢材牌号的增大,试件滞回曲线饱满度、峰值承载力逐渐增大,而初始弹性阶段刚度、延性受影响较小。峰值承载力、延性随轴压比的增大而减小,但在同一级加载位移下的耗能系数逐渐增大。随着长细比的增加,滞回曲线的饱满度越来越低,试件的峰值承载力、延性和同级加载位移下的耗能系数明显减小。随着高宽比的增加,初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐提高,但同级加载位移下试件的耗能系数逐渐减小。     

内置超弹性SMA筋-端板梁柱节点数值模拟研究

为提升混凝土框架节点的变形耗能及自复位能力,提出了一种改进的内置超弹性SMA筋—钢端板梁柱节点设计方式。基于OpenSees有限元分析平台,建立了内置超弹性SMA筋—钢端板混凝土梁柱节点的有限元数值模型,对比了低周往复荷载作用下节点滞回和骨架曲线的试验与数值模拟结果,验证了数值模型的有效性。并进一步分析了SMA筋直径和屈服强度对该新型节点滞回耗能、刚度退化和残余变形等力学性能的影响。结果表明,SMA筋的直径对新型节点的承载力和自复位耗能性能有较大影响,在适筋前提下,SMA筋直径越大,节点承载力及自复位性能越高;在一定范围内,SMA筋屈服强度的提高对节点刚度整体影响较小,对残余变形的影响较大。     

一种复位型SMA压电混合减震装置的设计与力学性能试验

基于形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)材料和压电(piezoelectric,PZT)陶瓷驱动器的物理力学特点,本课题组设计制作了一种用于结构振动控制领域的复位型SMA压电混合减震装置,对其进行了不同位移幅值、加载频率及激励电压下的力学性能试验,获得了相应的控制力-位移曲线,并从单圈滞回耗能值、等效刚度和等效阻尼比方面分析了各影响因素对其耗能能力的影响。结果表明,该混合减震装置可以双向受力,滞回曲线较饱满且对称性好;激励频率在0. 05Hz～0. 3Hz之间变化时,减震装置的力学性能基本不受频率的影响。随着电压的增大,混合减震装置的绝对最大控制力呈线性增大,当初始摩擦力200N,施加120V电压时,控制力可增大约为400N。在位移幅值12mm,120V电压下单圈耗能量提高了138. 23%,等效阻尼比提高了94. 23%,所研发的复位型SMA压电混合减震装置设计合理,压电半主动单元耗能能力较好。     

可液化场地减震结构体系地震动特性影响效应研究∗

工程结构的地震响应规律与地震动特性紧密相关。为了研究地震动特性对可液化场地装设黏滞阻尼器的桩基‐结构体系地震响应和黏滞阻尼器减震效果的影响,选取24 条不同特性的地震动作为输入,针对可液化场地装设黏滞阻尼器的桩基‐结构体系数值模型进行非线性时程分析。结果表明：相比于远场地震动作用和近场非脉冲地震动作用,近场脉冲地震动作用下,液化场地减震结构体系具有更大的地震响应;近场脉冲地震动作用下,速度型黏滞阻尼器的减震效果得到了充分发挥;相同振幅下,地震动峰值速度(PGV)与液化场地减震结构体系地震响应的相关性最为显著,可作为评价液化场地减震结构体系地震响应的主要指标。研究结果对液化场地黏滞阻尼器的减震设计具有一定的借鉴意义。     

转动型摩擦阻尼器试验研究与理论分析∗

为研究不同摩擦材料和螺栓预紧力下转动型摩擦阻尼器的力学性能和稳定性,采用 3 种不同摩擦材料,设计 9 个转动型摩擦阻尼器试件,进行低周往复试验研究,对比分析了 3 种不同摩擦材料的转动摩擦机理、滞回性能、摩擦力、螺栓预紧力。对转动型摩擦阻尼器受力机理进行了理论分析,得到转动型摩擦阻尼器的摩擦力理论计算公式,使用刚塑性模型对阻尼器的恢复力模型进行了拟合。研究结果表明：①铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的摩擦效应由犁沟效应和粘着效应共同作用,无石棉有机物摩擦材料以粘着效应为主;②阻尼器滞回曲线饱满,接近矩形,表现出良好的耗能能力;③铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的摩擦力呈现逐渐增加的趋势,无石棉有机物摩擦材料摩擦力表现下降的趋势;④铝镁合金摩擦材料的螺栓预紧力比较稳定;⑤摩擦力理论计算公式与试验结果取得较好的一致性,可以用于阻尼器设计与分析;⑥刚塑性模型对铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的阻尼器恢复力模型适用性较高。     

外置耗能壳板的钢框架桥墩抗震性能数值研究

将结构震后功能可恢复和耗能构件可更换引入钢框架桥墩:在墩柱塑性铰区外置低屈服耗能壳板来保护墩柱主体结构,且外置耗能壳板易于震后修复或更换。采用数值模拟方法比较研究了钢框架桥墩与外置耗能壳板的钢框架桥墩的滞回曲线、耗能能力、等效黏滞阻尼比、刚度和强度等抗震性能,探讨了外置耗能壳板参数(如材料屈服应力、安装高度和厚度等)对钢框架桥墩抗震性能的影响及其规律。结果表明:外置耗能壳板的钢框架桥墩抗震性能优于钢框架桥墩,且外置耗能壳板先于墩柱屈服,可有效保护墩柱主体免遭地震损伤;外置耗能壳板安装高度和厚度明显影响钢框架桥墩的抗震性能,而外置耗能壳板屈服应力对钢框架桥墩抗震性能的影响可忽略。     

结构滞回阻尼比计算方法的改进研究∗

目前计算结构滞回阻尼比常用的方法是能量比法,该方法在给定滞回模型的基础上采用滞回耗能与结构总弹性应变能的比值求得结构滞回阻尼比,但该方法是建立在简谐激励下结构稳态响应的基础之上,对于真实地震下结构滞回阻尼比计算并不完全适用。考虑到这一不足,本文提出一种新的迭代计算结构滞回阻尼比的方法,在Carlos提出的结构滞回阻尼比计算方法的基础上,考虑地震激励频率对阻尼比的影响,通过改进Carlos迭代计算方法,得到了考虑地震激励频率影响的滞回阻尼比计算公式,通过该公式分析得出了不同延性系数和周期比对滞回阻尼比的影响规律,结果表明不同延性系数的结构滞回阻尼比会随着周期比的增大先增大再减小。本研究可为结构进入非线性状态后减震结构总体阻尼比的计算提供理论依据。     

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。     

木结构古建筑中斗栱与榫卯节点的抗震性能——试验研究

在地震作用下,由于榫、卯之间相互挤压,产生较大的塑性变形,其转动变形刚度退化,凸显出其“柔性”连接特征,使整个结构的抗侧移刚度降低,从而有效地减轻了地震对结构的破坏作用。基于试验滞回曲线,分别建立了相应的节点力矩-转角位移和水平力-位移的恢复力模型,引入了量化其耗能减振能力的“滞回耗能因子”,并建立了相应的理论计算公式,对榫卯节点和斗栱模型的耗能因子进行了计算,结果表明,斗栱结构的滞回耗能因子高于榫卯节点的1-2个数量级,因而从理论上证明了铺作（即斗栱）层应是木结构古建筑的主要减振与隔震作用结构层。     

古建筑木构架抗震性能试验

为保护古建筑,采用低周反复加载试验方法,以故宫太和殿某开间梁柱尺寸为原型,制作了3组1:8的缩尺比例的4梁4柱模型,考虑榫卯节点形式为燕尾榫,进行了低周反复加载试验,研究了古建筑木构架的抗震性能,获得了构架的P-Δ曲线,分析了构架的骨架曲线、耗能能力、刚度退化及变形能力,归纳了构架恢复力拟合曲线计算公式。结果表明:古建筑木构架的P-Δ滞回曲线为Z形,具有明显的捏拢特性;随着构架侧移增大,其侧移刚度降低,耗能能力趋于稳定;另一方面,构架具有良好的变形能力。     

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。     

不同配钢型式圆截面型钢混凝土巨型柱抗震性能

为研究某超高层建筑巨型框架结构型钢混凝土巨型柱的抗震性能,利用40000kN大型加载装置,进行了1个内置H型钢和1个内置十字形型钢巨型柱模型试件的低周反复荷载试验,两试件截面尺寸、配钢率、配筋率、混凝土强度等级均相同,主要不同在于配钢型式。对比分析了两试件的破坏特征、滞回曲线、承载力、变形、刚度退化过程和耗能,得到了配钢型式对其抗震性能的影响,并采用纤维模型法进行了正截面承载力计算。结果表明:两试件均呈现出以弯曲为主的破坏特征,滞回曲线较为饱满,承载力下降缓慢,极限位移角超过5%,表现出良好的变形能力和耗能能力;十字形型钢混凝土巨型柱两个工程轴方向性能相同,H型钢混凝土巨型柱强轴方向性能好于十字形型钢混凝土巨型柱;计算所得承载力与实测承载力符合较好。