格构式钢管混凝土风力发电机塔架的设计指标和参数研究

对格构式钢管混凝土风力发电机塔架进行了非线性有限元静力分析,揭示了其受力全过程、破坏模式及极限承载力,考查了塔架宽高比、腹杆形式、塔柱径厚比以及腹杆与塔柱刚度比对塔架极限承载力和破坏模式的影响规律.有限元分析结果表明：塔架宽高比λ、塔柱径厚比γ及腹杆与塔柱刚度比β对塔架极限承载力和破坏模式的影响较大,腹杆形式对塔架极限承载力和破坏模式影响很小.随着塔架宽高比λ的增加,塔柱径厚比γ的减小,腹杆与塔柱刚度比β的增加,塔架的极限承载力增加,塔架的破坏模式由腹杆屈曲失稳向腹杆屈曲与受拉塔柱屈服联合破坏转变.本文建议：在设计风力发电机塔架时,塔架宽高比λ宜控制在1/9;底层腹杆形式宜采用再分式,以上各层可采用其他形式;塔柱径厚比宜小于30,腹杆与塔柱刚度比β宜小于0.05,以避免塔柱先于腹杆发生破坏.本文分析结果可为工程设计提供依据.     

圆钢管混凝土 K 型焊接管板节点受力性能试验

为研究格构式钢管混凝土风力发电机塔架K型焊接管板节点的受力性能,进行了4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点的单调静力加载试验和1个空心圆钢管K型焊接管板节点的对比试验,探讨了该类节点的破坏模式、极限承载力以及节点区应力分布和发展规律,研究了各试验参数对节点受力性能的影响。试验结果表明：塔柱内混凝土的填充使得焊接管板节点的破坏模式由节点交汇处塔柱管壁塑性变形失效转变为节点板失效和腹杆失效;节点的极限承载力大幅增加,变形减小;节点几何参数和构造参数的变化对试件受力性能的影响较大;当节点板中部设置加劲肋时,节点的承载力提高,节点板平面外失稳得以避免;当节点极限承载力由腹杆屈曲或屈服承载力控制时,在一定范围内随着腹杆与塔柱管径比和壁厚比的增加,节点的承载力提高。     

T型钢连接钢框架抗震性能研究

为研究T型钢梁框架连接节点的抗震性能,设计了2个足尺中柱节点试件和2个边柱节点试件.按建筑结构抗震试验规程对试件进行安装,采用拟静力试验方法进行往复荷载试验研究,从试件的滞回性能、极限承载力、梁柱转角等方面分析中柱节点和边柱节点的抗震性能.结果表明:连接件厚度对短T型钢连接平面梁柱节点抗震性能影响较大,连接件厚度增加,节点极限承载力、延性、累计耗能均提高.4个梁柱节点的滞回曲线均呈菱型,滞回曲线形状饱满,边柱的极限弯矩承载力和极限转角较中柱高.破坏时,梁柱相对转角均超过0.03 rad,说明T型钢连接梁柱边柱节点和中柱节点均具有较好的耗能能力和延性,本文研究可为工程实践提供实际参考.     

碳纤维钢骨-钢管混凝土柱抗震性能试验与有限元分析

目的 研究碳纤维钢骨-钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下的力学性能,为实际工程应用提供参考.方法 制作了3个试件并对其进行拟静力试验,分析不同轴压比下构件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性系数等力学性能.同时采用ABAQUS对碳纤维钢骨-钢管混凝土柱的滞回性能进行了数值分析及试验验证.结果 无论轴压比如何变化,滞回曲线均具有较好的稳定性,曲线都呈饱满的梭形或弓形,没有明显的捏缩现象出现,表明构件的塑性变形能力较强;随着轴压比增大,骨架曲线出现较明显的下降段且构件的极限承载力降低,极值点对应的位移变小;极限荷载、极限位移及延性系数皆随轴压比的增大而减小.模拟结果与试验结果吻合较好.结论 碳纤维钢骨-钢管混凝土柱延性好,具有良好的抗震性能,可应用于实际工程中.     

装配式三层K形偏心支撑钢框架抗震性能研究

为研究装配式三层K形偏心支撑钢框架在低周循环荷载作用下的滞回性能和耗能特性,对三层K形装配式偏心支撑平面钢框架进行拟静力试验,并对3个不同耗能梁长度模型进行有限元非线性分析,主要研究破坏形式、滞回性能、刚度退化率、极限承载能力、延性系数和耗能能力等.结果表明,滞回曲线呈现出一定的"捏缩"现象,随着耗能梁长度增加,框架极限承载力、耗能能力均呈下降趋势,滞回曲线捏缩现象加剧.三层装配式K形偏心支撑框架结构具有较好的承载能力,良好的变形能力,较传统的焊接偏心支撑钢框架延性大.研究结果为装配式K形偏心支撑钢框架的抗震设计提供参考依据,具有一定的工程实践意义.     

T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点抗震性能试验研究

为了研究T形钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁外伸端板连接节点的抗震性能,按1:2的比例设计并制作了9个试件进行低周往复荷载试验。观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了节点的荷载特征值、延性、耗能性能和刚度退化。试验结果表明：此类节点滞回曲线饱满,延性系数均大于3.48,粘滞阻尼系数均大于1.5,具有良好的抗震性能。加长牛腿长度能提高节点的初始刚度和极限荷载;增加端板厚度和设置加劲肋,节点的极限荷载和耗能性能提高,且加劲肋对薄端板的影响比厚端板显著;增大螺栓直径能提高初始刚度,但对节点承载力影响有限。     

T形截面钢-混凝土组合异形柱抗震性能试验研究

为研究T形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能,对4根不同配钢形式和轴压比试件进行低周反复荷载试验.基于实测的滞回曲线和破坏形态,分析配钢形式、轴压比对滞回特性、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能性能的影响.研究表明:试件均发生弯曲破坏;配钢形式为T形钢+方钢管试件较实腹式试件除承载力略低外其他抗震性能指标均较好;轴压比较大时,试件承载能力提高,达到极限承载力后刚度退化较快,延性降低;型钢的加入使钢-混凝土组合异形柱的承载能力、变形能力及延性明显提高.     

带钢板耗能键的钢管混凝土排柱剪力墙抗震分析

为了分析带钢板耗能键的钢管混凝土排柱剪力墙的抗震性能,采用ABAQUS有限元分析软件,在低周往复荷载下,对4个不同设计参数的试件进行了破坏特征、滞回特性、耗能能力、承载力、延性、强度退化及刚度退化的研究,得出各试件应力云图、骨架曲线和滞回曲线,计算出承载力和位移延性比.结果表明,该组合剪力墙的承载力较高,刚度较大,耗能能力强,延性较大,抗震性能良好;随着钢板数量的增加,结构的承载力、耗能能力均提高,但延性下降,外包混凝土能大大提高结构的承载力和耗能能力.     

涂覆钢筋陶粒混凝土梁延性及耗能性能的试验研究

通过8根涂覆钢筋页岩陶粒混凝土梁的低周往复荷载试验,得到了涂覆钢筋页岩陶粒混凝土梁在低周往复荷载作用下的裂缝分布、破坏形态及滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数和屈服荷载、极限荷载作用下的等效黏滞阻尼系数。研究了配筋率、翼缘宽度及剪跨比3个因素对涂覆钢筋页岩陶粒混凝土梁延性及耗能的影响。结果表明,涂覆钢筋页岩陶粒混凝土梁的滞回曲线饱满,梁的位移延性系数均大于3;等效黏滞阻尼系数的计算表明涂覆钢筋页岩陶粒混凝土梁均有良好的耗能性能。     

多螺旋箍筋增强装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

和普通复合箍筋相比，多螺旋箍筋对混凝土不仅具有更加优异的约束效果，同时还能节约钢材.提出在装配式混凝土结构中采用多螺旋箍筋进行加强.考虑节点约束强弱、节点位置、施工方式以及箍筋形式的影响，共设计2组足尺混凝土梁柱节点试件.通过低周往复荷载试验，对节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性以及强度退化等抗震指标展开讨论.结果表明强节点试件在梁端发生弯曲破坏，弱节点试件在节点发生剪切破坏.这些节点试件中，装配式中间节点破坏位移较小，滞回曲线更加饱满，延性系数更高，承载力更好.装配式边节点的破坏位移、延性系数、强度、刚度优于现浇节点.此外，多螺旋箍筋增强装配式梁柱节点承载力试验值均大于理论值，符合国家标准要求，并具备较好的安全冗余.     

碳纤维布加固震损方钢管混凝土框架抗震性能试验研究

为了研究碳纤维布加固震损钢管混凝土框架的抗震性能,按1∶4的缩尺比例设计并制作了1榀三层两跨方钢管混凝土框架模型,对其进行低周往复荷载破坏试验,然后采用碳纤维布对已经损伤的框架梁端和柱端进行加固修复,再对加固修复后的框架进行低周往复荷载试验。通过对滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗散能力、刚度退化及强度退化等参数分析,采用碳纤维布加固后的方钢管混凝土框架极限承载力、延性和耗能能力均有所提高,框架的抗震性能得到了改善。     

预埋角钢连接件装配式梁板节点抗震性能试验

为研究预埋角钢连接件的装配式梁板节点抗震性能，对该节点与现浇梁板节点进行横向低周往复加载试验，分析2组节点的滞回性能、延性、刚度退化、耗能等抗震性能指标，并建立适用于该类节点的骨架曲线模型。结果表明：2组节点的破坏现象相似，均发生延性破坏，破坏时节点核心区混凝土破碎，栓钉发生较大剪切变形；装配式节点与现浇节点的刚度退化、耗能变化规律相近，延性系数分别为2.45、2.34;2组骨架曲线均呈“S”形，正负向变化趋势相似，但正向极限荷载均比负向极限荷载低约10%,经无量纲化处理后的2组曲线基本重合，所建立的“三折线”骨架曲线模型与试验结果吻合较好；该装配式节点在抗震性能方面基本实现“等同现浇”。研究结果可为该种梁板节点在实际工程中的抗震设计提供参考。     

冷弯薄壁C型钢框架体系抗震性能研究

对冷弯薄壁C型钢框架进行试验研究,共设计3榀框架,梁柱皆采用C型钢作为主要承重构件,截面形式为双肢C型钢背靠背,双肢C型钢由节点板和高强螺栓连接而成.试验主要研究螺栓间距和轴压比两因素对整体框架抗震性能的影响,得到框架在低周反复循环荷载下的滞回曲线、骨架曲线与应变分布情况,对框架的破坏机理、承载力退化、刚度退化、延性以及耗能性能进行研究,并分析各参数变化对试件抗震性能的影响.结果表明:试件的破坏形式均为平面内失稳,两侧梁端及柱脚腹板位置出现局部失稳.螺栓间距对承载力退化影响较大,而轴压比是影响刚度退化的主要因素,框架的延性系数、耗能性能高于一般混凝土结构和其他轻钢结构.     

钢管结构K型搭接节点滞回性能参数分析

为揭示K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊对节点抗震性能的影响,优化了该类节点的施工工艺.按照影响钢管结构搭接节点的关键参数β、γ、τ,设计了基本试件及参数试件,采用ANSYS非线性有限元法,对钢管结构K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊进行了数值模拟,得到了各参数试件的滞回曲线、骨架曲线和延性性能等抗震性能指标.研究结果表明,β、γ、τ参数变化对节点承载力的影响不是十分显著,隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能及延性优越于隐藏焊缝焊接的节点.支主管直径比β越大,节点延性越好;主管径厚比γ越大,节点延性越差.支主管厚度比τ对节点延性影响不大,尤其是τ对隐藏焊缝不焊接节点的延性基本没有影响.     

圆钢管混凝土K型焊接相贯节点力学性能数值模拟

以圆钢管混凝土K型焊接相贯节点的试验研究为基础,利用试验的相关参数,对该种节点进行了非线性有限元参数分析,以研究这种节点的破坏模式及其应力分布规律.分析中考察了弦杆径厚比γ、腹杆与弦杆管径比β和壁厚比τ等参数对节点承载力、破坏模式以及承载效率的影响规律.分析结果表明:圆钢管混凝土K型焊接相贯节点的承载力、承载效率和破坏模式三者相互关联.当节点发生腹杆失效破坏时,β和τ值对节点极限承载力的影响较大,而γ值的影响很小;在此破坏模式下,节点的承载效率均接近于1.当节点发生冲剪开裂破坏时,γ和β值对节点极限承载力的影响较大,而τ值的影响很小.然而,在此破坏模式下,τ值对节点承载效率的影响较大.另外,对圆钢管混凝土K型焊接相贯节点的承载力计算方法进行了探讨,本文研究成果可为工程实践提供理论依据.     

矩形钢管混凝土平面框架结构抗震性能的试验研究

以柱轴压比和长细比为参数,进行了四榀单层单跨由方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁组成的全矩形钢管混凝土框架的低周反复荷载试验,研究分析了该类结构体系的滞回曲线、延性、破坏机理和特征;考察了各参数对结构体系受力性能及抗震性能的影响规律.研究表明,方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁框架结构的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;位移延性系数在3.05～3.49之间,满足延性框架的要求.各参数对框架受力性能的影响表现为:随着柱轴压比的增加,试件的承载力提高,位移延性减小,刚度退化的趋势更明显.长细比不但影响曲线的形状,也影响曲线的数值.随着长细比的增加,试件的刚度降低,水平承载力明显下降,屈服位移和破坏位移显著增加.由试验结果可知,方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁框架结构具有良好的抗震性能,有进一步研究和推广应用的价值.     

承压状态下网状箍筋约束PC管桩抗震性能试验

与普通混凝土桩相比,预应力混凝土管桩(PC管桩)抗震性能差,为改善其性能提出一种新型网状箍筋约束的PC管桩.通过对2组共4根PC管桩试件在不同轴压比下的拟静力试验,研究配筋形式、轴压比对其抗震性能的影响,其中一组为新型网状箍筋约束另一组为普通螺旋配箍,各组轴压比分别为0.3、0.5.详细记录试验破坏过程,得到试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、变形能力,刚度退化曲线和耗能能力等.试验结果表明:各试件均产生受弯破坏,延性系数在2.99～3.96之间;网状箍筋约束试件耗能能力强,其滞回环较螺旋配箍试件饱满;试件承载力、延性以及耗能能力受轴压比影响较大,轴压比越大,承载力越大,延性及耗能能力越差.给出了网状箍筋约束PC管桩正截面承载力计算公式,同时,对高轴压比作用下预应力混凝土管桩正截面抗弯承载力公式提出了修改建议.     

活性粉末混凝土柱抗震性能试验

为了考察活性粉末混凝土柱类构件的抗震性能,开展了18根活性粉末混凝土柱的拟静力试验,研究了轴压比、纵筋配筋率、配箍率和钢纤维体积含量4个因素对活性粉末混凝土柱破坏形态、滞回特性、骨架曲线、刚度、承载力及延性的影响规律.研究表明:活性粉末混凝土柱的承载力随着轴压比的增大而提高,但其延性随着轴压比的增大有下降的趋势;试件柱的承载力及位移延性系数随着纵筋配筋率的增大而显著增大;配箍率的提高一定程度上改善了荷载达到峰值后阶段的滞回特性,骨架曲线的下降段变得较为平缓;钢纤维掺量的增加,改善了试件柱的破坏进程,一定程度上提高了试件柱的延性及耗能能力.     

蜂窝式钢框架结构合理扩高比限值分析

目的 研究蜂窝式钢框架结构的受力特点、破坏模式以及抗震性能.方法 对单层单跨蜂窝式钢框架结构进行水平低周反复加载试验,控制蜂窝梁扩高比K=1.5,对蜂窝式钢框架结构的受力特点、破坏模式以及抗震性能等因素进行分析.在此基础之上,利用有限元分析软件对足尺蜂窝式钢框架结构进行模拟分析,研究了三层单跨六边形孔和圆形孔蜂窝式钢框架结构的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能能力.结果 蜂窝式钢框架结构基本都发生梁铰破坏机制,但是腹板削弱造成孔洞位置处的抗剪承载力降低,影响了塑性铰的转动能力,因此其耗能能力和延性低于实腹钢框架,但是延性仍处于较高的水平.通过分析不同扩高比下六边形孔和圆形孔蜂窝式钢框架结构延性系数,拟合出扩高比与延性系数的关系曲线.结论 孔洞腹板的削弱程度决定其延性水平,通过拟合出的扩高比与延性系数的关系曲线,利用提出的抗震等级与廷性的关系,提出两种孔型蜂窝式钢框架结构在不同抗震等级下的扩高比限值,为蜂窝式钢框架结构抗震设计提供参考.     

被动消能交错桁架滞回性能试验

目的 为了提高交错桁架结构耗能能力,提出在交错桁架结构的斜腹杆上设置摩擦耗能阻尼器,构成被动消能交错桁架结构.方法 分别对1/3缩尺普通交错桁架单元和被动消能交错桁架单元进行低周反复荷载试验,分析两种交错桁架单元在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力.结果 普通交错桁架单元依靠杆件的塑性变形耗能,滞回曲线不饱满,耗能能力有限,斜腹杆屈曲后,结构的刚度和承载力迅速降低,桁架单元的延性较差.被动消能交错桁架单元主要依靠摩擦耗能器耗能,滞回曲线饱满,呈平行四边形,耗能能力较强;被动消能交错桁架单元在摩擦阻尼器滑移前,水平刚度较大,摩擦耗能器滑移后,结构刚度降低,发生内力重分配;被动消能交错桁架单元,变形能力强,延性好.结论 在桁架的斜腹杆上设置摩擦阻尼器,可以有效地提高结构的耗能能力和延性.