可更换连梁的可更换性研究

为实现工程中可更换连梁震后可更换性的快速评估,针对采用H形钢作为消能梁段的可更换连梁展开研究,探讨该类构件的损伤后可更换性。以连接处螺栓孔相对位置为判别依据,以消能梁段残余剪切角为评价指标的连梁可更换性评估方法,设计3种可更换连梁连接形式,分别为端板-螺栓群连接（CI型）、耳板-螺栓群连接（CII型）以及螺栓-抗剪键连接（CIII型）;分别通过评估方法及更换试验对3种连接形式试件的可更换性进行对比分析。研究结果表明：采用CI型连接的试件最大可更换残余剪切角及更换用时分别为0.007 rad及40 min,采用CII型连接的试件最大可更换残余剪切角及更换用时分别为0.008 rad及280 min,采用CIII型连接的试件最大可更换残余剪切角及更换用时分别为0.01 rad及50 min,故采用CIII型连接的试件具有最好的损伤后可更换性。     

钢连梁可更换消能梁段抗震性能试验研究

通过12个可更换钢连梁中消能梁段试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验参数包括腹板钢材类型、梁段长度、加劲肋布置方式和加载制度。试验结果表明：试件为剪切屈服型,破坏模式为加劲肋-腹板焊缝断裂或翼缘-端板焊缝断裂;试件的超强系数平均值为1.86,大于Popov等学者的建议值1.5;试件的极限塑性转角约为0.15 rad,远大于规范AISC 341-10规定的塑性变形限值0.08 rad;梁段腹板采用低屈服钢LY225代替Q235钢时,试件的极限塑性转角增大23%,试件的累积塑性转角增大52%;加劲肋单面布设或双面布设对试件的抗震性能影响不大,但加大加劲肋间距会导致腹板提前屈曲和试件承载力退化,建议低屈服钢消能梁段的加劲肋布置按照规范AISC 341-10和GB 50011-2010对一般消能梁段的规定。在剪切往复荷载作用下,试件的轴向位移由几何位移和塑性轴向变形两部分组成,试件的塑性轴向变形与其累积塑性转角成正比。     

带端板螺栓连接可更换耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能试验研究

为了改善传统钢框筒结构抗震性能较差的问题,提出了带端板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSLs).考虑耗能梁段长度和楼板的影响,设计了 3个2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RSLs子结构试件,对这3个试件进行低周往复加载试验并进行耗能梁段的更换,研究HSS-FTS-RSLs的抗震性能和震后可更换能力.试验结果表明:带端板螺栓连接的子结构试件在地震作用下滞回曲线饱满,损伤主要集中于耗能梁段,具有良好的抗震性能;更换耗能梁段后不会影响结构的刚度和承载力以及连接处的传力性能,结构的可更换允许残余层间侧移为0.40％;楼板可以使结构的弹性刚度和承载力分别提高7.40％和5.21％,楼板损伤主要集中在耗能梁段与裙梁连接区域上方;剪切型耗能梁段在循环荷载作用下超强系数为1.63～1.81,最大塑性转角可达到0.15～0.21rad,呈现出良好的超强和变形能力;耗能梁段长度比e/(Mp/Vp)(其中e为耗能梁段长度,Mp、Vp分别为耗能梁段的塑性受弯承载力和塑性受剪承载力)越小,结构的刚度和承载力越高,耗能梁段的变形能力越强.     

带端板螺栓连接可更换耗能梁段的高强钢框筒结构抗震性能试验研究

为了改善传统钢框筒结构抗震性能较差的问题,提出了带端板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSLs).考虑耗能梁段长度和楼板的影响,设计了 3个2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RSLs子结构试件,对这3个试件进行低周往复加载试验并进行耗能梁段的更换,研究HSS-FTS-RSLs的抗震性能和震后可更换能力.试验结果表明:带端板螺栓连接的子结构试件在地震作用下滞回曲线饱满,损伤主要集中于耗能梁段,具有良好的抗震性能;更换耗能梁段后不会影响结构的刚度和承载力以及连接处的传力性能,结构的可更换允许残余层间侧移为0.40％;楼板可以使结构的弹性刚度和承载力分别提高7.40％和5.21％,楼板损伤主要集中在耗能梁段与裙梁连接区域上方;剪切型耗能梁段在循环荷载作用下超强系数为1.63～1.81,最大塑性转角可达到0.15～0.21rad,呈现出良好的超强和变形能力;耗能梁段长度比e/(Mp/Vp)(其中e为耗能梁段长度,Mp、Vp分别为耗能梁段的塑性受弯承载力和塑性受剪承载力)越小,结构的刚度和承载力越高,耗能梁段的变形能力越强.     

可更换钢连梁抗震设计方法

可更换钢连梁由跨中的消能梁段和两端的非消能梁段组成,梁段之间采用可拆卸的连接方式。相比传统钢筋混凝土(RC)连梁,可更换钢连梁塑性变形能力大、耗能能力强,且震后可快速修复,能提升高层建筑的抗震韧性。在总结已有研究的基础上,系统介绍了可更换钢连梁的抗震设计方法和构造措施,可为工程设计提供参考。具体包括:消能梁段和非消能梁段部件设计,消能梁段-非消能梁段连接设计,可更换钢连梁上部的RC楼板设计,可更换钢连梁-RC墙肢节点设计,可更换钢连梁的非线性分析模型和性能状态判别准则。最后,介绍了一栋高烈度区高层建筑应用可更换钢连梁的实例。     

低屈服点钢偏心支撑框架抗震性能研究

将偏心支撑框架中的消能梁段腹板替换为低屈服点钢材,形成低屈服点钢偏心支撑框架.为实现震后修复的功能,消能梁段与主体结构通过高强螺栓及端板进行连接.建立了单层支撑框架和高宽比为2的高层支撑框架,对比分析了普通钢偏心支撑框架与低屈服点钢偏心支撑框架的抗震性能.有限元分析结果表明,单层支撑框架在相同变形状态下,低屈服点钢偏心...     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的#br# 钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段 端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明：试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘 端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

偏心支撑框架新型消能连梁腹板可更换研究

偏心支撑框架兼具纯框架延性好和中心支撑框架强度刚度高的优点,强震作用下结构的塑性变形主要集中在消能连梁,而其余部位保持在弹性阶段。结构中消能连梁的翼缘常与楼层板相连,会给消能连梁的更换带来困难。为此,提出将剪切型消能连梁的腹板移出,然后将腹板两端焊接端板,通过螺栓重新组成可更换新型消能连梁。该新型连梁主要由上、下翼缘板和可更换新型腹板组成。通过理论推导给出了可更换消能连梁弹性刚度、屈服承载力和剪切屈服型临界长度等关键参数的解析计算式,并通过有限元确认其准确性。此外,有限元分析也表明可更换消能连梁滞回曲线饱满稳定,耗能能力强,当连梁剪切变形逐渐增大时,新型腹板首先发生剪切屈服,然后发生全截面屈服,而上、下翼缘只有端部表面进入屈服,其余部分保持在弹性阶段,实现了消能连梁的主要损伤集中在新型可更换腹板上。     

带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构抗震性能试验研究

为研究带可更换低屈服点耗能梁段-端板连接的钢框筒结构(SFTS-RSLs)抗震性能和震后可更换能力,以耗能梁段长度和楼板组合效应为研究变量,设计3个2/3缩尺的单层单跨SFTS-RSLs子结构平面试件。框筒柱和裙梁采用Q460高强钢,耗能梁段采用低屈服点钢LYP225。通过水平低周往复加载试验对结构的破坏模式、刚度、承载力、耗能能力、延性、可更换能力以及耗能梁段塑性转角与超强系数进行研究。试验结果表明:试件滞回曲线饱满,延性高,具有稳定、良好的耗能能力和塑性变形能力;耗能梁段的破坏模式主要为翼缘严重屈曲且翼缘-端板焊缝撕裂或腹板撕裂;耗能梁段超强系数均值约为1.95,极限塑性转角超过0.18rad,远大于AISC 341-16规定的塑性转角限值0.08rad;楼板组合效应对结构承载力、耗能能力、延性、可更换能力、耗能梁段塑性转角和超强系数影响不大,对结构的弹性刚度影响显著;减小耗能梁段长度能够提高结构承载力、抗侧刚度、耗能梁段塑性转角和超强系数,但会降低结构的耗能能力和延性;加载过程中,结构的塑性变形与损伤集中在耗能梁段,框筒柱和裙梁处于弹性状态,有利于结构震后修复与正常使用功能的快速恢复。     

剪切机制耗能端板螺栓连接组合联肢剪力墙钢连梁抗震性能试验研究

将端板螺栓连接构造引入钢-混组合联肢剪力墙中,用于连接钢连梁与混凝土墙肢。设计并制作了1组(2个)小剪跨比连梁双肢组合剪力墙试件,分别采用端板螺栓连接和传统直插式的连梁-墙肢连接构造形式,进行低周往复加载试验,以研究两种连接构造形式下钢连梁与混凝土墙肢连接试件的滞回性能、刚度与承载力退化特征以及破坏模式。试验结果表明:用端板螺栓连接代替直插式连接构造,能够有效减轻钢连梁-墙体连接区域混凝土损伤程度,屈服后非线性变形主要集中在钢连梁端部,且钢连梁能够达到美国AISC 341-05规范要求的0.08 rad非线性转角限值,充分发挥滞回耗能作用,刚度、承载力退化不明显,延性好,与传统直插式钢连梁-墙肢连接具有相同甚至更好的抗震性能。     

钢框架梁柱连接节点转动刚度试验研究

为了探讨钢框架梁柱连接节点的转动刚度和破坏模式,针对常见梁柱节点类型,包括全焊接连接、外伸式端板螺栓连接、T型钢螺栓连接、上下翼缘及腹板角钢螺栓连接等,进行了单向加载试验研究。试验结果表明,各类节点的总转角均超过了0.05 rad,塑性转角均超过了0.04 rad;节点域剪切变形较大,特别是全焊接节点,使节点转动刚度显著降低;当连接较强时,框架梁可以在连接破坏之前形成塑性铰;当连接较弱时,连接件容易因过度变形而破坏。通过对试验数据的分类整理分析,梁柱节点总转角可以分成节点域转角和连接转角两大部分,给出了常见节点类型在弹性阶段的转角及转动刚度简化计算方法,并与试验结果进行了对比,计算结果与试验结果吻合较好。     

带悬臂梁段拼接的梁柱连接循环荷载试验研究

为了检验带悬臂梁段拼接的梁柱连接抗震性能,对4个试件进行了循环加载试验。试验侧重于对拼接节点的研究,采用10.9级高强螺栓摩擦型连接,翼缘和腹板全部拼接。试验结果表明:螺栓拼接节点的延性远好于梁柱焊缝连接;较弱的拼接节点产生较大的塑性变形;接触面的滑移摩擦、螺栓与孔壁的挤压和翼缘拼接板的屈曲都使连接具有良好的耗能能力;但滑移伴随有剧烈的响声,会使人产生心理恐慌。根据试验结果提出了设计建议:尽量将拼接设计得弱些,可以提高梁柱连接的转动能力,减少地震作用向梁柱连接焊缝的输入,延缓焊缝的脆性破坏。     

Seismic design of reduced beam section steel moment connections with bolted web attachment

Recent test results on reduced beam section (RBS) steel moment connections showed that specimens with a bolted web connection tend to perform poorly due to premature brittle fracture of the beam flange at the weld access hole. The measured strain data appeared to indicate that a higher incidence of base metal fracture in bolted web specimens is related, at least in part, to the increased demand on the beam flanges due to the web bolt slippage and the actual load transfer mechanism which is significantly different from that usually assumed in connection design. In this paper, the practice of providing web bolts uniformly along the beam depth was brought into question. A new seismic design procedure, which is more consistent with the actual load path identified from analytical and experimental studies, is proposed. A pilot test specimen designed by following the proposed procedure exhibited sufficient cyclic connection rotation capacity without fracture.     

双型钢混凝土转换梁柱节点抗震性能试验研究

以广东某高层建筑为工程背景,针对大跨度转换结构,提出了双型钢混凝土转换梁柱节点的构造组合形式,通过对2个转换节点的竖向和水平荷载作用下的低周反复荷载试验,研究了节点的破坏形态、承载能力、刚度、滞回特性、延性、耗能能力及关键位置钢筋和型钢的应变等性能。试验结果表明：转换梁内置双型钢腹板形成的封闭空间对混凝土有约束作用,提高了节点区混凝土的抗剪能力;双型钢混凝土转换梁柱节点的滞回曲线饱满,极限变形能力较强,承载力较高,刚度、延性和耗能能力均较好;被转换柱与双型钢混凝土梁采用“端板螺栓连接”实现了“在被转换柱底部先出现塑性铰”,达到了“强梁强柱,更强节点”和“强转换层,弱框架层”目的。     

Design theory and numerical analysis of earthquake-resilient joint with slotted bolted connection

Bolted connections are preferred in prefabricated steel structures with the advantages of quality control and convenient construction. An innovative type of earthquake-resilient joint with slotted bolted connection (ERJ-SBC) is proposed to achieve damage control and improve the ductile behavior of steel structures. The bending moment is assumed to be mainly transferred by the flange segments of SBC while the shear force is carried by the web segments. The energy dissipation capacity of ERJ-SBC is provided by the initial frictional sliding and inelastic axial deformation of SBC under larger displacement. Design theory is proposed to ensure that inelastic deformation is concentrated in SBC while other structural members remain elastic. The influences of the length of slotted holes, bolt pretension, friction coefficient, and the thickness and width of the sliding plate are investigated through the numerical analysis of 44 FE examples. The calculation of the critical length of slotted holes for the ductile rotation behavior of ERJ-SBC is derived and verified. Results demonstrate that the mechanism of bolted connection shifts from friction resistance to bearing resistance when bolts collide with slotted holes, and the friction slippage behavior with slotted holes benefits the hysteresis behavior, deformation capacity, and rotation behavior. The proposed calculation methods for the mechanical behavior of ERJ-SBC could achieve good accuracy with simulation results. A reasonably well-designed ERJ-SBC could have good bearing capacity and rotation behavior, and it could also achieve damage control.     

RC联肢剪力墙宏观数值计算模型研究

已有的钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型在墙体单元和连梁单元连接处采用水平变形协调，即连梁单元的梁端转动与墙体单元水平刚性梁的转动变形相协调。然而，水平变形协调并不能反映墙体和连梁的实际变形协调条件。为此，提出了一种钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型，该模型中墙体单元为具有分布式剪切弹簧且考虑平面外自由度的三维宏观墙体单元模型，连梁单元为具有3个子单元串联的一维杆单元模型，墙体单元与连梁单元的连接采用竖向变形协调，即连梁单元的梁端转动与墙体单元边垂直杆元的变形相协调。并通过算例对其模拟的准确性进行校验。结果表明：采用竖向变形协调方式建立的计算模型能更加准确地模拟联肢剪力墙的力学行为，提出的钢筋混凝土联肢剪力墙宏观数值计算模型可用于三维的非线性分析，其中墙体单元能更好地模拟剪切变形和面外变形，连梁单元能够更好地模拟与墙肢的变形协调。     

钢结构焊接翼缘板加强式梁柱刚性连接滞回性能试验研究

焊接翼缘板加强式梁柱刚性连接是塑性铰外移以提高连接塑性变形的一种改进形式。为考察这种连接形式在循环荷载作用下的滞回性能,共进行了4个1/2模型的拟静力加载试验,研究了梁翼缘宽厚比、腹板高厚比对连接性能的影响和节点域强弱对连接塑性转动能力的影响。作为比较,还进行了一个盖板加强式梁柱刚性连接的试验。试验结果表明,这种连接形式性能优良,所有的试件都没有发生脆性破坏,都能确保塑性铰转移到加强板以外,梁端塑性转角介于0.044～0.054rad之间,达到了特殊抗弯钢框架连接塑性转动能力不小于0.03rad的要求。在试验过程中所有的加强板都没有发生局部屈曲。在满足我国抗震规范要求的前提下,增大梁翼缘的宽厚比,梁翼缘更易于发生塑性局部屈曲,但对极限承载能力和变形能力的影响不大;减小梁腹板的高厚比则对承载能力的影响较明显;较弱的节点域,会显著降低连接的承载力,但可提高其变形能力。     

装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

通过4个1/2比例装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架节点低周往复荷载作用下的试验研究,分析了节点区加劲腹板厚度及开孔的影响,研究该新型节点连接构造的受力性能及装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架单元的抗震性能。基于试验结果对试件的破坏特征、滞回性能及变形组成进行分析。研究结果表明：装配式钢筋混凝土柱 钢梁框架节点滞回曲线呈纺锤形,梁端塑性铰区充分耗散能量,具有良好的抗震性能;装配式螺栓连接钢筋混凝土柱 钢梁混合节点具有良好的连接质量;加劲腹板厚度的增加一定程度上减小了节点的剪切变形,加劲腹板开孔对节点受力性能影响不大;梁弯曲变形引起的层间侧移在强柱弱梁型钢筋混凝土柱-钢梁框架节点总侧移中所占比例最大,节点剪切变形所占比例较小。