强震作用下附设粘滞阻尼器RC框架结构的 耗能机制与抗倒塌性能研究

大量震害调查结果表明强震作用下普通RC框架结构很难避免出现薄弱层的累积耗能集中,以致结构倒塌。作为一种已推广应用的耗能装置,粘滞流体阻尼器可在不改变原有结构体系刚度分布的前提下有效耗散地震输入能量,提高结构抗倒塌性能。根据中国现行抗震规范设计了三组不同高度的RC框架结构,并分别进行了附设粘滞阻尼器的消能减震设计。采用弹塑性时程分析方法对各结构进行了地震响应计算,对比了减震前后结构的累积滞回耗能分布模式和耗能机制,并且采用基于IDA的结构抗倒塌易损性分析方法,定量评价了各结构的抗地震倒塌能力和抗倒塌安全储备。结果表明,附设粘滞阻尼器可显著改善RC框架结构的耗能机制,降低主结构构件的损伤程度,有效提高结构的抗倒塌性能。     

不同柱截面尺寸全再生钢管混凝土框架抗震性能试验及抗侧刚度计算

为探究不同抗侧刚度全再生钢管混凝土框架抗震性能,进行了2榀不同柱截面尺寸全再生钢管混凝土框架的低周反复加载试验,观察了试件的破坏过程及形态,并获取其抗震性能指标。结果表明:全再生钢管混凝土框架滞回曲线饱满,当达峰值及破坏点时,其等效黏滞阻尼系数h_e明显大于钢筋混凝土及钢筋再生混凝土框架,表现出良好的弹塑性耗能性能;随着柱截面尺寸增加,试件承载能力、耗能性能及抗侧刚度均呈现出上升变化走势;随着加载位移增加,试件损伤程度逐渐增大,并且正向损伤程度要大于负向;正向加载时,试件损伤指标d随着柱截面尺寸增大而增大,而负向加载时,试件d随着柱截面尺寸增大而减小;最后,基于D值法计算模型及不同规程,对试件抗侧刚度的计算与试验值进行了比较。对全再生钢管混凝土框架,其在开裂荷载时的抗侧刚度可基于D值法计算模型,并按规程CECS的规定来进行计算。     

结构尺寸对方钢管混凝土短柱抗震性能影响的试验研究

为了研究在低周往复荷载作用下结构尺寸对方钢管混凝土短柱抗震性能的影响,对6根方钢管混凝土短柱开展了水平往复加载试验,分析了截面尺寸对柱破坏形态、滞回曲线、骨架曲线以及不同抗震性能指标(如刚度退化、耗能能力、延性等)的影响,阐明了不同截面尺寸对柱名义抗剪强度的影响规律和机制,研究结果表明：不同截面尺寸的试件破坏形态基本相同,表现为柱底部钢管鼓曲、核心混凝土被压碎的破坏形态;当截面尺寸由200 mm增至600 mm时,在不同加载方向上,方钢管混凝土短柱名义抗剪强度分别下降了63.1%(59.8%),表现出显著的尺寸效应;随着截面尺寸增大,相对名义刚度与平均耗能系数呈降低趋势;JIN等提出的考虑尺寸效应的抗剪强度公式计算值与试验值吻合良好,说明考虑尺寸效应的方钢管混凝土柱抗剪承载力计算公式能够较为准确的预测其抗剪承载力。     

T型内芯防屈曲支撑的拟静力滞回性能试验研究

提出了一种内芯与约束构件均为型钢的全钢装配式防屈曲支撑,该支撑具有全装配、内芯可更换、工艺简单、造价低廉和可用于既有构件加固等优点。钢内芯由2个角钢与加劲板组成T型截面,外约束构件由角钢和盖板通过螺栓连接形成。对6个该支撑试件进行拟静力试验,讨论其滞回性能、抗震性能及破坏机理,并分析内芯上设置填板、内芯与约束构件的间隙、内芯双角钢之间的间距以及限位方式对滞回性能的影响。结果表明,该支撑的实际性能与设计性能基本一致,具有稳定的滞回性能;在支撑中间设置填板对支撑的滞回性能基本没有影响;内芯与约束构件的间隙及内芯双角钢之间的间距过大会降低支撑的滞回性能;采用中部限位方式的支撑滞回性能优于端部限位方式。对试件的抗震性能分析表明,该支撑具有较好的延性和累积塑性变形能力,可作为阻尼器应用于结构中。通过分析破坏模式发现,加劲板末端的焊缝应力集中会造成支撑的断裂位置由屈服段转移至止焊处;设置中部限位卡可以减小摩擦力的不利影响。     

新型装配式金属消能减震复合墙板抗震性能试验研究

为了研究新型预制装配式金属消能减震复合墙板的抗震性能,分别对新型预制装配式复合墙板以及传统夹心墙板进行了低周反复加载试验,对比研究了试件的破坏模式、滞回耗能性能、承载力与刚度、位移延性等变化。研究表明:新型预制金属消能减震复合墙板滞回曲线呈现"平行四边形",相对于传统复合墙板较为饱满,具有良好的抗震性能;相比于传统夹心复合墙板主要在墙板中部出现X形剪切裂缝,新型预制装配式金属消能复合墙板裂缝主要在墙板角部出现,具有良好的整体性能;新型预制装配式金属消能减震复合墙板具有较小的侧向刚度、较好的位移延性,能够降低围护墙板附加刚度约束效应;新型预制装配式金属消能减震墙板能够达到"小震下处于弹性,大震下屈服耗能"抗震设计目标。     

冷弯型钢组合截面T形节点抗震性能研究

冷弯型钢在低层住宅结构中应用广泛,国内已有相应规范出版,但对冷弯型钢组合截面缺少相关设计规定。该文选择双肢冷弯C型钢背靠背带垫板的截面形式,对其抗弯节点进行抗震性能研究,采用试验与有限元分析相结合的方法,研究了节点板厚度、螺栓间距、C型钢厚度和腹板高度等参数对节点抗震性能的影响,发现该类节点的破坏特征符合抗震设计要求,滞回曲线饱满,承载力退化稳定、初始刚度大、刚度退化较为严重、耗能性能和延性较好。在相关参数中节点板厚度和螺栓间距对节点抗震性能的影响最大。C型钢厚度和腹板高度增加能明显提高节点的极限承载力。螺栓间距的增加会使节点承载力略有提高,但节点的耗能性能变差。     

减震设计与抗震设计RC框架结构抗地震倒塌能力对比

与传统抗震设计不同,结构的消能减震设计通过在结构上设置减震装置以消耗地震输入能量,达到减轻主体结构地震响应的目的,在满足相同的设计要求下,减震设计结构由于阻尼器的耗能作用,其截面尺寸或配筋较抗震设计结构有一定的优化。根据我国抗震规范,按传统抗震方法和消能减震方法分别设计了一组钢筋混凝土框架结构。采用基于动力增量时程分析方法的结构抗倒塌易损性分析流程,对不同设计方法所设计的框架结构的抗地震倒塌能力和抗倒塌安全储备进行了定量评价,并对计算结果进行了对比分析。根据分析结果提出了提高高烈度区减震设计框架结构抗倒塌能力的相关措施,并通过算例验证了所提措施的有效性。     

压弯剪扭实腹型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,以截面尺寸、型钢含钢率、纵筋配筋率、体积配箍率和栓钉位置为变化参数,完成了12根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱的压弯剪扭低周反复试验。观察了试件在复合受扭状态下的破坏形态,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能及延性性能。结果表明：在压弯剪扭受力状态下,所有试件均发生弯扭破坏;荷载-柱顶位移滞回曲线呈饱满的梭形,扭矩-扭转角曲线为捏拢的“S”形;增大截面尺寸和配筋率可有效提高SRC柱的抗扭和抗弯承载力;峰值荷载前,抗扭刚度的退化速率明显快于抗弯刚度的退化速率,增大型钢含钢率和配筋率可延缓SRC柱的刚度退化;SRC柱的抗弯耗能能力优于抗扭耗能能力,扭转延性大于弯曲延性;与方形截面相比,矩形截面具有更好的扭转变形能力;在工字钢翼缘上焊接栓钉可有效提高SRC柱的抗震性能;根据现行规范和试验数据,提出SRC柱构造设计的相关建议和扭转耗能退化的经验公式。     

防屈曲支撑钢框架基于延性的抗震性能设计

防屈曲支撑滞回曲线稳定饱满,耗能能力强,可以为结构提供较大的附加阻尼,在进行抗震设计时要予以充分考虑。传统的基于弹塑性层间位移角限值的抗震性能设计往往会高估结构总的有效阻尼比,使设计偏于不安全,因此该文以我国抗震规范弹性反应谱为基础,提出了一种基于延性的抗震性能设计方法,最后通过增加支撑构件和调整支撑的类型或截面的方法完成结构设计,使其满足抗震性能目标的要求。     

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱（partially encased concrete composite column）-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明:PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25~0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足"强节点弱构件"的抗震设计要求,在进行工程设计时应予以重视。     

考虑支撑断裂及节点板作用的中心支撑框架抗震性能研究

中心支撑框架(CBFs)具有良好的抗震性能和经济性,是常见的抗震结构体系。CBFs通常利用支撑受拉屈服和受压屈曲行为满足延性变形需求。在以往的地震中,CBFs结构的极限破坏模式均为支撑断裂。然而,在框架分析或设计时,CBFs通常被理想化为桁架结构,即将支撑构件两端考虑为铰接或固接连接并且忽略支撑断裂行为。该文提出能考虑支撑断裂行为和节点板作用的OpenSees数值模型。通过对单支撑构件、一层、三层中心支撑框架进行建模分析,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了数值模型的有效性。采用验证后的三层框架模型进行动力增量时程分析表明,不考虑支撑断裂时,框架的倒塌储备系数偏大。建议对CBFs结构进行设计和分析时,应考虑支撑断裂和节点板作用,以合理评估其抗震性能。     

复合加固震损RC框架抗震性能试验研究

碳纤维布和角钢混合加固后能有效提高结构承载能力及延性,发挥二者材料性能各自优势。采用纤维布、纤维布加角钢及增设斜支撑3种方法对震损RC框架进行加固,开展低周往复加载的抗震性能试验研究,结果表明:采用纤维布加固后未能明显提高节点协调梁柱变形能力,梁端破坏严重,节点处纤维布随混凝土一起脱落,承载力未恢复到震损前承载力;复合加固后节点及柱脚均未发生明显破坏,实现了强节点弱构件的抗震设计原则,采用斜支撑加固后,能明显提高框架承载力及刚度,但发生锚栓失效,导致承载力快速降低,故应提高锚栓承载富余量;复合加固后试件承载能力明显提高,滞回曲线更饱满,累积耗能能力更强,经受循环加载次数明显增多,承载力降低系数减小,角钢提高了节点抗破坏能力,角钢与支撑配合使用更能明显提高试件刚度及承载力;综合考虑抗震性能、经济性、加固工艺,选用CFRP布与角钢复合加固工艺,能很好地实现对震损框架的加固。     

具有复位功能的阻尼耗能支撑滞回模型与抗震性能研究

在传统磁流体阻尼器基础上提出了一种具有复位功能的阻尼耗能支撑,对传统Bouc-Wen模型进行了改进,建立了适用于阻尼耗能支撑的恢复力计算模型,并在Simulink环境下对改进的双Bouc-Wen模型进行仿真分析,将仿真结果与支撑有限元模拟分析结果进行了对比;基于OpenSees平台,对改进的双Bouc-Wen模型进行二次开发,并对采用具有复位功能的阻尼耗能支撑和普通防屈曲支撑的9层Benchmark钢框架结构模型进行了抗震性能对比分析。结果表明,双Bouc-Wen模型仿真得到的滞回曲线与有限元模拟得出的滞回曲线吻合较好,可以很好地描述阻尼支撑旗形滞回特性,具有复位功能的阻尼支撑可有效减小钢结构的最大层间位移及震后残余变形,阻尼耗能支撑结构具备良好的可恢复性。     

钢支撑动力屈曲致扭机理及BRB减扭机理的研究

研究了钢支撑混凝土框架结构侧移和扭转地震响应的特点,揭示了在反复加载过程中钢支撑动力屈曲会对抵抗扭矩产生影响,使结构塑性铰状态发生非均衡性变化从而导致非弹性扭转的过程。运用达朗贝尔原理研究了钢支撑屈曲使结构产生惯性力、惯性扭矩并出现非弹性扭转突增的致灾机理,并通过振动台试验、有限元非线性分析对类似性能加以验证。对比研究了防屈曲支撑对结构的抗扭效果,以及阻断结构发生非弹性扭转突增的工作机理。最后针对设计上将普通钢支撑作为中心支撑混凝土框架结构第一道抗震防线的保障条件、设置防屈曲支撑减控非弹性扭转的技术保障措施等提出了建议。     

框支密肋复合墙结构地震易损性研究

地震易损性分析通过概率计算建立地震强度和结构损伤之间的关系，可以实现结构地震风险预测和评估。为了对框支密肋复合墙结构在不同地震强度下的抗震能力进行评估，该文采用OpenSEES有限元软件，选用密肋复合墙的刚架-等效斜撑简化模型，建立结构整体分析模型，基于增量动力时程分析(IDA)和易损性分析，研究不同参数的变化对结构抗震性能的影响。结果表明：转换层刚度比的变化对结构性能影响显著，结构竖向布置均匀对抗震有利，建议8度区框支密肋复合墙结构的刚度比取值为1.0～2.5；肋柱数量、砌块强度的变化可对结构的抗震性能产生影响，应合理选择；混凝土强度等级对结构的抗震性能影响较大，在实际应用中应在满足规范要求的前提下选择较大的混凝土强度等级。     

设置自复位支撑的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

提出了一种能准确描述预压弹簧自复位耗能（PS-SCED）支撑滞回性能的力学模型,引入状态变量区分支撑不同工作阶段从而确定其力学响应。基于ABAQUS平台对该力学模型进行二次开发,将开发的PS-SCED支撑单元模拟结果与支撑力学性能试验结果进行对比,并对设置PS-SCED支撑的3层钢筋混凝土框架结构进行抗震性能分析。结果表明:该支撑单元模拟得到的滞回曲线与试验结果吻合较好,可准确描述支撑在动力荷载作用下的力学性能;强震作用下,PS-SCED支撑能够充分耗散地震能量,有效控制结构的塑性变形;此外,PS-SCED支撑框架结构相比于原框架结构残余变形减小了72.1%~92.1%。PS-SCED支撑具备良好的耗能能力和自复位特性,能够显著提高钢筋混凝土框架结构的抗震性能。     

设置自复位耗能支撑的斜拉桥横向抗震性能研究

为减小斜拉桥横桥向的地震响应,提出一种设置预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥横向减震体系及支撑参数的设计方法。以一座斜拉桥为研究对象,对支撑参数进行了设计,并对塔梁固结体系和采用支撑的减震体系进行地震时程分析,从关键位置的地震响应、耗能能力等方面对支撑体系的抗震性能进行了研究。结果表明,横桥向采用预压弹簧自复位耗能支撑的斜拉桥减震体系利用支撑良好的滞回耗能特性,有效减小桥塔位移和应变,改善桥塔受力,减小主梁的残余位移。附加预压弹簧自复位耗能支撑对斜拉桥地震响应有良好减震控制效果,是一种合理的抗震体系。     

铰支桁架-框架结构抗震设计与性能研究

合理设计的框架会因为地震力分布不均匀致使框架的部分楼层梁率先屈服,导致结构层间位移角不均匀系数（DCF）增加,很难出现所有楼层梁端和柱底出铰的完全梁铰机制。为改善普通钢框架层间集中损伤和侧向刚度偏小问题,提出在框架中设置拉链柱和斜撑,形成铰支桁架-框架,控制框架侧向位移大小和分布。推导了框架弹性DCF值,并以此作为铰支桁架-框架的DCF目标值,进而提出了铰支桁架与框架的合理刚度比;给出了基于DCF抗震设计流程,设计算例达到了预期的位移和DCF性能目标。对比了框架、摇摆墙框架和铰支桁架-框架的抗震性能,结果表明:铰支桁架可以提高框架的抗侧刚度,使框架的塑性铰分布模式由不完全梁铰机制转变为完全梁铰机制,使框架层间位移角及剪力分布均匀;相比于摇摆墙框架,铰支桁架-框架具有较大的侧向刚度和相近的侧向变形模式。     

高强钢框架-屈曲约束支撑体系抗震性能研究

针对高强钢结构在抗震设计中存在的结构延性差、刚度小的问题,提出了高强钢框架-屈曲约束支撑结构.为研究此类结构的抗震性能,对2个足尺单榀单跨单层试件进行了拟静力加载试验,观测了结构在水平往复荷载下变形特征与破坏模式,分析了结构及构件滞回曲线特征,探讨了试件强度退化、刚度退化、塑性变形、耗能能力以及钢框架和屈曲约束支撑的承...