开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑试验研究

基于核心单元局部削弱相当于其他部位加强的新型防屈曲耗能支撑设计原理,设计了开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑和普通三重钢管防屈曲耗能支撑,对7个支撑构件在轴向循环往复荷载作用下的性能进行了拟静力试验研究和有限元模拟分析,研究开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑的滞回性能、恢复力模型、破坏特征以及不同开槽数量对支撑性能的影响情况。研究结果表明:开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,其轴力-位移滞回曲线稳定、饱满,对称性和规律性好;开槽式支撑的屈服荷载和屈服位移小于不开槽支撑,具有提前屈服的功能,开槽不影响支撑的整体承载力,开槽式支撑的恢复力模型可以采用对称的双线性恢复力模型来描述;开槽可以使支撑的薄弱部位从核心钢管端部转移到开槽部位,使支撑具有定点屈服的功能,避免了支撑端部破坏。     

开孔与开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑设计方法研究

开孔与开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑是依据"核心单元局部削弱相当于其他部位加强"的新型防屈曲耗能支撑设计原理设计而成的。通过对核心单元局部开孔或开槽使支撑薄弱部位由端部转移到开孔或开槽部位,具有定点屈服的功能,提高了支撑的延性,是性能良好的耗能减震构件。结合国内外相关规范,通过理论分析和有限元模拟,提出开孔和开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑的设计方法,包括开孔和开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑承载力的计算方法,核心钢管和内外钢管的设计方法及支撑节点的设计方法。最后通过试验验证该方法的正确性。     

开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑试验研究与有限元模拟

依据"核心单元局部削弱相当于其他部位加强"的新型防屈曲耗能支撑设计原理,设计开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑和普通三重钢管防屈曲耗能支撑,对其在轴向循环荷载作用下的滞回耗能性能、疲劳性能和破坏特征进行试验研究和数值模拟,并将试验研究结果与数值模拟结果进行对比分析。研究结果表明:开槽式三重钢管防屈曲耗能支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,其轴力-位移滞回曲线稳定、饱满,对称性和规律性好;开槽式支撑的屈服荷载和屈服位移小于不开槽支撑,具有提前屈服的功能,开槽不影响支撑的整体承载力,开槽式支撑的恢复力模型可以采用对称的双线性恢复力模型来描述;开槽可以使支撑的薄弱部位从核心钢管端部转移到开槽部位,使支撑具有定点屈服的功能,避免支撑端部破坏。     

二重钢管防屈曲支撑的性能研究

设计了两种二重钢管防屈曲耗能支撑试件,对其进行了性能试验,研究了这两种防屈曲耗能支撑的受力过程和耗能机理、约束单元钢管与核心单元钢管之间的间隙对支撑性能的影响,对比分析了这两种类型防屈曲耗能支撑的能量耗散系数和等效粘滞阻尼比,用ABAQUS有限元软件对这两种防屈曲耗能支撑进行了数值模拟并和试验结果进行了对比分析。研究结果表明:二重钢管防屈曲耗能支撑滞回曲线饱满,对称性、规律性、稳定性好,耗能能力强。     

开孔三重钢管防屈曲耗能支撑性能试验研究

设计制作两种开孔三重钢管防屈曲耗能支撑和一种不开孔三重钢管防屈曲耗能支撑试件,并对其进行低周反复加载试验,研究开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的性能、核心钢管开孔与否防屈曲耗能支撑性能的差异、开孔排数对支撑性能的影响以及支撑的恢复力模型和破坏特征,并采用ABAQUS有限元软件对其进行分析。研究结果表明：开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的滞回性能稳定,耗能能力强;核心钢管开孔后降低了支撑的屈服点且增大了支撑的延性;开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的恢复力模型可采用对称的双线性模型来描述;试验结果与有限元分析结果基本吻合。     

开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑性能试验研究

基于"核心单元局部削弱相当于其他部位加强"的新型防屈曲耗能支撑设计原理,设计6种不同构造的三重钢管防屈曲耗能支撑,每种支撑制作3~4个模型共22个支撑模型,对其进行低周反复加载试验,得到每个支撑模型在试验过程中的关键现象和力-位移滞回曲线,并研究核心单元钢管开孔类型、开孔位置数量以及钢管间的缝隙大小对支撑性能的影响。研究结果表明:三重钢管防屈曲耗能支撑核心单元钢管开孔可以减小支撑的屈服位移和屈服荷载,且开孔对支撑的承载力、耗能系数和等效黏滞阻尼比基本没有影响,用普通钢材实现了低屈服点钢的性能;核心单元钢管开孔可以使支撑具有定点屈服的功能,既明确了设计目标,又简化了设计和构造,避免了支撑端部加强制作工序,且开多排孔时可以起到分散钢管变形的作用,开孔式三重钢管防屈曲耗能支撑比不开孔支撑具有更加优良的性能。     

新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑性能

研制了一种新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑,设计6个新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑试件,对其进行轴向循环荷载试验,并对其中的4组试件采用ABAQUS有限元数值模拟分析。研究结果表明：新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,支撑的滞回曲线稳定、饱满,具有稳定的承载能力和良好的滞回耗能能力;新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑的恢复力模型可采用双线性模型来描述;新型外包钢筋混凝土钢管防屈曲耗能支撑构造合理,耗能机理明确,采用钢筋混凝土约束核心钢管的设计思想是可行的。     

新型开槽式防屈曲耗能支撑力学模型研究及应用

采用双线性模型模拟新型开槽式防屈曲耗能支撑的滞回性能,在此基础上,应用PERFORM 3D软件对布置新型开槽式防屈曲耗能支撑结构和无支撑结构进行多遇地震和罕遇地震作用下的非线性时程分析,研究结果表明:双线性模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好,分析时采用双线性模型模拟阻尼器的滞回性能是可行的;在罕遇地震作用时新型开槽式防屈曲耗能支撑能吸收较多的地震输入结构能量,减小结构构件产生塑性变形,保护主体结构安全。     

改进型双钢管约束屈曲支撑试验研究

为提高双钢管约束屈曲支撑内核的抗侧刚度,在内核钢管上增设接触环,形成带接触环的改进型双钢管约束屈曲支撑。通过对5个不同构造的改进型双钢管约束屈曲支撑试件进行轴向单调加载、轴向低周往复加载试验,研究该类型约束屈曲支撑的承载能力、延性与耗能性能;分析外套钢管刚度、双管间隙大小、内核钢管长细比等参数对该约束屈曲支撑性能的影响。结果表明:该类型支撑受压时能够屈服而不屈曲,延性良好且滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;外套钢管的刚度和其与内核钢管间隙大小对该支撑的性能影响较大;试件骨架曲线均经历了弹性与弹塑性阶段,其恢复力模型可采用三折线或两折线模型。     

防屈曲钢支撑滞回性能有限元分析

普通的支撑在强震作用下容易发生屈曲,渐渐不能满足建筑结构的使用要求.主要通过ANSYS有限元分析软件来分析一字形防屈曲钢支撑的耗能性能,并通过与普通支撑的对比证明防屈曲钢支撑具有良好的耗能性能;然后通过改变防屈曲钢支撑的相关参数,来研究其对防屈曲钢支撑的稳定性能以及耗能性能的影响,最后总结得出本文研究的防屈曲钢支撑具有良好的耗能性能,而且制作工艺简单,有着较好的应用前景.     

外贴CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压性能研究

通过对环向外贴碳纤维布（CFRP）加固不锈钢和普通钢方管短柱的轴压试验和数值模拟研究基轴压性能。结果表明,不锈钢和普通钢方管未加固短柱和加固试件的轴压破坏模式均为对称局部屈曲;CFRP布加固试件的轴压承载力与未加固试件相比均有明显提升,对于相同宽厚比的试件,4层环向加固的效果优于2层环向加固的;随着截面宽厚比的增加,试件的承载力提高百分比随之增加。同时,采用精细化有限元分析模型研究了不同宽厚比试件环向外贴CFRP布加固后的承载力;最后,基于受压薄壁截面的有效截面概念,提出了环向CFRP约束方管有效截面的假设,推导了环向CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压承载力的计算方法,并与本文试验结果、文献数据和有限元拓展参数模拟结果对比,验证了所提计算方法的有效性和适用性。     

拉筋接触方式对高轴压比钢管混凝土柱抗震性能影响试验研究

高轴压比下的钢管混凝土柱抗震性能较差,端部拉筋能够有效提高钢管混凝土柱的抗震能力,但拉筋与钢管壁焊接施工困难,不利于工程应用。为了研究拉筋笼与钢管壁间接触方式对钢管混凝土柱整体抗震性能的影响,通过对2个圆形和4个方形截面高轴压比端部带拉筋的钢管混凝土柱进行水平低周往复荷载作用下的试验研究,分析不同接触方式对其破坏形态、滞回耗能能力、骨架曲线、弹性刚度、承载力、延性系数、刚度退化和残余变形率的影响规律。结果表明：拉筋笼与钢管内壁焊接能够加强拉筋和钢管对混凝土的约束作用,从而增加构件的整体刚度。同时,塑性铰处钢管鼓曲幅值与局部屈曲长度明显降低,因此获得了更高的弹性刚度、承载力和滞回耗能能力;外径尺寸和其他设计参数相同时,常用拉筋笼约束方式下方钢管混凝土柱比圆钢管混凝土柱具有更大的抗弯刚度、承载力和塑性耗能能力,且破坏时始终表现为塑性压铰,而带拉筋圆钢管混凝土柱在破坏后往往由塑性压铰转变为拉铰。     

低周反复荷载作用下T形截面钢异形柱抗震性能试验研究

通过8个1∶2缩尺的T形截面钢异型柱在低周反复荷载作用下的拟静力试验,研究了试件的变形形态、破坏模态,得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性性能、耗能能力等抗震性能,分析了翼缘宽厚比、腹板高厚比和轴压比等参数对抗震性能的影响。考虑试件的初始缺陷、材料非线性和几何非线性进行了有限元计算分析。有限元计算和试验结果表明,在轴压比和翼缘宽厚比、腹板高厚比满足限值的条件下,T形截面钢异形柱在罕遇地震作用时,其破坏模态为局部屈曲失稳的塑性破坏,变形以塑性为主且发展较充分,有较高的承载能力,具备较好的延性性能和耗能能力,能够在强震区使用。本研究为工程应用和钢异形柱结构技术规程的编制提供参考。     

仿古建筑矩形与圆形钢管柱连接抗震性能试验研究

为研究仿古建筑中矩形与圆形截面钢管柱连接的破坏形态和抗震性能,设计制作了4个缩尺比例为1∶1.5的矩形与圆形截面钢管柱连接模型,通过施加一定轴压比的竖向荷载和低周往复水平荷载,对柱连接模型进行加载破坏试验。观察了试件的受力过程及破坏形态,得到了柱端水平荷载-位移滞回曲线和骨架曲线。分析了长细比、轴压比对试件的破坏模式、滞回性能、刚度、承载力、延性和耗能能力的影响。结果表明：矩形与圆形截面钢管柱连接的破坏形态主要是矩形截面钢管柱翼缘根部周围焊缝开裂;滞回曲线饱满,刚度退化慢,承载力高,破坏时试件的位移延性系数介于4.17～4.97之间,等效黏滞阻尼系数介于0.445～0.537之间,具有很好的耗能能力及抗震性能。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对该类连接构件进行了非线性分析,研究了轴压比、材料屈服强度、矩形钢管板件宽厚比等参数对其力学性能的影响,结果表明：提高轴压比和材料屈服强度,可提高连接构件的水平承载力,但延性降低;随着矩形钢管板件宽厚比的提高,连接构件的延性提高,但承载力有所降低。     

火炬塔架钢管径厚比限值讨论

我国对钢结构局部稳定宽厚比限值做出规定的规范主要有:《钢结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》,两种规范对局部稳定宽厚比分别做出限定,限值规定相差很大,但并没有对限值的采用做出明确解释。文章以石油化工钢管火炬塔架的径厚比为例,通过国内外规范及文献对钢管径厚比规定的对比分析,指出我国规范对钢结构局部稳定径厚比规定与国外的差距,规范对普通钢管结构的径厚比限值有待进一步研究。     

外方内圆复合钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了6个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比、方钢管壁板厚度及其宽厚比、圆钢管混凝土套箍指标。试验结果表明：6个试件的破坏形态基本相同,均为距柱底约300 mm高度范围内方钢管外鼓屈曲,方、圆钢管之间混凝土局部破坏;试件的水平荷载 位移滞回曲线饱满,无明显捏拢;峰值水平荷载时,轴压比设计值约为1.0的试件位移角略小于1/100,其它5个试件位移角均大于1/100;减小方钢管壁板的宽厚比,或增大圆钢管混凝土的套箍指标,可增大试件的初始割线刚度以及极限位移角;增大方钢管壁板的厚度,可提高试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力。采用叠加方法与平截面假定方法计算试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力,计算值与实测值吻合较好。     

三边约束组合钢板剪力墙单元抗震性能试验研究

提出一种适用于钢框架结构体系的新型组合钢板剪力墙单元,它由三边固接一边弹性约束的钢板和预制水泥基覆板组合而成。通过三种钢板宽厚比的纯钢板剪力墙和组合钢板剪力墙共6个试件的静力加载试验,考察宽厚比对三边约束钢板受剪承载力的影响,同时考察分析预制水泥基覆板对内嵌钢板的屈曲承载力和受剪承载力的影响。试验结果表明：宽厚比决定了钢板初始抗侧性能和屈曲模态;预制水泥基覆板对提高剪力墙单元受剪承载力和钢板屈曲承载力有一定帮助;通过有效抑制内嵌墙板的面外屈曲,可以提高组合钢板剪力墙单元的抗震性能。     

铝合金内芯装配式屈曲约束支撑有限元分析

提出了一种铝合金内芯装配式屈曲约束支撑(ALB),并以A5083铝合金为支撑耗能内芯设计了4组19个支撑构件,采用ABAQUS软件对其进行有限元分析,研究了集中耗能因子Y_LR、宽厚比、螺栓间距、核心板与约束板间间隙对支撑性能的影响。结果表明:当Y_LR<0.75时,支撑耗能性能会随着Y_LR的增加而提高,当Y_LR>0.75时,支撑耗能性能随着Y_LR的增加开始降低,当Y_LR=0.75时,支撑整体表现最佳; 支撑耗能性能会随着宽厚比的增加而降低,宽厚比不超过10时,支撑可以获得更好的耗能能力; 螺栓间距不宜过大,通过控制螺栓间距L_b与支撑核心板屈曲波长L_w的比值L_b/L_w来控制螺栓间距,当L_b/L_w≤1.5时,支撑约束单元受力更加合理,可以为核心单元提供足够的约束力; 核心板与约束单元之间的间隙过小时无法为核心板变形留有足够空间,间隙过大时支撑承载力会有较大降低且不稳定,间隙控制在0.5～2 mm时支撑承载能力表现更佳。     

人字形无黏结内藏钢板支撑剪力墙拟静力试验研究

通过对6个人字形无黏结内藏钢板支撑剪力墙试件的拟静力试验研究,对无黏结材料及支撑与墙板的间隙、墙板内钢筋配置、墙板端部加强构造以及钢板支撑周围有效宽度范围内采用普通混凝土,其余部分采用轻骨料混凝土的有效宽度墙板等因素对试件滞回性能的影响进行考察。试验结果表明,无黏结材料的均匀包裹、支撑与墙板间留有较小的间隙以及沿支撑轴向加密纵横向钢筋和拉结筋等构造措施,可以显著提高墙板局部抗弯和抗冲切承载力,改善试件的延性和耗能能力。支撑受压失稳时呈多波微幅弯曲变形状态,随压力增大,失稳半波数增多,支撑对墙板的局部冲切作用随之增大,使墙板局部弯曲或冲切破坏。直至破坏前,试件滞回曲线饱满稳定,骨架曲线基本呈现两折线的形式。试验还表明,当其他构造相同时,采用有效宽度墙板的试件和整个墙板均由普通混凝土制成的试件的滞回性能几乎相同,但前者自重轻,有利于墙板的安装和结构抗震。     

双阶屈服屈曲约束支撑框架小震参数分析

为了弥补常规屈曲约束支撑在多遇地震作用下处于弹性状态,不能发挥消能减震作用的不足,提出了一种将金属套管阻尼器与屈曲约束支撑组合形成的双阶屈服屈曲约束支撑,经试验验证其具有良好、稳定的小震及中大震下的滞回特性。在小震作用下,金属套管阻尼器屈服消能,屈曲约束芯板保持弹性承载。借助有限元软件ETABS建立了一系列双阶屈服屈曲约束支撑框架模型,通过改变支撑与框架刚度比、阻尼器与芯板的轴向刚度关系以及套管阻尼器的屈服比例,对各模型进行小震作用下的动力弹塑性分析,将各模型基底剪力和最大层间位移角与相应的常规屈曲约束支撑框架的分析结果进行对比。结果表明:双阶屈服屈曲约束支撑与支撑芯板的轴向弹性刚度比取2左右,阻尼器屈服比例取0.3左右时,可取得较好的减震效果; 双阶屈服屈曲约束支撑的参数取值改变,对降低结构地震响应的影响趋势不因支撑与框架刚度比不同而改变; 当支撑刚度贡献较大时,相较常规屈曲约束支撑,双阶屈服屈曲约束支撑的设置能降低结构的层间位移角,若要同时降低基底剪力,阻尼器屈服比例不宜高于0.3。