钢板墙束柱受力性能试验研究及理论分析

对3个1/2缩尺钢板墙束柱试件分别进行单调和往复加载拟静力试验,研究其在水平荷载作用下的破坏机理、抗侧刚度、受剪承载力及滞回性能;对钢板墙束柱试件建立有限元分析模型,并按照试验加载制度进行数值模拟分析,得到了钢板墙束柱试件的力学性能;在试验和有限元分析的基础上,提出了钢板墙束柱的抗侧刚度及受剪承载力理论计算式。试验、分析及计算结果表明,单调荷载作用下钢板墙束柱试件抗侧性能稳定,层间位移角达到1/50时,加载后期试件承载力不下降,延性性能好;往复荷载作用下钢板墙束柱试件的滞回性能稳定,层间位移角达到1/50时承载力没有降低,滞回曲线平滑、饱满;钢板墙束柱的抗侧刚度及受剪承载力的理论计算结果与试验及有限元分析结果很接近。     

钢板墙束柱受力性能试验研究及理论分析

对3个1/2缩尺钢板墙束柱试件分别进行单调和往复加载拟静力试验,研究其在水平荷载作用下的破坏机理、抗侧刚度、受剪承载力及滞回性能;对钢板墙束柱试件建立有限元分析模型,并按照试验加载制度进行数值模拟分析,得到了钢板墙束柱试件的力学性能;在试验和有限元分析的基础上,提出了钢板墙束柱的抗侧刚度及受剪承载力理论计算式。试验、分析及计算结果表明,单调荷载作用下钢板墙束柱试件抗侧性能稳定,层间位移角达到1/50时,加载后期试件承载力不下降,延性性能好;往复荷载作用下钢板墙束柱试件的滞回性能稳定,层间位移角达到1/50时承载力没有降低,滞回曲线平滑、饱满;钢板墙束柱的抗侧刚度及受剪承载力的理论计算结果与试验及有限元分析结果很接近。     

钢支撑-混凝土框排架结构抗震性能试验及有限元分析

以某600MW级火力发电厂主厂房为背景,通过试验和有限元分析研究了钢支撑-钢筋混凝土框排架的抗震性能,同时研究了混凝土柱构造设计的改进对结构抗震性能的影响.以某钢支撑较少的横向框排架为研究单元,以1:10比例设计缩尺模型,通过拟静力低周反复加载试验,观察结构试验现象、破坏机制,并绘制滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等.试验结果表明:结构滞回曲线呈饱满梭形,结构具有良好的抗震性能,结构的耗能能力、阻尼比与延性较高.钢支撑受压弯可屈服,存在P-△效应,在结构由第一道抗震防线转入第二道抗震防线过程中提供了抗侧刚度和抗剪承载力,并具有耗能能力.使用ABAQUS有限元软件建立了实体模型,模拟了结构模型的滞回曲线、骨架曲线以及混凝土损伤状态,与试验结果吻合良好.     

设有接地梁的掉层钢筋混凝土框架抗震性能试验及有限元分析

为研究位于陡坡上的框架结构的抗震性能,进行了1榀比例为1/4的5层3跨设有接地梁的掉层钢筋混凝土框架试件的低周往复加载试验,观察试件的裂缝开展过程和破坏形态,分析接地梁对试件滞回性能、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标的影响。利用有限元软件OpenSees对试验框架进行了低周往复荷载作用下的模拟分析,得到的滞回曲线与试验滞回曲线总体吻合良好,验证了有限元分析模型的有效性和准确性。在此基础上,进一步对框架进行了不同结构布置的拓展分析。试验及有限元分析结果均表明：接地梁显著提高了掉层框架的抗震承载力并改善了其破坏模式,使其坎上部分抗震性能与平地框架相当,掉层部分则损伤轻微;但按常规框架梁设计的接地梁出现了沿构件全长度范围的受拉破坏,建议将其按拉弯构件设计,并适当提高抗震等级。     

Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架的滞回性能试验

为研究Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架结构的抗震性能,通过对2榀1/3缩尺、单层、单跨损伤的混凝土框架采用Y型偏心钢支撑加固后的低周往复加载试验,系统研究Y型偏心支撑加固震损混凝土框架的滞回性能、刚度退化、延性性能、耗能能力及耗能梁段的剪切变形等。结果表明:Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架具有较高的水平承载力和抗侧刚度,并具有较强的耗能能力。随着耗能梁段腹板高度的增加,加固后试件的水平承载力有所提高,但试件的位移延性和耗能等性能略有劣化。     

带框钢支撑加固含有薄弱层的RC框架抗震性能研究

为研究含有薄弱层的RC框架的抗震加固方法,采用带框钢支撑对薄弱层进行加固并进行拟静力试验研究。以某抗震承载力不足的既有3层框架结构为原型,设计和制作试验模型。采用3点混合控制加载,观察试验现象,得到楼层剪力与层间位移的滞回曲线,比较模型各层的初始刚度和刚度退化情况。研究结果表明:采用带框钢支撑对薄弱层进行加固后,薄弱层的初始刚度和承载力均有较大幅度的提高,模型各层均表现出一定的塑性变形和耗能能力。试验模型的破坏模式表明:带框钢支撑会对框架梁产生附加剪力,造成框架梁剪切破坏,在后续研究中需要注意支撑布置对结构破坏模式的影响。     

高强钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

通过4榀1∶2比例的高强钢筋混凝土框架低周反复加载试验,研究试验框架的破坏机制、破坏过程、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化和耗能等抗震性能,并对不同强度钢筋(500MPa和400MPa)、不同轴压比、不同截面尺寸的框架抗震性能进行对比分析,对骨架曲线进行了理论模拟,给出性能状态界限的建议值。研究表明,500MPa框架滞回曲线饱满呈梭形,有良好的耗能能力;破坏过程与400MPa钢筋框架的破坏过程相同,破坏机制仍为"强柱弱梁";最大承载力高于400MPa框架,耗能能力略高于400MPa框架,延性系数低于400MPa框架。试验和理论的骨架曲线基本一致。轴压比变化(0.15~0.3)对屈服后的骨架曲线和延性系数略有影响。加大截面尺寸大,可提高最大承载力、刚度和耗能能力。采用位移角限值标定500MPa钢筋混凝土框架的抗震性能状态是合理的,可用于抗震性能化设计。     

内填Y形钢支撑加固多层钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为了研究内填Y形钢支撑多层RC框架结构的抗震性能,进行了3榀2层单跨1/2缩尺试件的低周反复荷载试验。分析试件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。研究结果表明：应用Y形钢支撑加固RC框架合理可行,Y形钢支撑承担了大部分水平荷载,梁柱连接节点破坏程度较轻;耗能段与混凝土梁的连接构造合理,没有发生破坏;Y形钢支撑破坏,导致结构失效;加载初期,试件荷载 侧向位移比滞回曲线具有一定程度的捏缩,耗能段屈服后,试件滞回曲线相对饱满;试件2层的荷载-层间位移比滞回曲线比1层饱满,2层的侧向变形程度比1层大;楼板的存在增加了框架梁的刚度,减少了梁上的裂缝数量;节点构造对结构抗侧刚度影响较小,对变形能力影响较大;加固震损后的结构,应该考虑结构刚度退化程度。在试验的基础上提出了内填Y形钢支撑的设计方法。     

现浇与预制装配式混凝土框架节点抗震性能试验

为研究预制装配式混凝土框架结构连接节点的抗震性能,探讨其与现浇混凝土框架结构节点之间的性能差异,设计并制作了2组预制装配式混凝土框架节点试件和1组现浇混凝土框架节点试件,通过试验研究试件的滞回特性、承载能力、位移延性、强度退化和耗能能力等抗震性能及其破坏特征。结果表明:通过合理的设计,预制装配式混凝土框架节点的滞回耗能性能与现浇混凝土框架节点相当,其承载力和初始刚度基本等同于现浇混凝土结构节点,但其承载力退化速度快于现浇混凝土框架节点,屈服后预制构件累积损伤程度较现浇构件严重;预制装配式混凝土框架节点在轴压比较大时,节点破坏较为严重,耗能更多。     

预应力组合梁框架抗震性能研究

本文对预应力组合梁框架的抗震性能进行试验研究与滞回分析。基于预应力组合梁框架的低周反复荷载试验,对其破坏形态、破坏机制、位移延性、耗能能力、刚度退化、变形恢复能力等抗震性能进行了较为系统的研究。研究表明预应力组合梁框架具有优良的抗震性能。编制了预应力组合梁框架滞回分析程序,探索了预应力组合梁框架理论分析的新途径。     

角部连接钢框架-玻璃纤维增强无机板组合墙体抗震性能试验研究

为研究角部连接钢框架 玻璃纤维增强无机板组合墙体的抗震性能,考察人字形斜撑和玻璃纤维增强无机板对钢框架 组合墙体的影响,设计2榀足尺的双层双跨钢框架和2榀足尺的双层双跨组合墙体进行拟静力试验。观察不同形式钢框架和组合墙体在低周往复荷载下的破坏过程及破坏形态,得到了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、累积耗能、关键部位应变、延性系数等性能指标,对比分析人字形斜撑和玻璃纤维增强无机板对钢框架 组合墙体耗能性能、延性、承载力的影响。试验结果表明：组合墙体抗侧承载力高,刚度大,而变形能力与耗能能力较差;人字形斜撑能有效提高钢框架承载力、延性及耗能能力,但在组合墙体中人字形斜撑作用不明显,且圆钢管人字形斜撑易发生平面外失稳,建议设计时采用平面外刚度大于平面内刚度的H型钢;玻璃纤维增强无机板可以较大程度提高钢框架的抗侧承载力,由于玻璃纤维增强无机板过早开裂破坏,导致其延性降低,刚度退化速度加快,耗能能力变弱。基于已有的侧移刚度公式,对其进行参数修正并给出组合墙体侧移刚度简化计算式,理论值与试验初始抗侧刚度吻合较好,可为后续研究提供理论基础。     

Intermediate HSS bracing members during seismic excitations: modeling,design, and behavior

Concentric hollow structural section (HSS) bracing members are used frequently in steel framed structural systems to resist seismic excitations. Finite element modeling of the HSS braces that utilizes the true stress-strain curves produces hysteresis responses that are reasonable matches to the experimental response. True stress-strain curves are obtained from coupon tests or stub-column tests while utilizing an exponential function or strain hardening rule with a trial and error procedure to obtain the hysteresis behavior. In the current study, the true stress-strain curves are directly obtained from tests on stub-columns extracted from the full scale HSS bracing members away from the mid-length plastic hinge after cyclic testing. Two experimental tests (Shaback 2001 and Haddad 2004) were used to validate the model. Results indicate that the stress-strain curves for these braces are not unique. A refined damage accumulation model for ultra-low-cycle fatigue is implemented to predict fracture of the brace tests. The refined damage model is then used in the finite element modeling to predict fracture of braces in a chevron braced frame of an eight-storey building subjected to selected ground motions analyzed using OpenSees program. Results indicate that all braces could sustain the selected earthquake records without fracture.     

Mechanical behavior research on multi-planar steel tubular joints with inner plate

通过对内置加强板的空间DKYY型圆钢管相贯节点的足尺试验和有限元模拟,分析节点应力和变形的发展过程。结果表明：节点在1.3倍设计荷载作用下保持弹性工作状态,具有较高的安全度,可以满足设计承载力需求,有限元分析较好地模拟了加载试验过程,有效弥补了节点试验测点较少的不足,可用于节点受力性能的全面评估。另外,选取较小的主管径厚比和内置加劲板可提高其径向刚度,确保节点破坏时主管处于弹性工作状态;支管加劲板对支管的弹性刚度没有影响,对其承载能力的影响不大,但可以减小支管的径向变形,局部改变支管的应力分布。该节点的构造设计是合理的,其在设计荷载作用下的受力是安全的。     

Use of steel bracing in reinforced concrete frames

In this paper the use of steel bracing in concrete-framed structures is investigated. The investigation is carried out through a series of tests conducted on a number of model frames. The object of the tests was to determine the degree of effectiveness of different diagonal bracing arrangements to increase the in-plane shear strength of the concrete frame and to observe the relative behaviour of tension and compression braces. The important question of the proper connections between the steel braces and the concrete frame is also considered. The test results indicate a considerable increase in the in-plane strength of the frame due to steel bracing. As an overall conclusion it is noted that, with proper connection between the brace and the frame, the steel bracing could be a viable alternative or supplement to shear walls in concrete framed buildings in seismic areas.     

高层装配式斜支撑钢框架结构设计研究

针对远大S30工程的高层装配式斜支撑钢框架结构体系,分别采用振型分解反应谱法和线性时程分析法对整体结构进行有限元分析,得到了结构在多遇地震作用下的内力和位移响应。进行了结构整体的弹性设计,总结了该结构体系的设计方法。按规范对柱与柱座法兰连接的承载力进行了计算,并通过有限元分析和试验研究进行了节点强度和刚度的分析与验证。对梁柱节点进行了试验,研究其刚度变化规律,提出了采用弹簧单元在整体结构中建立节点简化分析模型的方法。研究结果表明：该体系中轻型钢楼梯对整体刚度的影响可以忽略,计算时可不建模分析;结构抗震性能满足现行规范要求,结构侧向变形曲线介于框架结构和剪力墙结构变形曲线之间;斜支撑降低了节点区的应力,增大了结构体系刚度,起到了减小柱计算长度、增强梁柱节点和柱与柱座连接的作用;柱与柱座法兰连接设计既满足设计强度要求,又实现了柱的刚性连接,保证了柱承载力和刚度的连续性。     

内嵌CCA板填充墙对钢框架结构受力性能的影响

为了研究蒸压无石棉纤维素纤维水泥板(CCA板)填充墙对钢框架结构受力性能的影响,对纯框架和带CCA板填充墙钢框架进行了低周往复加载试验,并利用有限元软件ABAQUS进行了模拟分析。根据试验及有限元模拟结果对带CCA板填充墙钢框架的承载能力、抗侧刚度和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明:在低周往复荷载作用下,CCA板填充墙提高了钢框架结构的承载能力、抗侧刚度;CCA板填充墙参与了钢框架结构的滞回耗能,带CCA板填充墙钢框架的累积耗能能力明显优于纯框架;与纯框架相比,带CCA板填充墙钢框架的初始刚度有所提高;当位移角达到某一限值时,CCA板填充墙的损坏会引起钢框架结构的刚度发生突变,钢框架结构非弹性设计不应考虑CCA板填充墙对钢框架结构刚度的提高作用;所得结论可为带CCA板填充墙钢框架的工程应用提供参考。     

带支撑胶合木框架抗震性能试验研究

针对胶合木框架侧向位移不易满足抗震要求这一问题,研究了增设人字形胶合木支撑和铝合金屈曲约束支撑的带支撑胶合木框架的抗震性能。对纯胶合木梁柱框架和3个增设支撑胶合木框架进行了低周反复加载试验,分析了4个胶合木框架试件的水平承载力、耗能能力、刚度退化、转角变形和木支撑应变。结果表明：增设人字形木支撑和铝合金屈曲约束支撑均可以显著提高胶合木框架的承载力、耗能能力和刚度;支撑端部连接形式对胶合木框架的抗震性能有一定影响;增设支撑的3个胶合木框架试件均在支撑或支撑连接处发生破坏,胶合木框架主体并未发生明显损伤,两类支撑均很好地起到了第一道抗震防线的作用,保证了主体框架的安全。胶合木框架数值模拟和木支撑截面尺寸参数分析结果表明,经柱截面尺寸修正后的有限元模型针对框架抗侧刚度和承载力具有较好的预测精度。     

钢框架作为柱间支撑在门式刚架结构中的应用

因使用功能的需要,轻钢厂房内常常出现不允许设置柱间支撑的情况。研究利用由钢柱、钢梁组成的钢框架在平面内具有刚度较大、不易变形的特点,在局部适当跨间设置钢框架作为柱间支撑来代替普通柱间支撑使用,为结构单元提供必须的纵向刚度。选取几种常用的支撑体系进行受力分析、对比,论证钢框架支撑在轻钢结构厂房中使用的适用性、合理性、经济性,为类似工程提供参考。     

梁柱螺栓连接节点刚度对装配式斜支撑钢框架结构受力性能影响研究

采用ANSYS有限元分析软件,对单榀单层纯钢框架、斜支撑钢框架和30层装配式斜支撑钢框架整体结构进行分析,结果表明,梁柱螺栓连接节点刚度对纯框架的构件内力、构件承载力、侧向位移、楼层刚度、自振特性、构件损伤率、极限荷载、结构破坏模式等影响较大,应按照节点实际连接刚度计算;对斜支撑框架的受力性能影响较小,可以按照节点刚性连接进行计算;对30层整体结构的影响与无斜支撑梁柱螺栓连接节点占总节点的比率有关,当比率小于4.2%且梁柱节点转动刚度达到3×10⁴kN•m•rad^-1以上时,可以按照节点刚性连接假定进行结构整体设计分析,无需修正。当不满足上述要求时,提出了先将梁柱螺栓连接节点简化为刚性连接计算,再对结构位移、周期、构件承载力等进行修正的简化分析方法。文中研究结果可为该结构体系的设计提供参考。     

Experimental and numerical investigation of brace configuration effects on steel structures

The study is concerned with the experimental and numerical investigations of brace configurations on steel buildings in terms of dynamic characteristics. A three-storey steel building model with 1/2 scale of a real building, which was constructed at the laboratory of Civil Engineering Department of Karadeniz Technical University, was selected for investigations. A series of ambient vibration tests were conducted on the building model for bare frame and braced cases. Four different brace types were applied to the model: cross type, Λ type, V type and K type. The natural frequencies and their associated mode shapes and modal damping ratios were identified for each different case in the frequency domain by the Frequency Domain Decomposition method. Also, finite element models for these cases were developed to simulate dynamic behavior. The effect of brace configurations was evaluated by comparing the braced dynamic characteristics with those of the bare case. Also, the experimental and numerical dynamic characteristics were compared with each other, the differences between results were revealed by considering experimental results as exact. The study showed that the stiffness of steel buildings can be increased by applying brace elements considerably and the effects of braces vary depending on brace configuration. The cross type bracing produced the highest stiffness both experimentally and numerically. From the finite element analysis, it was observed that the numerical results were bigger than the experimental results in all cases; therefore the initial finite element models need to be updated.