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损伤可控摇摆墙滞回性能分析

东南大学学报（自然科学版） 2018年第2期48卷 288-293页

作者：崔浩然吴刚冯德成张简许嘉辉东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京210096

提出了一种布置于结构内部,由摇摆体、角部单元、连接梁、可更换剪切阻尼器、预应力筋等组成的损伤可控摇摆墙.将摇摆体简化为刚体,角部单元简化为弹性体,分析推导了损伤可控摇摆墙在往复荷载作用下的几何特性和滞回性能.通过参数化分析... 详细信息

提出了一种布置于结构内部,由摇摆体、角部单元、连接梁、可更换剪切阻尼器、预应力筋等组成的损伤可控摇摆墙.将摇摆体简化为刚体,角部单元简化为弹性体,分析推导了损伤可控摇摆墙在往复荷载作用下的几何特性和滞回性能.通过参数化分析,研究预应力筋锚固位置、角部材料、剪切阻尼器等对损伤可控摇摆墙滞回性能的影响.结果表明:将预应力筋锚固于上下连接梁并施加较大初始预应力,可提高损伤可控摇摆墙的自复位性能;角部材料弹性模量的提高会增大损伤可控摇摆墙抗侧刚度,减小支撑点应力集中;阻尼器刚度和屈服力的提高可增大损伤可控摇摆墙的耗能能力.

关键词：损伤可控摇摆墙自复位可更换角部单元

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损伤可控型钢框架边节点的试验研究

工程力学 2018年第A01期35卷 107-112页

作者：丁杰邹昀蔡鑫李天祺郑黎君赵桃干江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214122

该文提出一种损伤可控型钢框架节点(DCSF节点)。在梁端腹板上设置连接钢板,通过高强摩擦螺栓将梁、柱拼接在一起,并在梁内布置预应力筋来提供节点的复位能力。在小震作用下,通过高强螺栓来提供节点的初始刚度和抗弯承载力;在中震作用下... 详细信息

该文提出一种损伤可控型钢框架节点(DCSF节点)。在梁端腹板上设置连接钢板,通过高强摩擦螺栓将梁、柱拼接在一起,并在梁内布置预应力筋来提供节点的复位能力。在小震作用下,通过高强螺栓来提供节点的初始刚度和抗弯承载力;在中震作用下,通过螺栓杆在螺栓孔壁内的滑移来改善节点的耗能,以此避免梁、柱主体构件受到损伤。共设计完成了4个足尺试件的低周往复加载试验,分别考虑了连接钢板的不同接触表面、预应力筋的初张拉值以及高强螺栓预紧力对该类节点的初始刚度、损伤特征、滞回性能和自复位能力的影响。研究结果表明:高强螺栓在螺栓孔内的滑移为节点提供了良好的耗能能力;预应力筋能够减少结构的残余变形,提供节点的自复位能力;当层间位移角达2.4%时,主体构件未发现明显损伤,螺栓杆与孔壁发生挤压破坏,更换连接钢板后,节点的承载力和耗能能力基本不变,DCSF节点具有良好的抗震性能;节点的连接无需现场施焊,施工方便、快捷,可在地震区推广应用。

关键词：损伤可控钢框架节点试验研究摩擦耗能螺栓自复位性能

损伤可控耗能梁柱节点抗震性能分析与试验研究

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损伤可控耗能梁柱节点抗震性能分析与试验研究

作者：郑琳北京交通大学

学位级别：硕士

框架结构中,节点处连接多个构件,其构造和受力较为复杂,节点破坏极易引起结构的倒塌,因此保证其具有良好的抗震性能十分重要。现有节点存在塑性发展不可控和耗能能力差等问题,为提高节点的抗震性能,新型框架梁柱节点得到广泛研究。本文... 详细信息

框架结构中,节点处连接多个构件,其构造和受力较为复杂,节点破坏极易引起结构的倒塌,因此保证其具有良好的抗震性能十分重要。现有节点存在塑性发展不可控和耗能能力差等问题,为提高节点的抗震性能,新型框架梁柱节点得到广泛研究。本文提出一种损伤可控耗能(Damage Controllable Energy Dissipation,简称DCED)梁柱节点,在预定区域设置低屈服点型钢,并通过螺栓将其与两侧预埋型钢相连接,使预定区域较早进入塑性,耗散地震能量,并且震后可进行更换,实现节点塑性发展可控、震后可修复的目的。对DCED节点进行了低周往复荷载试验,结合有限元模拟对该节点的承载能力、破坏模式、耗能能力以及强度和刚度退化等抗震性能进行研究,并对影响DCED节点性能的参数进行分析。主要研究内容如下:(1)基于“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、刚度等效及塑性可控的设计要求,提出DCED节点的构造设计方案。建立DCED节点的有限元模型,通过数值模拟,验证节点构造形式的合理性并分析其在低周往复荷载作用下的抗震性能,结果表明,低屈服点连接型钢发生屈服时,混凝土与钢筋仍处于弹性状态。与现浇节点相比,DCED节点的正向与负向的承载力分别提高了41.13%和14.51%,DCED节点的累计耗能是现浇节点的2.03倍。两种节点的初始刚度基本一致,加载后期,刚度退化不明显。(2)进行了缩尺1/2的DCED节点和现浇节点的低周往复荷载试验,研究了DCED节点的破坏模式、强度和刚度退化及耗能能力,并与现浇节点作对比。试验结果表明:现浇节点核心区混凝土大面积剥落,节点核心区破坏严重,但DCED节点混凝土柱和节点核心区未发生破坏,其破坏仅发生在型钢与混凝土交界面处和加载端。相同加载位移下,现浇节点核心区钢筋屈服时,DCED节点核心区内钢筋仍处于弹性状态,说明DCED节点的构造形式可以保护节点核心区及梁柱主体构件。在初始阶段两种节点有相近的刚度,能够满足刚度等效的设计要求,两种节点的正向和负向加载的强度和刚度退化系数变化趋势一致,但DCED节点的整体强度和刚度退化系数更小。DCED节点的耗能能力更强,位移加载到30mm时,DCED节点的累计耗能为现浇节点的1.86倍,等效粘滞阻尼系数为现浇节点的2.14倍。(3)建立试验的DCED节点和现浇节点的有限元模型,分析其在低周往复荷载下的抗震性能,并与试验结果对比。有限元模拟得出的滞回曲线与试验结果较为接近,承载力相对误差较小,符合度较高,表明有限元数值模拟能够准确的预测两种节点的滞回特性。在此基础上,研究DCED节点连接型钢位置、连接型钢长度和强度对节点的承载力、耗能能力、节点核心区混凝土损伤等抗震性能的影响规律。结果表明:DCED节点的承载力和耗能能力受连接型钢的位置和长度影响小。在一定范围内,正向加载的初始刚度随着连接型钢长度的增加而增大,但连接型钢过长会使初始刚度降低,连接型钢强度越低,承载力越小,刚度退化越快。连接型钢位置对节点核心区上部混凝土损伤无显著影响,但节点核心区下部混凝土的损伤随着连接型钢位置的增大而加剧。随着连接型钢长度的增加,节点核心区上部混凝土损伤加剧,但下部混凝土的损伤不受其影响。

关键词：梁柱节点损伤可控低周往复荷载试验低屈服点连接型钢抗震性能

含防屈曲角钢的损伤可控钢框架梁节点抗震性能与设计方法

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含防屈曲角钢的损伤可控钢框架梁节点抗震性能与设计方法

作者：邹宇远华南理工大学

学位级别：硕士

中大震作用下,基于延性设计的传统钢框架梁柱节点往往在梁柱主体结构形成严重的塑性损伤,震后难以修复。基于损伤可控和塑性铰外移的思路设计的可更换节点能够有效解决上述问题,节点在震后更换耗能组件即可恢复正常使用功能,契合推动装... 详细信息

中大震作用下,基于延性设计的传统钢框架梁柱节点往往在梁柱主体结构形成严重的塑性损伤,震后难以修复。基于损伤可控和塑性铰外移的思路设计的可更换节点能够有效解决上述问题,节点在震后更换耗能组件即可恢复正常使用功能,契合推动装配式结构发展和建设韧性城市的理念,具有较高的研究价值。本文提出了一种含防屈曲角钢的损伤可控钢框架梁节点,梁在距柱壁一定距离处切开形成断口,断口两侧梁段上翼缘通过抗剪连接件连接,下翼缘通过两根防屈曲角钢耗能组件连接,与建筑使用功能协调;节点传力机制明确,具有稳定的承载和耗能能力,能够实现损伤控制,震后可恢复性良好。本文采用理论分析、试验和有限元研究结合的方法,研究含防屈曲角钢的损伤可控钢框架梁节点的抗震性能与设计方法,主要研究内容及结论如下:(1)在第二章中,提出含防屈曲角钢的损伤可控钢框架梁节点构造,分析了节点的传力机制和工作原理;针对课题组前期发现的抗剪连接件与楼板存在较强约束效应的问题,提出了对抗剪连接件进行无粘结处理的措施;建立了节点的断口弯矩-转角本构,推导了节点层间位移角、断口转角、防屈曲角钢轴向变形之间的关系;基于损伤控制、弹性阶段等刚度、强度保证的原则,提出了节点的两阶段抗震设计方法。(2)在第三章中,以有/无楼板、抗剪连接件处理方式、断口屈服弯矩作为变化参数,设计了4个足尺损伤可控节点,包括1个纯钢节点和3个带楼板节点。对4个节点进行了低周往复加载试验和低周疲劳试验,并对3个带楼板节点更换防屈曲角钢后进行二次加载。分析了节点的失效模式、损伤情况、承载耗能和楼板效应,节点实现等刚不等强,梁柱主体保持弹性,损伤集中在防屈曲角钢上;经无粘结处理的节点楼板开裂明显减小,楼板效应得到有效缓解;带楼板节点更换耗能单元后,性能恢复至对应纯钢节点水平,震后可恢复性良好。(3)在第四章中,开展了损伤可控节点的有限元参数分析。在验证建模有效性的基础上,首先对节点进行了构造优化;基于优化的节点,在第二章理论分析的基础上,以梁高、断口位置、防屈曲角钢屈服段长度、节点抗侧刚度比作为变化参数,分析了各参数对等刚度设计防屈曲角钢面积需求的影响;有限元结果表明节点均实现了弹性阶段等刚度和损伤控制,断口弯矩-转角关系、节点变形关系与理论预测吻合良好,说明理论公式具有良好的普适性,验证了损伤可控节点的设计方法。

关键词：钢框架功能可恢复损伤可控抗震性能防屈曲角钢

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基于损伤可控的梁柱节点受力性能的试验研究

建筑钢结构进展 2018年第1期20卷 32-38页

作者：蔡鑫邹昀郑黎君李天祺丁杰赵桃干张祖雪江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214122

提出一种基于损伤可控的梁柱节点(Web-Connected and Prestressed节点,简称WCP节点)。通过在梁端腹板设置连接钢板、摩擦耗能螺栓以及预应力筋,将梁柱连接在一起。为了研究该类节点的滞回性能、自复位能力和损伤特征,设计、制作并完成了... 详细信息

提出一种基于损伤可控的梁柱节点(Web-Connected and Prestressed节点,简称WCP节点)。通过在梁端腹板设置连接钢板、摩擦耗能螺栓以及预应力筋,将梁柱连接在一起。为了研究该类节点的滞回性能、自复位能力和损伤特征,设计、制作并完成了4个足尺节点试件的低周往复试验,分别考虑了预应力筋的初始张拉力、高强度螺栓的预紧力以及拼接板的表面处理方式对节点性能的影响。试验结果表明:该类节点的破坏主要集中在拼接部分;节点通过螺栓的滑移变形提供了较好的耗能能力;预应力筋能够增强节点的刚度,降低节点的残余变形,提供一定的自复位能力,且预应力筋的初张拉力越大,节点的复位性能越明显;高强度螺栓预紧力越大,节点的承载力越大,耗能性能越好;采用普通表面处理的试件比采用喷砂处理的试件承载力大,耗能性能好。

关键词：梁柱节点损伤可控残余变形自复位性能连接钢板摩擦耗能螺栓

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损伤可控型钢框架边节点的试验研究

损伤可控型钢框架边节点的试验研究

含防屈曲消能-复位单元的损伤可控钢框架节点抗震性能与设计方法

第26届全国结构工程学术会议

作者：蔡鑫邹昀郑黎君李天祺丁杰赵桃干康金鑫江南大学环境与土木工程学院

本文提出一种损伤可控型钢框架节点（DCSF节点）。在梁端腹板上设置连接钢板,通过高强摩擦螺栓将梁、柱拼接在一起,并在梁内布置预应力筋提供节点的复位能力。小震作用下高强螺栓提供节点的初始刚度和抗弯承载力,中震作用下利用螺栓杆... 详细信息

本文提出一种损伤可控型钢框架节点（DCSF节点）。在梁端腹板上设置连接钢板,通过高强摩擦螺栓将梁、柱拼接在一起,并在梁内布置预应力筋提供节点的复位能力。小震作用下高强螺栓提供节点的初始刚度和抗弯承载力,中震作用下利用螺栓杆在螺栓孔壁内的滑移改善节点的耗能,保护梁、柱主体构件免于损伤。为了研究该类节点的初始刚度、损伤特征、滞回性能和自复位能力,共设计完成了4个足尺试件的低周往复加载试验,分别考虑了连接钢板的不同接触表面、预应力筋的初张拉值以及高强螺栓预紧力的影响。试验研究发现:高强螺栓在螺栓孔内的滑动为节点提供了良好的耗能能力;预应力筋能够减少结构的残余变形提供节点的自复位能力;当层间位移角达2.4%时构件未发现明显损伤,其损伤主要集中在螺栓杆与孔壁的挤压破坏,更换连接钢板后节点的承载力和耗能能力基本不变。研究结果表明,DCSF节点具有良好的抗震性能,节点连接无需现场焊接,施工方便、快捷,可在地震区推广应用。

关键词：损伤可控钢框架节点试验研究摩擦耗能螺栓自复位性能

来源： cnki会议评论

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含防屈曲消能-复位单元的损伤可控钢框架节点抗震性能与设计方法

作者：陈熙隆华南理工大学

学位级别：硕士

钢结构建筑具有轻质高强、抗震性能良好、绿色环保等优点。但基于大震不倒的钢结构传统抗震设计以主体结构发生损伤为代价,导致结构在大震后产生塑性变形而难以修复。因此,研发在震后能快速恢复功能的抗震钢结构体系已成为地震工程领域... 详细信息

钢结构建筑具有轻质高强、抗震性能良好、绿色环保等优点。但基于大震不倒的钢结构传统抗震设计以主体结构发生损伤为代价,导致结构在大震后产生塑性变形而难以修复。因此,研发在震后能快速恢复功能的抗震钢结构体系已成为地震工程领域的热点。基于可更换构件的损伤可控思路是解决上述问题的有效途径,但现有解决方法普遍存在节点抗剪不足、楼板效应显著等共性问题。为此,本文提出一种含防屈曲消能-复位单元的损伤可控钢框架节点,包括中间梁段和悬臂梁段,梁段间通过上翼缘的悬挂单元、腹板处的复位单元和下翼缘的消能单元连接。地震阶段,以悬挂单元为旋转中心,通过消能单元拉压塑性变形耗散地震能量;震后修复阶段,释放消能单元对主体结构的约束,利用复位单元提供弹性恢复力实现节点复位。本文围绕新型节点的力学模型、抗震性能、震后复位能力以及结构体系的抗震性能和震后复位能力开展研究,主要研究内容与结论如下:（1）在第二章中,提出了新型节点的构造与工作原理,根据其预设的工作机制以及等效力学模型提出计算新型节点弹性侧移刚度、拼接截面弯矩-转角关系、节点-单元变形关系、节点层次和框架层次复位准则的理论公式,基于损伤控制提出新型节点的设计方法,为后续全面剖析节点在地震作用下的受力特性和震后复位能力提供理论依据。（2）根据上述理论,在第三章中开展了4个新型梁柱节点拟静力试验研究,考虑有/无复位单元、有/无楼板设置以及不同悬挂连接构造（高强度螺栓连接/焊缝连接）三类参数的影响,对完成首次加载的其中两个节点进行消能单元更换并进行二次加载,考察其震后的功能可恢复性。试验结果表明:新型节点通过合理设计,可实现小震弹性,中大震通过消能单元集中耗散地震能量,在4%层间位移角下主体结构和复位单元保持弹性;震后复位单元可提供弹性恢复力,显著降低节点的震后残余变形,新型节点具备良好的结构功能可恢复性。（3）在第四章中,采用ABAQUS软件开展新型节点力学性能的有限元参数分析。首先以拼接截面位置作为参数变量考虑其对节点抗震性能的影响;其次以梁高、屈服层间位移角、复位弯矩作为参数变量,考虑不同参数条件对节点性能目标的影响。分析结果表明:新型节点布置在传统钢框架梁在竖向荷载作用下的弯矩零点,竖向荷载对节点的抗震性能影响最小。在不同的参数变化下,新型节点均能实现“小震弹性、中大震耗能、损伤转移、功能可修复”等性能目标,相关力学参数的有限元值与理论值吻合良好,证明了理论计算公式的普适性。（4）在第五章中,采用Open Sees软件对4层和8层新型钢框架开展结构模态分析、Pushover分析和动力弹塑性时程分析,并与传统钢框架和纯耗能钢框架（仅设置消能单元）进行对比,在此基础上以新型钢框架的总复位弯矩作为参数变量,通过拟静力加载验证框架层次的复位可行性。分析结果表明:新型钢框架与纯耗能钢框架的抗震性能相似,同时前者相比于传统钢框架,实现了各层的分散耗能,层间变形更为均匀,减小结构薄弱层出现的概率,减轻了柱脚的损伤程度;通过不同复位弯矩的新型钢框架之间对比,验证了框架层次复位的可行性和理论准则的有效性。

关键词：钢框架抗震韧性功能可恢复损伤可控抗震性能

基于损伤可控的防屈曲支撑RC框架结构的子框架梁抗震性能研究

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基于损伤可控的防屈曲支撑RC框架结构的子框架梁抗震性能研究

作者：王柏顺太原理工大学

学位级别：硕士

地震作为一种自然灾害会造成严重的人员伤亡和财产损失,防屈曲支撑（BRB）作为一种耗能支撑已成为建筑结构消能减震的重要手段之一,近年来无论在新建RC框架结构还是既有RC框架结构加固都有越来越广泛的应用。增设防屈曲支撑可以显著减... 详细信息

地震作为一种自然灾害会造成严重的人员伤亡和财产损失,防屈曲支撑（BRB）作为一种耗能支撑已成为建筑结构消能减震的重要手段之一,近年来无论在新建RC框架结构还是既有RC框架结构加固都有越来越广泛的应用。增设防屈曲支撑可以显著减小主体框架结构的地震反应,从而有效避免主体框架结构在大震作用下发生严重破坏或倒塌。当前框架结构设计主要考虑了支撑附加轴力对子框架抗震性能的不利影响,然而在大震作用下,子框架还会承受支撑附加弯矩和节点开合效应的影响,上述附加力复合作用致使子框架实际的受力状态可能与仅考虑附加轴力影响时差别较大,从而导致子框架先于支撑发生破坏。并且,采用传统节点板连接方法时,子框架受力状态比较复杂,导致其损伤难以被准确地预测和控制。因此,本文提出了一种基于损伤可控的RC子框架设计思路,即通过滑移节点板连接方法和子框架梁柱损伤控制方法相结合,并通过3个防屈曲支撑RC梁柱组合件拟静力试验以及相应的数值模拟和参数分析验证该子框架损伤可控设计思路的有效性。本文研究的主要内容及结论如下:（1）在第2章分析传统节点板连接方法时发现子框架梁柱处于复杂的受力状态,在此基础上提出采用滑移节点板连接方法来有效地简化RC子框架梁柱的受力状态;为了有效地控制子框架梁柱损伤,基于节点板与子框架梁柱之间不同相互作用下子框架梁柱的受力状态,分析了节点板相邻梁段内塑性铰外移机理,提出了子框架不同连接构造下将塑性铰外移至节点板端部的设计方法,并提出对预期的塑性铰位置进行箍筋加密或加强措施,确保塑性铰具有足够的延性;在此基础上,采用软化拉-压杆模型及牛腿设计方法对节点板相邻梁柱不连续区域（D区）抗剪承载力进行设计,确保D区具备良好的受力性能。（2）在第3章和第4章中,为了验证提出的子框架损伤可控设计思路的有效性,分别对1个采用传统节点板连接和2个采用滑移节点板连接的足尺比例防屈曲支撑RC梁柱组合件抗震性能进行了拟静力试验。试验结果表明,滑移节点板连接方法能够较好地释放RC梁柱的变形约束,从而有效地简化RC子框架梁的受力状态,并减轻RC子框架梁的破坏程度,有效降低了对子框架梁柱损伤的控制难度;采用传统节点板连接方法和采用滑移节点板连接方法时,改进锚板的抗剪设计和附加转移塑性铰纵筋均能使子框架梁塑性铰有效外移,子框架梁损伤主要集中于节点板外侧梁塑性铰部位;子框架梁D区未发生剪切破坏和弯剪破坏,其损伤程度较轻,表明D区按照软化拉-压杆模型及牛腿设计方法进行抗剪承载力设计是合理的。（3）在第5章中,基于拟静力试验研究结果,采用ABAQUS有限元软件对RC子框架梁抗震性能进行数值模拟和参数分析,考察滑移节点板连接的螺栓预拉力及附加转移塑性铰纵筋配筋率对RC子框架梁受力性能和损伤情况的影响。数值模拟和参数分析结果表明,建立的有限元分析模型能够较好地模拟RC子框架梁的受力性能和损伤情况;螺栓预拉力的大小会显著影响节点板与子框架梁柱之间切向约束的释放程度,对于滑移节点板连接方法,螺栓预拉力取0.3倍的规范规定值较为合理;较大的附加转移塑性铰纵筋配筋率会使节点板相邻梁柱区域表现出一定的整体性,本文采用的附加转移塑性铰纵筋的配筋设计方法是偏于保守的。本文研究成果有助于充分发挥防屈曲支撑对RC框架结构的耗能减震效果,为我国高烈度区耗能减震结构安全性提供更可靠的科学依据和理论保障。

关键词：防屈曲支撑 RC框架结构子框架梁损伤可控滑移节点板连接开合效应

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新型损伤可控的钢结构梁柱节点受力性能研究

河北建筑工程学院学报 2019年第4期37卷 33-37页

作者：闫冲志杨海军魏志鹏王昭越李深师露露耿宇达河北建筑工程学院河北张家口075000

为实现钢结构框架节点地震损伤后可修复,提出一种新型损伤可控的钢结构梁柱节点,利用开孔板、连接板和高强螺栓的塑性变形耗散地震能量,来保护梁、柱主要构件。通过有限元软件ANSYS对6个构件进行数值模拟计算,分析开孔板的厚度、尺寸的... 详细信息

为实现钢结构框架节点地震损伤后可修复,提出一种新型损伤可控的钢结构梁柱节点,利用开孔板、连接板和高强螺栓的塑性变形耗散地震能量,来保护梁、柱主要构件。通过有限元软件ANSYS对6个构件进行数值模拟计算,分析开孔板的厚度、尺寸的不同对节点力学性能的影响,得出节点的应力状态、荷载位移曲线,结果表明:新型节点基于可更换、可修复、损伤可控的思想,节点具有良好的延性,提高了结构的抗震性能和安全可靠度。

关键词：钢结构节点受力性能损伤可控