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碟簧装置恢复力模型及其在自复位RC剪力墙中的应用

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工程力学 2021年第9期38卷 100-109页

作者：陈曦徐龙河肖水晶北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

为了准确模拟碟簧装置和自复位RC剪力墙的力学性能,对碟簧装置的工作原理和力学特性进行了分析,提出并开发了碟簧装置恢复力模型,通过试验验证了恢复力模型的准确性。在低周往复荷载作用下,对内置碟簧装置的自复位RC剪力墙的滞回性能进... 详细信息

为了准确模拟碟簧装置和自复位RC剪力墙的力学性能,对碟簧装置的工作原理和力学特性进行了分析,提出并开发了碟簧装置恢复力模型,通过试验验证了恢复力模型的准确性。在低周往复荷载作用下,对内置碟簧装置的自复位RC剪力墙的滞回性能进行数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:应用碟簧装置恢复力模型的数值模型可有效模拟自复位RC剪力墙的滞回特性、自复位性能及耗能能力。自复位RC剪力墙的承载力随碟簧预压力、附加摩擦力及碟簧装置刚度的增大而增大;耗能能力随附加摩擦力的增大而增大;残余位移随附加摩擦力的增大而增大,随碟簧预压力和碟簧装置刚度的增大而减小。

关键词：自复位RC剪力墙碟簧装置恢复力模型滞回性能试验验证

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新型装配式混凝土框架节点抗震性能试验研究

土木工程学报 2023年第2期56卷 23-33页

作者：邢国华王志萌秦拥军黄娇范玺长安大学陕西西安710061 新疆大学新疆乌鲁木齐830047 中建西部建设新疆有限公司新疆乌鲁木齐830000

为了改善装配式混凝土框架结构的抗震性能,实现装配式结构震后具有一定的可修复功能,通过在梁端塑性铰区纵向钢筋上串联碟簧装置为节点提供恢复力并保护塑性铰区混凝土,提出一种基于全灌浆套筒连接的新型装配式混凝土框架节点。设计并... 详细信息

为了改善装配式混凝土框架结构的抗震性能,实现装配式结构震后具有一定的可修复功能,通过在梁端塑性铰区纵向钢筋上串联碟簧装置为节点提供恢复力并保护塑性铰区混凝土,提出一种基于全灌浆套筒连接的新型装配式混凝土框架节点。设计并制作钢筋混凝土现浇节点试件、采用全灌浆套筒连接的装配式混凝土框架节点试件和内置碟簧装置的新型装配式混凝土节点试件各1件,通过低周往复试验分析节点试件的破坏过程、滞回特性、耗能能力等抗震性能,并采用数字图像相关法(Digital Image Correlation,DIC)对框架节点的破坏特征进行分析。试验结果表明:新型装配式混凝土节点的耗能和抗震性能优于普通灌浆套筒连接的装配式混凝土框架节点;碟簧装置在新型装配式节点加载过程发挥了类似阻尼器的作用,将节点核心区的一部分损伤转移到梁端内置碟簧区域,具有集中损伤的特性;DIC技术能够预测和记录试件在加载过程中的裂缝开展和破坏过程,可精细化分析试件破坏特征,适用于钢筋混凝土结构的裂缝分析和损伤监测。

关键词：装配式混凝土框架碟簧装置灌浆套筒抗震性能数字图像相关法

采用碟簧的新型装配式混凝土框架节点抗震性能研究

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采用碟簧的新型装配式混凝土框架节点抗震性能研究

作者：范生杰长安大学

学位级别：硕士

目前,我国正大力推动建筑工业化和绿色建筑变革。装配式钢筋混凝土建筑以其施工周期短、产品质量高、能源损耗少、环境污染小等优势成为现代建筑产业可持续发展的必然选择。然而,与现浇混凝土结构相比,装配式混凝土结构装配连接部位的... 详细信息

目前,我国正大力推动建筑工业化和绿色建筑变革。装配式钢筋混凝土建筑以其施工周期短、产品质量高、能源损耗少、环境污染小等优势成为现代建筑产业可持续发展的必然选择。然而,与现浇混凝土结构相比,装配式混凝土结构装配连接部位的可靠性对结构的抗震性能有较大影响,这在一定程度上制约了装配式混凝土结构的发展和应用。基于此,本文对国内外常用的装配式框架结构连接方式进行了系统研究,通过在梁端塑性铰区纵向钢筋上串联碟簧装置为节点提供恢复力并保护塑性铰区混凝土,提出了一种基于全灌浆套筒连接的新型装配式混凝土框架节点形式,通过低周往复试验和数值模拟相结合的方式探讨节点试件的破坏过程、滞回特性和耗能能力等抗震性能。主要工作内容如下:(1)设计并制作了钢筋混凝土现浇节点试件、采用灌浆套筒连接的普通装配式混凝土框架节点试件和内置碟簧装置的新型装配式混凝土节点试件各1件,详细介绍了各节点试件构造和制作过程,并对其进行了低周往复荷载试验,分析了三个节点试件的破坏形态、滞回特性、刚度退化、耗能能力及变形能力等抗震性能指标。试验结果表明,新型装配式节点达到了“等同现浇”的效果,碟簧在地震荷载作用下发挥了作用,延缓了节点核心区破坏。因此,内置碟簧装置的新型装配式混凝土节点具备良好的抗震性能。(2)基于有限元软件ABAQUS,开展了三个节点试件的数值模拟分析,合理地考虑灌浆套筒、碟簧装置、钢筋和混凝土之间的相互作用,建立了各节点试件对应的有限元模型。将模型计算结果与试验结果进行对比分析,验证模型的正确性与可靠性。分析结果表明,三个节点的数值分析结果与试验结果基本一致,所使用的模拟方法能够较好地反映框架节点的受力特性和抗震性能。(3)基于ABAQUS已建立的新型装配式混凝土节点模型,对框架节点进行优化分析,改善节点的破坏模式。探究不同轴压比和在梁柱节点核心区使用一定长度的形状记忆合金对新型节点抗震性能的影响。

关键词：梁柱节点装配式框架结构碟簧装置灌浆套筒抗震性能

内置碟簧自复位联肢剪力墙参数设计与滞回性能研究

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工程力学 2018年第10期35卷 144-151,161页

作者：徐龙河肖水晶卢啸北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

为了减小结构的震后残余变形,有效地避免墙肢破坏,该文提出并设计了一种内置碟簧装置的自复位联肢剪力墙(SC-CSW)。SC-CSW主要通过碟簧装置中的摩擦耗散地震能量,碟簧提供恢复力。建立了预压小于摩擦的SC-CSW1、预压大于摩擦的SC-CSW2... 详细信息

为了减小结构的震后残余变形,有效地避免墙肢破坏,该文提出并设计了一种内置碟簧装置的自复位联肢剪力墙(SC-CSW)。SC-CSW主要通过碟簧装置中的摩擦耗散地震能量,碟簧提供恢复力。建立了预压小于摩擦的SC-CSW1、预压大于摩擦的SC-CSW2及普通联肢剪力墙的有限元模型,对比分析了三者的承载能力、变形能力、耗能能力和自复位能力,结果表明:加载位移达到弹塑性层间位移限值时,SC-CSW1的累积耗能比普通联肢剪力墙降低28.03%,但其延性比普通联肢剪力墙提高至少2.94倍,能更好的满足大震下的位移需求;SC-CSW2的累积耗能比SC-CSW1降低15.83%,但其承载力提高,且最大残余位移比仅为0.09%,基本消除了残余变形,能满足结构功能可恢复的需求。

关键词：自复位联肢剪力墙碟簧装置设计方法变形能力耗能能力自复位能力

内置碟簧自复位钢筋混凝土剪力墙拟静力试验及损伤分析

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建筑结构学报 2021年第7期42卷 56-64页

作者：徐龙河陈曦肖水晶北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

为了减小钢筋混凝土剪力墙在地震后的损伤和残余变形,提出了内置碟簧自复位钢筋混凝土剪力墙(self-centering RC shear wall with disc spring devices, SCSW-DSD),通过在墙脚两侧安装碟簧装置为墙体提供恢复力并保护墙脚处混凝土。对1... 详细信息

为了减小钢筋混凝土剪力墙在地震后的损伤和残余变形,提出了内置碟簧自复位钢筋混凝土剪力墙(self-centering RC shear wall with disc spring devices, SCSW-DSD),通过在墙脚两侧安装碟簧装置为墙体提供恢复力并保护墙脚处混凝土。对1片SCSW-DSD和1片普通混凝土剪力墙进行了拟静力加载试验,对比分析了两者的滞回性能、水平刚度退化、残余位移及损伤演化过程。结果表明:相比普通混凝土剪力墙,SCSW-DSD的水平荷载-位移曲线无下降段,承载力略降低,但SCSW-DSD最大加载位移角达到了3%,最大加载位移提高了44.4%,具有较好的变形能力;在相同加载位移下,SCSW-DSD的残余位移均较普通混凝土剪力墙的小,最大残余位移角减小约65.8%,具有良好的自复位性能;SCSW-DSD裂缝发展较慢且数量较少,其约束边缘纵筋应变小于0.007,水平分布钢筋应变小于0.001,均较普通混凝土剪力墙的小,表明SCSW-DSD损伤程度较小。

关键词：自复位剪力墙碟簧装置拟静力试验滞回性能残余位移损伤演化

内置碟簧自复位混凝土剪力墙基于性能的截面设计方法

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工程力学 2020年第4期37卷 70-77,86页

作者：徐龙河肖水晶北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

内置碟簧自复位混凝土剪力墙主要由墙体及墙脚两侧的碟簧装置组成,碟簧装置具有较高的抗压能力,卸载后能恢复到变形前的状态,为墙体提供恢复力,减小结构的震后残余变形。为了较好地设计内置碟簧自复位混凝土剪力墙,该文提出基于性能的... 详细信息

内置碟簧自复位混凝土剪力墙主要由墙体及墙脚两侧的碟簧装置组成,碟簧装置具有较高的抗压能力,卸载后能恢复到变形前的状态,为墙体提供恢复力,减小结构的震后残余变形。为了较好地设计内置碟簧自复位混凝土剪力墙,该文提出基于性能的截面设计方法。定义了四水准下结构的性能目标和损伤状态,直接基于第三水准下的位移目标设计剪力墙截面尺寸,碟簧装置几何尺寸、承载能力和变形能力。根据自复位剪力墙截面的受力分析,推导其承载力理论计算公式,并对设计的内置碟簧自复位混凝土剪力墙进行弹塑性分析。结果表明,按该方法设计的自复位剪力墙具有较好的复位能力,墙体的损伤也得到有效控制,在位移角分别为0.5%和1%时,残余位移角仅分别为0.012%和0.022%,损伤指标分别为0.12和0.21,符合基于性能的设计目标。推导的理论计算公式能很好地评估剪力墙的承载能力,计算结果与有限元模拟结果吻合较好。

关键词：自复位混凝土剪力墙碟簧装置残余变形截面设计方法承载能力弹塑性分析

自复位RC剪力墙结构地震损伤与复位性能研究

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自复位RC剪力墙结构地震损伤与复位性能研究

作者：陈曦北京交通大学

学位级别：硕士

针对钢筋混凝土(RC)框架-剪力墙结构在地震后损伤严重和残余变形较大的问题,本文提出将带有碟簧装置的自复位RC剪力墙应用于框架-剪力墙结构,通过在剪力墙两侧墙脚安装碟簧装置为墙体提供恢复力并保护墙脚处混凝土免于损伤。对自复位RC... 详细信息

针对钢筋混凝土(RC)框架-剪力墙结构在地震后损伤严重和残余变形较大的问题,本文提出将带有碟簧装置的自复位RC剪力墙应用于框架-剪力墙结构,通过在剪力墙两侧墙脚安装碟簧装置为墙体提供恢复力并保护墙脚处混凝土免于损伤。对自复位RC剪力墙试件进行了低周往复加载试验,研究其滞回特性和损伤演化过程。提出并开发了一种可准确描述碟簧装置滞回性能的恢复力模型,并通过数值模拟研究了碟簧装置不同参数对自复位RC剪力墙性能的影响规律。对RC框架-自复位剪力墙结构进行非线性动力时程分析,研究其在小震、中震和大震下的损伤特性和复位性能。主要研究内容和成果如下:(1)介绍了自复位RC剪力墙的构造和工作原理,并对1片自复位RC剪力墙试件和1片普通RC剪力墙试件进行了低周往复加载试验,对比分析了两者的滞回性能、耗能能力、水平刚度退化、残余位移及损伤演化过程。结果表明:相比普通RC剪力墙,加载位移角达到3%时自复位RC剪力墙的骨架曲线仍未下降,承载力略降低,但最大加载位移提高了44.4%,最终累积耗能提高了61.9%,具有较好的变形性能和耗能能力;在相同加载位移下,自复位RC剪力墙的残余位移均小于普通RC剪力墙,最大残余位移角减小约65.8%,具有良好的自复位性能;自复位RC剪力墙裂缝发展较慢且数量较少,其约束边缘纵筋和水平分布钢筋应变均小于普通RC剪力墙,表明自复位RC剪力墙损伤程度较小。(2)为了准确模拟碟簧装置和自复位RC剪力墙的力学性能,对碟簧装置的工作原理和力学特性进行了分析,提出并开发了碟簧装置恢复力模型,通过试验验证了恢复力模型的准确性。在低周往复荷载作用下,对内置碟簧装置的自复位RC剪力墙的滞回性能进行数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:应用碟簧装置恢复力模型的数值模型可有效模拟自复位RC剪力墙的滞回特性、自复位性能及耗能能力,除加载初期个别加载幅值下误差较大,其余各加载级承载力及滞回耗能误差均小于10%。自复位RC剪力墙的承载力随碟簧预压力、附加摩擦力及碟簧装置刚度的增大而增大;耗能能力随附加摩擦力的增大而增大;残余位移随附加摩擦力的增大而增大,随碟簧预压力和碟簧装置刚度的增大而减小。(3)设计并建立了1个原型结构及2个碟簧装置布置位置及数量不同的RC框架-自复位剪力墙结构,通过数值模拟对其在小震、中震和大震下的动力响应及损伤进行对比分析。结果表明:在中震和大震下RC框架-自复位剪力墙结构的层间位移角、位移响应及层加速度响应均得到了有效的控制。碟簧装置在大震下表现出稳定的耗能能力和自复位性能,使2个自复位结构最大残余位移角相比原型结构分别减小47.2%和36.7%。RC框架-自复位剪力墙结构墙肢震后的损伤程度和范围相比原型结构明显减小,增加碟簧装置布置层数可增大对结构位移响应、层加速度响应和墙体损伤的控制。

关键词：自复位RC剪力墙 RC框架-自复位剪力墙结构碟簧装置低周往复加载试验恢复力模型复位性能地震损伤