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外伸端板SMA螺栓连接自复位钢框架去柱抗倒塌性能分析

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建筑科学 2020年第3期36卷 25-32页

作者：刘文渊冷捷陈力南京理工大学泰州科技学院江苏泰州225300 陆军工程大学爆炸冲击与防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007 东南大学土木工程学院江苏南京211810

为明晰外伸端板形状记忆金属(Shape memory alloy,简称SMA)螺栓梁柱连接自复位钢框架去柱后结构的抗倒塌性能,采用ANSYS软件建立了梁、实体混合单元模型。在验证有限元模型合理的基础上,进行外伸端板SMA螺栓、高强度螺栓柱连接去柱子结... 详细信息

为明晰外伸端板形状记忆金属(Shape memory alloy,简称SMA)螺栓梁柱连接自复位钢框架去柱后结构的抗倒塌性能,采用ANSYS软件建立了梁、实体混合单元模型。在验证有限元模型合理的基础上,进行外伸端板SMA螺栓、高强度螺栓柱连接去柱子结构竖向加载分析,并对比两类试件的受力性能及复位效果。研究表明:两类试件应力(应变)分布相似,且应力集中在外伸端板上侧及梁翼缘与端板连接处;中柱竖向力-位移曲线呈三段式分布,SMA螺栓连接试件加载后期悬链作用显著,且竖向承载力高于高强度螺栓连接试件;SMA螺栓连接可有效减小结构残余变形,降低结构的修复难度,提高修复的经济性。

关键词：形状记忆金属外伸端板连接自复位钢框架悬链作用抗倒塌性能

装配式自复位钢框架梁柱节点低周往复试验的数值模拟

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钢结构 2017年第8期32卷 7-14页

作者：张艳霞刘安然张贺昕刘学春黄威振北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044 北京建筑大学北京未来城市设计高精尖创新中心北京100044 北京工业大学北京市高层和大跨度预应力钢结构工程技术研究中心北京100124

采用ABAQUS有限元分析软件,对4个装配式自复位钢框架梁柱节点在低周往复荷载作用下的试验进行数值模拟分析,并将分析结果与试验结果及理论计算结果相对比。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好,丰富了研究成果,获得对节点受力性能... 详细信息

采用ABAQUS有限元分析软件,对4个装配式自复位钢框架梁柱节点在低周往复荷载作用下的试验进行数值模拟分析,并将分析结果与试验结果及理论计算结果相对比。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好,丰富了研究成果,获得对节点受力性能更准确、更全面的认识。同时梁柱节点开口处弯矩-转角的理论模型得到了验证,为进一步对节点的性能化设计及整体结构进行分析和设计奠定了基础。

关键词：装配式自复位钢框架梁柱节点低周往复试验数值模拟

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双梁自复位钢框架的滞回性能试验与分析

双梁自复位钢框架的滞回性能试验与分析

作者：郭从明东南大学

学位级别：硕士

自复位抗弯钢框架(SC-MRF)能够克服抗弯钢框架震后残余变形较大的缺点,具有较大的启动前刚度和良好的启动后延性和耗能能力,还可以避免梁柱节点的现场焊接,得到了广泛的研究和应用。但传统SC-MRF存在梁伸长效应导致楼板受拉易开裂等问题... 详细信息

自复位抗弯钢框架(SC-MRF)能够克服抗弯钢框架震后残余变形较大的缺点,具有较大的启动前刚度和良好的启动后延性和耗能能力,还可以避免梁柱节点的现场焊接,得到了广泛的研究和应用。但传统SC-MRF存在梁伸长效应导致楼板受拉易开裂等问题,在现场张拉预应力筋也增加了施工复杂性。本文对SC-MRF的构造进行改进,提出了一种能够改善上述缺点的双梁型自复位抗弯钢框架(SC-CBF),针对SC-CBF的滞回性能开展了一系列研究,主要的研究内容和结论如下:(1)分析了SC-CBF的工作机理及其在侧向力作用下的力学性能。双梁与柱销接可避免梁伸长效应,摩擦耗能器利用双梁内部相对位移耗能,摩擦耗能器、预应力自复位系统和框架梁可在工厂实现一体化预制,双梁与柱子的连接可用传统装配工艺完成。根据虚功原理、叠加原理和受力平衡方程推导了SC-CBF的抗侧刚度和临界荷载公式,建立了SC-CBF的滞回曲线理论模型并给出了模型中各参数的计算式。(2)研究了SC-CBF梁柱节点中销轴连接的刚度与强度特性。开展了销轴连接单向拉伸试验,研究了其荷载位移曲线规律;推导了销轴连接的初期刚度公式,并通过精细有限元分析校核了公式的准确性;总结了中国钢标、美国钢规和欧洲钢规关于销轴连接的设计方法异同点,在此基础上给出了刚度折减系数的取值建议:对于按中国钢标设计的销轴连接,可用该系数对初期刚度进行折减得到销轴连接在正常使用时的割线刚度。销轴连接用于对刚度敏感的结构中时应进行刚度验算。(3)开展了SC-CBF在不同设计参数工况下的拟静力试验。设计制作了一榀单层单跨SC-CBF,考虑了不同初始预拉力和耗能摩擦力的6个试验工况,试验结果表明:合理设计初始预拉力和耗能摩擦力的大小可使得SC-CBF同时具备较强的耗能能力和自复位能力;推导的SC-CBF理论滞回模型与试验曲线吻合较好,该模型能准确反映SC-CBF的启动力和抗侧刚度等宏观力学性能。(4)开展了单层单跨SC-CBF的有限元模拟与参数化分析。采用三维精细模型分析了SC-CBF中构件的应力分布情况;采用二维简化模型对SC-CBF进行了参数化分析。有限元分析结果表明:在SC-CBF的层间位移角达3%时各构件仍能保持弹性,销轴连接的耳板、梁端截面和端板等处是应力较大的区域。梁柱高度比h/H、梁长与柱高比L/H、预应力筋截面积A、销轴连接刚度k、初始预拉力F和耗能摩擦力F这6个设计参数对第一刚度k、启动力F、第二刚度k等滞回性能指标的影响较大。第二章的刚度公式和启动力公式准确性较高,在误差允许时可用于代替有限元计算。(5)对SC-CBF滞回性能指标进行了灵敏度分析与响应面拟合。采用ANSYS程序的PDS模块对SC-CBF主要滞回性能指标进行了灵敏度分析,通过回归分析拟合了各滞回性能指标与相关设计参数的近似函数关系式。概率分析结果表明:k受L、h和k的影响程度较大,F受h、F和F的影响程度较大,k受L、A和h的影响程度较大;当设计参数的取值在随机输入变量取值范围内时可用近似函数代替有限元计算求解k、F和k的值。

关键词：自复位钢框架双梁摩擦耗能滞回性能试验

单层单跨自复位钢框架抗震性能试验及分析研究

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单层单跨自复位钢框架抗震性能试验及分析研究

作者：洪基豪重庆大学

学位级别：硕士

传统建筑结构在大震下破坏严重,导致建筑丧失使用功能,给社会生产及人民生活带来巨大影响。为尽快实现建筑功能的恢复,可恢复功能抗震结构成为近年来国内外地震工程领域的研究热点之一。而自复位结构具有减小地震作用和结构构件损伤、... 详细信息

传统建筑结构在大震下破坏严重,导致建筑丧失使用功能,给社会生产及人民生活带来巨大影响。为尽快实现建筑功能的恢复,可恢复功能抗震结构成为近年来国内外地震工程领域的研究热点之一。而自复位结构具有减小地震作用和结构构件损伤、消除或减小震后残余变形、快速恢复结构的抗震性能等优点,有良好的发展与运用前景。本文在总结前人研究成果基础上,提出一种自复位工字钢梁,建立其力学分析模型,推导梁端弯矩承载力计算公式;并设计制作一种可更换耗能元件,进行单轴拉压往复试验,考察了耗能元件的受力机理;在此基础上,对4组柱脚为铰接的自复位钢框架及1组柱脚为固接的自复位钢框架进行低周往复试验,从滞回曲线、骨架曲线、耗能元件、预应力钢绞线及锚固板处开口等方面进行研究分析;最后,运用有限元软件Open SEES对自复位钢框架进行了模拟分析。得到主要结论如下:1)研究设计的可更换耗能元件具有稳定良好的耗能能力及变形能力,在自复位钢框架低周往复试验中表现良好,并易于更换;2)铰接自复位钢框架的滞回曲线表现出明显的“旗帜形”,捏缩现象明显,试验后仅耗能元件产生轴向屈服变形,钢梁及钢柱截面保持弹性,达到预期破坏模式。更换耗能元件,结构立刻恢复其抗震性能;3)SC参数越大,自复位能力越好,残余位移越小。在试验过程中,SC参数有减小趋势,结构的残余位移随结构的水平位移增大而增大;4)在整个试验过程中,预应力钢绞线均保持弹性,耗能元件屈服但未拉断,骨架曲线未出现下降段,结构承载力及延性均较高;5)有限元模拟结果在滞回曲线、耗能元件轴向变形、预应力钢绞线拉力及锚固板处开口等方面与试验结果吻合,验证了有限元模型的有效性。

关键词：自复位钢框架耗能元件试验研究抗震性能模拟分析

带缝钢板剪力墙-自复位钢框架抗震性能研究及性能化抗震设计

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带缝钢板剪力墙-自复位钢框架抗震性能研究及性能化抗震设计

作者：俞顺吉东南大学

学位级别：硕士

带缝钢板剪力墙以面内弯曲变形为主,具有较高的延性,其抗侧刚度和极限承载力可通过变化开缝参数而实现相对独立地调节,经合理设计可实现屈曲前屈服,使耗能能力显著;另外,墙板只需要通过连接件在上下端与框架梁连接,不会增加框架柱的稳... 详细信息

带缝钢板剪力墙以面内弯曲变形为主,具有较高的延性,其抗侧刚度和极限承载力可通过变化开缝参数而实现相对独立地调节,经合理设计可实现屈曲前屈服,使耗能能力显著;另外,墙板只需要通过连接件在上下端与框架梁连接,不会增加框架柱的稳定负担,在抗震设计具有很大的灵活性。因此,利用带缝钢板剪力墙作为耗能元件的自复位结构体系具有较强的研究意义。本文将具备良好延性、抗侧能力及耗能性能的带缝钢板剪力墙与具有复位性能的自复钢框架有机地结合了起来。聚焦于带缝钢板剪力墙优于其他类型墙板的特性,并在对带缝钢板剪力墙构件积累了一定的试验研究及数值模拟成果的基础上,深入展开了对带缝钢板剪力墙-自复位钢框架的理论分析及抗震性能研究,并提出了一种基于性能的抗震设计方法。首先,本文分别对带缝钢板剪力墙、自复位钢框架结构展开了理论分析。针对带缝钢板剪力墙,详细阐述了其塑性承载力、抗侧刚度及弹性屈曲性能,分析了传统计算公式的误差所在,并介绍了经过改进的各项公式;针对自复位钢框架,着重分析了其抗侧刚度、滞回特性及自复位梁柱节点转角-位移关系。最后,本文将两者有机地结合起来,阐述了结构的滞回特性,并提出带缝钢板剪力墙-自复位钢框架结构抗侧刚度计算公式。其次,本文对带缝钢板剪力墙-自复位钢框架结构的数值模拟方法进行了探索,提出了一种高效且节约计算成本的自复位钢框架建模方法,并将数值模拟结果与试验及理论计算结果进行了对比,验证了本文所采用的有限元建模方法的可靠性,为带缝钢板剪力墙-自复位钢框架结构展开抗震性能分析提供可靠的数值模拟依据。再次,本文从带缝钢板剪力墙及自复位钢框架相关几何参数入手,分析了各项参数对整体结构承载力、耗能性能、复位性能、延性等的影响。选取的三个带缝钢板剪力墙相关参数包括:开缝层数、高厚比、开缝参数b/h。选取的四个自复位钢框架相关几何参数包括:跨高比、预应力钢绞线面积、初始预拉应力大小及框架梁高。进一步总结归纳了各项参数对结构整体抗震性能的影响规律,为该结构在日后投入到工程实际应用提供了建议与参考。最后,本文对基于性能的抗震理论进行了系统地分析,介绍了性能化抗震设计理论的特点及设计方法。并在对性能化抗震理论充分理解的基础上,针对带缝钢板剪力墙-自复位钢框架结构提出了直接基于位移法的设计方法,给出了详细的性能设计目标及性能化设计流程,并通过一个设计案例对该设计方法进行了全过程演算,验证了本文提出的性能化设计方法的可行性和有效性。

关键词：带缝钢板剪力墙自复位钢框架抗震性能性能化抗震设计

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蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架性能研究

工程建设与设计 2018年第5期 43-44,47页

作者：张建新四川建筑职业技术学院四川德阳618000

蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架结构作为一种新型的结构体系,融合了蝴蝶形钢板延性耗能以及自复位钢框架复位性能。为明确该框架结构的性能,需采用有限元软件进行模拟分析。论文对研究目的进行概述,对有限元软件的选择及建立进行分析,... 详细信息

蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架结构作为一种新型的结构体系,融合了蝴蝶形钢板延性耗能以及自复位钢框架复位性能。为明确该框架结构的性能,需采用有限元软件进行模拟分析。论文对研究目的进行概述,对有限元软件的选择及建立进行分析,总结了该框架性能影响因素及变化规律,供相关人员参考。

关键词：蝴蝶形钢板剪力墙自复位钢框架 Pushover分析

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T型钢自复位节点钢框架抗震性能研究

T型钢自复位节点钢框架抗震性能研究

作者：韩枫河北建筑工程学院

学位级别：硕士

钢结构作为绿色建筑中具有代表性的一种建筑形式,被广泛应用。钢结构最为重要的是其梁柱节点的设计,梁柱节点可通过刚度较大的焊接连接、刚度较小的螺栓连接以及介于二者之间的半刚性连接。本文主要根据现有文献,将通过螺栓连接的半刚... 详细信息

钢结构作为绿色建筑中具有代表性的一种建筑形式,被广泛应用。钢结构最为重要的是其梁柱节点的设计,梁柱节点可通过刚度较大的焊接连接、刚度较小的螺栓连接以及介于二者之间的半刚性连接。本文主要根据现有文献,将通过螺栓连接的半刚性节点进行改进,同时也是对目前现有的自复位节点的一种改进,现有自复位节点大多数是采用角钢耗能,本文将预应力筋应用于T型钢半刚性节点中,即将现有的角钢耗能自复位节点中的角钢替换为耗能性能更好的T型钢。使节点具有自复位能力的同时,具有更强的耗能性能,保证节点的延性。首先设计一标准节点,根据此标准节点改变节点参数,设置13个节点变参数模型,变参数分为四个系列分别为:CM(connect mode)系列试件、BP(bolt parameters)系列试件、TS(T steel)系列试件、PR(prestressed reinforcement)系列试件。对13个不同参数模型分别进行数值模拟,对比模拟结果,探求不同参数对于T型钢自复位节点性能的影响。结果表明:不带有预应力筋的半刚性节点不具有自复位性能,自复位节点能够满足震后梁柱不发生塑性变形,且震后修复比传统焊接框架更为容易。螺栓等级与(一定范围内的)预应力筋的长短对自复位节点的影响较小;而螺栓个数、T型钢和预应力筋的相关参数会对自复位节点的性能带来较大影响。最后运用有限元软件中的连接单元法,建立自复位钢框架,并将节点性能代入框架中,对比自复位钢框架与焊接钢框架在不同地震波作用下的反应,并对自复位节点的不同布置进行研究。研究结果表明:自复位钢框架震后具有更小的层间残余位移,且震后梁柱均处于弹性状态,能够达到自复位钢框架的设计理念。通过对自复位钢框架中自复位节点的位置布置研究,得出结论:将自复位节点只在边柱布置的钢框架自复位性能要优于只在中柱布置的钢框架。且各自复位节点均能满足“大震可修、易修”的设计初衷。

关键词： T型钢自复位节点 T型钢预应力筋自复位钢框架有限元模拟

蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架结构体系性能研究

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四川建筑科学研究 2016年第6期42卷 98-103页

作者：纪瑞李启才朱昱苏州科技学院江苏省结构工程重点实验室江苏苏州215011

蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架结构作为一种新型结构体系,结合了蝴蝶形钢板延性耗能和自复位钢框架复位能力的优势。通过ANSYS有限元软件分别对蝴蝶形钢板、自复位钢框架以及二者组合而成的结构体系进行了模拟分析,得到系列试件的能力... 详细信息

蝴蝶形钢板剪力墙-自复位钢框架结构作为一种新型结构体系,结合了蝴蝶形钢板延性耗能和自复位钢框架复位能力的优势。通过ANSYS有限元软件分别对蝴蝶形钢板、自复位钢框架以及二者组合而成的结构体系进行了模拟分析,得到系列试件的能力曲线和滞回曲线。根据能力曲线计算找出显著屈服点,评估不同参数下结构刚度变化与承载能力之间的联系;根据滞回曲线计算得到的能量耗散系数和残余层间侧移角评估整体结构的耗能能力和复位能力。分析结果表明:在钢板的单推过程中,蝴蝶形钢板剪力墙显示出了卓越的延性性能,有利于吸收和耗散地震能量;设计时要控制开缝参数b/t,确保蝴蝶形钢板的稳定性,使蝴蝶形钢板的强度得以充分发挥;增加蝴蝶形钢板厚度t以及减少开缝排数m会增强整个结构的耗能能力,使得滞回曲线更加饱满;整个结构体系的承载能力并不是内填钢板和外围框架承载能力的简单叠加,而是要乘以一个折减系数,折减系数初步分析为0.18。本文的模拟研究结果可作为后续试验研究的依据。

关键词：自复位钢框架蝴蝶形钢板剪力墙延性残余层间侧移角滞回曲线能量耗散系数

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內填蝴蝶板的自复位钢框架结构抗震性能研究

工程抗震与加固改造 2017年第1期39卷 71-77,70页

作者：纪瑞李启才苏州科技学院江苏省结构工程重点实验室江苏苏州215011

內填蝴蝶形钢板剪力墙的自复位钢框架结构作为一种新型结构体系,将蝴蝶形钢板耗能能力出众及延性好的优点和自复位框架复位能力的优势相结合。为深入研究该结构,本文采用有限元软件ANSYS,分别对不同厚度以及不同蝴蝶杆高宽比的两组试件... 详细信息

內填蝴蝶形钢板剪力墙的自复位钢框架结构作为一种新型结构体系,将蝴蝶形钢板耗能能力出众及延性好的优点和自复位框架复位能力的优势相结合。为深入研究该结构,本文采用有限元软件ANSYS,分别对不同厚度以及不同蝴蝶杆高宽比的两组试件模型进行模拟,整理出滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线及能量耗散系数对比图。随后,围绕着结构的强度、刚度、延性以及复位性能展开参数分析。本文还给出了回复刚度的理论与模拟的对比结果,验证了模拟方式的可靠性。分析结果表明:內填钢板厚度的增加,会增强整体结构的耗能能力和承载能力,但是复位效果会变差;蝴蝶杆高宽比的增加,会降低整体结构的耗能能力和承载能力,延性性能也略有下降,但是结构的复位性能却得以改善;回复刚度的模拟值和计算值吻合较好,可以在设计中予以使用;钢板剪力墙—自复位钢框架结构的性能是由钢板厚度、蝴蝶杆高宽比等因素共同影响的结果,在设计过程中应给予综合考虑。

关键词：自复位钢框架内填蝴蝶形钢板剪力墙延性滞回曲线能量耗散系数