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本文介绍了一种新型装配式钢管混凝土桁架柱框架结构体系的骨架曲线计算方法,该结构体系由新型钢管混凝土桁架柱、H型钢梁、保温墙板和楼板通过栓接组成,具有全预制和装配化的特点,施工效率高且稳定性强.已完成的试验研究和有限元模拟研究表明钢管混凝土桁架柱布置灵活且施工效率高,且桁架柱的设计显著提升了异形柱的抗侧刚度及抗震性能.本文进一步提出了该新型钢管混凝土桁架柱骨架曲线的双折线简化模型,并详细推导了屈服点和峰值点的荷载和位移计算方法.在屈服点的计算中,考虑了腹杆的屈服顺序和内力分布.在峰值点的计算中则结合了外框架的弹塑性变形分析与腹杆的抗剪承载力分析.通过对单跨两层桁架柱框架模型的简化分析,验证了理论模型的准确性.结果显示,理论计算值与试验数据吻合良好,这表明基于现有的计算方法和设计规范能够实现对新型装配式钢管混凝土桁架柱框架的承载力的灵活计算,本研究为装配式钢管混凝土桁架柱框架结构的设计与应用提供了重要的理论依据.
钢管混凝土桁架柱装配式框架体系骨架曲线双折线简化模型计算方法力法位移法
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在极罕遇地震作用下,结构水平位移急剧增大,对阻尼装置的能量耗散能力与可调阻尼性能提出更高要求.传统摩擦阻尼器通常依赖预紧螺栓施加恒定预紧力,其摩擦力难以随地震强度自适应变化,限制了其在强震中的应用.为克服这一局限,提出一种无预紧力变摩擦惯容器(non-preload variable friction inerter,NVFI),理论分析与拟静力试验已证实该装置具备无需预紧力、阻尼力自适应调节的优越性能.基于ABAQUS平台开发NVFI的用户单元,并构建VUEL-NVFI数值模型,通过与MATLAB数值解在简谐和地震荷载下的对比,验证所开发单元在模拟其特有的"蝴蝶形"滞回特性时具有高精度与稳定性;将该VUEL单元应用于10层钢筋混凝土框架三维模型,系统分析其在多级地震下的减震机理.结果表明:随着地震动强度的增强,NVFI的变摩擦机制能够随装置变形幅值的增加而提高耗能能力;在极罕遇地震作用下,该体系仍能有效控制层间位移,最大减震率达56.05%,显著提升了结构的抗震性能;开发的VUEL单元为NVFI的工程化分析提供了可靠工具,其自适应减震机理在极罕遇地震作用下的结构抗倒塌设计中具有显著实用价值和应用前景.
变摩擦惯容器无预紧力惯容效应二次开发抗震性能
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为探究近场水平地震动下饱和软黏土区域地铁车站结构的动力响应特性,针对饱和高岭土层中两个不同刚度的矩形地铁车站结构开展了一系列常重力振动台模型试验.试验结果表明,饱和软黏土地基对近场地震动产生了一定的放大效应,地震动放大效应在地基表面最为明显,且随地震强度的增加而逐渐减弱;饱和软黏土在强震作用下超孔隙水压增长幅度较小,也因此不易发生地震液化.同一地震动条件下混凝土车站中柱弯矩大于光敏树脂车站中柱,而光敏树脂车站结构中柱弯矩随地震动强度的增长速率更快,说明刚度较弱的车站结构对地震动强度的变化更为敏感.此外,车站结构中柱两端及侧墙与顶板交接处的弯矩以及拉伸应变较大,表明这些位置为地铁车站的易损位置;当承受地震动强度范围为 0.03 g 到 0.48 g 的 Loma Prieta 波时,混凝土车站结构中柱下端平均峰值应变比侧墙下端和中柱上端分别高 23.04%和 55.86%,表明中柱下端为最危险位置;当地震动强度超过 0.24 g 时,刚度较小的光敏树脂车站的层间位移比基本超过了规范允许限值,表明软黏土中柔性车站结构更易发生地震破坏.研究成果可为软黏土地区地铁车站结构的抗震设计及性能评估提供一定的参考价值.
饱和软土地铁车站常重力振动台试验最大弯矩水平近场地震动
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针对装配式钢-混凝土组合结构节点的抗震韧性问题,提出一种基于榫式插接的新型装配式钢筋混凝土柱-钢梁组合节点(PRCSJs).对3个PRCSJs边节点试件进行拟静力试验,以轴压比和后浇混凝土强度为参数变量,研究不同参数对PRCSJs承载能力、延性、耗能能力及性能退化的影响,并对节点进行刚性评估.结果表明:PRCSJs的破坏模式为梁端连接破坏,满足"强柱弱梁"抗震设计准则;PRCSJs的滞回曲线呈饱满梭形,具有明确的弹性、弹塑性及破坏受力 3阶段;PRCSJs的平均延性系数在2.76～4.88之间,等效黏滞阻尼系数在0.28～0.31之间,展现出良好的延性和耗能;后浇超高性能混凝土能有效提升PRCSJs的承载能力,增强节点整体变形性能,降低后浇区混凝土的裂缝开裂;轴压比在0.15～0.3范围内时,增大轴压比能有效提高初始刚度,但会显著降低节点延性和刚度退化性能;PRCSJs在有侧移时为半刚性节点和部分强度节点.
预制装配式组合节点轴压比超高性能混凝土刚性评估
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梳理了国内外核电厂结构抗震与隔震技术研究进展,总结了我国当前核电工程应用实践中面临的主要问题及技术瓶颈,并提出了重点研究方向与改进建议.结果表明:①在抗震技术方面,核电厂建设存在地震动输入设计偏保守、土-结构相互作用分析中非线性处理简单化以及相关设计标准与工程实践衔接不足等问题.需构建针对具体厂址条件的精细化抗震分析框架,考虑关键参数的不确定性,提高分析模型的可追溯和结果的可复核能力,推动桩基础、复合地基及地基加固体系在设计优化与工程验证方面的研究.②在隔震技术方面,在核电项目中满足高等级安全需求的工程化应用经验仍显不足,未来研究需着重关注竖向以及三维隔震技术的发展.针对核电隔震装置的特殊服役环境,还需深入开展隔震材料在辐照、温度变化、老化及疲劳等复杂环境中的性能与长期耐久性研究,应结合原型试验、足尺试验以及混合仿真等手段,建立可复核、可审查的设计验证流程,为隔震技术的广泛工程应用提供科学依据和技术支持.
核电厂非基岩厂址抗震设计隔震设计
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为研究钢框架-密肋网格复合钢板剪力墙结构的抗震性能,文章通过低周反复加载试验分析了单跨双层试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数和刚度性能.结果表明:随着顶点位移的增加,剪力墙结构水平荷载先降后升再降;层间位移46.89 mm时,二层剪力相较于一层提升了25%.当加载级为4时,结构整体刚度为 16.74 kN/mm,试件一层、二层刚度分别比整体刚度低了 27%、31%.总之,钢框架-密肋网格复合钢板剪力墙结构具有良好的抗震性能,具有广阔的应用前景.
钢板剪力墙低周往复加载抗震性能能量耗散系数刚度
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为开发轻质高效防屈曲的新型钢板剪力墙体系,本文基于传统非加劲钢板剪力墙结构提出了一种对角斜置双层CFRP波纹板-薄钢板剪力墙结构.其采用CFRP波纹板作为核心层,并在核心层外增设CFRP波纹板覆盖层.为了提出该结构的基于抗震性能的优化设计方案,本文首先开展了传统非加劲结构与对角斜置双层CFRP波纹板加固结构的拟静力试验.随后,利用经试验结果验证可靠性的有限元模型,通过分析波纹数量(满铺/对角铺贴)、波纹板层数及波纹高度三个关键参数的影响,提出最终优化设计方案.研究表明,对角斜置双层CFRP波纹板加固可使非加劲薄钢板剪力墙的峰值承载力提高10.96%,位移延性系数提高13.03%,累积耗能增加 15.74%,初始刚度提高 17.32%,最大面外变形降低 63.24%.基于参数分析结果,满铺斜置双层CFRP波纹板结构较平铺形式抗震性能更优,并推荐采用波纹高宽比为0.26的优化方案.
薄钢板剪力墙碳纤维增强复合材料对角斜置双层CFRP波纹板拟静力试验抗震性能
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为探究北方地区海洋环境下冬季冻融循环与夏季老化作用对铅芯橡胶支座性能的影响规律,对支座所用橡胶材料进行了海水冻融循环和热氧老化试验.通过统计调查等方法,详细研究并确定了冻融循环和老化试验方案.在试验过程中,定期取出部分橡胶材料,测试其硬度、定伸应力、断裂拉伸强度和扯断伸长率,探讨橡胶材料的各项力学性能随试验时间的变化规律.结果表明:冻融作用下,试验期内橡胶材料的硬度、定伸应力和扯断伸长率几乎不变,断裂拉伸强度略有下降;老化作用下,橡胶的硬度和定伸应力增加,断裂拉伸强度和扯断伸长率显著减小.在结构寿命期内冻融循环作用对支座橡胶材料性能的影响不大,而老化作用是主要影响因素.研究成果可为支座全寿命性能预测和跨海隔震桥梁的全寿命抗震性能评估和维护提供依据.
冻融循环热氧老化橡胶材料力学性能橡胶劣化
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为解决钢结构仿古建筑梁-柱节点在地震作用下易出现应力集中和焊缝断裂、震后修复困难等问题,提出一种在"雀替"构件位置附设黏滞阻尼器的梁-柱节点加固形式.设计并制作了 6 个1∶2.6缩尺节点试件,包含 2 个未加固对比节点和 4 个附设黏滞阻尼器的加固节点.通过动力加载试验与有限元分析,研究了各节点的破坏模式、滞回性能、试件耗能和阻尼器耗能等抗震性能指标.结果表明:双梁-柱节点具有更高的承载力和耗能能力;设置黏滞阻尼器可有效改善破坏形态,避免焊缝早期开裂,显著提升节点整体耗能性能.基于 ABAQUS 软件建立的有限元模型与试验结果吻合良好,Slot 与 Axial 单元可有效模拟双梁与黏滞阻尼器的动力响应.参数分析表明:黏滞阻尼器的阻尼系数与安装方式对节点性能影响显著.在本研究范围内,较大阻尼系数及合理的阻尼器布置形式有助于提高节点承载力与耗能能力.
钢结构仿古建筑梁-柱节点黏滞阻尼器动力荷载有限元分析抗震性能
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低黏结高强钢棒混凝土柱在大变形阶段具有正刚度和低残余变形的自复位特征,但震后能否经简单修复恢复功能尚缺乏试验验证.以 5 个经历拟静力试验的震损高强钢棒自复位混凝土圆柱为对象,分别采用灌浆料置换、螺栓连接钢套管和粘贴碳纤维布 3 种方法进行加固修复,并开展第2 次拟静力试验,获取修复柱的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标.在此基础上,以水平承载力修复率和残余变形修复率为评价指标,基于熵权法构建了功能修复率的综合评价方法.结果表明:3 种方法修复后试验柱的功能修复率均超过84%,施工时间控制在12 小时以内,验证了震损自复位柱经快速修复即可恢复结构功能;不同修复方法的性能差异源于约束建立机理的不同——灌浆料置换修复主要恢复截面材料强度,对延性和耗能改善有限;CFRP 依赖混凝土膨胀触发被动约束,在大变形阶段约束效应增强,对残余变形的控制更优,综合修复率最高,钢套管通过螺栓预紧形成主动约束,前期峰值承载力提升显著;在相同参数条件下,功能修复率评价结果表明,粘贴碳纤维布加固方式的功能修复率高于灌浆料置换和钢套管加固.
震损自复位钢筋混凝土圆柱加固修复抗震性能高强钢棒
