弧面端承式滑移摩擦柱脚节点滞回性能研究
发布时间：2021-01-11 13:30
钢结构在历次地震中都有较好的表现,因此在高地震风险地区得到越来越多的应用,但在1994年美国的北岭地震和1995年日本的阪神地震中,传统刚性柱脚节点遭到不同程度的破坏,震后修复或拆除,费用十分巨大。因此及时开展抗震损伤控制设计研究,降低地震灾害损失,具有重要科学意义和工程意义。依托国家自然科学基金课题“基于损伤控制的内置连续柱—柱端滑移摩擦节点钢框架结构抗震性能研究[51878522]”,提出一种弧面端承式滑移摩擦柱脚节点,该节点旨在通过弧板之间以及弧板与高强螺栓之间的滑移摩擦耗能代替传统柱脚节点的构件屈服耗能,达到无损耗能的设计目标。本文开展弧面端承式滑移摩擦柱脚节点的滞回性能研究,主要研究内容包括:（1）简要回顾了国内外柱脚节点、滑移摩擦连接的研究和应用现状。（2）阐述了弧面端承式滑移摩擦柱脚节点的工作原理及“凹式”、“凸式”两种设计方案。简要介绍了对该柱脚节点精细化建模的过程。（3）考虑不同轴压比,对“凹式”弧面端承式滑移摩擦柱脚节点的滞回性能进行了系统研究。研究表明:“凹式”节点的M-θ曲线较为凌乱,基本呈平行四边形,各级各次重合度不高,加载过程中旋转中心发生漂移,出现明显的刚...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
试件
武汉科技大学硕士学位论文5a)CBL-3-0.3-1b)CBL-2-0.3-1图1.5试件破坏形态Woo-Young[20]等人对九个试件进行了柱底板强轴连接抗震性能评价。试验结果表明，底板强轴连接的滞回性能受底板厚度、锚栓数量和埋设长度的影响较大，肋板对柱底板连接抗弯性能的影响可以忽略不计。虽然柱底板强轴连接是根据规范进行适当设计的，但在混凝土和地脚螺栓之间没有足够的粘结能力时，连接的抗弯能力可能是不可靠的。我国规范[21]也指出“应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力”，故而有必要对结构底部的柱进行低损伤设计。Karavasilis[22]等人评估了一种钢结构抗震设计方法，该方法将损伤集中在易于更换的钢制耗能装置中，保护主要结构构件不屈服。这种方法可以降低损伤修复成本、保护位移敏感的非结构元件。作者利用OpenSees软件建立了一种钢制耗能装置的模型，并根据最小损伤性能目标，设计了一座具有该耗能装置的原型钢结构建筑。分析结果表明了设计过程的准确性，并证实了在设计地震作用下，建筑物能够立即或快速被重新使用。之后和田章[23]指出结构损伤后无论是修复还是拆除，都将造成极大的资源浪费和社会压力，提出了通过设置辅助耗能元件消耗地震能量以保持主体结构不受损坏的构想。Piluso[24]等人针对无损伤结构的发展，提出了一种具有创新结构细节的新型结构——采用带摩擦阻尼器的梁柱连接和柱脚连接代替传统的耗能结构。通过pushover分析和IDA分析，结果表明这种节点可以控制结构的损伤，但在大地震后仍存在侧向位移。形状记忆合金（SMA）被用作一种耗散结构能量的工具。到目前为止，它们用于柱脚连接的应用较少。Tamai[25]采用形状记忆合金（SMA）杆作为外露式柱脚节点的抗震被动阻尼器。结
武汉科技大学硕士学位论文6来Jamalpour[26]等人提出了一种改进的SMA柱脚连接方式，研究了该连接的宏观和微观行为，并将其应用于MRF中，比较了在不同地震作用下，采用钢或SMAs杆件连接的地震响应。结果表明，采用改进的SMA柱脚连接方式的阻尼器具有良好的抗震性能。经HoseokChi[27]等人研究，后张法（PT）柱脚连接可以消除自定心钢框架柱的结构损伤。该连接采用PT高强度钢筋提供夹紧力和恢复力；螺栓固定板提供附加剪力；屈曲约束钢板（BRS）提供附加能量耗散。连接处的退化行为是由PT钢筋的间隙张开和伸长导致的，而不是柱内屈服导致的。作者等人为了研究PT柱脚连接的滞回性能，对PT柱脚连接组件进行了轴向荷载和横向位移加载的试验，并分析了PT柱脚节点的极限状态，包括PT钢筋屈服和BRS板的断裂。试验结果表明，当柱和地梁保持弹性时，设计合理的PT柱脚节点能够承受4%的层间位移。同时，BRS板在拉压过程中屈服而不断裂，表现出良好的耗能能力。柱脚的结构损伤仅限于可更换的BRS板。此外，作者还建立了分析模型，对PT柱脚节点的弯矩-转角关系进行了预测，并与试验数据有较好的相关性。Freddi[28][29]等人提出一种新型摇摆无损钢柱脚节点，如图1.6所示，该节点采用后张法（PT）高强钢筋控制摇摆性能，摩擦装置（FDs）耗散地震能量。与传统的钢制柱脚节点相反，摇摆柱脚的单调加载性能和滞回加载性能可以通过简化的理论方程式表示。为了保证节点的无损性能和足够的摩擦耗能能力，作者详细阐述了节点的分布设计方法，并利用ABAQUS软件建立了一个3D非线性柱脚有限元模型。有限元仿真的结果验证了弯矩-转角曲线的准确性，表明了摇摆无损节点能很好的避免柱脚发生屈服，达到无损耗能的目的。图1.6摇摆无损柱脚节点的有限元模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型摩擦“塑性铰”构造的抗震性能研究[J]. 李晓东,王起台,孟强,马广田. 地震工程学报. 2019(03)
[2]外露式钢柱脚恢复力特性分析[J]. 崔瑶,李浩,刘浩,王晶秋,唐贞云. 工程力学. 2018(07)
[3]外露式钢柱脚抗震性能试验研究[J]. 崔瑶,刘浩,李浩,王晶秋. 建筑结构学报. 2018(07)
[4]外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚的受力性能和设计方法研究[J]. 王先铁,林麟珲,陈蜂梅,张力,罗遥,郑江. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[5]长孔螺栓摩擦阻尼器试验研究[J]. 张艳霞,赵文占,陈媛媛,宁广. 工程抗震与加固改造. 2015(04)
[6]一种新型柱脚连接方式及其力学性能研究[J]. 金坎辉,段树金. 钢结构. 2014(07)
[7]钢管混凝土梁柱长圆孔变型性高强螺栓节点抗震性能试验研究[J]. 马人乐,李渊,梁峰,周小华,刘传平. 建筑钢结构进展. 2010(06)
[8]钢管混凝土外包式柱脚抗弯性能试验研究[J]. 王毅,陈以一,王伟,徐永基,吕旭东. 建筑结构. 2009(06)
[9]长圆孔变型性高强螺栓节点抗震性能试验研究[J]. 马人乐,杨阳,陈桥生,卢立香. 建筑结构学报. 2009(01)
硕士论文
[1]一种新型柱脚连接方式的受力分析及应用[D]. 金坎辉.石家庄铁道大学 2012
本文编号：2970854
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
试件
武汉科技大学硕士学位论文5a)CBL-3-0.3-1b)CBL-2-0.3-1图1.5试件破坏形态Woo-Young[20]等人对九个试件进行了柱底板强轴连接抗震性能评价。试验结果表明，底板强轴连接的滞回性能受底板厚度、锚栓数量和埋设长度的影响较大，肋板对柱底板连接抗弯性能的影响可以忽略不计。虽然柱底板强轴连接是根据规范进行适当设计的，但在混凝土和地脚螺栓之间没有足够的粘结能力时，连接的抗弯能力可能是不可靠的。我国规范[21]也指出“应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力”，故而有必要对结构底部的柱进行低损伤设计。Karavasilis[22]等人评估了一种钢结构抗震设计方法，该方法将损伤集中在易于更换的钢制耗能装置中，保护主要结构构件不屈服。这种方法可以降低损伤修复成本、保护位移敏感的非结构元件。作者利用OpenSees软件建立了一种钢制耗能装置的模型，并根据最小损伤性能目标，设计了一座具有该耗能装置的原型钢结构建筑。分析结果表明了设计过程的准确性，并证实了在设计地震作用下，建筑物能够立即或快速被重新使用。之后和田章[23]指出结构损伤后无论是修复还是拆除，都将造成极大的资源浪费和社会压力，提出了通过设置辅助耗能元件消耗地震能量以保持主体结构不受损坏的构想。Piluso[24]等人针对无损伤结构的发展，提出了一种具有创新结构细节的新型结构——采用带摩擦阻尼器的梁柱连接和柱脚连接代替传统的耗能结构。通过pushover分析和IDA分析，结果表明这种节点可以控制结构的损伤，但在大地震后仍存在侧向位移。形状记忆合金（SMA）被用作一种耗散结构能量的工具。到目前为止，它们用于柱脚连接的应用较少。Tamai[25]采用形状记忆合金（SMA）杆作为外露式柱脚节点的抗震被动阻尼器。结
武汉科技大学硕士学位论文6来Jamalpour[26]等人提出了一种改进的SMA柱脚连接方式，研究了该连接的宏观和微观行为，并将其应用于MRF中，比较了在不同地震作用下，采用钢或SMAs杆件连接的地震响应。结果表明，采用改进的SMA柱脚连接方式的阻尼器具有良好的抗震性能。经HoseokChi[27]等人研究，后张法（PT）柱脚连接可以消除自定心钢框架柱的结构损伤。该连接采用PT高强度钢筋提供夹紧力和恢复力；螺栓固定板提供附加剪力；屈曲约束钢板（BRS）提供附加能量耗散。连接处的退化行为是由PT钢筋的间隙张开和伸长导致的，而不是柱内屈服导致的。作者等人为了研究PT柱脚连接的滞回性能，对PT柱脚连接组件进行了轴向荷载和横向位移加载的试验，并分析了PT柱脚节点的极限状态，包括PT钢筋屈服和BRS板的断裂。试验结果表明，当柱和地梁保持弹性时，设计合理的PT柱脚节点能够承受4%的层间位移。同时，BRS板在拉压过程中屈服而不断裂，表现出良好的耗能能力。柱脚的结构损伤仅限于可更换的BRS板。此外，作者还建立了分析模型，对PT柱脚节点的弯矩-转角关系进行了预测，并与试验数据有较好的相关性。Freddi[28][29]等人提出一种新型摇摆无损钢柱脚节点，如图1.6所示，该节点采用后张法（PT）高强钢筋控制摇摆性能，摩擦装置（FDs）耗散地震能量。与传统的钢制柱脚节点相反，摇摆柱脚的单调加载性能和滞回加载性能可以通过简化的理论方程式表示。为了保证节点的无损性能和足够的摩擦耗能能力，作者详细阐述了节点的分布设计方法，并利用ABAQUS软件建立了一个3D非线性柱脚有限元模型。有限元仿真的结果验证了弯矩-转角曲线的准确性，表明了摇摆无损节点能很好的避免柱脚发生屈服，达到无损耗能的目的。图1.6摇摆无损柱脚节点的有限元模型
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型摩擦“塑性铰”构造的抗震性能研究[J]. 李晓东,王起台,孟强,马广田. 地震工程学报. 2019(03)
[2]外露式钢柱脚恢复力特性分析[J]. 崔瑶,李浩,刘浩,王晶秋,唐贞云. 工程力学. 2018(07)
[3]外露式钢柱脚抗震性能试验研究[J]. 崔瑶,刘浩,李浩,王晶秋. 建筑结构学报. 2018(07)
[4]外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚的受力性能和设计方法研究[J]. 王先铁,林麟珲,陈蜂梅,张力,罗遥,郑江. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[5]长孔螺栓摩擦阻尼器试验研究[J]. 张艳霞,赵文占,陈媛媛,宁广. 工程抗震与加固改造. 2015(04)
[6]一种新型柱脚连接方式及其力学性能研究[J]. 金坎辉,段树金. 钢结构. 2014(07)
[7]钢管混凝土梁柱长圆孔变型性高强螺栓节点抗震性能试验研究[J]. 马人乐,李渊,梁峰,周小华,刘传平. 建筑钢结构进展. 2010(06)
[8]钢管混凝土外包式柱脚抗弯性能试验研究[J]. 王毅,陈以一,王伟,徐永基,吕旭东. 建筑结构. 2009(06)
[9]长圆孔变型性高强螺栓节点抗震性能试验研究[J]. 马人乐,杨阳,陈桥生,卢立香. 建筑结构学报. 2009(01)
硕士论文
[1]一种新型柱脚连接方式的受力分析及应用[D]. 金坎辉.石家庄铁道大学 2012
本文编号：2970854
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