新型外包锚固式节点抗震性能试验研究

上、下部结构的连接节点是保证RC框架-轻钢增层混合结构整体协同工作的关键,本文提出一种用于该类混合结构的新型外包锚固式节点,并对该新型节点与传统植筋节点进行了拟静力试验,对比分析了滞回曲线、骨架曲线、强度退化、刚度退化和耗能能力等抗震性能。结果表明:两榀节点试件均为梁铰破坏,新型外包锚固式节点相对于传统植筋节点有效地限制了混凝土梁的裂缝开展,提高了节点承载力和刚度,减缓了强度和刚度退化,增强了节点塑性铰的转动能力;滞回环呈弓形;耗能能力和等效黏滞阻尼系数提升约2倍。     

新型装配式塑性铰节点的设计及数值模拟

为适应可更换、高耗能装配式预制构件连接的发展趋势,针对现有连接构造复杂、传力路径不明确等不足,提出了一种新型塑性铰节点。本文详细介绍了新型塑性铰节点的构造特点,并建立了5种新型塑性铰节点ABAQUS数值模型,通过施加单调荷载和变幅循环荷载,探讨节点受力性能和抗震性能。研究表明:5种不同构造特点的新型塑性铰节点具备良好的耗能能力和塑性变形能力,能够实现设计目标。两种荷载峰值时,实心钢板节点承载力和初始刚度分别为330.81kN、12.18kN/mm和315.33kN、12.04kN/mm,实心钢板节点具有更好的承载力和刚度;基于累积耗能方面,曲面钢板节点具备更好的耗能能力,但此节点初始刚度较小,承载力低。     

用于RC框架-轻钢增层混合结构的新型外箍式节点抗震性能试验研究

RC框架-轻钢增层混合结构是一种上轻下重、刚度突变明显的复杂结构,为了保证结构整体协同工作,本文提出了一种能够有效减缓刚度突变和增强对上部结构约束的新型外箍式连接节点。通过对新型外箍式节点与传统植筋节点的1∶2缩尺模型拟静力试验研究,得到了试件破坏模式和荷载-位移滞回曲线,对比分析了其滞回特性、梁端塑性铰、骨架曲线、强度退化、刚度退化和耗能能力等抗震性能。结果表明:新型外箍式节点可以使梁端塑性铰远离梁根部,有效保护了节点核心区;新型节点通过外箍钢板的构造措施提高了试件的初始刚度、承载力和耗能能力,减缓了刚度与强度退化速度,表明新型节点的抗震性能大幅度优于传统植筋节点,研究成果可为RC框架-轻钢增层混合结构的节点设计提供一定参考。     

新型PEC柱(强轴)-钢梁(RBS)组合框架层间倒塌机理试验研究

结构抗倒塌性能是维系结构震后整体性和实现"大震不倒"设计标准的关键所在。为研究新型PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)组合框架结构的层间子结构倒塌机理,按1∶2缩尺比例设计制作1榀组合框架层间子结构试件并进行拟静力抗震试验。基于试验现象记录和测试数据整理,分析了试件的破坏过程、滞回特性、水平抗侧刚度退化、耗能能力、水平侧移模式与塑性破坏机构等抗震性能。研究结果表明:对穿螺栓连接实现了节点区混凝土斜压带传力模式,且梁端截面削弱使梁端出现塑性铰远离节点区,较好满足了"强节点弱构件"的抗震要求;试件位移延性系数μ_u=4.36,最大等效黏滞阻尼比(ζ_(eq))_(max)=0.344,具有较好的抗震延性和耗能能力;试件水平抗侧刚度沿高度分布均匀,呈现理想倒三角形侧移模式;试件最终破坏模式为梁端削弱截面屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构,且其承载力下降到极限承载力85%时,对应层间相对侧移和节点转角均超过罕遇地震作用下层间侧移限值1/30,试件具有良好的抗倒塌能力。     

钢框架翼缘削弱型和扩翼型节点受力性能研究

采用翼缘削弱型节点及扩翼型节点可以使塑性铰外移, 缓解梁柱节点连接处应力集中，避 免在焊接热影响区发生脆性破坏. 针对削弱型节点、扩翼型和普通刚性节点进行了数值分析， 结果表明：削弱型节点由于梁翼缘削弱, 导致节点承载力降低，扩翼型节点增加了梁端翼 缘板宽度, 承载力高于削弱型节点和普通刚性节点. 通过计算模型分析了节点的设计参数，并 给出节点设计参数取值范围，为钢框架节点抗震设计提供理论分析依据.     

新型PEC柱-钢梁T形焊接加强型中节点抗震性能试验研究

为了进一步研究新型PEC柱-钢梁T形件焊接加强型中节点的抗震性能,考虑柱轴压力、PEC柱布置方式和钢板组合截面类型等设计参数,设计制作了4个中节点1∶1.6缩尺模型试件,并对其进行水平低周往复荷载试验,观测记录了各试件试验中钢材屈服或屈曲与混凝土裂缝与压溃现象,得到试件的荷载-位移滞回曲线和破坏模式。根据试验结果分析了试件的承载能力、节点连接转动刚度退化、耗能能力和节点传力机理等抗震性能。结果表明:PEC柱组合截面翼缘采取卷边措施增强了核心区混凝土的约束作用;PEC柱轴压力提高了节点的初始转动刚度,而受力变形过程中的二阶效应降低了其抗弯承载力并加快了梁截面进入屈服的损伤进程;所有试件均表现出良好的自复位功效;所有试件破坏模式均为加强T形件端部焊缝附近梁截面形成塑性铰,更好地满足"强节点弱构件"的设计要求。上述结果有助于对PEC柱-钢梁节点抗震性能的认识,可为PEC柱-钢梁组合结构设计规范制订以及工程应用提供参考。     

计及轴向压力的方管节点塑性铰线模型

塑性铰线分析模型已成功用于估计由弦杆表面屈服控制的各种管节点的强度;然而弦杆自身的轴向压力对节点承载力的影响仍然是用一个经验折减系数来考虑的.为了计算在轴向压力作用下沿倾斜塑性铰线的极限弯矩,研究者们提出了各种理论模型.该文对这些模型进行了分析和对比.结果表明,采用简化假设的阶梯形塑性铰线模型用于评价T形方管节点的强度与试验结果和有限元计算结果符合得最好.     

钢框架抗震耗能节点梁的极限承载力分析

为提高结构的抗震性能,框架结构中以翼缘削弱型节点为代表的延性耗能节点逐渐代替传统节点,为研究翼缘削弱型节点框架梁在单向比例加载时的极限载荷,对削弱梁极限状态进行了分析,判定极限状态下削弱梁塑性铰生成的位置并计算极限载荷,将计算结果和普通梁进行对比.分析结果表明:削弱梁越长承载力下降越明显,对短梁需要选择合适的削弱参数,才能避免塑性铰出现在梁端.研究结果可为削弱梁塑性设计提供依据,同时拓展结构力学极限载荷学习内容.     

钢框架抗震耗能节点梁的极限承载力分析1）

为提高结构的抗震性能，框架结构中以翼缘削弱型节点为代表的延性耗能节点逐渐代替传统节点，为研究翼缘削弱型节点框架梁在单向比例加载时的极限载荷，对削弱梁极限状态进行了分析，判定极限状态下削弱梁塑性铰生成的位置并计算极限载荷，将计算结果和普通梁进行对比.分析结果表明：削弱梁越长承载力下降越明显，对短梁需要选择合适的削弱参数，才能避免塑性铰出现在梁端.研究结果可为削弱梁塑性设计提供依据，同时拓展结构力学极限载荷学习内容.     

节点域尺寸对H型钢局部框架极限承载力的影响

为了研究节点域尺寸对H型钢截面钢框架极限承载力的影响,以常见的梁、柱、节点域组成的十字形钢框架结构为分析对象,以柱轴压比、结构跨高比、节点域高宽比、节点域宽度与钢框架层高比等为主要研究参量,基于力学平衡准则进行分析。结果表明:考虑节点域尺寸的分析模型极限承载力比值曲线可分三类,第一类曲线的节点域形成塑性铰;第二类曲线在强柱系数Rpcb≤1.2时节点域形成塑性铰,当强柱系数Rpcb1.2时梁端形成塑性铰;第三类曲线在强柱系数Rpcb≤0.8时节点域形成塑性铰,当强柱系数Rpcb0.8时梁端形成塑性铰。H型钢局部框架模型的极限承载力比值曲线主要为第一类曲线,不考虑节点域尺寸的模型极限承载力为考虑节点域尺寸的模型极限承载力的1~5倍,按不考虑节点域尺寸计算H型钢截面钢框架的极限承载力时可能发生过大估算,从而导致结构设计的不安全。     

碳纤维约束高强混凝土圆柱压弯构件非线性全过程分析

为分析塑性铰区碳纤维约束高强混凝土圆柱的抗震性能,编制了可得到荷载-位移曲线软化段的非线性全过程分析程序,保护层和箍筋约束混凝土采用Mander本构模型,碳纤维约束混凝土采用ACI 440.2R-08给出的本构关系,将程序计算结果与试验结果进行比较,两者吻合较好;利用该程序分析了轴压比、混凝土强度、碳纤维包裹长度及层数、纵筋配筋率等参数对碳纤维约束混凝土圆柱荷载-位移关系的影响规律,结果表明:当轴压比超过0.55后,柱构件的水平承载力开始降低,柱的破坏形式由延性的受拉破坏向脆性的受压破坏转变;剪跨比大于3的圆柱,碳纤维在塑性铰区包裹长度大干1.2倍柱直径时,即可达到与全柱包裹基本一致的效果;对混凝土强度为50 MPa～80 MPa的高强混凝土圆柱,以包裹3～4层碳纤维为宜;随着纵筋配筋率的增加,柱的水平极限承载力及延性均有所提高.     

高层建筑结构边节点抗震性能研究

通过7根留有施工缝的高层建筑结构边节点的低周反复抗震性能试验，研究了轴压比、节点核心区的混凝土强度等级、柱中混凝土在梁中的延伸长度等对梁柱边节点抗震性能的影响，对构件的破坏特征、承载能力、延性性能、滞回曲线和骨架曲线进行了对比分析。试验结果表明：所有试验构件均为梁端受弯破坏；柱中混凝土在梁中的延伸长度对骨架曲线的形态、屈服荷载和最大荷载都没有显著影响；但是延伸长度对节点的延性性能是有影响的，延伸长度为0.5h(h为梁高)的边节点构件的位移延性系数小于延伸长度为1.0h和1.5h的构件。     

含缝拱坝强震失效破坏振动台试验研究

为探究强震时含缝拱坝结构的承载能力及失效路径,在振动台上开展了一系列拱坝模型强震失效破坏试验。基于弹性力-重力准则设计试验,分别进行了不分缝、只有横缝、诱导缝与横缝联合作用这三种情况的振动台模型试验,试验中考虑了材料率相关性的影响,忽略了库水-拱坝相互作用。结果表明,强震作用时由于设缝处的抗拉能力较低,导致缝位置首先发生开裂,拱向应力的传导路径遭到破坏,此后结构破坏以悬臂梁形式为主;科学合理设置缝的形式和位置,可以有效耗散地震能量,提高拱坝极限承载能力。本文研究结果可为高拱坝的抗震分缝设计和超载能力评估提供试验依据。     

Effect of non-persistent joints distribution on shear behavior

The particle flow code 2D (PFC2D) is used to establish a coplanar, non-persistent joint model. Three joint distribution types, namely, both-side (type a), scattered (type b), and central (type c), are set according to their position. Numerical simulations of the direct shear test are conducted to investigate the effect of non-persistent joint distribution and connectivity on shear mechanical behavior. Simulation results are in good agreement with the analytical solutions to Jennings' criterion, and show: (1) type-c and type-b joints have high strength, whereas type-a joints have low strength. Shear strength and modulus increase with a decrease in joint persistency, and the shear displacement that correspond to shear strength increases with a decrease in persistency. (2) The brittle failure characteristics of the sample are evident when the intact rock bridge area is large. Reinforcement at both ends of the joint limits shear deformation, and shear strength can be effectively improved when joint persistency is large. The small-area dispersed reinforcement joint method cannot effectively improve shear strength. (3) The comprehensive shear strength parameters and the shear strength of the non-persistent joints can be predicted well using Jennings' criterion. Cohesion is the dominant factor that controls shear strength.     

An analysis of the shear failure of rigid-linear hardening beams under impulsive loading

A theoretical rigid-plastic analysis for the dynamic shear failure of beams under impulsive loading is presented when using a travelling plastic shear hinge model which takes into account material strain hardening. The maximum dynamic shear strain and shear strain-rate can be predicted in addition to the permanent transverse deflections and other parameters. The conditions for the three modes of shear failure, i.e., excess deflection failure, excess shear strain failure and adiabatic shear failure are analyzed. The special case of an infinitesimally small plastic zone is discussed and compared with Nonaka's solution for a rigid, perfectly plastic material. The results can also be generalized to examine the dynamic response of fibre-reinforced beams.     

Dynamic tensile strength of composite laminate joints fastened mechanically

The tensile strength of composite joints is determined under dynamic loading conditions. The composites are laminates made from hybrid fiber reinforced plastic (HFRP) and carbon fiber reinforced plastic (CFRP). Three different mechanically fastened joint configurations are considered: they are the pin-connected, single-lap and double-lap type. The joint strength under dynamic load is found to be lower than that under quasi-static load. The pin-connected joint was the weakest. Investigated also are the influence of geometric parameters for pin-connected HFRP laminate joints. The results shed light on how to improve the bearing strength of mechanical joints when encountering dynamic loads.     

界面连接刚度参数辨识的子结构分析法

以试验模态参数为基础，提出一种通过特征方程反问题辨识子结构界面连接刚度参数的子结构分析法。新方法以子结构动柔度矩阵特征方程为基础，建立求解界面结点内力和位移的方程，从而由子结构内部结点可测自由度上的位移用广义逆理论估计界面结点内力和位移。并通过迭代修正内部结点可测自由度上的试验值，以提高界面内力和位移的估计精度。最后通过连接子结构刚度矩阵建立的平衡方程求解相应的刚度参数。文中以太阳电池阵板间铰链副刚度参数辨识为例，将铰链副简化为两端结点各有6个自由度的弹簧连接元，考虑到自由度之间的耦合，推导了连接元的刚度矩阵。用上述方法辨识了铰链副6个自由度的刚度参数，得到满意的辨识结果。     

弹性关节空间机械臂级联智能滑模控制

谐波减速器和力矩传感器等柔性元件因其独特性能而广泛应用在空间机器人关节系统中，以获取高减速比．但同时这些柔性元件的存在为空间机械臂系统引入了关节柔性，使得对其稳定控制变得更为复杂．基于此，文中讨论了基于自适应回归小波神经网络(Self-Recurrent Wavelet Neural Networks, SRWNN)的弹性关节空间机械臂系统动力学建模及级联智能滑模控制．首先，利用级联系统理论及第二类拉格朗日方法推导出了由外环刚性臂子系统和内环关节电机转子子系统组成的系统级联动力学模型；其次，为两个子系统分别设计了内、外环自适应滑模回归小波神经网络控制．外环控制算法以期望轨迹为控制量，而其控制信号作为抑制弹性关节振动的内环控制算法的控制量，整个控制系统由内、外环控制系统叠加而成；而后，基于Lyapunov稳定性理论证明了整个控制系统的稳定性并设计了自适应回归小波神经网络的各权值参数在线学习算法．所提的控制算法有效地消除了模型不确定的影响，避免了复杂的求导计算和角加速度可测的要求，同时，控制系统设计过程中未涉及惯常奇异摄动双时标分解操作，在理论上适合任意大小的关节柔性刚度．最后，系统对比仿真试验证明了所提的级联智能控制算法优于惯常基于奇异摄动法和基于柔性铰补偿奇异摄动法的控制方案．