为研究冷弯十字型连接件连接的钢板组合剪力墙结构的滞回性能。利用ABAQUS有限元分析软件建立14个模型,分析连接件梁端螺栓直径、与螺栓连接的钢板摩擦面抗滑移系数、钢梁跨高比对结构滞回性能的影响。结果表明连接件梁端螺栓直径增大,结构承载能力、延性、耗能性能略有提升,较大的螺栓直径有利于连接件末端梁翼缘塑性铰的形成,建议螺栓直径取22~27 mm;改变抗滑移系数对承载能力影响不大,取0.3~0.4,延性性能、耗能能力更好;随跨高比的增大,结构初始刚度、承载能力、延性、耗能能力逐渐提高,建议跨高比取4.5~6.6。

通过6根钢筋加强ECC柱和1根普通混凝土柱在压-弯-剪-扭复合应力状态下抗震性能试验,研究了构件的滞回曲线、骨架曲线、强度退化、刚度退化以及破坏形态,分析了配箍率、纵筋配筋率、纤维掺量对ECC受扭柱抗震性能的影响。试验结果表明,较普通RC柱,ECC柱的滞回曲线更加饱满,屈服扭矩、极限扭矩以及极限扭率分别提高了64.4%、74.8%、123.3%;试件的纤维掺量从1%提高到2%,延性系数从2.30增至4.04;随着配箍率增大,试件受扭性能增强,较于未配置箍筋的试件,箍筋间距为75 mm的试件延性系数提高了66.2%,极限扭矩提高了34.0%。

为进一步明确柱端箍筋配置对钢筋混凝土柱的抗震性能影响,以柱端箍筋配置为主要研究参量,浇注4根钢筋混凝土柱试件。对各试件进行反复加载试验,研究各试件的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度退化及能量耗散系数等。结果表明,对柱端轴向0~250 mm范围内的箍筋进行加密,有增大试件的最大承载力和控制试件破坏之前的剪切变形量的作用;随着箍筋加密区的增大,试件的延性和耗能性能提升;随着加载循环次数的增大,各试件的承载力和刚度减小。

为研究型钢混凝土复合受扭构件的滞回性能,试验考虑了轴压比、混凝土强度、扭弯比和配箍率对型钢混凝土柱复合受扭滞回性能的影响,研究了5个1/2比例的十字型钢混凝土柱在低周反复荷载作用下的复合受扭性能,同时,还与1个钢筋混凝土复合受扭柱进行了对比试验。并采用ABAQUS软件对试验全过程进行了数值模拟,发现,模拟结果与试验结果基本吻合,证明了用本文有限元分析方法来研究型钢混凝土构件的受扭性能是可行的。

进行了5根钢筋增强PP ECC梁及1根钢筋混凝土梁的滞回性能试验研究,试验的主要参数为纤维掺量,龄期及配筋率。试验表明,PP ECC梁的破坏形态与普通混凝土明显不同,极限状态时,其裂缝宽度控制在0.3mm以内,未出现压碎现象。极限承载力随着配筋率的增加而增加,而延性呈缓慢下降趋势。随着龄期的增长,承载力呈上升趋势,延性有所下降。在试验参数范围内,纤维掺量对其滞回性能影响总体不大。与普通钢筋混凝土相比,其耗能能力为其2.4倍左右。试验结果证实PP ECC对于提高构件或结构的抗震能力有明显效果。

为了研究PHC管桩承台的抗震性能,对四个不同改进措施的PHC管桩承台试件进行低周往复加载试验。分析了各试件的滞回性能、承载能力、位移、延性及耗能能力。研究结果表明,将桩身混凝土掺入钢纤维可显著提高PHC管桩的抗震性能;而桩身缠绕碳纤维布和桩身加非预应力筋的改进方式对提高PHC管桩的抗震性能影响不大。

为研究带SRC异形十字边框柱剪力墙的抗震性能,本文基于开源分析程序Opensees,采用纤维梁单元对缩尺比为1:2.5的模型结构进行静力弹塑性分析和滞回性能分析,采用直接在截面层次上定义非线性剪切恢复力的方法来模拟纤维截面的剪切效应。得到构件的Pushover曲线、滞回曲线、等效粘滞阻尼系数、滞回环面积以及在不同轴压比情况下边框柱、剪力墙承担的剪力分配情况。分析结果表明,剪力墙承担大约75%的剪力,相比于RC剪力墙,带SRC异形边框柱剪力墙的延性、最大抗剪承载力、极限位移以及耗能能力均有不同程度的提高,设置SRC异形边框柱有效地提高了结构在地震作用下的抗震性能。

采用C30混凝土按碳纤维体积掺量2‰进行配合比设计,制作了3个试验试件柱,对其进行水平低周往复加载,分析其在轴压比0.4、0.5、0.6下试件的滞回曲线、骨架曲线及位移延性系数;同时采用ABAQUS软件对碳纤维混凝土柱的滞回性能进行有限元分析,得到碳纤维柱的滞回曲线和应力云图。结果表明,轴压比的变化对试件滞回曲线的饱满程度影响不大,不同轴压比下试件的滞回曲线均比较饱满,没有出现捏拢现象,到达极限承载力后,曲线下降平缓;随着轴压比的增大,试件的极限承载力降低,所对应的极限位移和延性系数均减小。采用ABAQUS软件模拟得到的曲线与试验所得曲线吻合较好。

为解决现有自复位支撑起滑力大的问题,提出了一种新型自复位变阻尼耗能支撑。支撑采用组合碟簧提供复位能力,通过构造设计实现磁流变液变阻尼耗能。对其变阻尼特性进行了分析,建立了描述其滞回特性的恢复力模型,提出了基于性能需求的支撑设计边界条件。对支撑整体和阻尼耗能装置磁场进行了模拟,结果表明,支撑具有饱满的类旗型滞回曲线,起滑力小、无残余变形、拉压对称,能够兼顾不同振动强度下的性能需求,有效控制结构振动响应。分析了支撑设计参数对滞回性能的影响,为提高复位与耗能能力,设计时组合碟簧预压力应略大于初始阻尼力,同时应增大组合碟簧刚度、提高最大阻尼力、减小变阻尼区间。与现有自复位支撑相比,起滑力大幅降低、起滑刚度比增加,在相同自复位装置设计下等效粘滞阻尼比与最大承载力也有较大提高。