土木建筑工程学院陈云教授所在团队在结构工程著名期刊《Engineering Structures》发表题为《Study on seismic performance of prefabricated self-centering beam to column rotation friction energy dissipation connection》的研究论文。土木建筑工程学院陈云教授为论文第一作者,硕士研究生陈超为论文通讯作者。
在上世纪 90 年代的 Northridge 地震和 Kobe 地震中,大量钢结构的梁柱焊接节点出现了脆性破坏,促使广大学者研发抗震性能更优的梁柱连接节点。为避免钢框架结构的梁柱节点在强震时产生脆性破坏,目前的节点设计主要基于两种理念。一种是按“强节点”的理念,对节点进一步加强来保证其不被破坏;另一种是按照“强柱弱梁”的理念,削弱梁来保护节点。上述两种理念都能够将塑性铰外移到梁上,从而提高节点区域的延性和耗能能力,但强震时大量的梁端产生塑性铰意味着结构会产生大量损伤,导致震后不易修复或代价昂贵。传统的梁柱摩擦耗能节点具备优良的耗能性能,但大多不具备自复位性能。为减小摩擦耗能节点的震后残余变形,近些年部分学者提出了可恢复功能自复位梁柱节点,这种节点不仅能够避免强震时梁柱节点出现塑性铰,而且震后功能能够快速恢复,得到了地震工程界的广泛研究与关注。
本文提出了一种装配式自复位梁柱摩擦耗能节点,阐述了该节点的构造形式与工作机理。设计加工了一缩尺比例为1/4的自复位梁柱摩擦耗能节点试件,对试验试件进行了低周反复加载试验,研究分析了节点的受力变形特点、滞回曲线、骨架曲线、残余变形、刚度退化和耗能性能,通过理论分析提出了其恢复力模型,全面研究了节点的抗震性能。研究结果表明装配式自复位梁柱摩擦耗能节点的滞回曲线为饱满的旗帜形,证明其具有良好的耗能性能与自复位性能,在节点转角达到 1/16 时,主体钢柱与钢梁保持为弹性,梁柱节点未发生屈服或屈曲,能量耗散主要集中在转动摩擦铰处,增大转动摩擦铰的初始预压力,自复位梁柱摩擦耗能节点的承载力和耗能性能都明显提高,自复位性能未有明显下降;基于恢复力模型的计算结果与试验结果吻合较好,证明提出的恢复力模型能够较好地反映自复位梁柱摩擦耗能节点在低周反复荷载作用下的滞回性能。
该工作得到了海南省基础与应用基础研究计划(自然科学领域)高层次人才项目(2019RC109)、国家自然科学基金项目(51968020)、科技部土木工程防灾国家重点实验室开放基金重点资助项目(SLDRCE18-02)的支持。