柔性连接新型砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

通过5榀钢筋混凝土填充墙框架结构低周反复荷载试验,系统研究了填充墙-框架柔性连接和刚性连接、墙端设置芯柱和不设置芯柱结构的破坏机理和抗震性能,对滞回曲线、骨架曲线、位移延性比、累积耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标进行了分析。试验结果表明:柔性连接方案对结构承载力的提高低于刚性连接方案,但其他性能指标均优于刚性连接方案。例如,提高了结构初始刚度,且刚度退化现象减缓;提高了结构位移延性比和累积耗能;填充墙破损程度减轻;减小或消除了填充墙对框架柱的附加剪力影响等。同时,填充墙内芯柱的设置有效提高了结构承载力、刚度和整体稳定性。     

震后混凝土缺陷加固修复构件性能实验分析

为避免震后建筑工程加固不合理导致再次受损,并为加固修复工程提供合理化建议,促进震后救灾工作顺利开展,提出震后建筑工程混凝土缺陷加固修复方法的研究。首先,对混凝土梁试件和混凝土柱试件进行设置,研究基于碳纤维布或外包钢套加固方法对混凝土梁和混凝土柱试件展开循环荷载试验;其次,通过混凝土梁试件滞回曲线、骨架曲线、延性及耗能情况,分析不同加固修复方法的混凝土梁试件抗震性能;最后,通过混凝土柱试件延性及耗能、刚度退化和承载力退化情况,分析采用不同加固方法修复的混凝土柱试件抗震性能。试验结果显示：高配筋率可提升混凝土梁试件滞回特性,外包钢套加固混凝土梁试件滞回饱满程度较高、耗能较少,碳纤维布加固梁试件可将加载位移由10 mm延缓至30 mm,提升延性;碳纤维布加固可提升混凝土柱延性,外包钢套加固重度缺陷混凝土柱可以良好抑制其刚度和承载力退化。试验结果验证了碳纤维加固可提升震后建筑工程混凝土结构延性,外包钢套加固可抑制混凝土结构刚度、承载力退化。     

新型外廊式钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

为改善带填充墙外廊式框架结构的抗震性能,尝试将采用高阻尼砂浆阻尼层的阻尼填充墙和PVA-ECC材料应用于外廊式框架结构中。以5.12汶川地震中倒塌的漩口中学综合教学楼为原型,选取最具代表性的中间榀较大跨满布填充墙框架的底层,设计制作了2个缩尺比例为1/4的单层两不等跨试验模型,并进行了低周反复加载试验,得到了其裂缝发展情况、破坏形态、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化以及耗能性能。结果表明:采用高阻尼砂浆阻尼层的阻尼填充墙较普通填充墙具有更强的变形能力,对主体框架变形约束更弱,能延缓主体框架的破坏;采用PVA-ECC柱的组合框架较普通混凝土框架具有更强的承载力、更高的延性、更好的刚度退化与耗能性能。     

填充墙RC框架结构地震破坏机理及关键抗震措施研究

汶川8.0级特大地震等震害调查结果显示,通常被认为其抗震设计问题已经解决且具有较强抗震能力的RC框架结构,却突出地表现出"强梁弱柱"、"薄弱层"、"短柱失效"等一系列超出抗震设计初衷的灾难性破坏形式。本文以汶川漩口中学倒塌的RC框架结构教学楼的典型震害为背景,通过典型双跨填充墙RC框架结构单元伪静力试验及框架结构模型地震模拟振动台对比试验,结合理论分析和数值模拟,研究了填充墙对RC框架结构破坏机理的作用机制,分析了现浇楼板对实现"强柱弱梁"破坏机制的影响规律,提出了可有效改善RC框架结构抗倒塌机制的技术措施及设计建议。论文主要完成了以下工作:(1)以汶川漩口中学倒塌的教学楼为原型,设计完成了考虑楼板及填充墙影响的4个1/2缩尺的单层两不等跨填充墙RC框架结构模型伪静力试验,研究了2类填充墙材料、3种布置方式对框架结构整体强度、刚度及延性的影响规律,揭示了填充墙及现浇楼板对框架结构不同地震破坏模式的作用机理。(2)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,采用DIANA非线性有限元分析程序,实现了填充墙与框架间相互作用模拟;分析了填充墙与RC框架结构的相互作用机理,研究了填充墙对典型双不等跨RC框架结构破坏及倒塌模式的影响规律。(3)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,结合理论分析及非线性有限元数值模拟,系统研究了填充墙RC框架结构中的"短柱"破坏机理。选取实际工程中常用的粘土砖、加气砌块、蒸压砖等3种砌体材料,定量研究了不同填充墙砌筑材料、墙-框界面刚度及填充墙布置高度对RC框架结构"短柱"破坏模式的影响规律,提出了可实现避免短柱破坏的理论判别公式及设计措施。(4)研究提出了可显著提升框架结构整体抗倒塌能力的现浇楼板四角与梁柱有限断开的抗震设计措施。按现行规范设计制作了2个2×2跨、1/5缩尺的4层填充墙RC框架结构模型,通过地震模拟振动台对比试验,验证了横向两不等跨RC框架结构中填充墙及现浇楼板对破坏模式的不利影响;通过振动台试验与伪静力试验及实际震害现象对比分析,揭示了现浇楼板以及填充墙对框架结构破坏模式的作用机理;通过两RC框架结构模型破坏模式对比试验及非线性数值模拟分析,进一步证实规范中试图提高柱端弯矩增大系数的设计方法并不能有效实现预期的"强柱弱梁"破坏机制,而现浇楼板四角与梁柱有限断开的措施可明显提高框架结构的整体抗震性能,有效延迟框架柱的破坏。     

锈蚀箍筋约束混凝土加固柱抗震性能分析

为研究加固后锈蚀箍筋约束混凝土柱的抗震性能,设计16个钢筋混凝土矩形柱,对加速锈蚀后的试件采用外包钢及CFRP、GFRP材料进行加固处理,随后开展低周往复荷载试验,以研究不同加固材料、不同加固包裹方式、不同黏结材料等因素对锈蚀箍筋约束混凝土柱滞回曲线、骨架曲线、刚度衰减、延性性能及耗能能力等抗震性能指标的影响。研究结果表明:(1)与未锈蚀柱相比,加固后的箍筋锈蚀柱以弯剪破坏为主,CFRP加固试件较GFRP加固试件具有更高的承载力,但破坏时延性不如GFRP加固试件;(2)外包钢加固试件、CFRP加固试件、GFRP加固试件的耗能能力较未锈蚀试件分别增大222.3%、123.9%、98.5%,延性系数也相应增大45.3%、22.3%、25.6%。总之,外包钢加固对箍筋锈蚀柱抗震性能的提升最大,CFRP加固次之,但优于GFRP加固;整包加固优于环包加固;环氧树脂胶黏结略优于水泥基灌浆料黏结。     

框架结构在汶川5.12大地震中的震害分析及抗震启示

列举了框架结构在汶川5.12大地震中的典型震害现象,重点调查了框架柱、梁柱节点,强梁弱柱及填充墙的震害特点,分析了框架结构未能实现强柱弱梁机制的原因,指出了提高框架柱抗震能力的措施及减轻填充墙地震破坏的对策.     

楼板及其配筋在RC框架结构实现抗震延性机制中的作用分析

总结采用梁有效翼缘来考虑楼板及配筋对“强柱弱梁”机制形成的影响的实验和数值仿真研究。基于SAP2000采用三种侧向加载模式对RC框架结构不带楼板、不带楼板考虑梁刚度放大、带楼板的三个模型进行pushover分析,对力与位移的关系曲线、塑性铰的出铰顺序以及顶点位移与层间位移等方面进行探讨。结果表明:三个模型的“强柱弱梁”现象不带楼板的纯框架结构最明显,考虑梁刚度放大的模型次之,带楼板结构最不明显,证明负弯矩承载力和刚度等反映“强柱弱梁”的参数及塑性铰的出现顺序与楼板、板内配筋存在明显的对应关系;楼板及配筋影响框架结构的整体变形性能和塑性耗能能力,是抗震延性机制实现的重要影响因素。在后续的结构设计中,建议考虑实际楼板和钢筋建模进行计算分析。     

斜向地震作用下钢结构框架破坏机制研究

斜向地震作用是影响框架结构"强柱弱梁"破坏机制的重要因素之一,现行抗震规范钢框架强柱系数没有考虑斜向地震作用的影响。对框架节点受力分析表明:斜向地震作用时实现"强柱弱梁"的强柱系数应大于2~(1/2)。通过对钢框架模型的振动台试验和有限元数值模拟,研究了主轴方向强柱系数1.35的钢框架的破坏机制,表明在主轴方向地震作用下实现了强柱弱梁,而在斜向地震作用下,钢框架发生柱端破坏。建议钢框架结构抗震设计应考虑斜向地震作用的影响。     

汶川地震框架柱震害的初步分析

按照框架结构抗震概念设计的要求,结构应具有多道抗震防线,其中一个原则是“强柱弱梁”。但是在汶川地震中,框架结构柱的破坏明显重于梁,柱端与节点的破坏较为突出,即所谓的“强梁弱柱”结构很普遍。在对地震破坏区实地考察的基础上,对框架结构梁柱节点处的破坏以及柱顶、柱脚和柱身的震害进行分类,分析了各种震害的原因,总结了框架结构中框架柱的破坏特点,从期为将来框架柱的抗震设计提供震害经验。     

梁端楔形翼缘连接钢框架抗震性能和抗震设计研究

根据两跨两层梁端楔形翼缘连接钢框架试件的低周反复加载试验,研究了梁端楔形翼缘连接钢框架结构在地震作用下的滞回性能、耗能机制、耗能能力和破坏形态。结果显示,试件破坏模式为延性,塑性铰出现在梁翼缘变化处,远离梁柱交界,梁端楔形翼缘连接钢框架具有良好的抗震性能。针对梁端楔形翼缘连接钢框架的特点,提出了强柱弱梁、强节点弱杆件和节点域抗震设计要求。     

框架结构填充墙影响和强梁弱柱成因研究

由于对填充墙影响研究的不足,以及又不属于主体结构的一部分,通常将填充墙作为非结构构件,在抗震设计中往往被忽略,然而在地震中填充墙表现为主体结构构件,决定着整体结构的抗震性能,布置不当往往会导致结构薄弱层或扭转破坏;而对于无填充墙的框架结构在地震中更多的表现为"强梁弱柱"破坏,并未实现预期的"强柱弱梁"延性破坏机制。上述震害现象引起了研究人员极大重视,并开展了广泛研究。本文在系统总结国内外相关研究和深入分析的基础上,结合试验和实际震害,就填充墙对整体结构抗震性能的影响以及"强梁弱柱"的成因进行了研究,主要工作如下:(1)总体上填充墙的存在明显提高了整体结构的抗震性能。在试验基础上,对填充墙框架和空框架结构计算模型进行多遇及罕遇地震下的动力时程分析,对比了两个计算模型的楼     

考虑墙-框连接刚度影响的填充墙框架结构抗震性能分析

历史震害表明,填充墙与框架的连接刚度对框架结构的抗震性能有重要影响。我国《建筑抗震设计规范》(2010)建议"框架结构中的砌体填充墙,宜与柱脱开或采用柔性连接",但对二者的具体连接刚度,规范并没有做出明确规定。运用ABAQUS软件,对前人开展的考虑填充墙与框架连接影响的框架结构拟静力试验进行数值模拟,对比分析填充墙框架结构破坏特征及滞回曲线等抗震性能指标,验证了有限元模型的可靠性。基于某典型框架结构,建立不考虑填充墙、考虑填充墙与框架不同连接刚度的框架结构有限元模型。模态分析表明,连接刚度对框架结构的频率影响较小,结构的动力特性趋于一致;多遇地震和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析表明,合适的连接刚度可以提高结构的抗震性能。研究可为框架结构的抗震设计提供参考。     

组合深梁填充钢框架的恢复力模型

为实现结构刚度可在一定范围内渐变,同时充分发挥组合钢板的性能,介绍一种新型高层抗震加固结构体系—组合深梁。通过在水平低周反复荷载下,2个组合深梁填充钢框架结构模型试验,得到内填组合深梁钢框架结构的滞回曲线。试验过程中,混凝土板限制了钢板失稳变形,钢板塑性得以发展;组合深梁最后耗能破坏,随后钢框架发生破坏。试验结果显示:组合深梁主要由钢板部分来承担水平剪力和弯矩,混凝土板并不承担水平荷载;试件的滞回曲线饱满且骨架曲线有明显的塑性流动阶段,试件的延性和耗能能力较好,证明内填组合深梁钢框架结构抗震性能良好。最后,利用得到的试验数据进行回归分析,建立该结构恢复力模型,可用于组合深梁结构的弹塑性反应分析。     

桁架式钢骨混凝土梁组合框架试件抗震性能研究

为研究桁架式钢骨混凝土框架梁-钢筋混凝土柱组合框架的抗震性能,制作了2榀单跨两层框架试件进行了低周反复荷载试验。框架模型按"强柱弱梁"原则设计,在节点核心区和梁端采用交叉腹杆连接上、下T形型钢。试验观察了试件的破坏过程,测得了试件的荷载-位移曲线和骨架曲线以及各阶段的应变、荷载和位移值,分析了框架模型的延性、能量耗散能力、强度降低、刚度退化以及破坏机制。试验研究表明,该形式框架具有较高的承载力、延性和能量耗散能力,满足延性框架的抗震性能要求。研究分析结果表明:交叉腹杆的设置相当于一个被动阻尼装置,能够有效地起到耗能作用,有利于框架形成梁铰耗能机构,从而提高框架的整体耗能能力。研究成果可供工程参考。     

钢筋混凝土框架结构强震连续倒塌破坏分析

为研究结构在强震作用下的连续倒塌机制,提高建筑抗震性能,对10层钢筋混凝土框架结构进行了倒塌模拟,得到其破坏起始点和传递路径并与实际震灾进行对比。研究发现:框架结构设计时应重点加强潜在破坏起始点和传递路径上的抗震能力。强柱弱梁结构真正起到增加结构延性的常是底部几层梁,当其达到耗能极限,底柱便开始破坏,易导致结构整体倒塌。研究结构对钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌设计具有参考价值。     

BFG增强蒸压加气混凝土砌块填充墙框架抗震性能试验研究

大量震害表明,在强震作用下传统填充墙框架结构的填充墙与框架之间相互作用非常复杂,破坏严重。为改善填充墙框架结构的抗震性能,本文采用适应我国墙材革新所倡导的蒸压加气混凝土砌块作为墙体材料,利用玄武岩纤维格栅(BFG)替代钢筋作为填充墙墙体内的拉结材料,设计了两种不同的填充墙与框架的柔性连接方式,对填充墙框架进行了拟静力试验研究。分析了其破坏特征、滞回曲线特性、骨架曲线、墙体延性、强度衰减、刚度退化以及累积耗能。结果表明,在水平荷载作用下,采用柔性连接方式的填充墙对框架承载能力影响不大,不会因框架在平面内发生较大位移而导致墙体严重破坏,且采用本文提出的平板连接方式的填充墙对框架抗侧刚度几乎没有影响,其破坏模式更为合理;同时,墙体内配置的玄武岩纤维格栅延缓了墙体的开裂,对墙体变形构成有效约束。     

汶川地震中某RC框架结构的震害分析与模拟

2008年5月12日,四川省汶川县发生里氏8.0级地震,造成了巨大的人员伤亡以及工程结构震害。本文基于江油市某RC框架结构的震害调查,分析了该框架结果出现底层"薄弱层"和"强梁弱柱"的破坏机制的主要原因。采用该框架结构附近三个台站的主震加速度记录作为输入开展了非线性地震反应分析。研究表明,填充墙的竖向不均匀布置改变了框架的抗侧刚度分布,造成底层薄弱层的破坏现象。底层柱子的轴压比相对较大,塑性变形能力及耗能能力相对较差,使得底层柱的变形量更容易达到其塑性变形极限而发生破坏。由于现浇楼板对梁刚度和抗弯承载力的增强,框架结构很难出现规范中"强柱弱梁"的破坏机制。结构基本周期对应的加速度反应谱值是决定结构地震反应的主要参数,基本周期加速度反应谱值的增加会导致结构塑性铰的迅速发展,造成结构出现柱铰机构而整体失稳倒塌。建议设计框架结构时,尽量避免填充墙的不均匀布置。适当增加底层柱的截面面积和配筋率,降低轴压比以保证良好的延性。梁端负向抗弯承载力计算时采用T型截面,并考虑一定范围内楼板配筋的影响。     

强柱系数基于结构易损性的抗震性能评估

增大柱端抗弯承载力是抗震"能力设计"措施中引导钢筋混凝土框架结构形成梁铰型有利耗能机构的关键措施。本文以6层确定性钢筋混凝土框架结构为分析对象,通过结构易损性分析评估了不同强柱系数取值对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响。结构易损性分析表明增大柱端抗弯承载力是改善结构抗震性能的有效措施,增大强柱系数提高了结构的变形能力,使不同破坏极限状态之间形成较大的"梯度",对防止强烈地震作用下结构的突然倒塌提供了预示。结构易损性曲线对评估结构抗震性能、选用合适的目标强柱系数提供了量化标准。     

基于OpenSees的CFRP加固RC短柱抗震性能数值模拟

采用地震工程开源模拟软件OpenSees对CFRP加固RC短柱进行了静力Push over分析和低周往复加载分析,并与通用有限元软件ANSYS模拟结果进行对比研究.研究结果表明:利用CFRP进行加固,不仅阻止了RC短柱的脆性剪切破坏,而且使破坏模式转化为延性弯曲破坏,增强了结构延性,进而有效地提高其抗震性能;同ANSYS相比,OpenSees可以宏观的反映CFRP与混凝土共同作用的非线性力学特征,有效地对构件和结构进行加固后的承载力及抗震性能分析.     

填充墙RC框架结构加固方法的研究现状及展望

综述了用于提高填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能和改善结构损伤模式的几类加固措施,从工艺、加固效果和破坏形式3个角度进行了分析。在建筑结构设计过程中,填充墙通常被视为一种典型的脆性非均质非结构构件,忽视了填充墙与RC框架之间的相互作用。地震调查报告表明,在结构遭受地震作用时,填充墙通常先于钢筋混凝土框架发生破坏,未经合理设计的填充墙RC框架结构将在地震作用下产生严重不良后果。试验结果和数值模拟分析结果证明,砌块的强度越低、砂浆的强度越高,结构的承载能力和刚度退化越慢、耗能能力越好。文中根据目前已有的建筑材料改性试验结果,从改性机理出发,分析了一系列有利于提高结构抗震性能的新型材料,并对结构的设计方案进行了探讨。