三层单排配筋剪力墙结构抗震性能试验研究

为了对双排配筋剪力墙和单排配筋剪力墙的抗震性能进行对比研究,本文设计了1个1／3缩尺的三层混凝土剪力墙结构模型,模型的一侧墙体为双向双排配筋,另一侧墙体为双向单排配筋。对其进行了低周反复荷载下的抗震性能试验研究,分析了其承载力、延性、刚度及其退化过程、滞回特性、耗能能力和破坏特征。研究表明：在墙体的配筋率相同情况下,由于单排配筋墙体钢筋的间距相对于双排配筋墙体钢筋间距小,其首先约束混凝土裂缝的几率更大,其平面内的抗震性能优于双排配筋剪力墙;由于剪力墙的翼缘和腹板共同工作,单排配筋剪力墙平面外的性能也可满足多层剪力墙结构设计的要求。     

钢筋混凝土剪力墙塑性铰长度

在基于性能的结构抗震设计框架内,塑性铰长度的大小能反映相应的剪力墙延性和耗能能力的强弱,同时也是衡量结构抗震性能的重要指标。本文采用MSC.Marc建立了钢筋混凝土剪力墙的精细有限元分析模型,并采用试验数据对分析模型进行验证,有限元计算结果与试验结果吻合较好,说明了本文剪力墙有限元模型的合理性。在此基础上,研究了剪力墙截面高度、剪力墙高度、轴压比、中间墙体横向分布钢筋的配筋率、混凝土强度、纵向钢筋强度、边缘约束构件纵向钢筋配筋率等参数对塑性铰长度影响。分析结果表明,剪力墙塑性铰长度随着剪力墙截面高度、剪力墙高度、边缘约束构件纵向钢筋配筋率的增大而增大,随着轴压比、水平分布钢筋配筋率、混凝土强度、纵向钢筋强度的增大而减小。其中剪力墙截面高度、剪力墙高度和轴压比是主要的影响因素。基于参数分析结果提出了一个计算剪力墙塑性铰长度的简化公式,简化公式计算结果与试验结果吻合良好,表明简化计算公式合理可靠,可供工程设计参考。     

钢纤维混凝土低剪力墙抗震性能试验研究

对不同钢纤维体积率、相同钢纤维混凝土强度的5个钢筋钢纤维混凝土低剪力墙试件以及不同钢纤维混凝土强度、相同钢纤维体积率的2个钢筋钢纤维混凝土低剪力墙试件,进行了低周反复荷载作用下的试验研究,分析了剪力墙的延性、滞回性能和耗能能力等,研究了钢纤维体积率和钢纤维混凝土强度对钢筋钢纤维混凝土低剪力墙的延性及耗能能力的影响.试验和分析结果表明:掺加钢纤维的钢筋混凝土低剪力墙的延性、耗能能力都比普通钢筋混凝土低剪力墙明显提高,抗震性能良好.     

新型装配式剪力墙抗震性能试验研究

本文提出一种新型装配式剪力墙体系,即墙板水平分布筋、竖向分布筋顶部与现浇带可靠连接,竖向分布筋底部不贯通,仅坐浆连接。为了研究这种新型墙体的抗震性能,本文设计了两组不同剪跨比下的共7个剪力墙试件,并对其进行拟静力试验,参照现浇剪力墙,分析不同剪跨比、边缘构件尺寸、边缘构件纵筋率下的新型装配式剪力墙在低周往复荷载下的破坏模式、承载力等抗震性能。试验结果表明:新型墙体首先在连接处开裂,最终墙板与边缘构件和坐浆层分离;与现浇剪力墙相比,新型墙体的承载力较低,但变形和耗能相差不大;加强边缘构件可以弥补对墙板竖向钢筋不连续的削弱,新型墙体在高层建筑中应用的可行性较大。本文为新型装配式剪力墙结构的发展提供了试验基础。     

配置HRB500高强钢筋混凝土受弯桥墩抗震性能

通过对7个混凝土桥墩试件进行低周往复加载试验,研究配置HRB500高强钢筋的混凝土桥墩的抗震性能。分析轴压比、纵筋强度、箍筋强度和箍筋间距对混凝土桥墩抗震性能的影响。研究结果表明:随着桥墩试件轴压比增加,试件的滞回特性降低,承载能力提高,但变形能力及延性性能降低;加密箍筋能够改善桥墩试件的滞回性能和减缓桥墩的刚度退化,提高桥墩的承载能力及变形能力和延性性能。配置高强钢筋的滞回特性、承载能力、变形能力和延性性能等抗震性能指标优于配置普通钢筋的试件,其中同时配置高强纵筋箍筋的桥墩试件抗震性能指标情况最优。     

轻型定向秸秆板-榫卯连接木骨架剪力墙抗震性能试验研究

为了促进适合我国国情的轻型木结构发展,介绍了一种自主开发的轻型定向秸秆板-榫卯连接木骨架剪力墙,该剪力墙由墙体模块、顶梁板、底梁板三部分组成,墙体模块的木骨架间采用榫卯连接,面板采用定向秸秆板.通过12片分别由3个剪力墙模块组成的剪力墙的水平单向加载和低周反复加载试验研究,得到了剪力墙的破坏特征、抗剪强度、滞回性能、延性及耗能等性能指标,分析了洞口大小、洞口位置及竖向荷载对剪力墙抗震性能的影响以及剪力墙与单个墙体模块抗震性能的区别.结果表明:剪力墙的破坏主要是面板破坏及面板与钉的连接破坏,剪力墙的抗剪强度比墙体模块的要低约10％,滞回曲线呈明显的反S型并有明显滑移,等效粘滞阻尼系数约为0.13.     

不同构造土坯墙玻璃珠-石墨滑移隔震体系受力性能试验

为研究不同构造的土坯结构玻璃珠-石墨基础滑移隔震体系的受力性能,进行了5个不同构造的玻璃珠-石墨基础滑移隔震土坯墙试件的低周反复荷载下受力性能试验。试件1墙体为370mm土坯墙,试件2墙体为土坯墙夹砌粉煤灰砌块承重节能一体化370mm墙体,试件3墙体为在试件2墙体基础上加设交叉钢筋的墙体,试件4墙体为在试件2墙体基础上内置钢丝网的墙体,试件5墙体为在试件2墙体两端用再生砖代替土坯砌筑的墙体。基于试验,分析了各试件基础滑移隔震性能,研究了不同构造土坯墙的承载力、延性、滞回特性和破坏特征。研究表明:玻璃珠-石墨基础滑移隔震层隔震性能稳定;滑移隔震层上下基础梁限位孔及其限位钢筋装置可有效控制基础滑移限值;相同墙厚的土坯夹砌粉煤灰砌块墙和土坯墙抗震性能接近;加设交叉钢筋的墙体抗剪承载力明显提高;内置钢丝网的墙体整体性好,抗震耗能能力显著提高;墙体端部用再生砖代替土坯砌筑后,由于再生砖强度高于土坯,提高了墙体边缘约束性能,抗震性能明显提高。玻璃珠-石墨基础滑移隔震土坯结构可用于单层土坯农房结构隔震设计。     

主余震作用下高强钢筋混凝土框架的易损性分析

为研究主余震作用下配置高强钢筋的RC框架结构的抗震性能,根据相同设计指标和"等强代换"的原则,设计了三榀六层四跨的钢筋混凝土框架,纵向受力钢筋的强度等级分别为HRB400、HRB500和HRB600。通过OpenSees平台进行有限元建模,将最大层间位移角作为结构损伤指标,反应地震作用的结构响应。选取15条地震加速度时程,通过重复法构造人工主余震序列并进行IDA分析,得到结构在不同强度的主余震序列作用下的地震易损性曲线。结果表明:主震PGA越大,余震的最大层间位移角越大,结构达到各极限状态的概率越高。对比配置不同钢筋强度的三榀框架的计算结果,可知"等强代换"原则下,相同主余震序列作用时,钢筋强度的提高对结构抗倒塌性能有不利影响,但影响有限。     

双向单排配筋中高剪力墙抗震性能试验研究

双向单排配筋剪力墙结构适用于多层住宅结构。本文进行了1个普通双向双排配筋混凝土中高剪力墙、2个双向单排配筋混凝土中高剪力墙和1个带暗支撑双向单排配筋混凝土中高剪力墙的低周反复荷载试验,以研究双向单排配筋混凝土中高剪力墙的抗震性能及暗支撑对这种新型墙体结构的作用。较系统地分析了其承载力、刚度及其退化过程、延性、耗能、破坏机制和破坏特征等。试验表明,经过合理设计,这种双向单排配筋混凝土中高剪力墙可以满足多层住宅结构抗震要求。     

不同构造措施的钢管混凝土边框钢板剪力墙抗震性能试验研究

钢管混凝土边框钢板剪力墙是一种新型抗震剪力墙,为了比较不同构造措施对该新型剪力墙抗震性能的影响,进行了3个剪跨比为1.5的钢管混凝土边框钢板剪力墙低周反复荷载试验。其中,试验模型1为墙体钢板与边框柱钢管焊接,试验模型2为墙体钢板与边框柱钢管螺栓连接,试验模型3为墙体钢板开孔并与边框柱钢管焊接。通过试验研究,比较了各剪力墙的破坏特征、滞回特性、承载力、刚度、延性以及耗能能力。结果表明：在墙体钢板与边框柱钢管的连接方式中,采用焊接或栓接对剪力墙的整体性能影响不大;与普通钢管混凝土边框钢板剪力墙相比,钢板开孔钢管混凝土边框钢板剪力墙在开孔率不大的情况下,其承载力、延性、刚度和耗能能力没有明显变化。     

双向单排配筋混凝土低矮剪力墙抗震性能试验研究

双向单排配筋混凝土低矮剪力墙适用于多层住宅结构。对4个原型的剪跨比为1.0配筋混凝土低矮剪力墙进行了低周反复荷载试验研究,包括1个双向双排配筋混凝土低矮剪力墙和3个双向单排配筋混凝土低矮剪力墙。其中1个双向单排配筋混凝土低矮剪力墙加设暗支撑,用以研究暗支撑对这种新型墙体的作用。在试验研究的基础上,对比分析了各剪力墙的刚度及其衰减过程、承载力、延性、滞回特征、耗能能力及破坏特征。试验表明,经过合理设计,这种双向单排配筋混凝土低矮剪力墙可以满足多层住宅结构抗震要求。     

Test and analysis of reinforced concrete (RC) precast shear wall assembled using steel shear key (SSK)

Reinforced concrete (RC) precast shear walls are extensively applied in practical engineering, owing to their fast construction speed. However, because of the transport conditions, RC precast shear walls have to be separated into small wall segments during the factory prefabrication procedure before being assembled on site. Typically, wet-type jointing methods are adopted to link the segments, which is time-consuming and results in unreliable post-pouring area strength. To overcome this problem, the novel scheme of the steel shear key (SSK) featuring steel shear panels and combined fillet and plug welding is proposed. Three RC precast shear wall specimens with different linking strength, termed as weakened SSK wall, standard SSK wall, and strengthened SSK wall, respectively, and an integrated shear wall specimen were designed. Quasi-static cyclic loading was applied to investigate the specimens' dynamic properties. The test results suggest the prefabricated wall segments equipped with SSKs showed reliable stiffness and bearing capacity and were improved in energy dissipation ability, compared with conventional shear walls. As the shear stiffness and number of equipped SSKs increased, the specimens exhibited higher strength, but their ductility and energy dissipation were slightly decreased. Most importantly, the standard SSK wall specimen could achieve satisfactory bearing capacity and deformability and is thus recommended for precast building structures. Finite element method (FEM) models were established to validate the test results, and parametric study analysis was conducted based on the coupling ratio of the SSK walls. Finally, an appropriate coupling ratio range is recommended for practical engineering applications.     

Shake-table testing of a self-centering precast reinforced concrete frame with shear walls

The seismic performance of a self-centering precast reinforced concrete (RC) frame with shear walls was investigated in this paper. The lateral force resistance was provided by self-centering precast RC shear walls (SPCW), which utilize a combination of unbonded prestressed post-tensioned (PT) tendons and mild steel reinforcing bars for flexural resistance across base joints. The structures concentrated deformations at the bottom joints and the unbonded PT tendons provided the self-centering restoring force. A 1/3-scale model of a five-story self-centering RC frame with shear walls was designed and tested on a shake-table under a series of bi-directional earthquake excitations with increasing intensity. The acceleration response, roof displacement, inter-story drifts, residual drifts, shear force ratios, hysteresis curves, and local behaviour of the test specimen were analysed and evaluated. The results demonstrated that seismic performance of the test specimen was satisfactory in the plane of the shear wall; however, the structure sustained inter-story drift levels up to 2.45%. Negligible residual drifts were recorded after all applied earthquake excitations. Based on the shake-table test results, it is feasible to apply and popularize a self-centering precast RC frame with shear walls as a structural system in seismic regions.     

一般大气环境下钢筋锈蚀深度的RBF神经网络预测模型研究

钢筋锈蚀深度预测是评估在役RC结构服役性能的基础。为建立一般大气环境RC构件中钢筋锈蚀深度预测模型,通过收集实测数据,分析影响钢筋锈蚀深度的主要参数及其影响规律,继而基于实测数据建立数值模型和RBF神经网络预测模型,并进行参数敏感性分析。研究结果表明:与数值模型相比,RBF神经网络对钢筋锈蚀深度预测效率与精度更高,能够有效映射各影响参数与钢筋锈蚀深度之间复杂的非线性关系。参数敏感性分析结果显示,钢筋混凝土表面锈胀裂缝宽度对钢筋锈蚀深度影响最大,钢筋直径、保护层厚度与钢筋直径之比和混凝土抗压强度等其他因素影响次之。所得模型可用于工程检测中钢筋锈蚀程度预测与RC构筑物剩余服役寿命评估。     

锈蚀钢筋混凝土框架中节点抗剪强度研究

随着服役时间的增长，侵蚀环境下钢筋混凝土框架节点因钢筋发生不同程度的锈蚀而造成承载性能下降，严重影响建筑结构的安全使用。本文在已有钢筋混凝土框架节点抗剪强度理论模型的基础上，考虑钢筋锈蚀对框架节点受力性能的影响，建立锈蚀钢筋混凝土框架中节点受剪承载力计算公式。通过11组锈蚀钢筋混凝土节点试验数据，对建议理论模型进行验证。研究结果表明，锈蚀钢筋混凝土节点受剪承载力试验值与理论计算值之比的平均值为0.951，方差为0.075，二者吻合较好，本文建议的计算方法可用于锈蚀钢筋混凝土框架中节点承载力分析。     

An efficient fiber beam-column element considering flexure–shear interaction and anchorage bond-slip effect for cyclic analysis of RC structures

In this paper, a fiber beam-column element considering flexure–shear interaction and bond-slip effect is developed for cyclic analysis of reinforced concrete (RC) structures. The element is based on conventional displacement-based Timoshenko beam theory, where the transverse shear deformation is included, and adopts the fiber model to describe the section force–deformation behavior. In the fiber model, shear deformation is assumed to be uniformly distributed along the section and is only resisted by concrete, thus the multi-dimensional concrete damage model is used for concrete fibers and therefore flexure–shear interaction is reflected naturally at the material level. Meanwhile, to account for the significant bond-slip effect at critical regions, the anchorage slip of bars at these regions is analytically derived. Then it is used to modify the uniaxial stress–strain model for steel fibers by assuming that the total strain can be treated as the sum of the bar deformation and anchorage slip, therefore the bond-slip effect is implicitly but simply represented. To validate the proposed element, a series of RC member and structure tests under cyclic loading are simulated. The results indicate that the proposed element can predict cyclic responses of RC structures, and can be used as a reliable tool for analysis of RC structures.     

内置钢板钢筋混凝土组合剪力墙数值模拟

内置钢板钢筋混凝土组合剪力墙具有良好的抗震性能,目前已在超高层建筑中得到越来越多的应用。采用OpenSees程序对普通钢筋混凝土剪力墙和钢板组合剪力墙试验构件进行模拟分析,验证了建模与分析方法的合理性与准确性,分析结果表明,该方法能够较好地模拟组合剪力墙的弹塑性行为。分析了轴压比和配钢率这两个关键参数对内置钢板组合剪力墙抗震性能的影响。计算结果表明,与普通钢筋混凝土剪力墙相比,内置钢板可以明显提高构件的承载力、延性和滞回耗能;轴压比和配钢率对组合剪力墙的抗震性能有较大影响。     

基于OpenSees的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架数值模拟

提出了一种既有钢筋混凝土框架结构的抗震加固方法,该法采用防屈曲支撑提高框架结构体系的水平承载力和耗能能力,利用外包钢进一步提高柱子的抗弯和抗剪承载力。采用开源有限元程序OpenSees,分别建立空钢筋混凝土框架和防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的分析模型,对2榀钢筋混凝土框架的抗震性能进行模拟。防屈曲支撑采用了弹塑性桁架单元模型,加固框架柱混凝土考虑了外包钢的约束作用。将分析结果与拟静力试验结果进行比较,以检验分析模型的准确性,以及研究防屈曲支撑和外包钢对混凝土框架抗震性能的影响。分析结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好,验证了基于OpenSees建立的数值模型的准确性;外包钢有效改善了框架柱的抗弯承载力和变形能力;防屈曲支撑显著提高了加固框架体系的水平刚度、水平承载力和耗能能力。