考虑强余震的钢骨混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究强余震对结构构件抗震性能的影响,设计了2个工字钢型钢混凝土柱,进行了10次循环加载和损伤后试件再次加载的低周往复加载静力试验。试验研究表明:随着循环加载次数的增加和试件的损伤,试件的滞回环面积、强度、刚度和等效黏滞阻尼系数等指标均呈现减小趋势,试验模拟的强余震作用导致试件的耗能能力和抗震性能出现劣化;在达到试件的承载能力极限状态前,第5次循环加载后各抗震性能指标曲线均趋向于稳定;超过试件承载能力极限状态后,循环加载次数的增加使试件的抗震性能指标出现不收敛。试验研究为揭示强余震对结构构件抗震性能的不利影响,完善抗震试验方法和抗震设计相关理论提供了数据支持。     

足尺RC剪力墙倒塌试验和数值模拟研究

钢筋混凝土(RC)剪力墙是我国工程结构中的重要抗震抗倒塌构件,其抗倒塌性能是研究结构抗震抗倒塌性能的关键。以一足尺RC剪力墙试件作为研究对象,对其进行了拟静力倒塌试验,基于损伤特征,提出了适用于该类构件的组合建模模拟方法。结果表明：剪力墙试件的破坏模式为弯曲破坏,当试件位移角达到1/39时,试件底部有5根纵筋和1根箍筋发生断裂,底部混凝土被压溃,试件水平承载力下降至峰值承载力的12.5%,构件发生倒塌;基于组合建模方法,对该试件进行模拟,该方法可以较好地模拟试件的受力特征、变形能力和滞回行为,数值模拟所得的屈服、峰值和极限承载力与试验结果的相对误差不超过2.71%。     

反复荷载作用下型钢混凝土L形柱的受力性能

为了揭示型钢混凝土L形柱在地震作用下的受力性能,设计8个试件进行低周反复加载试验.试验分两批,第一批4个试件采用"建研式"加载,另外4个采用"悬臂柱式"加载.试验中考虑截面配钢形式、荷载加载方向、轴压比和剪跨比4个参数的影响.由试验获得了型钢混凝土L形柱的主要破坏形态和滞回曲线,分析了各参数对构件的破坏特点及滞回性能的影响,并对不同加载方式的试验结果进行了理论诠释.结果表明:型钢混凝土L形柱的破坏形态主要为剪切斜压破坏、剪弯破坏和弯曲破坏,破坏形态与剪跨比有关;构件具有良好的延性,极限侧移角大,耗能能力强,抗震性能好;L形柱截面不对称,采用"悬臂柱式"加载时,滞回曲线不对称,而"建研式"加载时,由于受到加载装置上下端头的约束,试件的滞回曲线对称.在框架结构中型钢混凝土L形柱受到刚性楼盖的约束,在水平荷载作用下滞回曲线是对称的.研究结果可供工程设计参考.     

地震作用下钢筋混凝土柱变形与损伤研究

为量化地震作用下钢筋混凝土（RC）柱损伤情况和变形,并将不同地震破坏状态下RC柱损伤和变形进行分析。从太平洋地震工程研究中心（PEER）数据库中收集91组RC柱抗震试验数据,选取4种广泛应用的构件损伤模型进行计算,将损伤发展曲线与层间位移角发展曲线进行对比分析。对RC柱损伤指标限值进行归一化处理,统计分析后得到不同破坏等级下的位移角限值,并给出了RC柱各破坏等级下的位移角限值与损伤指标限值对应关系。研究结果表明,牛荻涛损伤模型可更准确地评价地震作用下结构构件损伤程度,且与层间位移角发展曲线均呈近似线性增长趋势;不同破坏等级下的位移角限值验算保证率均＞80%,表明本文提出的位移角限值具有一定合理性。     

高轴压比足尺钢筋混凝土短柱抗震性能研究

利用40000kN的大型加载设备,对2个截面边长为500mm×500mm的高轴压比钢筋混凝土足尺短柱进行了水平荷载作用下的单调和反复加载试验,研究其破坏形态、滞回特性、变形和耗能能力等抗震性能。结果表明:对于反复加载和单调加载的短柱,分别在6Δy和9Δy之前以弯曲变形为主,而在其之后则以剪切变形为主,最终分别在8Δy和18Δy时发生了脆性剪切破坏;极限位移时,弯曲变形引起的柱端位移约占总位移的75%;峰值荷载时,P-Δ效应引起的弯矩占总弯矩的3.24%,对短柱的水平承载力影响较小,进行构件的弹性分析时可不予考虑;构件具有较强的耗能能力和变形能力,具有良好的抗震性能。     

抗震设计中结构的性能等级与设计性能安全指数

通常根据结构的破坏程度可以将结构的破坏划分为：基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、倒塌等5个阶段。根据这5个阶段,本文将结构在地震过程中的性能极限状态划分为：功能连续极限状态、破坏控制极限状态、控制损失极限状态和防止倒塌极限状态,并以此作为划分结构性能等级的标准。定义结构失效概率的自然对数的负值为设计性能安全指数,通过计算结构失效概率对各构件可靠指标的一阶偏导数的方法,求出结构的设计性能安全等级。这种方法可以考虑建筑结构构件、建筑非结构构件以及其它非结构构件的性能,而且同时可以考虑结构系统总体效应的影响,因而能够比较全面地反映结构的抗震性能等级。     

钢筋混凝土矩形截面框架柱极限曲率计算

混凝土柱的极限曲率是构件抗震性能研究和结构整体倒塌破坏研究的重要内容。构件破坏时截面损伤严重,基于平截面假定的曲率计算公式很大程度上低估了构件的极限变形能力;现有其它曲率计算公式多由圆形截面桥墩柱推导得出,不适用于轴压比较大的框架柱。根据集中塑性铰模型得出了试验柱的极限曲率值,建立了轴压比、配箍率和矩形柱截面的极限曲率之间的函数关系,对比框架柱试验数据,提出了矩形截面框架柱的极限曲率计算公式。完成了194根框架柱的试验验证,结果表明,建议公式计算值与试验值吻合较好,较准确地揭示了截面极限曲率的变化趋势,可准确定义构件的损伤破坏。     

柱端设置盖板式滑移摩擦节点H型钢柱抗震稳定性研究

基于损伤控制理念,提出了一种盖板式滑移摩擦柱端节点,该节点利用滑移摩擦代替材料屈服耗能,达到避免构件损伤的目的。为研究在柱端设置该节点H型钢柱的抗震稳定性能,设计并制作2个1/2缩尺的H型钢柱试件:一个试件为普通H型钢柱;另一个试件为柱端设置盖板式滑移摩擦节点H型钢柱,并进行低周往复加载试验。试验结果分析表明:在低周往复加载作用下,柱端设置盖板式滑移摩擦节点的构件,仅翼缘盖板发生塑性变形及黄铜摩擦板出现磨损,钢柱未发生损伤;其极限承载力相较于普通H型钢柱低10%;滞回曲线饱满,刚度与耗能能力与普通H型钢柱相差不大,表现出良好的抗震性能。有限元模拟结果与试验结果基本吻合,并通过有限元模拟分析盖板厚度对设置盖板式滑移摩擦节点H型钢柱受力性能的影响,研究结果表明:合理设置盖板厚度,在提高柱承载力的同时,保证了节点的摩擦耗能,使得钢柱得到有效保护,达到了预期的损伤控制目标。     

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.     

基于平面框架拟静力试验的RC框架柱的破坏模式研究

以2008年汶川地震中漩口中学倒塌的教学楼中的钢筋混凝土柱为原型,按照1∶4的比例进行缩尺,通过平面框架拟静力试验对不同剪跨比下 RC 框架柱的破坏模式进行研究.设计3组不同剪跨比(λ=3、λ=4．25及λ=6)的 RC框架柱模型.采用拟静力试验对 RC框架柱进行加载,得到 RC框架柱的滞回曲线、骨架曲线以及不同的破坏模式,定义 RC框架柱抗剪承载力与轴力之比为抗震性能系数α.利用3组试验数据,总结基于抗震性能系数α 的 RC框架柱破坏规律:当抗震性能系数α＜0．16时,RC框架柱发生弯曲破坏,而当α≥0．16时,其发生剪切破坏.因此,在 RC框架柱的抗震设计中应重视抗震性能系数α 的取值,避免柱发生剪切脆性破坏.文章对应变计算剪力的3种方法进行比较,得出线性情况下有效的剪力计算方法,即在试验中通过实测的应变信息反演出 RC框架柱端真实受力状态.     

高强钢筋混凝土短肢剪力墙抗震性能试验研究

通过对采用高强钢筋的6片T形混凝土短肢剪力墙和采用高强钢筋高强混凝土的6片L形短肢剪力墙进行低周往复加载试验,研究了T形和L形的破坏形态与性能差异,分析了高厚比、轴压比、配箍间距等参数对构件破坏形态、滞回耗能、骨架曲线、延性及耗能等抗震性能的影响,对比分析了构件与普通短肢剪力墙的抗震性能差异。试验结果表明:采用腹板端部箍筋加密的方式可减轻构件端部的损伤和降低正负向加载时承载力和延性的不对称性;T形构件中高厚比为5的试件表现为弯曲破坏,其他构件表现为弯剪破坏;试验中高厚比小的构件相对于高厚比大的试件延性耗能更好,轴压比增大,构件承载力提高但延性降低;与普通短肢剪力墙相比,T形短肢剪力墙承载力和变形能力提高,耗能增加,L形短肢剪力墙承载力提高较大,极限位移增大,构件后期变形能力略有降低,但可以满足抗震性能要求。     

基于应变能耗储的钢筋混凝土框架结构地震损伤演化研究

结构地震损伤破坏,本质上是地震动输入能量超出结构或构件耗能能力所致。“能量”参数能够综合反映地震动强度、频谱特性以及强震持时对结构破坏的影响,本文基于能量耗散原理建立结构损伤模型,采用有限元软件ABAQUS对3榀单层单跨钢筋混凝土平面框架结构抗震性能进行数值模拟,通过损伤指数量化研究了地震作用下钢筋混凝土框架结构的损伤演化规律。研究表明:基于应变能耗储的结构损伤模型,能够合理有效地反映“位移首超破坏”与“累积损伤破坏”模式,且上、下界收敛;模拟分析得到的滞回曲线和骨架曲线与试验数据吻合较好,数值建模方法适用于以梁、柱构件为主的框架结构抗震性能分析;耗能构件框架梁能够对结构损伤破坏发展和抗震性能劣化起到一定延缓作用,承力构件框架柱的损伤加剧会加速结构抗震性能的劣化;加载幅值较小时,结构依靠混凝土裂缝闭合摩擦消耗能量,“位移首超破坏”所致损伤所占比例较大,随着位移幅值及循环次数的增加,“累积损伤破坏”所致损伤所占比例逐渐增大。     

大跨度钢管混凝土拱桥抗震性能指标研究

高轴压比钢管混凝土墩柱的试验结果对钢管混凝土拱肋具有较大的借鉴意义。为明确大跨度钢管混凝土拱桥的抗震性能指标,研究了高轴比钢管混凝土构件的破坏过程及延性性能。以弯矩作为性能指标将高轴压比钢管混凝土构件的试验破坏过程分为轻微损伤、有限损伤与严重损伤3个阶段,结合钢管混凝土截面性能状态的数值分析,探讨了高轴压比钢管混凝土构件的破坏机理。结果表明:高轴压比钢管混凝土构件具有一定的可用延性;提出了以计算等效屈服弯矩作为抗震性能指标,适当利用延性和实现钢管混凝土拱桥的有限损伤抗震设计,并给出了与有限损伤相关的截面性能状态及参数。研究成果弥补了规范在此方面的不足,可供高烈度地震区大跨度钢管混凝土拱桥抗震设计时参考。     

基于修正Park-Ang模型的RC剪力墙损伤指数研究

建筑抗震性能评估是基于性能的抗震设计的关键流程之一,要求构件性能点与构件损伤相关联。然而现有文献中对于构件损伤性能点的定义各有不同,且由于试验数据量过少,缺少基于试验数据的验证。为了促进建筑抗震性能评估的有效开展,本文从国内现有文献中搜集了160个RC剪力墙构件拟静力试验数据,建立了RC剪力墙构件试验数据库,对构件试验数据进行分析,根据构件破坏现象划分了5个损伤状态。研究了高宽比、配箍特征值和水平分布钢筋配筋率等设计参数的影响。根据试验数据,修正了Park-Ang损伤指标,可以同时考虑构件循环加载中的变形和耗能,可用于判定RC剪力墙构件损伤状态。标定了对应于不同损伤状态的损伤指数区间,研究结果可用于基于构件的抗震性能评估及易损性分析。     

RC梁与柱在不同地震作用下的变形限值分析

分析钢筋混凝土(RC)梁与柱基于不同地震作用下的变形限值,对钢筋混凝土梁与柱进行低周往复循环加载拟静力试验。然后对试验进行仿真模拟,将试验结果与仿真模拟结果进行对比分析,发现二者结果相近,从而验证仿真模拟的可行性。在构件的荷载-位移曲线上获取屈服点、峰值点和极限点,分别计算这3个状态点对应的侧向位移值与构件计算长度的比值,则可得出构件在小震、中震和大震时对应的位移角值。改变梁、柱构件的剪跨比、配筋形式以及柱构件的轴压比等,来得到更多构件的荷载-位移曲线,将所有结果进行统计分析,得到钢筋混凝土构件在不同地震作用下的位移角限值。     

钢筋混凝土柱对应于各地震损伤状态的侧向变形计算

采用半经验半理论的方法对以受弯为主的钢筋混凝土柱对应于各主要损伤状态的侧向变形进行了研究。本文研究的主要损伤状态包括屈服、混凝土保护层压碎、剥落、纵向受力钢筋屈曲、极限状态五个状态。首先建立了各损伤状态下柱截面受压区高度的计算方法。接着,利用对美国太平洋地震工程研究中心(PEER)建立的钢筋混凝土柱的试验数据库的统计分析,采用平截面假定和钢筋混凝土受弯构件的塑性铰理论推出了混凝土保护层压碎时压区边缘混凝土的应变大小,混凝土保护层剥落、纵筋屈曲和进入极限状态时核心区混凝土边缘的压应变大小,进而建立了钢筋混凝土柱对应于各损伤状态的变形计算方法。利用本文提出的方法得到的变形计算值与PEER提供的试验数据在统计意义上有较好的一致性。该方法可为钢筋混凝土柱基于位移的抗震设计和抗震性能评价提供依据。     

基于OpenSees的钢筋混凝土桥墩抗震数值分析模型

地震荷载作用下钢筋混凝土桥墩易发生严重破坏,模拟桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁抗震研究的重要内容。以8个发生弯曲破坏的钢筋混凝土桥墩抗震拟静力试验结果为依据,基于Open Sees中的非线性梁柱单元、零长度转动弹簧单元和零长度剪切弹簧单元,建立了考虑弯曲、粘结滑移和剪切变形的桥墩抗震数值分析模型。将模拟得到的试件滞回曲线,墩顶弯曲、粘结滑移和剪切变形等成分、初始刚度和残余位移与试验结果进行了对比。结果表明,所建模型对各桥墩的滞回曲线、各变形成分、初始刚度和残余位移有较好的模拟效果。     

圆截面型钢不同强度混凝土巨柱的抗震性能

结合国内某超高层建筑型钢混凝土巨型柱为工程背景,进行了2个圆截面内置H型钢混凝土巨型柱试件的低周反复荷载试验,2个试件混凝土强度等级分别为C70和C50,截面尺寸、配钢率及配筋率等完全一致。研究了混凝土强度对其抗震性能的影响,比较分析了2个试件的破坏特征、滞回曲线、承载力、变形、刚度退化过程及耗能,推导了承载力计算公式,采用ABAQUS软件进行了有限元模拟。结果表明:2个试件最终呈现出以弯曲为主的破坏特征;滞回曲线均较为饱满,承载力下降缓慢,极限位移角达到5%,表现出良好的耗能能力和抗震性能;混凝土强度较高的试件承载力较高,刚度退化较慢,具有更好的抗震耗能性能;承载力计算结果及有限元数值模拟结果均与实测符合较好。     

SRC异形柱-钢梁空间中节点与CFST异形柱-钢梁空间中节点的抗震性能对比

为了研究不同约束机理的配钢形式对钢与混凝土组合异形柱-钢梁空间中节点抗震性能的影响,设计了4个型钢混凝土异形柱-钢梁空间中节点,并对其进行了低周反复加载试验,在联合钢管混凝土异形柱-钢梁空间中节点抗震性能成果的基础上,对比分析了相关节点在破坏形态、滞回曲线、耗能能力及变形性能方面的差异。研究结果表明:配型钢的空间中节点主要发生剪切斜压破坏,同时具有黏结裂缝的破坏形态,而配钢管的空间中节点则发生了核心区的剪切破坏;钢管节点试件的标准化滞回曲线包围了型钢节点试件,且其抗剪承载能力更好、初始刚度和耗能能力更大,但延性性能没有足够的优势。     

火电厂主厂房结构异型节点抗震性能试验研究

为掌握火电厂新型主厂房框排架结构中异型节点的抗震性能,对由两侧梁高不等、柱截面突变及错层引起的异型节点进行了6个1/5比例试件拟静力试验研究及含有该类节点的空间结构试验研究。研究了节点的受力破坏模式、滞回耗能性能、强度和刚度退化规律及承载力计算方法。结果表明:该类节点初裂与极限荷载较常规节点显著降低,易发生小核心剪切破坏和柱端压弯剪复合破坏;异型节点中剪力墙的设置可以有效改善节点的抗震性能,提高其延性和耗能能力;通过分析节点受力机理并根据不同的破坏形态,提出针对SRC异型节点的承载力计算方法,为该类节点的实际设计提供参考。