钢筋混凝土预制拼装柱扭转力学性能数值模拟与参数分析

采用ABAQUS大型有限元分析软件开展预制拼装柱扭转力学性能数值模拟及参数分析,研究了轴压比、灌浆套筒位置及长度、预制构件拼接缝界面黏结强度对灌浆套筒连接中柱抗扭性能的影响。研究结果表明:轴压比会显著影响预制拼装柱抗扭承载力和变形,而灌浆套筒位置和长度对预制拼装柱抗扭力学性能的影响不明显;预制构件拼接缝界面黏结强度显著影响预制拼装柱抗扭性能。基于预制拼装构件和现浇构件力学性能的对比分析,提出了轴向荷载和扭矩共同作用下灌浆套筒连接预制拼装柱抗扭承载力设计方法。     

薄壁方钢管混凝土柱劲化设计及轴压性能探讨

对于薄壁方形钢管混凝土柱,有效且经济地提高柱的承载力、刚度和延性,增强其抵抗局部屈曲的能力是目前的一项重要研究课题。据此,进行8个薄壁方形钢管混凝土轴压试件的研究,比较普通薄壁钢管混凝土柱与劲化薄壁钢管混凝土柱的轴压极限承载力、延性性能、局部屈曲模态及相应耗钢量,研究表明:劲化设置在增加较少用钢量的情况下,使钢管壁对核心混凝土的约束作用相对于普通钢管混凝土柱和单纯加设约束拉杆的钢管混凝土柱更趋均匀,提高了整体约束效应,混凝土强度得以提高,本构关系明显改善。从而增加了钢管混凝土柱的轴压承载力和延性,改变了钢管的局部屈曲变形状态,其实用效益与经济效益极其可观,具有良好推广价值。     

全装配式预制混凝土结构梁柱组合件抗震性能试验研究

采用足尺模型对比试验方法对现浇高强混凝土梁柱组合件、预制混凝土结构高强混凝土后浇整体式梁柱组合件和高强预制混凝土结构全装配式梁柱组合件在低周反复荷载作用下的开裂破坏形态、滞回特性、骨架曲线、强度与刚度退化特性、耗能能力、节点核心区域的剪切变形、梁端与柱端的转动变形等抗震性能指标进行了系统研究。结果表明：高强预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件与现浇高强混凝土结构梁柱组合件具有相同的抗震能力，全装配式预制混凝土梁柱组合件的抗震性能和主要抗震性能指标与现浇高强混凝土梁柱组合件和预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件存在明显的差异。对于实际工程应用，应采取必要措施增加全装配式节点的耗能能力。     

木柱与钢筋混凝土梁柔性装配节点的非线性力学性能分析

为研究装配式木柱与钢筋混凝土混合结构梁柱柔性节点的非线性力学性能,设计一种木柱与钢筋混凝土混合结构装配节点.利用 ABAQUS软件建立有限元模型,并对节点模型进行单调加载荷载分析和低周反复加载分析,主要研究橡胶硬度和竖向荷载对装配节点的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、承载力及耗能能力等非线性力学性能的影响,并与相关文献对比,验证分析方法的可行性.结果表明:该柔性节点的主要破坏模式有柱脚受压屈曲、受拉抬起现象和橡胶压缩变形破坏.柔性装配节点的承载力、刚度、延性与其阻尼材料的硬度二者呈正比关系.随着阻尼材料硬度提高,可以有效限制柱体侧倾和柱脚抬起现象.当采用71HA 硬度的橡胶材料时其耗能能力较好.同时,竖向荷载对装配节点的阻尼比影响较大,增加竖向荷载可以有效提高该节点的黏滞阻尼比.     

Effect of seismic design details on hysteresis performance of SRC-RC transfer columns

Four types of seismic design details were tested using 11 transfer column specimens and one comparison specimen of RC under low cyclic reversed loading. Test results show that diagonal cracks control the failure pattern and damage occurs mainly in the RC section with weak shear capacity in the transfer columns. There is a large difference in the bearing capacity and ductility of the transfer columns according to the test results, which indicates that the strengthening effect of diverse structural measures is quite different. The section ratio of I-section-encased steel and the axial compression ratio also have a great influence on the bearing capacity and ductility. Although the bearing capacity of transfer columns with additional longitudinal bars and additional X bars is relatively large, they have poor deformation capacity. Setting more stirrups along the columns is the best structural measure to enhance the seismic performance. The studs on the I-sectionencased steel by welding can help to complete the stress transfer between the steel and concrete, and avoid performance degradation of the two materials due to bonding failure.     

免拆超高性能混凝土模板钢筋混凝土柱抗震性能研究

为研究预制超高性能混凝土(UHPC)模板钢筋混凝土(RC)柱的抗震性能,并验证预制UHPC模板在往复荷载作用下是否发生剥离,考虑轴压比、剪跨比、箍筋间距和保护层厚度,设计制作6根免拆模板柱(PTC)和1根RC对比柱试件,对其进行拟静力试验,研究其破坏形态、滞回性能、变形和耗能能力以及强度和刚度退化规律等。结果表明,与加载方向垂直的预制UHPC模板大约在PTC试件峰值荷载的70%时发生剥离,与加载方向平行的预制UHPC模板在试件最终破坏时剥离;在剪跨比、轴压比和箍筋数量均分别相同的条件下,由UHPC模板加10 mm混凝土作为保护层的试件,其抗震性能相对较好,但其承载力和前期刚度略有减小。     

基于钢筋拉压力传递的预制空心板残余抗震性能研究

为提升建筑质量,分析在循环往复荷载作用下预制空心板整体抗震性能,研究基于钢筋拉、压应力传递的预制空心板残余抗震性能.制备不含钢筋预制空心板结构试件:不含钢筋试件、未使用钢筋拉压力传递间接搭接试件、使用钢筋拉、压应力传递灌孔构造边缘构建试件,对各试件循环施加地震荷载,记录各试件性能变化情况.试验结果表明,相比于压剪破坏的...     

灌浆波纹管装配式桥墩双向地震损伤评价方法

灌浆波纹管连接是装配式墩常用接头连接方式之一,但没有系统研究其受到双向往复荷载作用的整体抗震性能,地震损伤评价方法不够完善。通过双向拟静力试验,研究在双向往复荷载作用状态下灌浆波纹管连接装配式墩的滞回特性变化和破坏模式,讨论了损伤指标构建方法,依据易损性曲线损伤评估了灌浆波纹管装配式墩的抗震性能。结果发现:装配式墩的变形能力和承载能力因双向荷载的耦合效应而急剧下降,装配式墩双向受力损伤状态可以采用Park-Ang值综合反映。在所给加速度情况下,可通过易损性分析得到各装配式墩构件不同损伤状态的超越概率,在峰值加速度一样时,纵桥向损伤状态发生的最大超越概率要比横桥向高。研究结果可以为灌浆波纹管装配式墩双向地震损伤评价提供方法。     

陶粒混凝土L形柱抗震性能试验研究

在试验的基础之上,讨论了剪跨比、轴压比、荷载角对陶粒混凝土L形柱抗震性能(水平承载力、刚度、延性)的影响。最后,进行了理论计算,计算值和实测值符合较好。     

UHPC墩周连接装配式桥墩抗震性能研究

为改善预制装配式桥墩的抗震性能和施工容错能力,提出一种装配式桥墩新型连接方式:超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)墩周连接。设计并制作1个现浇桥墩试件和1个UHPC墩周连接装配式桥墩试件,对两个试件进行拟静力试验;建立UHPC墩周连接装配式桥墩试件的三维实体非线性有限元模型,对比研究新型装配式桥墩的抗震性能及其影响因素。结果表明:UHPC墩周连接装配式桥墩与整体现浇桥墩表现出相似的抗侧力性能和自复位能力,二者的抗震性能基本等同。对比分析非线性有限元模型与实际桥墩试件的滞回曲线,二者拟合程度较高,验证了建模方法的可靠性和模拟结果的准确性。UHPC连接段高度对该装配式桥墩抗震性能的影响不大,保证钢筋搭接长度即可。轴压比、立柱高度和搭接钢筋配筋率对该装配式桥墩抗震性能的影响较为明显:在轴压比为0.1~0.3时,试件刚度和水平承载力随轴压比的增大而增大,残余位移随轴压比的增大而减小;立柱高度由2.0 m提高至2.5 m时,高度越大该装配式桥墩的水平承载能力和累积滞回耗能越小;湿接缝处搭接钢筋配筋率由1.01%增至1.57%时,该装配式桥墩的水平承载能力和残余位移相比原配筋试件性能有较明显的提升。     

基于干接缝单元的预制拼装桥墩抗震性能数值模拟

为克服利用OpenSEES进行预制拼装桥墩纤维模型分析时干接缝区域模拟困难的问题,提出一种由刚性单元、非线性梁柱单元、零长度单元配合ENT单压材料组成的干接缝单元。通过基于干接缝单元的纤维模型数值模拟结果与文献中的1:3.5缩尺桥墩拟静力试验结果对比发现:该干接缝单元不仅解决了墩身混凝土压溃带来的模型不收敛问题,而且考虑了墩身节段宽度对干接缝区域的影响,使预制拼装桥墩干接缝处的力学性能更接近实际的力学性能;数值模拟结果与试验结果吻合较好证明了该干接缝单元用于模拟预制拼装桥墩干接缝区域的可行性。在此基础上设置耗能钢筋、外包钢管和墩底橡胶支承垫层作为桥墩附加耗能装置,对预制拼装桥墩进行拟静力循环加载模拟,研究不同耗能装置对预制拼装桥墩的滞回能力、预应力筋内力、累积耗能、残余位移以及等效刚度等性能参数的影响。结果表明:设置耗能钢筋和外包钢管可以显著提高预制拼装桥墩的耗能能力、水平承载力和刚度,降低预应力损失;设置墩底橡胶支承垫层也能提高预制拼装桥墩的耗能能力,但会降低桥墩的水平承载力和刚度,应根据桥墩自身刚度谨慎选择橡胶垫层的刚度。     

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。     

基于小型超高性能混凝土壳的装配式柱脚连接抗震性能试验研究

常规装配式混凝土柱脚连接常采用灌浆套筒作为连接方式,为克服地震作用损伤集中于连接区而不利于抗震和修复的问题,提出了一种基于小型超高性能混凝土(UHPC)壳的装配式柱脚连接。采用UHPC预制成环形壳状,设置于预制混凝土柱脚区域,控制该柱脚连接在地震作用下损伤出现的部位。进行了3个足尺试件的试验,对比分析了滞回和骨架曲线、强度和刚度退化以及耗能能力,研究了预制UHPC壳尺寸对抗震性能的影响,提出了骨架曲线简化计算模型。结果表明：该连接形式在地震作用下的混凝土破坏区域转移至UHPC壳上边缘;抗震性能总体良好;较厚较短的UHPC壳更加有利于提高基于小型UHPC壳的装配式混凝土柱脚连接的抗震性能;提出的简化计算模型在一定程度上反映了该连接的内在机理,可用于该连接形式的分析和设计。     

装配式内藏钢桁架混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为了提高装配式剪力墙的抗震性能,提出并设计了一片暗柱内置H型钢装配式内藏钢桁架混凝土剪力墙及一片暗柱内置圆钢管装配式内藏钢桁架混凝土剪力墙,其中H型钢竖向连接采用顶底角钢复合连接,圆钢管竖向连接采用端板焊接.通过对试件进行低周反复加载试验,得到剪力墙试件的破坏模式、滞回曲线、承载力、延性、残余变形、刚度退化和耗能能力等...     

钢桁架(ST)约束混凝土组合柱抗震性能研究

目前,组合柱在建筑结构中进行了广泛应用和研究,研究表明:截面形式对组合柱的抗震性能有很大影响。首先,对钢桁架(ST)约束混凝土组合柱进行了试验研究。并在此基础上,利用有限元软件ABAQUS建立了数值分析模型;其次,基于数值分析模型,分析了组合柱中各部件的应力应变状态,分别考察了轴压比、缀板排列方式、体积配箍率、角钢肢宽与肢厚等因素对柱抗震性能的影响;最后,给出了组合柱在不同抗震等级下轴压比限值的建议值,可为后续组合柱的研究提供参考。研究表明:随着轴压比的增大,组合柱的延性变差,承载力先增大后减小;合理的缀板排列方式可有效抑制角钢的局部屈曲;随着体积配箍率的增大,组合柱的承载力有一定提升,延性提高较为显著;随着角钢肢宽和肢厚的增加,组合柱的承载力和延性均有显著提升。     

异形柱框架节点抗震性能试验研究

通过6个2/3比例的T形柱框架节点的低周反复试验,考察了轴压比、柱翼缘宽度等因素对节点裂缝开展、节点的破坏机理的影响。提出了翼缘宽度对节点抗剪性能的影响与梁柱抗弯刚度比有关,指出了翼缘板对节点抗剪承载力影响的修正系数ξf须考虑梁柱抗弯刚度比的影响,而不能仅按《混凝土异形柱结构技术规程》(征求意见稿)中的bf-bc来反映。     

设计参数对高层装配式钢结构建筑抗倒塌能力的影响

以某高层装配式钢结构建筑为研究对象,研究设计参数对其抗倒塌能力的影响,通过ABAQUS有限元软件,对装配式混凝土平面框架的低周反复加载试验进行模拟。结果表明,增大框架柱轴压比可提高结构承载力,在荷载峰值达到后会有较快的降低,显著降低了延性。在荷载低周反复作用下,结构延性、承载力、耗能等随着梁柱线刚度比的降低,抗震指标全部呈现增加趋势。随着梁柱线刚度比的增大,层间位移角沿楼层分布均匀性变得越来越差;由于受到荷载作用低周反复后,会大大增加混凝土的强度,并降低耗能和延性指标,同时结构承载力则略微增大。增大轴压比后,如果保持相同的地震动强度,则将会大大提高结构性能极限状态的可能性,而如果结构的轴压比较大,很可能会出现对地震响应性能水平产生破坏等问题。     

小跨高比带楼板半通缝连梁抗震性能有限元分析

为了缓解联肢剪力墙中小跨高比连梁发生低延性的剪切破坏,增强连梁的变形和耗能能力,可在单连梁中轴线位置设置半通缝并配置交叉斜筋,形成半通缝连梁。本文完成了的对7种连梁的模拟,分析了在小跨高比、低周反复荷载作用条件下不同类型带楼板连梁的承载力、变形能力、刚度退化和耗能能力以及不同跨高比、不同开缝位置对带楼板半通缝连梁抗震性能的影响。结果表明:楼板会使半通缝连梁的剪压比增大,延性下降;但相比于普通连梁和双连梁,半通缝连梁具有较好的变形能力和承载力,可在实际中推广。     

Seismic behavior and strength capacity of steel tube‐reinforced concrete composite columns

The steel tube‐reinforced concrete (ST‐RC) composite column is a novel type of composite column, which consists of a steel tube embedded in RC. In this paper, the seismic behavior of ST‐RC columns is examined through a series of experiments in which 10 one‐third scale column specimens were subjected to axial forces and lateral cyclic loading. The test variables include the axial force ratio applied to the columns and the amount of transverse reinforcement. All specimens failed in a flexural mode, showing stable hysteresis loops. Thanks to the steel tube and the high‐strength concrete it is filled with, the ST‐RC column specimens had approximately 30% lower axial force ratios and 22% higher maximum bending moments relative to the comparable RC columns when subjected to identical axial compressive loads. The amount of transverse reinforcement made only a small difference to the lateral load‐carrying capacity but significantly affected the deformation and energy dissipation capacity of the ST‐RC columns. The specimens that satisfied the requirements for transverse reinforcement adopted for medium ductile RC columns as specified by the Chinese Code for Seismic Design of Buildings (GB 50011‐2010) and EuroCode 8 achieved an ultimate drift ratio of around 0.03 and a displacement ductility ratio of approximately 5. The design formulas used to evaluate the strength capacity of the ST‐RC columns were developed on the basis of the superposition method. The predictions from the formulas showed good agreement with the test results, with errors no greater than 10%. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.