再生混凝土短柱抗震性能试验研究

本文进行了4个剪跨比为1.75的再生混凝土短柱模型抗震性能对比试验,模型按1/2缩尺。模型1为普通混凝土短柱,模型2为再生粗细骨料取代率均为50%的再生混凝土短柱,模型3为再生粗细骨料取代率均为100%的再生混凝土短柱,模型4为再生粗细骨料取代率均为100%且带交叉钢筋的再生混凝土短柱。分析了各模型的承载力、刚度及其退化过程、滞回特性、位移延性、耗能能力、破坏形态。研究表明:随着再生骨料取代率的增加,其混凝土的弹性模量明显减小,试件初始刚度、承载力、耗能能力明显下降;加设交叉钢筋的试件抗震性能显著提高;再生混凝土柱可以在轴压比较小的结构中应用。提出了基于再生混凝土强度折减的承载力简化计算方法,计算结果与实测值符合较好。     

方钢管再生混凝土柱滞回性能试验与影响因素分析

为研究方钢管再生混凝土柱的滞回性能,以再生粗骨料取代率和轴压比为设计参数,开展6个方钢管再生混凝土柱试件的拟静力试验。观察试件的破坏形态,实测试件的滞回曲线,探讨设计参数对位移延性系数、强度、刚度和耗能系数等滞回性能指标的影响规律。研究结果表明:试件破坏形态与方钢管普通混凝土柱相似,方钢管底部鼓曲破坏,再生混凝土底部被压碎;试件的滞回曲线比较饱满,滞回曲线的形状从梭形发展到弓形;基于滞回性能指标需求,方钢管再生混凝土构件应用于工程承重结构之中是可行的;除刚度随轴压比的减小而减小外,其他滞回性能指标对现有的轴压比变化范围并不敏感。     

钢管再生混凝土柱的抗震破坏机理与损伤分析

为研究钢管再生混凝土柱的抗震破坏机理与损伤演化过程,以再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率为变化参数,设计10个圆钢管再生混凝土柱试件和6个方钢管再生混凝土柱试件,进行拟静力试验。观察试件的破坏形态,获取试件的强度衰减,实测荷载-应变滞回曲线,引入基于变形、基于耗能和基于变形与耗能的地震损伤评估模型。研究结果表明:钢管再生混凝土柱试件的破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,强度衰减经历一个由多到少再到多的过程;滞回曲线呈现出比较饱满的梭形;对于圆形试件,随着取代率的增加,损伤指标D无明显统一的规律,而方形试件则依次增加;3种地震损伤评估模型均可用于钢管再生混凝土柱的损伤分析,但各有利弊。研究结果可为钢管再生混凝土构件的工程应用提供依据和参考。     

三轴受压再生混凝土强度及变形性能试验研究

采用正交试验法设计16组不同配合比的试件,分析常规三轴受压条件下,水灰比、再生粗骨料取代率、聚丙烯纤维掺量及围压4种因素对再生混凝土强度及变形性能的影响。试验结果表明:常规三轴受压条件下,再生混凝土峰值应力与单轴受压峰值应力及围压之间存在一定的线性关系;围压对峰值应力及应变影响较为显著,水灰比影响次之,再生粗骨料取代率及聚丙烯纤维掺量影响不明显。     

不同再生骨料取代率再生混凝土柱抗震试验研究

进行了1根普通混凝土柱和3根不同再生骨料取代率的再生混凝土柱模型的低周反复荷载试验研究,模型按1/2缩尺。在试验基础上,分析了其承载力、刚度及其退化过程、滞回特性、延性、耗能能力、破坏形态等,提出了基于混凝土强度折减的承载力实用计算方法。研究表明:随着再生骨料取代率的增加,其混凝土的弹性模量明显减小,试件初始刚度明显下降、承载力呈下降趋势、耗能值下降,抗震能力呈下降趋势。再生混凝土柱可用于多层结构轴压比较小的柱的抗震设计。     

再生混凝土框架柱抗震性能试验研究

进行了再生粗骨料取代率分别为0%、50%、100%的3个再生混凝土框架柱低周反复荷载的对比试验,在相同轴压比、不同取代率的情况下,对普通混凝土与再生混凝土框架柱、再生混凝土框架柱之间不同取代率的破坏形态、滞回特性、延性性能、耗能特性等问题进行了对比分析。试验结果表明再生混凝土与普通混凝土框架柱的破坏过程相似,前者的滞回特性、延性和耗能均满足抗震要求,因此在有抗震设防要求地区的框架中采用再生混凝土是可行的,但再生混凝土较普通混凝土框架柱构件延性减小,耗能能力降低,不建议直接采用原有设计方法,需进行合理的构造加强措施。     

核心钢管混凝土短柱轴压受力机理及设计方法研究

为研究核心钢管混凝土(CSTRC)短柱轴压受力机理及设计方法,完成了7个CSTRC柱和2个RC柱的轴压试验,采用有限元软件ABAQUS对CSTRC柱轴压全过程进行数值仿真。在试验验证的基础上,利用有限元模型研究了CSTRC柱的轴压机理和轴力分配规律。研究表明,核心钢管混凝土柱试件中,钢管对内部混凝土的约束作用明显,钢管外部混凝土对钢管的约束作用可以忽略,其承载力可按RC部分与钢管混凝土柱部分承载力进行线性叠加。根据有限元分析结果,提出了CSTRC柱中钢管混凝土部分的承载力发挥系数。本文成果可为CSTRC结构的设计和应用提供参考。     

不同轴压比下钢管混凝土剪力墙结构受力性能试验及有限元分析

为研究不同轴压比下钢管混凝土剪力墙结构的受力性能,首先进行了3片双层单跨钢管混凝土剪力墙拟静力试验,端柱底部钢管屈服破坏,利用有限元软件ABAQUS建立试件数值模型,计算结果与试验吻合良好,在此基础上,通过对9组轴压比从0~0.8的钢管混凝土和钢筋混凝土剪力墙单调推覆分析,深入探讨了试件的承载力、延性系数及钢管端柱对墙体整体性能的影响。     

钢管混凝土叠合柱的抗震延性研究

震害表明,高层建筑中轴压比较大的钢筋混凝土柱的变形能力较弱。为了提高大轴压比柱的变形能力,进而改善结构的抗震性能,采用钢管混凝土叠合柱是最有效的方法之一。本文首先通过截面分析,阐释了钢管混凝土叠合柱在高轴压比下提高柱子延性的机理。然后基于已有的钢管混凝土叠合柱试验,采用通用非线性有限元软件ABAQUS建立了钢管混凝土叠合柱的有限元模型。有限元分析结果与试验结果吻合良好,说明了有限元模型的合理性。在此基础上,分析了名义轴压比、套箍系数等参数对钢管混凝土叠合柱位移延性系数的影响,得到了影响外围钢筋混凝土与核心钢管混凝土之间轴力重分配和叠合柱延性的关键参数。通过回归分析,得到反映各关键参数影响的叠合柱位移延性系数的简化计算公式,在此基础上,计算得到了各抗震等级叠合柱位移延性系数的下限值,为叠合柱的延性估算和复核提供参考。     

基于延性破坏准则的再生混凝土柱抗震性能研究

为揭示再生混凝土柱的性能退化机理,根据拟静力试验现象和试验数据,对再生混凝土柱的破坏进行了量化研究。首先进行了Park-Ang破坏准则和延性破坏准则的计算验证,统计分析结果表明延性破坏准则可用于再生混凝土柱破坏计算研究。基于延性破坏准则对再生骨料取代率与混凝土强度、破坏指数的量化关系进行了研究,建立了混凝土强度退化与破坏指数的函数关系;从再生骨料界面结合能力、粘结性能和强度变化三个方面对再生混凝土柱性能退化规律进行了解释说明,考虑再生骨料取代率和混凝土强度的影响,提出了改进的再生混凝土柱延性破坏准则。研究结果表明：考虑混凝土强度影响的改进延性破坏准则计算结果更接近于1.0,且离散性较低,更准确的定义了再生混凝土柱的破坏。综合再生混凝土柱试验现象、破坏规律及破坏指数计算结果,给出了再生混凝土柱的延性准则破坏评价标准,相关研究成果可用于再生混凝土柱的破坏评估和震损鉴定。     

Damage assessment for seismic response of recycled concrete filled steel tube columns

A model for evaluating structural damage of recycled aggregate concrete filled steel tube (RCFST) columns under seismic effects is proposed in this paper. The proposed model takes the lateral deformation and the effect of repeated cyclic loading into account. Available test results were collected and utilized to calibrate the parameters of the proposed model. A seismic test for six RCFST columns was also performed to validate the proposed damage assessment model. The main test parameters were the recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage and the bond-slip property. The test results indicated that the seismic performance of the RCFST member depends on the RCA contents and their damage index increases as the RCA replacement percentage increases. It is also indicated that the damage degree of RCFST changes with the variation of the RCA replacement percentage. Finally, comparisons between the RCA contents, lateral deformation ratio and damage degree were implemented. It is suggested that an improvement procedure should be implemented in order to compensate for the performance difference between the RCFST and normal concrete filled steel tubes (CFST).     

Seismic behavior of large-scale FRP-recycled aggregate concrete-steel columns with shear connectors

The application of fiber-reinforced polymer (FRP) composites for the development of high-performance composite structural systems has received significant recent research attention. A composite of FRP-recycled aggregate concrete (RAC)-steel column (FRSC), consisting of an outer FRP tube, an inner steel tube and annular RAC filled between two tubes, is proposed herein to facilitate green disposal of demolished concrete and to improve the ductility of concrete columns for earthquake resistance. To better understand the seismic behavior of FRSCs, quasi-static tests of large-scale basalt FRSCs with shear connectors were conducted. The influence of the recycled coarse aggregate (RCA) replacement percentage, shear connectors and axial loading method on the lateral load and deformation capacity, energy dissipation and cumulative damage were analyzed to evaluate the seismic behavior of FRSCs. The test results show that FRSCs have good seismic behavior, which was evidenced by high lateral loads, excellent ductility and energy dissipation capacity, indicating RAC is applicable in FRSCs. Shear connectors can significantly postpone the steel buckling and increase the lateral loads of FRSCs, but weaken the deformation capacity and energy dissipation performance.

     

再生空心砌块砌体填充墙-钢管再生混凝土框架骨架曲线模型研究

为研究再生空心砌块砌体填充墙-钢管再生混凝土框架的骨架曲线模型,设计制作了2榀试件并对其进行低周反复加载试验,获取其滞回及骨架曲线。在此基础之上,对试件的骨架曲线模型进行相关的理论分析,建立了再生空心砌块砌体填充墙—钢管再生混凝土框架的四折线骨架曲线模型。研究表明:试件的滞回曲线呈现为饱满的梭形,表现出了良好的抗震耗能性能;通过相关理论分析建立的四折线骨架曲线模型与试验实测骨架曲线吻合良好,可为该类结构在地震作用下的弹塑性地震反应分析提供相关参考。     

Seismic performance of recycled concrete-filled square steel tube columns

An experimental study on the seismic performance of recycled concrete-filled square steel tube (RCFST) columns is carried out. Six specimens were designed and tested under constant axial compression and cyclic lateral loading. Two parameters, replacement percentage of recycled coarse aggregate (RCA) and axial compression level, were considered in the test. Based on the experimental data, the hysteretic loops, skeleton curves, ductility, energy dissipation capacity and stiffness degradation of RCFST columns were analyzed. The test results indicate that the failure modes of RCFST columns are the local buckling of the steel tube at the bottom of the columns, and the hysteretic loops are full and their shapes are similar to normal CFST columns. Furthermore, the ductility coefficient of all specimens are close to 3.0, and the equivalent viscous damping coefficient corresponding to the ultimate lateral load ranges from 0.323 to 0.360, which demonstrates that RCFST columns exhibit remarkable seismic performance.     

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。     

钢管混凝土边框高强混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

钢管混凝土边框组合剪力墙是一种新型组合剪力墙。本文进行了2个1/4缩尺的高强混凝土剪力墙模型的低周反复荷载试验,模型1为普通钢筋混凝土剪力墙,模型2为钢管混凝土边框组合剪力墙。在试验研究基础上,对比分析它们的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征,建立了组合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明,钢管混凝土边框高强混凝土组合剪力墙与普通剪力墙相比抗震性能显著提高。     

应用OpenSees计算双钢管高强砼柱的水平力—位移滞回曲线

应用OpenSees计算外方内圆复合钢管高强混凝土柱（简称双钢管高强混凝土柱）的水平力—位移滞回曲线。分析了双钢管高强混凝土柱的单元和截面纤维划分。钢管材料采用双线性模型Steel02,混凝土模型采用Concrete02,圆钢管内和钢管之间的混凝土采用Susantha模型,考虑钢管对混凝土的约束作用,计算得到的水平力—位移滞回曲线与试验结果符合较好。在此基础上,应用OpenSees对双钢管高强混凝土柱进行参数影响分析,讨论了轴压比、方钢管壁厚（宽厚比）、径宽比、径厚比对双钢管高强混凝土柱抗震性能的影响。结果表明：增大轴压比,延性降低;增大方钢管壁厚（减小宽厚比）,水平承载力增大;增大圆钢管直径和壁厚,有助于提高双钢管高强混凝土柱的竖向和水平承载力能力,增大耗能能力。     

高轴压比下钢管混凝土边框组合剪力墙抗震性能试验研究

钢管混凝土边框组合剪力墙是一种适用于高层及超高层建筑的新型组合剪力墙。轴压比是影响剪力墙抗震性能的一个主要因素,高层建筑底部轴压比较大。本文进行了1/4缩尺的1个普通钢筋混凝土剪力墙模型和1个钢管混凝土边框组合剪力墙模型在高轴压比下的低周反复荷载试验。在试验研究基础上,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征,建立了钢管混凝土边框组合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。研究表明:在高轴压比下钢管混凝土边框组合剪力墙与普通剪力墙相比抗震性能显著提高。     

内约束方钢管混凝土柱抗震性能研究

由于方钢管对混凝土约束作用较弱,地震作用下方钢管混凝土柱底部钢管易出现屈曲,因此本文提出一种新型内约束方钢管混凝土柱。基于ABAQUS有限元软件,本文采用合理的材料本构模型建立内约束方钢管混凝土柱三维实体精细有限元模型,该模型能准确反应钢管、混凝土以及拉筋之间的相互作用,又能反应拟静力作用下混凝土的塑性损伤和钢材的循环硬化规律。有限元结果与试验结果吻合良好。首先,在此基础上笔选出最佳内约束形式,对拉箍筋方钢管混凝土柱的抗震性能明显优于圆环箍筋;其次,提出在不同轴压比下内约束方钢管混凝土柱的焊接拉筋最佳布置长度和合理体积配箍率;再次,探讨不同参数对内约束方钢管混凝土柱滞回性能的影响,结果表明:提高截面含钢率和长细比能有效改善组合柱的极限承载力,而轴压比在一定范围内有利于能提高柱的承载力;最后,讨论了约束措施对内约束方钢管混凝土柱耗能性能的影响。     

A new model for analyzing nonlinear torsion behavior of concrete filled steel tube columns with rectangular section

An experimental study on concrete filled steel tube columns with rectangular section subjected to compressionflexure-torsion combined action has been carried out. The failure modes and load-deformation hysteretic relations were obtained. Based on the principles of classical material mechanics, the relations between the torsion curvature of the section and the shear strain of the fiber on the section were established. Then the strain distribution on the rectangular section of concrete filled steel tube columns subjected to torsion was analyzed. The three-dimensional refined finite element model was also built, in order to make the precision verification. The matrix forms of the relation between the torsion curvature of the section and the shear strain of the fiber on the section were derived, and introduced into the fiber beam model considering nonlinear torsion effect on the section. The comparison between test results and calculation results showed that the fiber beam model considering nonlinear torsion effect had high modeling efficiency and solution precision for predicting the torsion behavior of concrete filled steel tube columns with rectangular sections, and was suitable for analyzing the dynamic response of various structures subjected to the combined cyclic load caused by the earthquake load.