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。     

FRP加固RC框架柱关键位移角统计及性能水平量化

对国内外学者122根FRP加固RC柱伪静力试验的关键位移角进行了统计分析。分别给出了柱纵筋屈服荷载、柱侧弯峰值荷载、柱侧弯极限荷载所对应位移角d的限值—可靠度关系。当可靠度为95%左右时,纵筋屈服荷载、峰值荷载、极限荷载所对应的关键位移角d_y、d_m、d_u分别为1/240、1/110和1/60。对关键位移角d进行了RC柱自身特征参数及FRP加固量参数的单因素分析。结果表明,原柱自身特征参数轴压比n,FRP加固量λf显著影响d_y;纵筋率ρs,混凝土轴心抗压强度fc显著影响d_m;FRP加固量参数λf显著影响du。并依据分析结果将各参数范围分段,给出分段内的关键位移角d的限值—可靠度关系。最终,从适应性、经济可修行及安全性三方面将FRP柱性能划分为4个性能等级,选取d_y、d_r、d_m、d_u作为相应性能水平等级的指标限值。     

多层钢管混凝土柱-铰接钢梁-混凝土核心筒结构振动台试验研究

验证研究新型多层钢管混凝土柱-铰接钢梁-混凝土核心筒结构的震损和反应特点。制作9层1/40的缩尺模型进行振动台测试,调查结构的震损特点、动力特性和地震反应。结果表明:震损出现在楼板与钢管混凝土柱、核心筒以及钢梁连接处的楼板上,震损破坏为变形引起的连接构造破坏和结构性破坏;自振周期随震损增加而增大,动力放大效应减小,侧向变形和层间位移显著增大;结构平均最大层间位移角超过规范框架-核心筒结构不倒塌限值的4.08倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;相对于超高层结构,多层结构的剪重比显著增大,未出现因倾覆力矩过大而导致核心筒破坏的情况,较大层间位移角与损伤破坏的相关性提高。     

框架填充墙结构被动控制抗震加固分析

针对不满足抗震性态目标的一栋四层钢筋混凝土框架填充墙结构,基于框架和填充墙的抗震性态目标,采用附加阻尼器的被动控制方法进行抗震加固分析研究。首先,提出两种被动控制加固方案:1.在一层所有填充墙平面内方向上并联阻尼器进行抗震加固;2.在一层和二层所有填充墙平面内方向上并联阻尼器进行抗震加固;其次,基于Open Sees有限元软件,建立上述两种被动控制加固方案的有限元模型,选取El Centro、Parkfield和San Fenando三条地震动进行罕遇地震作用下的地震反应分析;最后,依据使用功能为钢筋混凝土框架填充墙结构抗震性态目标的量化指标,即综合考虑层间位移角限值和填充墙破坏情况,判定四层钢筋混凝土框架填充墙结构采用加固方案二可满足抗震性态目标的要求。     

钢筋混凝土框架柱震损程度量化鉴定方法

钢筋混凝土结构震后损伤鉴定中,最常见的方式是鉴定者观察房屋破坏现象,根据经验给出震损等级。该方法直观高效,但对鉴定者的专业经验要求较高,且鉴定结果的主观差异较大。对此以RC框架柱为对象,开展了基于震损现象的震损量化鉴定方法研究:在RC框架柱震损现象量化试验基础上给出基于构件骨架曲线特征阶段的震损分级方法;对7个RC框架柱试件进行了改进Park-Ang损伤指数分析,建立了RC框架柱损伤指数-震损分级-震损现象的对应关系;基于RC框架柱的试验结果及典型震害编制了RC框架柱震损图集,并给出了使用图集进行框架柱震损鉴定的流程及方法。使用该方法对2个实际震害中的RC框架柱进行了震损鉴定,可为更加客观以及准确地开展钢筋混凝土结构的震损鉴定提供参考。     

基于IDA方法的加固震损RC框架结构地震易损性分析

基于Perform-3D软件,采用碳纤维加固和粘钢加固方法对震损后的混凝土框架进行加固。分别以3、6、9层RC框架结构为研究对象,采用基于增量动力分析(IDA)的地震易损性分析方法,对震损RC框架结构的地震易损性进行研究并分析其加固效果。结果表明:(1)随着高度和PGA的增加,3、6、9层震损后的碳纤维和粘钢加固结构IDA曲线簇的整体收敛性均较好;(2)总体上粘钢加固可以提高结构对地震动随机性的收敛性,但随着结构高度的增加,对于地震动随机收敛性的增益效果逐渐减弱,该加固方法对3层高度的震损低层框架结构加固效果明显;(3)碳纤维加固对于结构层间位移角的控制能力较粘钢加固更强,对于6层高度的震损中层框架结构,可以更大程度地提高其对罕遇地震的抵抗能力;(4)对适用于9层高度的震损高层框架结构,可根据实际情况选择两种加固方法中的任何一种,均可以取得较好的加固效果。     

C F RP加固震损钢筋混凝土框架结构的抗整体性倒塌能力分析

首先介绍了CFRP加固受损钢筋混凝土柱的数值模拟方法,通过OpenSees软件进行了建模分析,数值模拟结果与试验结果的对比验证了该数值模型的有效性;其次,对一6层钢筋混凝土框架以受极罕遇地震影响进行预损,采用损伤指数和折减系数的方法建立震损钢筋混凝土框架的分析模型,并选择5种不同的CFRP加固方案对其进行加固;最后,对CFRP加固的震损RC框架进行增量动力分析。定量的评价了CFRP加固震损RC框架的抗整体性倒塌能力和抗倒塌安全储备。结果表明:CFRP加固能有效提高震损钢筋混凝土框架结构的抗震性能。加固部位的选择对加固效果的影响很大,在所选用的5种CFRP加固方案中,对底层及第2层的梁柱进行加固的方案对提高震损钢筋混凝土框架的抗整体性倒塌能力效果最佳。     

高延性混凝土加固震损混凝土短柱小偏心受压性能试验研究

通过5个高延性混凝土(HDC)加固震损混凝土短柱偏心受压性能试验,研究了HDC对加固震损混凝土短柱的偏压承载能力和变形能力的影响程度.试验结果表明,采用HDC加固震损偏心混凝土短柱,可有效改善小偏心受压构件的脆性破坏,且受压承载能力有明显提高,峰值荷载提高了49％～63％,与峰值荷载对应地位移增大了34％～39％,极限...     

钢筋混凝土圆截面桥墩抗震加固方式对比分析

为研究不同加固方式对钢筋混凝土(RC)圆截面桥墩抗震性能的影响,利用OpenSees有限元软件建立了普通RC桥墩以及分别采用钢套管、碳纤维增强聚合物(CFRP)、体外预应力筋进行加固的桥墩数值分析模型,对模型输入远断层地震动,进行增量动力分析。以墩顶峰值位移角与震后残余位移角为指标,对比分析了桥墩加固前后的地震响应。结果表明:采用钢套管、体外预应力筋和CFRP加固后,RC桥墩的峰值位移与震后残余位移均减小,钢套管加固方式对桥墩峰值位移的降低幅度最大,体外预应力筋加固方式对抑制桥墩震后残余位移的效果最好;随着剪跨比的增大,3种加固方式对桥墩在地震动作用下位移响应的抑制作用均逐步减小;随着轴压比的增大,3种加固方式对RC桥墩峰值位移的抑制作用逐步降低。     

钢筋混凝土框架中震可修标准及简化抗震设计方法

本文对国际上主要建筑抗震设计规范中钢筋混凝土框架可修水准的层间位移角限值进行了比较,讨论了国内的一些相关研究结果,结合中国抗震规范确定钢筋混凝土框架中震可修层间位移角限值和屋顶侧移率限值分别为1/150和1/200。采用安全系数的抗震设计表达、论述了对应于结构层间位移角基于承载力的简化抗震设计方法。最后用实例按反应谱分析和弹性时程分析验证了钢筋混凝土框架中震可修层间位移角限值的有效控制作用,初步确定了简化抗震设计方法中梁柱构件的抗震安全系数并分析了提高目前结构抗震安全度的措施。     

CFRP加固高强混凝土柱改善延性的试验研究

通过对九根高强混凝土柱在低周反复荷载作用下受力性能的试验研究，探讨了碳纤维布对高强混凝土柱延性的改善作用，包括加固后柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数等性能特点。试验结果表明，采用碳纤维布横向缠绕高强混凝土柱可显著提高柱的延性，改善柱的抗震性能。     

Experimental study of hollow rectangular bridge column performance under vertical and cyclically bilateral loads

To investigate the seismic performance of hollow reinforced concrete(RC) bridge columns of rectangular cross section under constant axial load and cyclically biaxial bending,five specimens were tested.A parametric study is carried out for different axial load ratios,longitudinal reinforcement ratios and lateral reinforcement ratios.The experimental results showed that all tested specimens failed in the flexural failure mode and their ultimate performance was dominated by flexural capacity,which is represented by the rupture/buckling of tensile longitudinal rebars at the bottom of the bridge columns.Biaxial force and displacement hysteresis loops showed significant stiffness and strength degradations,and the pinching effect and coupling interaction effect of both directions severely decrease the structural seismic resistance.However,the measured ductility coefficient varying from 3.5 to 5.7 and the equivalent viscous damping ratio varying from 0.19 and 0.26 can meet the requirements of the seismic design.The hollow RC rectangular bridge columns with configurations of lateral reinforcement in this study have excellent performance under bidirectional earthquake excitations,and may be considered as a substitute for current hollow RC rectangular section configurations described in the Guideline for Seismic Design of Highway Bridges(JTG/T B02-01-2008).The length of the plastic hinge region was found to approach one sixth of the hollow RC rectangular bridge column height for all specimen columns,and it was much less than those specified in the current JTG/T.Thus,the length of the plastic hinge region is more concentrated for RC rectangular hollow bridge columns.     

锈蚀钢筋混凝土圆柱抗震性能的试验研究

对不同锈蚀程度的钢筋混凝土圆柱进行低周反复试验,研究了不同轴压比下的钢筋锈蚀率对钢筋混凝土圆柱滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性及耗能能力的影响;给出了试件累积耗能、屈服荷载、极限荷载、荷载最大值和位移延性系数与钢筋锈蚀率和轴压比的关系。研究表明,随着钢筋锈蚀率和轴压比的增大,试件的滞回曲线趋于干瘪,骨架曲线下降段变陡,试件的刚度、延性和耗能能力减小。     

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。     

Experimental study on seismic behavior of circular RC columns strengthened with pre-stressed FRP strips

Bonding fiber reinforced polymer （FRP） has been commonly used to improve the seismic behavior of circular reinforced concrete （RC） columns in engineering practice. However, FRP jackets have a significant stress hysteresis effect in this strengthening method, and pre-tensioning the FRP can overcome this problem. This paper presents test results of 25 circular RC columns strengthened with pre-stressed FRP strips under low cyclic loading. The pre-stressing of the FRP strips, types of FRP strips and longitudinal reinforcement, axial load ratio, pre-damage degree and surface treatments of the specimens are considered as the primary factors in the tests. According to the failure modes and hysteresis curves of the specimens, these factors are analyzed to investigate their effect on bearing capacity, ductility, hysteretic behavior, energy dissipation capacity and other important seismic behaviors. The results show that the initial lateral confined stress provided by pre-stressed FRP strips can effectively inhibit the emergence and development of diagonal shear cracks, and change the failure modes of specimens from brittle shear failure to bending or bending-shear failure with better ductility. As a result, the bearing capacity, ductility, energy dissipation capacity and deformation capacity of the strengthened specimens are all significantly improved.     

木结构榫卯节点抗震性能及其加固试验研究

为研究木结构榫卯节点的抗震性能及其加固后性能的变化,进行了6个榫卯节点的拟静力试验,并对试验后的榫卯节点分别采用扒钉、碳纤维、钢销、U型铁箍、角钢、弧形钢板进行加固。对比研究加固前后榫卯节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及刚度退化等抗震性能参数。试验结果表明:加固前节点滞回曲线有明显的捏缩现象,木结构良好的抗震性能正是依赖于节点的滑移摩擦耗能;加固后榫卯节点的抗震性能良好,可以达到破坏前的抗震性能;其中弧形钢板加固后的节点初始刚度较大,滞回环饱满,累计耗能为加固前的3倍,承载力提高70%,加固效果明显。根据试验结果给出了基于转角的震损榫卯节点加固设计方法。     

局部锈蚀矩形RC墩重度震损后加固试验研究

为探究局部锈蚀矩形截面钢筋混凝土（RC）桥墩重度震损加固后的抗震性能,本文对拟静力破坏后的6个矩形截面RC桥墩试件进行扩大截面加固。通过加载试验,对加固桥墩试件从破坏形态、滞回特性、水平承载力、位移延性、侧向刚度以及耗能等方面进行了系统分析。结果表明:相比于普通箍筋,横向施加预应力的改进扩大截面加固方式对破坏后桥墩试件的抗震性能修复成效更佳;在同等位移幅值下,锈蚀率不断增大,桥墩试件抗震性能呈现逐渐降低的趋势;钢筋锈蚀位置上移,加固后桥墩试件的抗震性能提升;轴压比加大,加固后桥墩试件承载力和侧向刚度增大,但延性降低。     

低周反复荷载下高性能混凝土震损框架的抗震性能

基于预应力与非预应力高性能混凝土震损框架的低周反复荷载试验，对其受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、恢复力模型、变形恢复能力、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行较为深入的研究与分析。研究表明：高性能混凝土震损框架的抗震性能较震损前有明显的降低，但仍具有一定的抗震能力。     

Local retrofit of exterior RC beam–column joints using thin RC jackets—An experimental study

The use of a new type of reinforced concrete (RC) jacket for RC exterior beam–column connections damaged by seismic excitations is addressed and experimentally investigated. The proposed jacket has very small thickness and includes small diameter steel reinforcement. This jacketing applies at the joint region and at a small part of the columns and the beam. The main advantage of the proposed thin and locally applied jacket compared with the commonly used concrete jacket is the fact that its application is not restrained by space limitations, and since it slightly changes the initial size of the elements, the building's dynamics and seismic behaviour remain practically unaffected. For the needs of this study, 10 exterior beam–column joint subassemblages were constructed and subjected to increasing cyclic loading. Later, the damaged specimens were locally retrofitted using the proposed thin RC jackets and they were retested with the same load sequence. Three different specimen configurations with various amounts of shear reinforcement in the joint area were examined and two types of jackets (a) with light and (b) with dense reinforcement were applied. Test results indicated that the seismic performance of the retrofitted specimens was fully restored and in some cases substantially improved with respect to the performance of the same specimens in the initial loading, since they exhibited higher values of load capacity and hysteretic energy dissipation. Discussion for the conditions of the use of the examined jacketing technique either as a repair or as a strengthening method is also included. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.