锈蚀钢筋混凝土框架柱滞回性能的数值模拟研究

以某钢筋混凝土框架柱为例,采用非线性有限元分析软件ABAQUS研究了框架柱在4种不同锈蚀程度(未锈蚀、轻微锈蚀、中等锈蚀和严重锈蚀)下的滞回性能,并与文献中描述的试验结果和框架柱的实际震害进行了对比。研究表明:钢筋锈蚀将导致框架柱的滞回承载力大幅度降低,而且随着锈蚀率的增大,这种承载力降低效应逐渐增强,其中锈蚀引起的钢筋与混凝土之间的粘结性能退化在这种滞回承载力削弱过程中起着重要的作用。就滞回曲线的特点来看,随着钢筋锈蚀程度的增大,框架柱滞回环的饱满程度降低、内缩增加,滞回曲线由弓形逐渐变成反S形,滞回环的包络面积变小,说明框架柱抗震耗能能力降低。     

薄壁波纹钢管混凝土柱滞回性能试验研究

近年来,薄壁钢管混凝土柱由于其良好的力学性能和施工性能在各类建筑结构和桥梁上得到了广泛应用,但震害表明,普通薄壁钢管混凝土柱抗局部屈曲能力和屈曲后抗震性能较差。提出了一种薄壁波纹钢管混凝土柱,为了初步探索其抗震性能,以轴压比和截面形式为主要参数,进行了2根薄壁波纹钢管混凝土柱和2根普通薄壁钢管混凝土柱低周反复加载试验研究。主要结论如下:在轴压比相同的情况下,薄壁波纹钢管混凝土柱的滞回曲线明显要比其它两种截面形式的饱满;在相同位移时,薄壁波纹钢管混凝土柱的耗能能力明显好于方形和圆形的。三种截面形式的延性较接近且延性系数均超过3,且强度退化和刚度退化趋势和程度基本一致。综合分析,薄壁波纹钢管混凝土柱抗震性能较之圆、方形薄壁钢管混凝土柱的相当或稍好。研究结果可供城市高架桥的分析与设计参考。     

考虑轴向变形、双轴弯曲耦合效应的钢筋混凝土柱的弹塑性分析

在实际地震作用下，高层，特别是高宽比较大的高层结构中，由于倾覆力矩的作用、柱子、特别是外边柱所受轴力的变化将不可忽略。轴向变形与双轴弯曲的耦合作用，将是柱子塑性变形的显著特征。基于材料本构关系的“纤维模型”，能较精确地反映轴向变形，双轴弯曲三者之间的耦合作用。一组钢筋混凝土柱子双轴压弯的计算结果与试验结果的比较，证明了“纤维模型”的有效性和精确性。     

加劲T形钢管约束混凝土柱滞回性能研究

异形柱框架结构较传统框架结构能有效地改善建筑内部的使用空间,但目前应用较多的钢筋混凝土异形柱结构在抗震性能方面限制较严,制约了其进一步的推广和应用。加劲钢管约束混凝土异形柱可有效提高核心混凝土的约束作用,改善其滞回性能。为研究加劲T形钢管约束混凝土柱的滞回性能,进行了2个T形组合柱的压弯滞回性能试验研究。试验结果表明:外包钢管越长,试件的承载力和延性也相应越高;相比T形钢筋混凝土柱,T形钢管约束混凝土柱的刚度、承载力以及耗能性能均明显提高;对拉钢筋加劲肋能有效限制钢管局部屈曲和阴角处钢管与混凝土脱开。提出了适合T形钢管约束混凝土柱的数值分析程序并将数值程序计算所得的水平荷载-位移曲线与试验曲线对比,吻合较好。     

型钢再生混凝土组合柱滞回性能有限元分析

基于型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载的试验结果,通过Open Sees软件对组合柱进行了有限元分析,获取了组合柱的滞回曲线、骨架曲线以及水平承载力,并与试验结果进行了对比。结果表明:弯曲破坏的组合柱模拟曲线与试验曲线吻合较好,而剪切斜压破坏的组合柱模拟曲线形状与试验曲线存在一定的差异,但其最大水平承载力与实测值较为接近,表明Open Sees可应用于模拟型钢再生混凝土组合柱的滞回性能。在此基础上,本文利用该软件对型钢再生混凝土长柱的滞回性能进行了参数影响分析,参数包括再生混凝土强度、箍筋强度、型钢强度及型钢配钢率。分析结果表明,构件承载力随着再生混凝土强度的提高而略有增加,但延性及耗能降低;随着型钢强度、箍筋强度的提高及型钢配钢率的增大,构件抗震承载力都得到了一定的提高,且延性及耗能能力增强,对组合柱的抗震性能是有利的。研究结果对型钢再生混凝土组合柱的推广应用具有积极意义。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。     

反复荷载作用下矩形钢管混凝土柱的滞回性能研究

文中首先建立了钢管与核心混凝土界面的粘结-滑移滞回模型、考虑包辛格效应的钢材单轴滞回模型和考虑矩形钢管约束效应后内填混凝土的单轴应力-应变滞回模型.在截面纤维模型的基础上,建立了考虑界面粘结-滑移的矩形钢管混凝土柱分析模型,用Fortran语言编制了相应的全过程分析程序.考虑轴压比和截面高宽比两个因素,对19个矩形钢管混凝土试件进行了数值模拟计算,并对荷载-位移滞回关系进行了初步的理论分析.     

SMA弹簧-摩擦支座滞回性能试验研究

通过试验研究了一种新型SMA弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,简称SFB)的滞回性能。首先,研制了大尺寸NiTi记忆合金(NiTi SMA)螺旋弹簧。在此基础上,加工制作了SFB试件实物模型,对其进行了拟静力试验研究。考察了竖向压力、位移幅值和加载频率对SFB的恢复力-位移曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和等效动摩擦系数的影响。研究结果表明:SFB在水平方向呈现独特的恢复力-位移曲线;SFB的滞回曲线饱满、耗能能力较好,且具有一定的复位能力;竖向压力、位移幅值对SFB力学参数有一定影响,而在试验加载频率区间其力学参数较为稳定。     

冷弯薄壁型钢方钢管混凝土梁的滞回性能试验研究

进行了六片方形冷弯型钢钢管混凝土梁在反复荷载作用下的试验研究和非线性有限元分析,研究不同跨高比和截面宽厚比对冷弯型钢钢管混凝土梁的滞回性能、延性和耗能能力等的影响。结果表明:(1)方型冷弯薄壁钢管混凝土梁的荷载-位移滞回曲线比较饱满,没有明显的捏缩现象,具有很好的延性和耗能能力;(2)跨高比和宽厚比会严重影响方型冷弯薄壁钢管混凝土梁的滞回性能和延性;(3)建立的非线性有限元模型能够预测冷弯薄壁钢管混凝土梁的弹塑性行为和抗震性能,计算结果与实测结果基本吻合,可以进一步应用方型冷弯薄壁钢管混凝土梁的参数影响分析计算。     

预压碟簧自复位钢筋混凝土桥墩恢复力模型与滞回性能研究

为减小钢筋混凝土桥墩在地震中的损伤并且实现经济快速的震后恢复,提出一种新型预压碟簧自复位钢筋混凝土桥墩(PDS-SCCP)。文中对PDS-SCCP的整体构造和工作原理进行了详细介绍,并建立了反映其滞回特性的恢复力模型。采用ABAQUS建立PDS-SCCP的数值模型,并将ABAQUS计算结果与恢复力模型进行对比分析。结果表明：文中建立的恢复力模型能够较准确地描述PDS-SCCP的滞回特征;在往复荷载作用下,PDS-SCCP可以实现预期的工作机制,其塑性损伤集中于可更换耗能装置,混凝土墩身基本保持弹性,复位装置能够稳定地为桥墩提供恢复力。     

钢骨及纤维增强混凝土异形柱中节点滞回性能

通过进行往复荷载作用下的T形钢骨、槽型钢骨、聚丙烯纤维、钢纤维增强的混凝土异形柱中节点试验研究,分析不同改善措施对混凝土异形柱中节点滞回性能影响。研究结果表明:在混凝土异形柱中节点核心区加入T形钢骨、槽型钢骨或掺入聚丙烯纤维、钢纤维均能使混凝土异形柱中节点的承载能力得到提高,使中节点的滞回特性得到改善。四种改善措施均能提高混凝土异形柱中节点受剪承载力,其中加入钢骨对提高混凝土异形柱节点的受剪承载力效果优于加入纤维的。     

基于人工神经网络的钢筋混凝土异型节点滞回模型

讨论了应用神经网络技术模拟钢筋混凝土材料滞回行为的若干问题，建立了钢筋混凝土异型节点滞回特性的BP神经网络预测模型，并获得了满意的结果。分析表明，神经网络计算是钢筋混凝土构件抗震性能研究中的一种很有潜力的新方法。     

两类铅阻尼器的滞回性能研究

在研制一套具有竖向耗能能力的抗倾覆装置过程中,针对该装置对阻尼器的要求,设计了两种铅阻尼器,铅剪切阻尼器和钢铅组合耗能器。根据实验得出的两种铅阻尼器的滞回曲线的基础上,简化滞回规则,并通过算例分析,给出控制效果分析。分析表明,两种阻尼器对结构的竖向震动起到了一定的控制效果,适合工程应用。     

钢筋混凝土框架柱轴压比限值问题研究

针对目前高层钢筋混凝土结构抗震设计遇到的突出问题之一－框架柱轴压比超限现象,结合以往试验现象分析和对规范背影资料的研究,对框架柱轴压比限值的研究进行了综合与分析,并对进一步的研究工作提出了一些新的建议。     

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。     

传统风格钢筋混凝土梁-柱节点抗震性能试验研究

传统风格现代建筑结构是继承和创新地域建筑文化的良好载体,但由于构造方法不同,使其与常规现代结构有较大的区别。通过4个模型比例为1∶1.5的传统风格钢筋混凝土梁-柱中节点的低周反复荷载试验,研究了该类节点的破坏机理、承载能力、滞回特性和耗能能力等抗震性能,分析了体积配箍率、上下梁净间距对该类节点抗震性能的影响。结果表明:传统风格钢筋混凝土梁-柱节点在加载过程中形成了上、中、下3个小核心区,最初裂缝出现在下核心区,随后为上核心区和中核心区,最终破坏时3个小核心区均出现了"X"形剪切裂缝,其中下核心区破坏最为严重;随着体积配箍率的增大,节点极限承载力提高,滞回曲线更为饱满;随着上、下梁间距的增大,节点极限承载力基本不变,滞回曲线饱满度明显下降。与常规钢筋混凝土梁-柱节点相比,传统风格钢筋混凝土梁-柱节点的位移延性系数和极限阶段的耗能系数较小,延性和耗能性能相对较差。     

钢筋混凝土柱考虑损伤累积的反复荷载-位移关系分析

为能在反复荷载作用下钢筋混凝土柱的荷载-位移关系分析中考虑柱低周疲劳性能,提出了一损伤模型,对柱中纵向受力钢筋和混凝土的损伤状态作评估与记录。将这一记录材料性能信息的损伤指标带入材料各自的恢复力模型以考虑产生损伤后材料的强度和刚度退化。基于多弹簧模型对不同变幅加载路径下及等幅低周疲劳加载下钢筋混凝土柱的空间反应进行了数值计算模拟。与已有试验结果比较表明,所提材料层次上的损伤累积模型以及考虑损伤累积效应的柱构件空间荷载-位移关系分析方法具有一定的精度,为钢筋混凝土柱的抗震性能分析提供了一个辅助工具。     

多维地震激励下考虑构件滞回性能的输电塔倒塌分析

本文基于角钢新型非线性材料本构模型对多维地震激励下输电塔倒塌破坏进行模拟研究。基于ABAQUS中RIKS算法得到不同长细比角钢的屈曲承载力,并通过承载力试验验证有限元分析结果。基于角钢滞回性能试验结果,采用Fortran语言编制角钢新型非线性材料本构模型,并与试验结果对比。建立输电塔三维有限元模型,采用动力显式分析方法,对多维地震激励下输电塔倒塌进行模拟,总结输电塔的极限承载力、杆件屈曲情况和倒塌位置。研究结果可为多维地震激励下输电塔抗倒塌设计提供参考。     

改善钢筋混凝土短柱抗震性能的研究

简要介绍了改善钢筋混凝土短柱抗震性能的若干措施。为进一步提高短柱的抗震性能，本文提出了内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱，并进行了7根短柱的抗震性能试验研究，试验表明，内藏“斜向劲性核心束”矩形截面混凝土短柱比普通矩形截面短柱的抗震性能显著提高。     

考虑剪力滞效应的曲线箱梁自振特性研究

通过假设曲线箱梁翼板纵向位移函数,分别建立了曲线箱梁形变势能和振动动能表达式。综合运用能量变分法和哈密顿原理推导出了曲线箱梁受弯、扭、剪力滞耦合作用的自由振动微分方程,由位移场函数对简支曲线箱梁一阶竖向弯曲频率进行了近似求解,获得了自振频率显示解。然后将理论计算值与ANSYS有限元数值解相比较,误差仅为0.37%,二者吻合良好,证明了理论公式推导的正确性。在此基础上重点研究了剪力滞效应对曲线箱梁自振频率的影响,分析结果表明:剪力滞效应削弱了弯梁的刚度,降低了结构的自振频率,剪力滞效应对弯梁刚度的削弱程度主要取决于宽跨比,当宽跨比由0.15增大到0.4的过程中,曲线箱梁刚度的削弱程度由2.05%增大到12.8%。实际工程中,对于多室箱梁和扁平箱梁,应充分考虑剪力滞效应对自振频率的不利影响。