预应力混凝土扁梁框架节点抗震性能试验研究

通过4个预应力混凝土宽扁梁框架边节点在低周反复荷载作用下的抗震试验研究,对宽扁梁边节点在模拟地震作用下的破坏形态、特征荷载、滞回特性、骨架曲线、延性以及耗能能力等抗震性能进行分析研究。研究表明:试件初裂出现在靠近柱附近的梁,最终破坏区域发生在节点外核心区剪切破坏;荷载位移滞回曲线基本上呈梭形且相对饱满,试件位移延性系数介于3.7~5.13,具有较好的延性及耗能能力;穿过节点外核心区的预应力筋数量变化时,试件的延性及耗能能力变化不明显;试验中出现外核心区内的扁梁纵筋与混凝土黏结滑移破坏,混凝土剥落,而内核心区水平箍筋并未达到极限强度,建议在扁梁框架节点的设计应设置构造竖向垂直箍筋。总体上看,预应力混凝土宽扁梁框架边节点具有一定的抗震性能,可以通过合理的构造措施将其应用于抗震结构中。     

钢骨及X形配筋增强的混凝土异形柱框架中节点受力性能

在混凝土异形柱框架中节点核心区分别加入T形钢骨、槽型钢骨或X形配筋,研究了不同增强措施下混凝土异形柱框架节点的受力性能,分析了混凝土异形柱框架中节点的破坏特征,对比混凝土异形柱框架中节点核心区混凝土应变的变化规律,同时也进行了箍筋应变的分析,以研究T形钢骨、槽型钢骨、X形配筋对混凝土异形柱框架中节点受力性能的增强作用。结果表明:在异形柱中节点核心区加入T形钢骨、槽型钢骨或X形配筋均能够改善混凝土异形柱框架中节点的受力性能,与剪力方向平行的混凝土异形柱框架中节点核心区腹板的箍筋应变比混凝土异形柱框架中节点核心区翼缘处的箍筋应变大,T形钢骨、槽型钢骨或X形配筋对提高混凝土异形柱框架中节点核心区混凝土主拉应变作用显著。     

不同配筋形式钢筋混凝土框架变梁节点抗震性能试验研究

完成6个1/3比例钢筋混凝土框架变梁中节点试件低周反复荷载试验,重点研究了小梁交叉弯折纵筋(即"X"筋)、梁垂直加腋等配筋构造措施对变梁节点抗震性能的影响。研究结果表明:增加节点区配箍率和小梁采用交叉弯折纵筋后节点组合体仍发生了核心区剪切破坏,表明此种配筋方式对该类非常规节点抗震性能的改善不明显;小梁底部垂直加腋后,在小梁与加腋界面处发生破坏,避免了节点区的剪切破坏,从而改善了变梁节点的抗震性能。此外,轴压比变化对变梁节点抗震性能的影响不显著,增加核心区配箍率则可以增大节点组合体剪力、减小核心区裂缝间距和宽度,从而改善变梁中节点的抗震性能。     

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。     

新型端板螺栓连接框架节点抗震性能试验研究

提出了一种新型预应力混凝土梁、连续复合螺旋箍筋混凝土柱及端板螺栓连接的装配式节点,该节点的基本构造为:采用高强螺栓通过外伸端板将梁与柱装配在一起,并在梁柱中均采用连续复合螺旋箍筋,另在梁中配置预应力筋与普通钢筋,普通钢筋通过墩头与端板焊接在一起,且在节点核心区处采用钢板箍替代箍筋。该节点传力明确,且避免了核心区钢筋纵横交错的现象。为研究该节点的抗震性能,通过拟静力试验对该节点的滞回曲线、延性、高强螺旋箍筋对混凝土的约束作用等进行了分析。试验结果表明:节点破坏前,梁端出现了明显的塑性铰,节点具有较好的延性及耗能能力,且柱子和核心区的损坏程度较小,密配高强螺旋箍筋的约束作用能有效地提高构件的抗剪承载力和结构的变形能力。     

超高韧性水泥基材料新型框架节点性能研究

进行了9个超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)新型框架节点的抗震试验。研究了轴压比和核心区箍筋间距对新型节点承载能力、滞回特性和耗能能力的影响。结果表明,UHTCC节点出现了大量裂缝间距仅为1mm左右的微细斜向裂缝,节点的开裂荷载和抗剪承载力都有明显的提高。UHTCC材料可降低甚至消除节点核芯区箍筋的用量。在试验基础上,对UHTCC新型框架节点的开裂荷载和极限承载力进行了理论计算,计算值和试验结果总体吻合较好。     

PE纤维水泥基复合材料框架梁柱节点的抗震性能试验研究

为了研究聚乙烯(PE)纤维水泥基复合材料应用于结构中的抗震性能,对PE纤维水泥基复合材料梁柱节点和普通混凝土梁柱节点进行了低周往复荷载作用下的抗震性能试验研究。对节点破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度退化、强度退化和耗能等抗震性能进行了对比分析。试验结果表明:2种节点均经历了初裂、通裂、极限和破坏四个过程;PE纤维水泥基复合材料替换节点核心区附近混凝土,将混凝土框架节点从核心区剪切破坏提升为梁的弯曲破坏,对节点的初始刚度有一定提升,屈服荷载和极限承载也有所增强,节点强度和刚度始终优于混凝土节点,对节点的耗能能力没有明显影响。     

SRC-RC转换柱箍筋设置方式与破坏区域变迁

通过16根SRC-RC转换柱试件和1根钢筋混凝土柱对比试件的抗震性能试验,研究了3种箍筋配置方式SRC-RC转换柱试件的屈服后变形性能和破坏特征。箍筋数量较多时,试件不但表现出超过钢筋混凝土柱的屈服后变形能力,并且变形能力的稳定性较好;箍筋数量较少时,试件的屈服后变形能力受其他构造因素影响较大。箍筋的配置对SRC-RC转换柱的破坏方式乃至破坏区域都产生了直接的影响,以通常方式配箍的SRC-RC转换柱均产生了剪切破坏,临界剪切缝贯通SRC-RC转换柱的钢筋混凝土部分。箍筋加密试件的剪切破坏区域转移到柱顶部的局部范围内。根据SRC-RC转换柱的破坏特点,提出了合理的箍筋配置方式:对于型钢延伸高度较小的试件,可对SRC-RC转换柱上部钢筋混凝土部分进行箍筋加密,而下部型钢混凝土部分则进行常规的箍筋配置。当型钢延伸高度超过3/5倍柱高时,箍筋的设置方式应能够有效控制黏结裂缝的发展,SRC-RC转换柱宜进行全高的箍筋加密。     

周期反复荷载作用下高轴压比框架柱抗震性能的试验研究

本文是关于框架柱在低周反复荷载作用下抗震性能的试验研究。根据16个“上”形试件在固定轴向荷载和水平周期反复荷载作用下的试验结果,首先讨论了影响框架柱开裂荷载的因素,接着深入分析了混凝土强度等级、轴压比、长细比、纵筋配筋率、箍筋形式及配箍特征值等因素对框架柱的延性和位移转角的影响。最后,根据本次试验结果,分析和讨论了框架柱轴压比超限问题和轴压比超限时配箍特征值的取值问题。     

新型截面SRC梁柱节点抗剪承载力计算研究

提出新型截面(正向和斜向布置扩大十字型钢)型钢混凝土(SRC)柱-I字型钢SRC梁节点的构造措施。通过4个新型截面SRC柱-I字型钢SRC梁节点试件与1个普通SRC梁柱节点试件的低周反复荷载试验,研究试件的破坏特征和节点区剪力-剪切角关系,分析配钢形式、加载角度和构造措施对节点剪切变形的影响,并进一步提出实腹式SRC梁柱节点的受剪机理,结果表明,新型截面SRC梁柱节点发生核心区剪切破坏,其受力机理为斜压杆、刚框架-钢板剪力墙和约束机理的综合作用。通过对数值模拟数据的回归分析,采用叠加方法,提出考虑型钢腹板、箍筋和轴压比的新型截面SRC梁柱节点抗剪承载力计算公式,计算值与试验结果吻合较好。     

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。     

设计变截面交叉柔性力学的模型在装配式钢构建筑梁柱预应力中的分析

为了提高装配式钢构建筑梁柱的抗震性能,设计一种变截面交叉柔性力学模型进行截面抗震性的预应力评估。方法中采用极限承载力约束进行抗震性分析,引入抗弯刚度软化系数进行误差修正,求出钢构建筑梁柱的荷载作用力矩,通过应力评估和结构解耦性设计,实现钢构建筑梁柱的抗震性评估。构建以钢材强度、延性指标和钢框架地震易损特征为约束参量的抗震性能分析函数,建立装配式钢构建筑梁柱开裂初始预应力预测方法,实现装配式钢构建筑梁柱预应力的准确评估。试验结果表明,所提模型能够对装配式钢构建筑梁柱的应力应变关系、屈服强度以及极限承载力进行准确计算,提高配式钢构建筑梁柱的抗震性能。     

Evaluation of performance of non‐invasive upgrade strategy for beam–column sub‐assemblages of poorly designed structures under seismic type loading

Beam–column sub‐assemblages are the one of the most vulnerable structural elements to the seismic loading and may lead to devastating consequences. In order to improve the performance of the poorly/under‐designed building structures to the critical loading scenarios, introduction of steel bracing at the RC beam–column joint is found to be one of the modern and implementable techniques. In the present work, a diagonal metallic single haunch/bracing system is introduced at the beam–column joints to provide an alternate load path and to protect the joint zone from extensive damage because of brittle shear failure. In this paper, an investigation is reported on the evaluation of tae influence of different parameters, such as angle of inclination, location of bracing and axial stiffness of the single steel bracing on improving the performance through altering the force transfer mechanism. Numerical investigations on the performance of the beam–column sub‐assemblages have been carried out under cyclic loading using non‐linear finite element analysis. Experimentally validated numerical models (both GLD and upgraded specimen) have been further used for evaluating the performance of various upgrade schemes. Cyclic behaviour of reinforcement, concrete modelling based on fracture energy, bond‐slip relations between concrete and steel reinforcement have been incorporated. The study also includes the numerical investigation of crack and failure patterns, ultimate load carrying capacity, load displacement hysteresis, energy dissipation and ductility. The findings of the present study would be helpful to the engineers to develop suitable, feasible and efficient upgrade schemes for poorly designed structures under seismic loading. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

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.     

K型加强节点承载力及滞回性能分析

K型相贯节点区域容易出现主管管壁的局部屈曲与撕裂,可以采用主管与内套管之间夹层灌混凝土的方法进行加强。采用有限元软件ANSYS,对加强前后节点的静力极限承载力和滞回性能进行分析。结果表明:在主管与内套管之间夹层灌混凝土可有效改善节点的破坏模式,减小节点附近的应力集中问题,同时增强节点的刚度与承载力;无加强节点滞回曲线较为丰满,承载力下降相对平缓,但和加强节点比较,承载力相差明显;减小内套管的尺寸在一定程度上可以提高节点的极限承载力。     

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。     

抗拔钢筋对提高混凝土承台-钢柱脚锚固承载力的研究

在试验研究基础上,采用ANSYS有限元分析程序,对不同抗拔钢筋配筋率的混凝土承台-钢柱脚在单向加载下的性能进行了弹塑性计算分析。结果表明,随着抗拔钢筋配筋率提高,其抗拔承载力、后期刚度、耗能能力均比未配抗拔钢筋的混凝土承台-钢柱脚逐步提高,但其提高的比例逐渐趋慢。用承载力桁架模型对各混凝土承台-钢柱脚承载力进行了计算,结果与有限元计算结果符合较好。     

采用纤维模型的钢管混凝土框架-中心支撑结构抗连续倒塌非线性分析

为研究不同形式的中心支撑对钢管混凝土结构抗连续倒塌性能的影响,基于纤维梁模型建立5种钢管混凝土框架-中心支撑结构数值模型,在合理选取钢材和混凝土材料本构模型的基础上,计算不同失效工况下结构的抗连续倒塌非线性动力响应,通过非线性静力加载获得结构的整体刚度和极限承载力。研究结果表明：设置中心支撑均可以提高结构的整体刚度和抗倒塌承载能力,其中对边柱失效工况的提升效果好于中柱失效工况;设置中心支撑提供了新的荷载传递路径,可以有效减小失效柱相邻构件的分配内力;X型支撑在不同失效工况下都能显著提升框架刚度和承载能力,降低失效节点的竖向位移,反斜支撑框架表现出更好的延性和极限承载能力,研究结果可为建筑结构抗连续倒塌设计提供参考。     

锈蚀箍筋约束混凝土加固柱抗震性能分析

为研究加固后锈蚀箍筋约束混凝土柱的抗震性能,设计16个钢筋混凝土矩形柱,对加速锈蚀后的试件采用外包钢及CFRP、GFRP材料进行加固处理,随后开展低周往复荷载试验,以研究不同加固材料、不同加固包裹方式、不同黏结材料等因素对锈蚀箍筋约束混凝土柱滞回曲线、骨架曲线、刚度衰减、延性性能及耗能能力等抗震性能指标的影响。研究结果表明:(1)与未锈蚀柱相比,加固后的箍筋锈蚀柱以弯剪破坏为主,CFRP加固试件较GFRP加固试件具有更高的承载力,但破坏时延性不如GFRP加固试件;(2)外包钢加固试件、CFRP加固试件、GFRP加固试件的耗能能力较未锈蚀试件分别增大222.3%、123.9%、98.5%,延性系数也相应增大45.3%、22.3%、25.6%。总之,外包钢加固对箍筋锈蚀柱抗震性能的提升最大,CFRP加固次之,但优于GFRP加固;整包加固优于环包加固;环氧树脂胶黏结略优于水泥基灌浆料黏结。     

内置空心钢球的圆截面钢管混凝土柱抗震性能试验

为研究带空心钢球的钢管混凝土柱的抗震性能,以空心率和含钢率为参数,设计制作9个内置空心钢球的圆截面钢管混凝土柱和3个薄壁圆截面钢管混凝土柱,并进行拟静力试验,结合破坏形态通过延性系数和累积耗能等参数探讨了试件的抗震性能。研究结果表明:含钢率对内置空心钢球的薄壁圆形钢管混凝土柱极限荷载,峰前耗能的影响较大,空心率对试件延性系数,峰后耗能的影响显著;内置空心钢球的薄壁圆形钢管混凝土柱较实心薄壁圆形钢管混凝土柱极限荷载有所降低;试件水平荷载时程曲线的"V"字形波动的折线可以较直观的反映出结构损伤破坏过程,并在曲线数形与试验现象关联上和滞回曲线形成较好的一致性;可以通过优化内置空心钢球的大小和壁厚设计钢管混凝土柱,并取得与实心钢管混凝土柱同样的抗震性能,为同类钢管混凝土组合结构的设计提供了依据。