Quasi-static test and finite element analysis on solid-web steel reinforced concrete exterior frame with special-shaped columns

为研究实腹式型钢混凝土异形柱边框架的抗震性能,对1榀缩尺比为1/2.5的两跨三层框架模型进行低周反复荷载试验,对其滞回曲线、层间位移角、延性及耗能进行了分析,结果表明,该框架滞回曲线饱满,抗震性能好。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对试件进行了有限元模拟,并将计算结果与试验结果进行对比,结果显示,两者较为符合。实腹式配钢型钢混凝土异形柱边框架极限荷载较试验值偏大3.31%,极限荷载对应的位移较试验值偏小12.96%,刚度较试验值高。对P-Δ曲线的影响因素进行了分析,结果表明：随着轴压比的增大,框架的水平承载力降低,延性降低。增大肢高肢厚比、梁柱屈服弯矩比,能够较大地提高框架的水平承载力和初始阶段的刚度,但框架的延性有减小的趋势。随着混凝土强度、型钢屈服强度的增大,框架的水平承载力提高,但位移延性没有明显变化。     

实腹式型钢混凝土异形柱边框架拟静力试验及有限元分析

为研究实腹式型钢混凝土异形柱边框架的抗震性能,对1榀缩尺比为1/2.5的两跨三层框架模型进行低周反复荷载试验,对其滞回曲线、层间位移角、延性及耗能进行了分析,结果表明,该框架滞回曲线饱满,抗震性能好。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对试件进行了有限元模拟,并将计算结果与试验结果进行对比,结果显示,两者较为符合。实腹式配钢型钢混凝土异形柱边框架极限荷载较试验值偏大3.31%,极限荷载对应的位移较试验值偏小12.96%,刚度较试验值高。对P-Δ曲线的影响因素进行了分析,结果表明：随着轴压比的增大,框架的水平承载力降低,延性降低。增大肢高肢厚比、梁柱屈服弯矩比,能够较大地提高框架的水平承载力和初始阶段的刚度,但框架的延性有减小的趋势。随着混凝土强度、型钢屈服强度的增大,框架的水平承载力提高,但位移延性没有明显变化。     

异形钢管混凝土中框架静力弹塑性分析

在建筑结构中应用异形截面钢管混凝土结构,可以增加房间使用面积,方便装修,达到美化室内环境的效果。为研究异形钢管混凝土框架结构的性能,对中框架进行了静力弹塑性(Pushover)分析。主要研究了柱肢宽厚比、梁柱屈服弯矩比等因素对框架性能的影响。分析了Pushover曲线、刚度、延性以及破坏机制。分析结果表明,异形钢管混凝土框架承载力高、弹塑性层间变形能力强,延性良好,具备较好的抗震性能。提高柱肢宽厚比或梁柱屈服弯矩比,可显著提高框架的水平承载力;增大柱肢宽厚比,可增大框架的刚度,而梁柱屈服弯矩比对刚度影响较小。增大柱肢宽厚比,框架的延性增大;随着梁柱屈服弯矩比的变化,位移延性系数呈现先升后降的变化趋势,当梁柱屈服弯矩比为0.6时,框架具备较佳的屈服后变形能力。     

传统风格建筑方形SRC-圆形RC变截面组合柱抗震性能试验研究

为研究传统风格建筑方形型钢混凝土(SRC)-圆形钢筋混凝土(RC)变截面组合柱的抗震性能,对2个足 尺传统风格建筑变截面组合柱进行了低周反复加载试验,得到了试件的破坏形态、滞回特性、刚度和强度退 化、延性及耗能性能。研究表明：传统风格建筑方形SRC-圆形RC变截面组合柱的破坏主要是由变截面处上柱 型钢和钢筋屈服及混凝土压碎剥落造成的;试件滞回曲线饱满,刚度和强度退化小;破坏时,试件的位移延 性系数介于3.18～3.76之间,等效黏滞阻尼系数介于0.289～0.338之间,具有良好的变形和耗能性能。在试 验基础上,利用ABAQUS建立试件三维模型,进行了混凝土强度、轴压比、型钢屈服强度、上下柱线刚度等参 数对其抗震性能影响的参数分析。试验及分析结果表明：随混凝土强度、型钢屈服强度增大,试件的水平承 载力增大,但其延性降低;增大轴压比,试件的水平承载力降低,延性系数减小;而随上、下柱线刚度比增 大,试件的水平承载力和延性增大。     

空腹式型钢混凝土异形柱框架抗震性能试验研究

通过对空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱框架进行低周反复加载试验,观察结构的受力过程和破坏形态,获得结构的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线以及主要阶段的荷载和位移值,并分析结构的层间位移角、延性、耗能性能及刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:空腹式SRC异形柱框架破坏时形成梁铰机制,属于"强柱弱梁"型结构;滞回曲线较为饱满,刚度退化小;弹塑性极限层间位移角超过规范规定的限值,抗倒塌能力强;延性和耗能能力均优于钢筋混凝土异形柱框架。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能试验研究

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。     

高性能钢应用对钢-混凝土组合柱抗震性能影响

为研究高性能钢的应用对钢-混凝土组合柱抗震性能的影响,以实际工程构件的缩尺构件抗震性能试验结果为依据,建立Open SEES有限元分析模型。以型钢屈服强度、剪跨比、轴压比为研究参数,进行26个型钢混凝土压弯滞回构件有限元影响因素参数分析。结果表明:普通钢、高强钢SRC柱抗震性能变化趋势较为一致:剪跨比增大时,SRC柱承载力下降,延性性能先提高后降低;轴压比增加时,SRC柱承载力变化较小,延性性能显著降低;随着型钢屈服强度的提高,SRC柱极限承载力提高,但延性性能有下降趋势;为满足构件抗震性能,高强钢SRC柱剪跨比和轴压力限值应低于普通钢SRC柱。     

多腔矩形钢管-混凝土异形柱框支结构抗震性能有限元分析

本文提出了一种多腔矩形钢管混凝土异形柱-H型钢梁-H型钢支撑框架支撑结构,研究该种框支结构体系的抗震性能。基于ABAQUS建立了9组框支结构的有限元模型,通过对已有试验中的两层两跨框架模型进行模拟分析,验证了有限元结果的正确性与合理性,进而对新提出的钢管-混凝土异形柱框支结构的受力性能进行了数值模拟分析。通过改变模型的轴压比、异形柱钢管与混凝土强度、不同的支撑设置形式,得出各组结构体系模型的滞回曲线、骨架曲线及刚度退化曲线等,并分别对其进行延性与耗能分析。模拟分析结果表明:较高的轴压比有利于正向承载力、延性及耗能性能的增加,但负向承载力及刚度降低;更高的混凝土强度对延性及耗能影响不明显,但承载力增大;当提高钢材强度时,延性及耗能能力略有降低,正向承载力差异不大,但负向承载力体现出较大差异;双X支撑形式较双人形支撑及人-V形支撑具有更优的抗震性能指标。该种异形柱框支结构体系具有良好的抗震性能,可以应用于工程实际中。     

高温后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

对5个高温后型钢混凝土柱试件和3个常温下对比柱试件进行低周反复加载试验,研究高温后型钢混凝土柱的承载力和抗震性能。由试验获得了高温后型钢混凝土柱的破坏形态和滞回曲线,分析了剪跨比、轴压比、受火时间对高温后型钢混凝土柱滞回特性、延性、耗能能力、承载力及刚度退化的影响。结果表明：高温后剪跨比为1.5的型钢混凝土柱的破坏形态与常温下基本相同,剪跨比为2.5的型钢混凝土柱的破坏形态则发生明显变化,常温下发生弯曲型破坏的柱在高温后往往发生黏结破坏。与常温下的型钢混凝土柱相比,高温后型钢混凝土柱的滞回曲线更加饱满、骨架曲线的上升段和下降段更为平缓、位移延性系数略有增大、耗能能力更强。高温后型钢混凝土柱的延性、耗能能力与剪跨比、轴压比密切相关。位移延性系数随剪跨比的增大而增大,随轴压比的增大而减小;剪跨比越大,破坏时的等效阻尼比越大。经历高温作用后,型钢混凝土柱的刚度和承载力退化显著,初始刚度退化程度随剪跨比的增大而减小,屈服后刚度和受剪承载力退化程度随剪跨比的增大而加大。提出了火灾高温后型钢混凝土柱受剪承载力计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

仿古建筑矩形与圆形钢管柱连接抗震性能试验研究

为研究仿古建筑中矩形与圆形截面钢管柱连接的破坏形态和抗震性能,设计制作了4个缩尺比例为1∶1.5的矩形与圆形截面钢管柱连接模型,通过施加一定轴压比的竖向荷载和低周往复水平荷载,对柱连接模型进行加载破坏试验。观察了试件的受力过程及破坏形态,得到了柱端水平荷载-位移滞回曲线和骨架曲线。分析了长细比、轴压比对试件的破坏模式、滞回性能、刚度、承载力、延性和耗能能力的影响。结果表明：矩形与圆形截面钢管柱连接的破坏形态主要是矩形截面钢管柱翼缘根部周围焊缝开裂;滞回曲线饱满,刚度退化慢,承载力高,破坏时试件的位移延性系数介于4.17～4.97之间,等效黏滞阻尼系数介于0.445～0.537之间,具有很好的耗能能力及抗震性能。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对该类连接构件进行了非线性分析,研究了轴压比、材料屈服强度、矩形钢管板件宽厚比等参数对其力学性能的影响,结果表明：提高轴压比和材料屈服强度,可提高连接构件的水平承载力,但延性降低;随着矩形钢管板件宽厚比的提高,连接构件的延性提高,但承载力有所降低。     

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。     

再生混凝土空心砌块填充墙-型钢再生混凝土框架结构抗震性能试验研究

通过对4榀1/2.5比例单层单跨再生混凝土空心砌块填充墙-型钢再生混凝土框架结构的抗震性能试验,研究了填充墙砌块强度、轴压比以及墙体拉筋间距等对该结构抗震性能的影响。分析了试件的破坏形态、滞回曲线及骨架曲线、承载力、层间位移角、位移延性、耗能能力以及刚度退化。结果表明：再生混凝土空心砌块填充墙-型钢再生混凝土框架结构中墙体部分先于框架部分破坏,且框架的破坏机制符合“梁铰机制”,滞回曲线较为饱满,耗能能力良好,具有较强的抗倒塌能力;随着填充墙砌块强度的降低,结构承载力下降,位移延性系数增大,初始刚度减小且刚度退化速率降低,结构破坏时层间位移角和等效黏滞阻尼系数增大;增大轴压比使结构承载力提高,位移延性系数下降,初始刚度明显提高且刚度退化速率上升,结构破坏时层间位移角以及等效黏滞阻尼系数均略有降低;减小墙体拉筋间距使结构承载力及位移延性有所提高,初始刚度增加,但刚度退化速率基本不变,结构破坏时层间位移角及等效黏滞阻尼系数均增大。     

带方钢管混凝土端柱隔板连接双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

对5个带CFST端柱的隔板连接的双钢板-混凝土组合剪力墙进行了恒定轴压条件下的侧向循环加载试验,考虑了截面高厚比(6.0和8.0)、端柱形式、设计轴压比(0.45和0.60)、剪跨比(1.5和2.0)等参数,研究了该类组合剪力墙延性、承载力、刚度和承载力退化、耗能能力、截面弯矩-曲率关系、剪力-剪切角关系以及腹侧腔室钢板等效应变的变化规律等。研究结果表明：组合剪力墙发生了典型的压-弯破坏;墙体受力过程中经历了钢板的屈服和屈曲及混凝土的压溃等破坏;墙体的滞回曲线饱满;墙体的极限侧移角介于2.3%~4.5%之间,位移延性系数介于3.05~4.45之间,具有良好的变形能力;增加截面高厚比,加强端柱构造,减小剪跨比,墙体的承载力和延性均得到提高;轴压比增大对墙体的承载力和延性有不利影响;组合剪力墙受力过程中的剪切变形呈非线性变化的特点,不应忽略;组合剪力墙的变形未局限于墙体固定端以上的有限范围内,而是在墙体高度方向有较为充分的发展,这是墙体变形能力较好的原因之一。     

附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点 动力循环加载性能分析

进行了4个附设黏滞阻尼器及2个未附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点在动力循环荷载作用下的试验研究,获得其荷载-位移滞回曲线,分析其延性、耗能能力等力学性能。结果表明：附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点试件滞回曲线饱满,延性及耗能性能良好。基于试验研究结果,采用ABAQUS软件建立三维有限元模型,对试件进行数值模拟分析,研究附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土梁-柱节点的承载力、延性等性能;非线性模拟分析得出的结果与试验实测结果吻合较好。在此基础上对该类构件进行参数分析,研究轴压比、混凝土强度、方钢管屈服强度、阻尼器关键参数等对其力学性能影响。结果表明：随混凝土强度、方钢管屈服强度、阻尼系数提高,试件承载能力逐渐增大;随轴压比及混凝土强度增大,试件的承载力虽有提高,但试件延性逐渐降低;提高方钢管屈服强度,试件延性增大;随着阻尼指数的增大,试件的承载力和位移延性呈现出先上升后下降的特征。表明要提高附设黏滞阻尼器试件的抗震性能,应合理选择黏滞阻尼器的性能参数。     

蜂窝状钢骨混凝土L形截面异形柱的抗剪性能分析

为了探讨蜂窝状钢骨混凝土L形柱斜截面受力性能,利用有限元软件ANSYS,分析腹板肢偏移系数、轴压力系数、剪跨比、混凝土强度、配箍率、型钢强度、配钢率、腹板肢钢骨腹板开洞率、钢骨腹板高厚比等因素对蜂窝状钢骨混凝土L形柱斜截面受力性能的影响。结果表明:轴压力系数、剪跨比、混凝土强度、型钢强度、配钢率、腹板肢钢骨腹板开洞率、钢骨腹板高厚比等对蜂窝状钢骨混凝土L形柱的抗剪承载力影响较大;而腹板肢偏移系数、配箍率对柱子的抗剪承载力影响有限。     

钢管超高强混凝土柱拟静力试验

以轴压比、含钢率和长径比为参数,进行了11根钢管超高强混凝土柱拟静力试验,分析了试件荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能以及强度和刚度退化等抗震性能指标。结果表明:随着轴压比增大,极限承载能力和延性降低,试件耗能能力减弱,强度和刚度退化程度增强; 随着含钢率增大,弹性刚度、极限承载力以及延性呈增大趋势,耗能能力增强,强度和刚度退化程度减弱; 随着长径比增大,弹性刚度、极限承载力以及延性都呈减小趋势,整体耗能能力减弱,强度和刚度退化程度增强; 受适用材料范围的限制,目前规程中的抗弯刚度和极限弯矩计算方法并不适用于钢管超高强混凝土结构,计算结果偏差较大,有必要对其进行适当修正,以期适用于该类结构抗弯刚度和极限弯矩计算。