钢管混凝土叠合柱轴压性能研究

为研究钢管混凝土叠合柱轴压性能,基于合理的钢材和混凝土本构关系模型,采用纤维模型法和有限元法分析方法计算叠合柱轴压荷载-变形关系曲线。将理论计算结果与试验结果进行对比,验证了理论分析模型的正确性。在此基础上,对叠合柱的破坏模态、轴向荷载分配以及组成钢管混凝土叠合柱的外围钢筋混凝土、钢管和钢管内部混凝土之间相互作用等进行分析,提出了叠合柱的轴压承载力简化计算式,简化计算结果与试验结果吻合较好。为保证外围钢筋混凝土和内部钢管混凝土较好地协同工作,建议外围钢筋混凝土中箍筋的约束指标与内部钢管混凝土的约束效应系数比值不应小于0.188。     

钢绞线-钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土结构的抗震性能和可恢复功能,设计了4个不同轴压比和不同边缘构件箍筋形式的钢绞线 钢筋混凝土剪力墙试件并进行低周反复荷载试验,研究了剪力墙在反复荷载作用下的裂缝发展规律和破坏形态,探讨了轴压比与边缘构件箍筋形式对剪力墙的滞回特性、变形能力、钢筋应力、刚度退化、耗能能力和可恢复性能(残余变形、残余裂缝)的影响。研究结果表明：随着轴压比的增大,试件的侧向变形能力降低,在同一位移角下的水平荷载增大,残余变形有所增大。与边缘构件中配置圆形箍筋的试件相比,配置复合箍筋的试件的极限荷载和侧向变形均有提高,当轴压比相同时,其残余变形较小。     

高钛重矿渣钢筋混凝土柱轴压力学性能试验研究

采用试验方法对三种高钛重矿渣混凝土类型的钢筋混凝土轴压短柱的力学性能进行了研究。从破坏形态、极限承载力、荷载-应变关系、压缩量等方面与普通钢筋混凝土轴压短柱进行对比分析。研究结果表明,同条件下三种高钛重矿渣类型的钢筋混凝土轴压短柱的破坏形态与力学性能与普通钢筋混凝土轴压短柱基本相同;三种高钛重矿渣类型的钢筋混凝土轴压短柱塑性性能和极限承载力均优于普通钢筋混凝土。采用现行混凝土结构设计规范计算了本研究所有试件的轴压极限承载力,并与试验结果进行了对比,结果表明可采用现行普通混凝土结构设计规范对高钛重矿渣钢筋混凝土柱的轴压极限承载力进行计算。最后,采用有限元法对所有试件的荷载-变形过程进行了计算,有限元计算曲线与试验结果吻合良好。     

RC框架-HPFRC耗能墙结构侧向刚度计算模型

研究了钢筋混凝土(RC)框架高性能纤维增强混凝土(HPFRC)耗能墙结构中RC框架和HPFRC耗能墙的刚度退化规律,建立了RC框架HPFRC耗能墙结构在开裂、屈服和峰值荷载点的侧向刚度计算模型.结果表明：RC框架与HPFRC耗能墙在同一特征荷载点的刚度退化规律差异较大,HPFRC耗能墙比RC框架的刚度退化缓慢很多;基于RC框架与HPFRC耗能墙的刚度退化规律所建立的有效侧向刚度计算模型,基本反映了RC框架HPFRC耗能墙结构的受力和变形特点,按此模型计算所得的结构位移值与试验值基本吻合.     

外置薄钢板再生混合墙抗震性能试验研究

通过7片外置薄钢板再生混合墙的拟静力试验研究,分析了废弃混凝土混合比、钢板厚度、轴压比、横隔板间距、高宽比等参数对试件抗震性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,对试件的水平承载力进行了近似计算分析,并在总用钢量基本一致的情况下,与钢筋混凝土墙的水平承载力进行对比。研究结果表明：废弃混凝土混合比在0~33%之间变化对试件的初始刚度、水平承载力、破坏位移角、耗能能力、滞回曲线形状等影响有限;外置薄钢板再生混合墙的设计轴压比不宜超过0.35;在混合墙厚度与钢板厚度之比高达120的情况下,外置薄钢板再生混合墙具有较稳定的滞回性能和变形能力,其破坏位移角满足现行抗震规范要求;外置薄钢板再生混合墙具有与钢筋混凝土墙相当甚至略高的耗能能力;在总用钢量基本一致的情况下,外置薄钢板再生混合墙具有与钢筋混凝土墙基本相当的水平承载力。     

短肢钢管束组合墙受力性能参数影响分析

短肢钢管束组合墙由U型钢及混凝土组成,肢长较短,介于钢管束组合柱与剪力墙之间。对此种新型短肢钢管束组合墙受力性能进行研究,建立了短肢钢管束组合墙的有限元模型,将结果与短肢钢管束组合墙在反复荷载作用下试验所得的结果进行比较,验证了该模型的准确性。在此基础上,通过改变构件的钢板厚度、混凝土强度、钢板强度、轴压比、剪跨比、U型钢尺寸(加劲肋板数)参数,进行有限元模拟。分析结果表明:短肢钢管束组合墙荷载-位移滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;钢板厚度、剪跨比对构件承载力影响很大,混凝土强度、钢板强度、轴压比对构件承载力有一定影响;短肢钢管束组合墙延性受混凝土强度、钢材强度、轴压比的影响,在轴压比增大到0.5以上时短肢组合墙延性显著降低。     

新型装配式混凝土框架节点抗火性能有限元分析

为考察一种新型装配式混凝土框架节点的抗火性能,采用有限元分析软件ABAQUS进行模拟火灾分析,研究柱轴压比、梁荷载比、轴压偏心率、混凝土保护层厚度、节点连接螺栓直径对节点抗火性能影响。结果表明,所有分析节点耐火极限均能满足规范要求,且在火灾中均以梁变形过大失效;在接近耐火极限时,节点变形速度明显增大,破坏具有突然性;分析参数中,耐火极限随轴压比、荷载比、偏心率的增大而减小,随混凝土保护层厚度、螺栓直径增大而增大,其中轴压比、偏心率和混凝土保护层厚度的变化对耐火极限影响较大。     

高强混凝土柱抗震性能的试验研究

通过在周期反复荷载作用下高强混凝土柱的受力性能试验,考察了轴压比、混凝土保护层厚度等因素对柱延性等性能的影响.结果表明:柱的延性随轴压比或混凝土保护层厚度的增加而减小.综合本次试验和以往对高强混凝土柱的试验结果,提出了在不同设计轴压比下的抗震最小配箍特征值.     

钢管混凝土复合短柱轴压性能试验研究

钢管混凝土复合柱由钢管混凝土柱肢和钢筋混凝土联接板组成。以柱肢钢管壁厚和联接板厚度为试验参数,对7个复合短柱试件进行轴压性能试验研究,同时进行了与复合柱试件组成相对应的4个钢管混凝土柱构件和3个钢筋混凝土板构件的轴压试验。研究复合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和荷载 位移曲线,对比分析试件与对应构件的荷载 应变曲线,研究柱肢钢管壁厚和联接板厚度对复合短柱轴压承载力的影响。试验结果表明：轴压复合短柱受力全过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性发展阶段;轴压复合短柱的破坏特征为钢筋混凝土联接板混凝土压碎,此时钢管混凝土柱肢的受力状态与对应的钢管混凝土构件的受力状态不同,钢管混凝土柱肢并没有充分发挥其自身的承载能力;在复合短柱的轴压承载力计算中应引入柱肢承载力折减系数,该系数与柱肢套箍系数相关;通过对现有的钢管混凝土轴压短柱的试验数据进行回归分析,拟合得到柱肢承载力折减系数的经验计算公式;按照建议方法计算得到的复合短柱的轴压承载力与试验结果吻合良好。     

高轴压比下薄钢筋混凝土剪力墙的抗震性能

进行了三个钢筋混凝土墙试件的试验分析,以研究人工地震荷载下轴压比和约束对其性能的影响。对高宽比为4,由高强混凝土制成的高纵向比的薄垂直悬臂墙体进行了试验。详细研究了轴压比和约束对失效模式、延性、强度降低、轴压承载力的影响。通过研究,确定轴压比为混凝土剪力墙抗震性能评估的必要参数。同时简要地讨论了轴压比对矩形剪力墙的安全期、预防坍塌以及坍塌水平标准的影响。     

高轴压比钢管混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究约束边缘构件内配置圆钢管的钢管混凝土剪力墙的抗震性能、探讨钢管混凝土剪力墙的轴压比限值及其约束边缘构件的配箍要求,完成了6个剪跨比大于2.0的高轴压比钢管混凝土剪力墙试件和1个钢筋混凝土剪力墙试件的拟静力试验。试验结果表明：剪力墙的破坏形态为压弯破坏及底部混凝土压溃而丧失竖向承载能力;钢管混凝土剪力墙的开裂水平力、名义屈服水平力、正截面受弯承载力和变形能力均比相同参数的钢筋混凝土剪力墙大;配置双钢管剪力墙的变形能力大于配置单钢管的剪力墙,约束边缘构件为端柱的剪力墙的变形能力大于约束边缘构件为暗柱的剪力墙;正截面受弯承载力试验值大于计算值。根据试验结果,提出了钢管混凝土剪力墙的设计建议。图9表7参13     

高轴压比钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究高轴压比钢骨混凝土剪力墙的抗震性能,完成了6片剪跨比为2.43、轴压比试验值为0.33~0.35的钢筋、钢骨和钢管混凝土剪力墙试件的往复水平力加载试验。试验表明:试件的纵筋和钢骨(钢管)受压屈服先于受拉屈服。试件的破坏形态为底部混凝土压碎剥落,约束边缘构件内的纵筋和钢骨(钢管)压曲,试件丧失竖向承载力。钢骨和钢管提高了试件的正截面承载力,且随位移增大试件能稳定地保持最大承载力。配置工字钢、槽钢和方钢管的试件的极限位移角为1/73~1/59,与钢筋混凝土试件基本相同;配置圆钢管的试件的极限位移角达1/44,墙端约束边缘构件配置圆钢管对提高高轴压比剪力墙的变形能力有显著作用。根据试验结果,提出了高轴压比钢骨混凝土剪力墙屈服、承载力极限状态和变形极限状态的截面应变、应力分布,建立了正截面承载力的计算式和顶点水平位移计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

配有钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土短柱轴压力学性能

为研究配有钢纤维活性粉末混凝土（RPC）免拆柱模的钢筋混凝土短柱的轴压力学性能与钢纤维RPC免拆柱模对核心钢筋混凝土短柱轴压承载力的提高效果,对2根配有不同壁厚钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土方形短柱和用于对比的1根普通钢筋混凝土方形短柱进行了轴压试验研究;采用有限元模型对试验结果进行了验证,根据试验结果及有限元分析结果,探讨了配有钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土短柱轴压承载力计算方法。结果表明:钢纤维RPC免拆柱模显著提高了钢筋混凝土短柱的极限承载力,且延缓了纵筋的屈服;随免拆柱模壁厚的增加,钢筋混凝土短柱轴向变形随之减小,极限承载力随之提高,延性也相对提高;免拆柱模不但限制了钢筋混凝土短柱在轴向压力作用下的侧向变形,而且间接减小了轴向变形;有限元计算结果与试验结果吻合良好,该计算方法可为工程实践提供参考。     

Analyses on mechanical performance of innovative composite shear wall systems

钢板-混凝土组合剪力墙由钢框架、内嵌钢板及一侧通过螺栓与之连接的混凝土板组成,其中传统组合剪力墙中混凝土板四边与钢框架直接接触,而改进组合剪力墙中二者之间有一定间距,以避免其在结构侧移较小时发生接触。采用ABAQUS有限元软件分别建立了组合剪力墙的精细有限元模型,研究了其受力性能以及板框相互作用全过程,分析了钢板高厚比对组合剪力墙整体承载力、抗侧刚度以及板框剪力分配等的影响。研究表明：组合剪力墙中混凝土板有效抑制钢板弹性屈曲,钢板主要以剪切屈服承载,对框架柱的附加弯矩较钢板剪力墙明显降低;相比钢板剪力墙,传统组合剪力墙承载力提高25%,抗侧刚度提高10%,混凝土板承载近30%;改进组合剪力墙承载力提高10%,抗侧刚度提高5%,混凝土板基本不承担剪力;随着钢板高厚比的减小,组合剪力墙的承载力与抗侧刚度提高,但两类组合剪力墙之间的差别变小;钢板承载比例不断增大,当钢板过厚时需要防止底层框架过早屈服。     

保温砌模混凝土网格墙抗震性能试验研究

介绍了8片剪跨比为1.96～3.06的保温砌模混凝土网格墙和1片实体墙在轴力和往复水平力作用下的试验,以及3片网格墙的轴压试验。结果表明,剪跨比较大的保温砌模网格墙在轴力和往复水平力共同作用下,墙端纵筋受拉屈服,边缘混凝土压碎,墙的中下部连梁剪切破坏;破坏时裂缝较分散;极限位移角大于1/100,位移延性系数大于3;截面长的网格墙的弹性刚度、屈服时的割线刚度和正截面承载力大,墙端组合柱对提高刚度和正截面承载力有显著作用;一般层高的网格墙在重力荷载作用下不会发生平面外失稳破坏。有限元计算表明,网格墙在轴力和水平力作用下的正应力分布与实体墙总体上一致;可按现行规范有地震作用组合的剪力墙正截面承载力公式计算网格墙的承载力。工程算例表明,保温砌模现浇承重墙体系可以满足8度抗震设防的9层住宅承载力要求和抗震墙结构小震时的层间位移角要求。在研究的基础上,提出了保温砌模现浇承重墙体系的抗震设计建议。     

钢筋混凝土双肢剪力墙非线性静力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,采用分离式方法建立有限元模型,对钢筋混凝土双肢剪力墙进行了非线性分析;在与试验结果进行对比分析的基础上,选取了用于钢筋混凝土剪力墙非线性有限元分析的材料破坏准则和本构关系进行建模;通过数值计算,分析了轴压比、墙连梁跨高比、墙分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率对钢筋混凝土双肢剪力墙的承载能力、延性、破坏形态等的影响。结果表明:轴压比、分布钢筋配筋率和连梁跨高比对钢筋混凝土双肢剪力墙的受力性能影响较为明显;边缘约束构件配筋率对墙体的影响较小。     

纤维增强混凝土剪力墙抗震性能试验研究与理论分析

为根本改善混凝土基体的脆性,提高混凝土剪力墙的抗震性能和损伤容限,设计制作6个局部纤维增强混凝土（FRC）剪力墙试件,在试件变形关键部位采用FRC替代普通混凝土,并考虑高轴压比下剪力墙受压钢筋屈曲和受拉纵筋应力集中的问题,在塑性铰区纵向钢筋上设置钢套管,以改善受力钢筋的稳定性和变形性能。通过对悬臂剪力墙试件的拟静力试验,研究此类剪力墙的破坏现象、受力机理和滞回特性,探讨轴压比、FRC区高度、纵筋强度和钢套管长度等因素对墙体变形能力及耗能能力的影响。研究表明,与普通混凝土剪力墙试件相比,塑性铰区采用FRC的剪力墙试件具有较高的损伤容限和变形能力;提高钢筋强度和延性以及在纵筋上设置钢套管,对其抗震性能和耗能能力均具有明显的改善作用。     

拉压变轴力下小剪跨比预应力混凝土墙往复受剪试验研究

为了研究预应力混凝土（PC）剪力墙的抗震性能,提出剪力墙在拉压变轴力作用下的水平往复加载试验加载制度,完成3片剪跨比为1.0的预应力混凝土墙在恒定轴拉力、恒定轴压力和拉压变轴力作用下的水平往复加载试验,研究其破坏模式、滞回性能、承载力、变形能力、刚度和残余裂缝宽度,并与型钢混凝土（SRC）墙和普通RC墙的抗震性能进行了对比。试验结果表明：恒定轴拉力试验中,预应力混凝土墙发生了腹板剪切破坏;恒定轴力试验中墙体发生了斜压破坏;拉压变轴力试验中,墙体在压剪方向加载时发生剪压破坏。拉压变轴力加载导致预应力混凝土墙拉剪和压剪承载力分别降低了18.7%和10.5%。预应力混凝土墙在恒定轴拉力和拉压变轴力作用下的极限位移角为1.2%~1.6%,变形能力大于JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》规定的弹塑性位移角限值(1/100);恒定轴压力试验中水平峰值荷载超过了墙体截面受剪承载力限值,出现斜压破坏,极限位移角仅为0.6%。预应力混凝土墙试件与SRC墙试件的刚度、承载力和变形能力接近,前者的残余裂缝宽度小于后者的,表现出更好的震后可修复性。由于预应力有效抑制了墙体水平贯通裂缝的形成、防止出现沿水平裂面的滑移破坏,因此在较大轴拉力水平时预应力混凝土墙比普通RC墙的抗侧刚度和承载能力均显著提高。总体来看,预应力混凝土墙抗震性能优良,是一种改善高层建筑中受拉剪力墙抗震性能的有效手段。     

单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱耐火极限

为研究单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限,采用有限元软件ABAQUS建立了ISO-834标准火灾作用下单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱有限元模型,相关试验验证之后、分析了截面温度场和应力场的变化规律。在此基础上分析取代率、混凝土强度、荷载比、含钢率、荷载偏心率、荷载角、配筋率、截面尺寸和钢材强度等参数对构件耐火极限的影响规律。结果表明：荷载偏心率和荷载角对构件耐火极限影响较为复杂,当荷载角为180°时,荷载偏心率由0.2增加到0.4,构件耐火极限增加11.2%;当荷载偏心率为0.8时,荷载角由0°增到90°,构件耐火极限降低32.2%;荷载比和截面尺寸对构件耐火极限影响明显,当含钢率为5.33%时,荷载比由0.4增到0.5,其耐火极限降低37.1％;当钢材强度为Q345时,截面尺寸由200mm增到300mm时,构件耐火极限增加66.73%。基于上述规律并结合计算结果给出了单面受火的方钢管约束钢筋再生混凝土柱的耐火极限简化计算式,可为该类柱抗火设计提供参考。     

钢板混凝土剪力墙抗剪性能试验研究

完成了2个内嵌钢板混凝土墙试件和3个外包钢板混凝土墙试件在恒定轴压力和往复剪切作用下的拟静力试验,用以研究钢板混凝土剪力墙的抗剪性能。墙试件采用工字形截面,剪跨比为1.2,腹板墙截面含钢率约6%。试验结果表明：试件腹板墙发生剪切破坏;当设计轴压比由0.3提高至0.6时,试件的受剪承载力略有提高,极限位移角减小约20%;在轴压比相同和腹板墙含钢率相近的情况下,外包钢板混凝土墙的变形能力比内嵌钢板混凝土墙大约20%;采用竖向加劲肋-缀条拉结代替栓钉-对拉螺栓连接,外包钢板混凝土墙的受剪承载力差异不大,但变形能力显著增大。对国内外46个钢板混凝土墙试验数据的分析表明,按中国规程 JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》计算得到的受剪承载力平均为试验值的78%,计算公式偏于安全;而美国规范AISC 341-10和欧洲规范Eurocode 8的计算公式仅考虑钢板的抗剪贡献,计算值仅为试验值的51%,严重低估了钢板混凝土墙的受剪承载力。对大量剪力墙试验数据的分析表明,钢板混凝土墙的剪切变形能力显著优于钢筋混凝土墙和钢骨混凝土墙。