剪压复合作用下砌体的静力与抗震抗剪强度

该文以经典的库仑破坏、主拉应力破坏和主压应力破坏理论为基础,引入模糊数学中模糊理论,首次提出将砌体在剪压复合作用下的剪摩、剪压和斜压三类破坏划分为两个破坏区,即剪摩-剪压破坏区和剪压-斜压破坏区。运用权函数将对应于不同破坏形态的经典破坏理论有机地结合起来,推导出相应的砌体在剪压复合作用下的抗剪强度公式,并加以简化。经对比表明,计算曲线与试验结果吻合良好。同时,针对现行《砌体结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》中关于砌体抗剪强度设计值计算上存在的一些问题,提出了基于上述破坏区理论的砌体静力与抗震抗剪强度设计值公式。计算结果表明,该公式不仅简单,偏于安全,且较现行规范公式有较大的改进,能直接应用于高层砌体结构设计。     

藏式石砌体在剪-压复合作用下抗剪性能研究

为研究藏式石砌体抗剪性能,对4组共13个不同压力作用下的泥浆砌筑石墙试件进行双剪试验,分析藏式石砌体沿通缝抗剪强度和破坏机理,研究利用灰缝抗剪强度评估墙体整体抗剪性能的方法。试验结果表明,藏式石砌体灰缝受剪破坏为泥浆层自身变形与界面分离同步发展的延性破坏过程,最终达到完全的界面剪切滑移状态。通过对试验数据的统计回归提出藏式石砌体灰缝的抗剪强度计算公式,计算结果和试验值吻合程度较好。泥浆与水硬性砂浆的主要性能差别在于粘结强度和摩擦系数均较低。通过2种理论模型,分析了砌体灰缝抗剪强度与剪-压复合作用下抗剪强度表达式之间的关系,利用其他研究者的试验数据进行了验证。提出了基于双剪试验结果的藏式石砌体抗剪强度预测表达式,可供藏式石砌体抗剪性能研究参考。     

填充石膏基轻质材料的冷弯型钢复合墙体受剪承载力分析

为研究填充石膏基轻质材料的冷弯型钢复合墙体受剪承载力的计算方法,对2片空腔墙体和9片填充式墙体足尺试件进行低周往复加载试验,研究墙体在水平荷载作用下的破坏模式,结果表明:空腔墙体的破坏模式为墙面板与龙骨之间的螺钉连接破坏,进而导致墙面板蒙皮作用的失效;填充式墙体的失效模式分为两种:填充材料角部的受压破坏和冷弯型钢立柱的弯曲破坏。基于上述破坏模式,考虑墙面板蒙皮作用和填充材料支撑作用的影响,根据极限平衡理论,提出基于叠加法的受剪承载力计算模型,建立受剪承载力计算公式,该模型能反映自攻螺钉连接强度、填充材料强度和冷弯型钢龙骨强度对墙体受剪承载力的影响;理论计算值与试验值的比值在0.947~1.112,结果吻合较好。     

钢筋混凝土受弯构件抗剪承载力影响因素探讨

本文阐述了钢筋混凝土受弯构件的类型和破坏模式,并对现行规范中的深受弯构件和一般受弯构件的抗剪承载力计算公式进行了对比分析,对受弯构件抗剪承载力的影响因素如剪跨比、配箍率等进行了总结。     

高变形能力螺栓抗剪连接件抗剪承载力理论分析与验证

螺栓抗剪连接件是实现装配式钢-混凝土组合构件的可拆卸功能的基本元素之一。针对螺栓抗剪连接件变形能力不足的问题,提出了一种高变形能力的插块式螺栓抗剪连接件(plug-type bolted shear connector, PTBSC)。试验和有限元分析表明,PTBSC的剪切-滑移关系曲线存在明显的屈服点和极限点,曲线呈现出近似双线性特征。同时,曲线有较大的屈服后刚度(为初始刚度的1/3~1/2),以及较大的屈服后承载力储备(极限承载力接近2倍的屈服承载力),其屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的评价方法有待研究。针对PTBSC的屈服抗剪承载力,从PTBSC的受力机理出发,推导了其理论计算公式。为检验所提出PTBSC屈服抗剪承载力的计算公式准确性,将理论计算结果与有限元分析结果进行比较验证。对比发现,PTBSC屈服抗剪承载力的理论计算公式具有较高预测精度,误差在正负20%之内,离散系数不超过13%。对该文提出的屈服抗剪承载力计算公式作参数影响分析,考察其随不同参数的变化规律。增大螺栓直径和螺栓强度等级可显著提高PTBSC的屈服抗剪承载力;增大集中变形段长细比会减小屈服抗剪承载力,增大插块材料抗压强度可提高PTBSC屈服抗剪承载力,当强度大于100 MPa,屈服抗剪承载力基本保持不变。针对PTBSC的极限抗剪承载力,通过对有限元结果进行统计分析标定其经验系数。当PTBSC的螺栓极限抗剪承载力表示为0.7倍的极限抗拉承载力,此时误差在20%之内,可较好地预测PTBSC的极限抗剪承载力且具有一定安全储备。     

小剪跨比钢筋混凝土墙拉剪性能试验研究

强震作用下,高层建筑中部分剪力墙可能出现拉-剪耦合受力的不利状态。该文完成6个大尺寸钢筋混凝土(RC)矮墙拟静力试验,研究了小剪跨比RC墙拉剪受力下的破坏形态、滞回性能、承载力和刚度。试验结果表明:轴拉力水平不同,RC墙试件出现不同的破坏形态,包括:剪切破坏(竖向钢筋平均拉应力水平n_s=0)、剪切-滑移破坏(n_s=0.23~0.63)和滑移破坏(n_s=0.8~1.0);RC墙试件轴心受拉的开裂荷载试验值为理论计算值的0.6倍~0.7倍,轴心受拉的初始刚度和开裂后刚度试验值与理论计算值接近;轴拉力严重影响RC墙的抗侧承载力,当竖向钢筋平均拉应力水平n_s=0.63和n_s=1.0时,试件的承载力分别比无轴拉试件小54%和76%;轴拉力也导致RC墙的等效抗侧刚度降低,当n_s=0.23~0.63时,试件的等效抗侧刚度为无轴拉试件的0.56倍,仅为其初始刚度理论值的1/10。该文建议了拉剪受力RC墙的等效抗侧刚度计算公式,该公式计算值与剪切-滑移破坏试件的试验结果吻合良好。最后,该文对比了各国规范中拉剪承载力计算公式,美国ACI 318-14规范和欧洲Euro Code8规范均低估了小剪跨比RC墙试件的拉剪承载力,试验值与规范公式计算值之比分别为1.90和2.41;而中国JGJ 3―2010规程的RC墙拉剪承载力公式可能安全度不够。     

窗间墙与横墙共同抗剪的试验研究

通过模型试验研究了窗间墙与横墙在垂直荷载和水平反复荷载作用下共同抗剪时的恢复力特性曲线,墙体的破坏特征以及窗间墙对横墙极限抗剪承载力的贡献。试验结构表明,考虑窗间墙参与工作后,横墙极限承载力可提高３１％。     

考虑组合作用的钢-混凝土组合梁抗剪承载力

针对当前规范和各学者有关钢-混凝土组合梁抗剪承载力公式都未考虑钢梁翼缘抗剪贡献导致计算结果误差较大的现状,笔者采用合理的材料本构关系,通过ABAQUS有限元软件建立考虑栓钉受力特征的组合梁足尺有限元模型进行抗剪性能研究。在验证现有试验结果的基础上通过参数分析,确定了组合梁界限剪跨比,揭示了剪切荷载作用下组合梁栓钉内力重分布规律,以及钢梁与混凝土翼板组合作用规律与抗剪荷载分担比例。基于叠加原理提出了考虑混凝土板和钢梁腹板与翼缘抗剪贡献的工字钢-混凝土组合梁抗剪承载力计算公式。对比结果显示该文提出的抗剪承载力计算公式的精度比GB 50017?2017建议公式以及其他学者建议公式的精度高。     

部分预制装配型钢混凝土构件斜截面抗剪承载能力试验研究

为建立部分预制装配型钢混凝土（PPSRC）构件的抗剪承载力计算公式,该文设计并进行了7个试件的静力加载试验,考虑了剪跨比、现浇混凝土强度和截面形式三个变化参数对PPSRC构件抗剪性能的影响。通过分析试件的破坏过程、剪力-位移曲线和剪力-应变曲线,对PPSRC构件的破坏机理和抗剪承载力进行研究。基于试验结果,分析了预制装配型钢混凝土构件抗剪承载力的主要影响因素,依据叠加原理提出了部分预制装配型钢混凝土构件斜截面抗剪承载力计算公式。试验结果表明:部分预制装配型钢混凝土构件斜截面破坏形态有斜压破坏和剪压破坏两种形式,预制混凝土和现浇混凝土的协同工作良好;提出的抗剪承载力计算公式可为部分预制装配型钢混凝土构件的设计提供一定的基础。     

CFRP加固砌体结构的试验研究

采用两种不同的加固方案,对四片砌体墙进行了试验研究,介绍了试验中对构件的加载控制过程,分析了用CFRP加固后砌体结构在水平低周反复荷载作用下的延性和水平承载能力,并对各种方案的试验结果及试验现象进行了分析研究,比较了不同的加固方案对砌体的抗剪承载力、抗震性能、延性等各方面的影响程度,根据试验结果提出了简易计算公式,计算值与试验数据吻合较好。理论与试验证明,采用CFRP加固后,砌体结构具有良好的抗震性能。因而,CFRP加固砌体结构的方法,不失为一种比较有效可行的方法。     

核爆冲击波作用下空心砌块墙对主体结构的作用

该文采用显式动力有限元软件LS-DYNA对核爆冲击波作用下高层建筑混凝土小型空心砌块外墙(以下简称砌块墙)的破坏模式进行了数值模拟,计算模型考虑了材料非线性、接触非线性、大应变、大变形等主要特征。在此基础上讨论了砌块墙在破坏飞散过程中传给结构的荷载,得到了不同冲击波超压作用下砌块墙传给结构的荷载时程。计算结果表明:核爆冲击波作用下,砌块墙的破坏模式与冲击波超压的大小有关;其传给结构的荷载时程基本呈三角形分布,荷载峰值随超压的增加而增大,墙体顶部与结构构件之间接触面的允许抗剪强度对荷载峰值时间和持续作用时间起关键作用。     

高延性混凝土加固无筋砖墙抗震性能试验研究与承载力分析

为研究高延性混凝土(HDC)加固无筋砖墙的抗震性能,设计制作了3片HDC面层加固砖墙、1片钢筋网水泥砂浆面层加固砖墙和1片作为对比试件的未加固砖墙,通过拟静力试验,研究了HDC面层加固砖墙的破坏形态、滞回性能及耗能能力。试验结果表明:HDC面层可对墙体形成约束作用,延缓墙体开裂并改变墙体的破坏模式,提高墙体的承载力和延性;与钢筋网水泥砂浆面层加固相比,单面HDC加固的墙体开裂荷载与耗能能力明显提高,承载力下降缓慢。针对试件的破坏形态,考虑未开裂区加固面层对墙体水平承载力的贡献,提出了加固墙体的承载力计算方法,并根据试验结果进行了验证。     

ECC面层加固受损砖砌体墙抗震性能试验研究

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)具有高强度、高延性和受拉应变硬化等特性,在加固工程中具有广泛的应用前景。该文对4片采用ECC面层加固的受损砖墙进行了低周反复荷载试验,并与相关文献中4个试件进行比较,研究了ECC面层加固砖砌体墙的破坏机理、破坏形态、滞回特性和变形能力。结果表明:1) 采用ECC面层加固受损砖砌体墙,可显著提高砖墙的变形能力,改善加固后墙体的抗震性能;2) ECC面层对内部砖墙形成良好的约束作用,可显著改善砖墙的脆性破坏模式,是一种有效的砌体结构加固方法;3) 改善ECC面层与构造柱之间的粘结性能,保证ECC面层有效传递剪力,对提高加固后墙体的整体性能具有重要作用。该文的研究结果为砌体结构抗震加固提出了一种新方法,具有良好的推广和应用前景。     

高延性混凝土加固蒸压加气混凝土砌体墙抗震性能试验研究

蒸压加气混凝土(AAC)砌块砌体墙自重轻,但其抗震性能较差,为提高该类墙体的抗震性能,提出采用高延性混凝土(HDC)面层和条带对其进行加固。设计制作了4个无筋砌体墙和2个构造柱约束墙体试件,其中2个试件采用HDC面层加固,2个试件采用HDC条带加固,通过拟静力试验,研究AAC砌体墙的破坏形态、滞回性能、承载力及变形能力等性能。试验结果表明:HDC面层可改变AAC墙体的破坏模式;对于无筋砌体墙,加固后试件的承载力、变形及耗能能力均得到了不同程度的提高,墙体裂缝数量明显减少,刚度退化较为平缓;对于构造柱约束墙体,单面HDC面层使加固试件的侧向刚度、水平承载力及耗能能力均大幅提高,且加固试件具有较高的残余承载力,墙体的开裂和损伤程度较小。基于试件的破坏形态,提出加固墙体的水平承载力计算方法,其计算结果与试验结果吻合较好,可为HDC加固AAC砌块墙体的承载力计算提供参考。     

剪切型破坏模式的配筋砌块砌体剪力墙恢复力模型

利用25片足尺全灌芯配筋砌块砌体剪力墙的低周往复荷载试验,研究了此种墙体在发生剪切型破坏模式下的恢复力模型。选取截面宽度包含190mm、240mm和290mm三种块型的墙体试验,研究了不同砌块孔洞率、竖向压应力、竖向和水平配筋率、墙体高宽比等参数对墙体破坏模式的影响。利用试验记录提出骨架曲线,其归一化骨架曲线符合带下降段的三折线模型。对试验数据进行回归分析,得到满足指数衰减规律的刚度衰减方程。提出适用于发生剪切型破坏模式的配筋砌块砌体剪力墙的滞回规则,此规则在卸载阶段用两折线表示,两折线采用不同的刚度值,第一卸载段采用初始刚度,第二卸载段采用本文提出的刚度衰减方程。该文提出的滞回模型能够较好模拟配筋砌块砌体剪力墙捏拢现象,模拟出的滞回曲线与试验记录到的曲线吻合良好。     

基于Cohesive单元的石拱桥主拱圈二相数值模拟方法

为解决石砌体材料非均质的描述问题,提出一种基于Cohesive单元的石拱桥主拱圈两相数值模拟方法。视石砌体为两相材料(砌块和砌缝),采用实体单元模拟砌块并引入非线性本构描述其破坏行为,在相邻砌块间插入Cohesive单元考虑砌缝砂浆的剪切和拉伸破坏。通过室内试验与数值模拟对比验证方法的有效性及适用性,分析了砌缝抗剪摩擦系数μ、加载位置等敏感参数对拱桥承载力的影响。结果表明：基于Cohesive单元的石砌体两相数值模型,可以有效描述石砌体材料的非均匀性及石拱桥的破坏过程(尤其是砌缝剪切滑移破坏行为),可为石拱桥极限承载力评估提供重要信息,如荷载-位移曲线、破坏模式等。此外,研究结果还发现主拱圈破坏机制由拱的受弯、受剪特性决定,并与砌缝抗剪摩擦系数μ强相关。     

CFRP加固砌体结构的力学性能分析

在分析碳纤维加固的砖砌体在水平周期反复荷载作用下试验结果的基础上,研究了碳纤维加固砖砌体的约束及抗倒塌机理;建立了墙体侧向位移与碳纤维应变、碳纤维应变与墙体抗震剪切强度的关系;讨论了不同加固方式、碳纤维面积百分率等在墙体不同受力阶段对墙体抗剪承载能力和变形性能的作用与影响;提出了计算碳纤维加固墙体承载能力和变形的计算方法。计算方法考虑了不同粘贴碳纤维角度、碳纤维面积百分率等对墙体承载能力和变形性能的影响;推导了最优粘贴加固角;提出了改进的粘贴加固方法以提高加固效果。     

基于装配式技术加固的砌体墙片的力学性能研究

基于装配式技术的砌体结构加固方案可以有效提高结构的抗震能力。采用预制钢筋混凝土墙板对原有的砌体墙片进行双面外贴加固,并用销键、灌浆、后浇带等连接方式保证砌体墙片与预制钢筋混凝土墙板的共同工作。该文通过非线性有限元模型分析了未加固砌体及加固砌体结构在循环往复加载下的力学行为,探讨混凝土墙板和砌体砖墙之间的传力途径,验证加固方法和三种连接措施的有效性。分析证明:采用预制钢筋混凝土贴墙墙板的加固方案可以显著提高砌体结构的抗震性能,强度提高3倍~4倍,刚度提高2倍~3倍,满足现行抗震规范的要求。三种连接方式中,后浇带最有效,在弹性阶段传递了70%的荷载,在后期传递了80%的荷载。