钢-混凝土组合节点连接PC柱抗震性能影响参数分析

为了研究钢-混凝土组合节点连接PC柱的抗震性能,对1个整浇柱试件和2个PC柱试件进行低周往复加载试验,对比分析PC柱与整浇柱的抗震性能差异,研究轴压比对PC柱抗震性能的影响。利用ABAQUS建立有限元模型,模拟PC柱在水平往复荷载作用下的滞回性能,数值计算结果与试验结果吻合较好。扩充分析参数范围,采用该有限元模型进一步分析各参数对PC柱抗震性能的影响。研究表明：PC柱试件具有与整浇柱试件相当的滞回性能;轴压比和剪跨比是影响PC柱抗震性能的重要因素,轴压比增大或剪跨比降低时,PC柱的水平刚度和水平承载力提高,但变形和耗能能力降低;提高配箍率或纵筋率均可改善PC柱的抗震性能,改变拼接段各节点参数对PC柱抗震性能的影响较小。     

外挂墙板采用耗能连接钢框架结构抗震性能研究

提出一种适用于钢框架和整间外挂墙板间的耗能连接方式。为研究这一连接方式对钢框架抗震性能的影响,对两榀分别采用X型和U型钢板消能器作为耗能连接的钢框架和一榀作为对比的纯钢框架试件进行了拟静力试验研究,并对所采用的两种消能器进行了拟静力试验研究。结果表明：X型钢板消能器疲劳加载阶段发生核心板局部屈曲,最终核心板在根部发生疲劳断裂;U型钢板消能器整个加载过程中仅出现轻微裂纹,疲劳性能较好;两种消能器滞回环均较为饱满,均存在屈服后强化现象。由于核心板的薄膜效应,X型钢板消能器强化更明显;三榀钢框架试件的破坏模式相同,外挂墙板和耗能连接未改变钢框架本身的损伤机制;试件GKJ-1由于X型钢板消能器的薄膜效应,导致外挂板在加载后期受拉产生裂缝,且最终一侧螺栓被剪断而破坏;试件GKJ-2加载结束后消能器未出现任何破坏现象,外挂板也未发现任何破坏现象;采用耗能连接的外挂墙板对钢框架的初始刚度、承载力和耗能能力均有一定程度贡献。     

配钢率对型钢混凝土异形柱抗震性能的影响分析

设计了16个型钢混凝土异形柱试件,包括L形柱、沿腹板加载的T形柱、沿翼缘加载的T形柱和十形柱各4个,采用试验研究和有限元模拟相结合的方法分析配钢率对试件抗震性能的影响,得到了试件的破坏形态及滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度、耗能能力等性能指标。结果表明：剪跨比为2.5的试件在低周反复荷载作用下发生弯曲破坏,配钢率对试件破坏形态的影响较小,但配钢率增大能够抑制混凝土裂缝的开展,延缓试件的破坏;试件的滞回曲线饱满、对称,延性好,耗能能力强,刚度退化先快后慢;随着配钢率增大,试件的滞回环面积越来越大,承载力显著提高,延性明显改善,刚度退化变缓,但耗能能力变化较小。     

T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

为研究T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架的抗震性能,进行了1榀3层2跨、缩尺比例为1：3的框架试件拟静力试验,了解其破坏形态、滞回曲线和骨架曲线,分析了试件的延性、耗能能力、刚度和强度退化规律。基于纤维模型对框架试件进行了数值模拟,研究了结构抗震性能在不同轴压比、配钢率和混凝土强度下的变化规律。结果表明：在水平低周往复荷载作用下,试件出现\     

蜂窝式钢框架结构抗震性能试验研究

该文通过低周反复荷载试验对蜂窝式钢框架抗震性能进行研究。分析其在地震作用下的受力过程、破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性等抗震性能。分析结果表明:蜂窝框架在地震作用下有较好的抗震能力,结构的破坏特征主要体现在蜂窝梁上;通过腹板开孔削弱可以控制梁端塑性铰形成位置,使得最大塑性区移至梁腹板削弱处,减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的延性。     

轴压比与剪跨比对部分包覆钢-混凝土组合剪力墙抗震性能影响研究EI北大核心CSCD

与传统钢筋混凝土剪力墙相比,部分包覆钢-混凝土组合剪力墙(partially encased composite shear wall,PEC剪力墙)具有自重小、延性好和施工方便等特点。本文通过低周反复加载试验,探究6个PEC剪力墙试件在不同轴压比和剪跨比下的抗震性能,试验结果表明:PEC剪力墙试件均表现为典型的压弯破坏,滞回曲线较为饱满,耗能性能良好。试件极限层间位移角达1/56,超过罕遇地震下规范限值要求,具有良好的变形能力。随着轴压比的增大,试件的刚度和耗能能力呈先增大后减小的趋势,延性降低明显;随着剪跨比的减小,试件的承载力和刚度有较大幅度提高,但其耗能能力降低、刚度退化速度加快。     

钢管混凝土边框内藏钢桁架组合核心筒抗震性能试验研究

提出了钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒,为了解其抗震性能,进行了1个钢管混凝土边框混凝土组合核心筒和1个钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒的低周反复荷载试验研究,2个试验模型为1/6缩尺。在试验基础上,分析比较了2个核心筒的承载力、延性、滞回特性、耗能能力、刚度衰减过程和破坏特征,分析结果表明:钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒抗震性能较好。在试验研究基础上,建立了钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒承载力简化力学计算模型与公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

带加劲肋多腔双层钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能试验

提出一种带加劲肋多腔双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行5个1：4模型试件的拟静力试验,研究该形式组合剪力墙在不同轴压比、剪跨比下的破坏形式、滞回性能、变形能力以及耗能能力。试验结果表明：带加劲肋多腔双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,5个试件的屈服位移角平均值为1/114,极限位移角平均值为1/48;增大轴压比可提高试件的承载力,但其抗震性能有所降低;减小剪跨比,试件的承载力和刚度有较大幅度提高,其抗震性能变化不明显。采用有限元软件ABAQUS建立该形式双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析,其计算结果与试验吻合良好。     

矩形钢管混凝土框架结构受力性能试验研究

为了研究矩形钢管混凝土梁在框架结构中的受力性能,并进一步分析全矩形钢管混凝土框架结构的抗震性能,对竖向荷载和低周反复水平荷载作用下的两榀单跨两层矩形钢管混凝土框架模型进行了抗震性能试验研究。以柱含钢率为变化参数,研究分析了矩形钢管混凝土框架结构的破坏机制、滞回特征、延性、强度及刚度退化等性能。结果表明:与钢筋混凝土、钢结构框架相比较,矩形钢管混凝土框架结构具有承载力高、耗能能力强、强度退化不明显、延性性能好等优点。由此可以推断:矩形钢管混凝土框架结构在承载力、抗震性能以及材料利用等方面有较多的优越性,有进一步研究和推广应用的价值。     

两点空爆下钢-混凝土-钢组合板的动力学性能分析

为了研究钢-混凝土-钢组合板的动力学性能,利用ABAQUS非线性动力学软件在两点空爆下对其进行了分析。结果表明：组合板的破坏形态与延时起爆时间间隔有关。当两点同时起爆时,组合板主要发生受弯破坏,混凝土核心底面跨中和支座处会出现较为明显的裂缝。两点同时起爆产生的冲击波经过耦合后,组合板的峰值振速最大,组合板的峰值挠度随着延时时间增加而逐渐减小。适度增大组合板顶面和底面钢板的厚度,可有效减小组合板的挠度,减小侧面钢板厚度对组合板挠度变化影响不大。提高顶底面钢板厚度和降低侧面钢板厚度均能提高混凝土核心吸收能量的比率且降低背爆面钢板吸收能量的比率,均可减轻组合板背爆面钢板的破坏。     

两层钢支撑框架模型损伤定位试验

为研究损伤定位方法,完成了一个单跨两层空间钢支撑框架模型试验。通过拆除斜撑,模拟了单损伤、对称多损伤、非对称多损伤以及多层损伤四种损伤模式。采用模拟环境和力锤进行激励,对采集到的加速度响应信号,利用自然激励技术和特征系统实现算法进行损伤前后结构的模态参数识别,并通过特征灵敏度分析得到质量归一化振型。分别使用损伤指标法和损伤定位向量法进行损伤定位。结果表明,上述基于结构振动特性的损伤定位方法能够有效地判定结构损伤单元的位置。     

远场地震作用下钢管混凝土组合框架的地震反应分析

为研究在远场地震动作用下钢管混凝土组合框架的反应,设计了某10层钢管混凝土组合框架,从PEER强震记录数据库中选取了28条远场(距离大于10km)强震地震动记录作为输入地震波,按美国地质勘探局(USGS)对场地类别分类方法将其分为A、B、C、D四类,基于OpenSees建立了非线性纤维梁柱单元的理论模型,对其进行了设防烈度为8度时多遇和罕遇地震作用下弹塑性时程分析,计算结果同时与Pushover分析结果进行了对比。结果表明:虽然不同地震动作用下钢管混凝土组合框架结构反应的离散性较大,但该类结构在不同场地类别下的反应仍具有一定规律性。与Pushover分析结果对比表明,对于该文中规则框架倒三角侧力分布模式比均布侧力更接近于钢管混凝土组合框架在地震作用下的地震力分布,可用在钢管混凝土框架结构的抗震分析中。     

基于多尺度建模的钢管混凝土组合框架耐火性能数值模拟

钢管混凝土组合框架在局部火灾作用下可能会出现由于受火柱破坏而引发的结构连续性倒塌破坏。在合理选取钢材与混凝土的热-力本构模型的基础上,合理选取了组合框架中梁柱构件单元模型及其相互作用模型,基于ABAQUS软件用多尺度建模方法建立了局部火灾作用下三层三跨钢管混凝土平面组合框架的数值模型,对4种典型火灾工况下结构整体变形、内力分布、破坏机制等进行了分析研究,并在此基础上进行了不同火灾工况下组合框架的耐火极限计算。结果表明:框架中间层受火时,由于周围构件的约束作用明显而使得其耐火极限最大。     

角柱失效下钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌能力研究

为研究角柱失效工况下钢管混凝土组合框架的抗连续倒塌性能,该文设计了1/4缩尺比例的两层两跨钢管混凝土柱-组合梁平面框架试件,对拆除角柱构件的剩余结构进行单调静力加载,获得该类结构的荷载-位移关系曲线、整体/局部破坏模式以及构件关键部位的应变曲线;在此基础上,采用能量等效原理分析该类结构的倒塌等效动力效应,并对该类结构的抗倒塌能力进行简要评估。研究结果表明:角柱失效工况下,钢管混凝土柱-组合梁框架受力过程主要经历了四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、内力重分布阶段和破坏阶段;试件整体破坏主要集中于失效跨,破坏特征主要以钢梁断裂和扭曲变形为主,且二层钢梁先于一层钢梁发生破坏;压型钢板组合板受力过程中与钢梁发生局部分离,部分栓钉拔断;失效跨二层钢梁翼缘开裂时,框架内力通过相邻柱向一层钢梁传递。基于试验结果和能量平衡原理的结构动力响应简化评估方法,发现角柱失效工况下该类结构仍具有15.3%的抗连续倒塌剩余能力。     

我国农村典型砖砌体墙片拟静力试验研究

农村房屋抗震是我国防震减灾工作的重要内容。砖砌体结构作为农村房屋的主要结构形式,如何提高其抗震能力具有重要研究意义。为研究砂浆强度、构造措施和窗洞口对砖砌体抗震性能的影响,该文首先对农村砖砌体房屋常用的几种砂浆和砖砌体进行了抗压强度试验,得到了相应材料及构件的强度参数;然后对不同砂浆强度、不同构造措施和开洞的12个墙片进行了拟静力试验,对比分析了不同因素对墙体力学性能影响。试验结果表明,砂浆强度影响最大,构造措施和开洞影响次之。最后依据试验分析结果为我国农居防震减灾工作提出建议。该文相关研究可为农居的抗震设防、标准制定以及施工提供参考。     

复式空心钢管混凝土组合轴压弹性模量分析

将复式空心钢管混凝土柱分成混凝土、内钢管和外钢管三部分,作为拟平面轴对称问题进行分析。应用弹性力学中的势能驻值原理进行弹性理论分析,描述复式空心钢管混凝土柱在小变形下的弹性行为及套箍机理。导出了钢管混凝土柱在轴向压力作用下的套箍系数、组合轴压弹性模量的理论计算公式。分析结果表明:复式空心钢管混凝土的组合轴压弹性模量与钢管的泊松比、混凝土的泊松比有着必然的联系,同时钢管与混凝土之间的“套箍作用”对组合弹性模量也有一定的影响。组合轴压弹性模量随着含钢率的增大基本成线性增长,并得到了复式空心钢管混凝土柱在轴力作用下的应力分配比不是简单地按单轴弹性模量比分配的结论。     

复合加固方形木柱的抗震性能分析

为了提高方形木柱的承载能力和抗震性能,提升古建木结构的抗震安全性,提出采用内嵌钢筋、外包碳纤维(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布复合加固木柱。通过方形木柱的低周往复荷载试验,研究了不同加固模式、钢筋用量、CFRP布加固量等因素对木柱抗震加固效果的影响;利用有限元软件OpenSees对复合加固方形木柱的抗震性能开展了数值模拟,通过数值模拟结果和试验数据的对比验证了有限元模型的可靠性;分析了轴向荷载、钢筋直径、CFRP布层数等参数对复合加固方形木柱滞回性能、侧向承载能力、延性性能、刚度退化以及耗能能力的影响。分析结果表明,内嵌钢筋可以显著提升方形木柱的侧向承载能力和耗能能力;外包CFRP布能够限制木材横向变形和内嵌钢筋的外凸,提高方形木柱的延性性能,延缓其刚度退化;复合加固能够大幅度提高方形木柱侧向承载力、延性及耗能能力,改善其刚度和强度退化,抗震加固效果显著。     

考虑滑移效应的钢-混凝土组合框架梁的刚度研究

组合框架梁的抗剪连接件在使用阶段将发生变形,导致构件的挠度增大,按照完全组合的换算截面法计算组合梁的挠度将得到不安全的计算结果。该文首先对考虑滑移效应的框架组合梁刚度进行研究,根据弹性理论推导了传统的完全组合梁TBM(Traditional Beam Model)模型滑移组合梁SLM(Slip Beam Model)模型的基本方程,并采用有限元方法对理论模型进行验证,说明了理论模型的准确性及合理性。对考虑滑移效应的组合框架梁刚度折减系数进行参数分析,研究了楼板的宽跨比、楼板宽厚比、板梁高度比等无量纲参数对考虑滑移效应后组合梁刚度折减系数的影响。研究发现:影响组合框架梁刚度折减系数的关键参数为抗剪连接件的剪力连接程度。在此基础上,建议了考虑滑移效应的钢-混凝土框架组合梁折减刚度系数的简化公式,公式计算结果与试验结果吻合良好,可以为组合梁的研究及设计人员提供参考。     

实腹式型钢混凝土异形柱中框架拟静力试验及静力弹塑性分析

为研究实腹式型钢混凝土异形柱中框架的受力性能, 对1榀缩尺比为1∶2.5的两跨三层实腹式型钢混凝土异形柱中框架进行了拟静力试验, 得到了试件的破坏形态、滞回曲线和特征点荷载、位移参数。在试验研究的基础上, 对该新型框架结构在SAP2000程序中静力弹塑性分析模型的建立方法进行了对比分析, 结果表明：利用纤维铰建立的分析模型能更有效地分析其静力弹塑性性能。考虑影响实腹式型钢混凝土异形柱中框架弹塑性的4个主要因素：柱肢高肢厚比、型钢屈服强度、混凝土强度和梁柱屈服弯矩比, 对其静力弹塑性分析模型进行了变参数分析, 结果表明：提高柱肢高肢厚比或梁柱屈服弯矩比, 可显著提高框架的水平承载力;随柱肢高肢厚比的加大, 框架的刚度明显增大;改变柱肢高肢厚比、型钢屈服强度或梁柱屈服弯矩比, 框架的延性基本不变。     

钢管混凝土箱形叠合墩振动台试验研究

以腊八斤特大桥11号主墩为原型,进行几何缩尺比例为1∶9.43的钢管混凝土(CFST)箱形叠合墩模型振动台试验,并结合空间杆系非线性有限元分析,开展强震作用下CFST箱形叠合墩的地震响应特性和地震破坏机理研究。结果表明：E2设计地震动作用下,缩尺模型和原型桥墩墩底塑性铰截面大部分处于受压状态,墩身表面未发现裂缝,结构处于弹性工作状态;地震动特性对CFST箱形叠合墩的地震响应有显著影响,9条经典地震波(PGA=0.05 g)中,Wenchuan-NS地震波作用下墩顶加速度响应和位移响应均达到最大,分别为最小地震响应工况的1.8倍和5.4倍;随着Wenchuan-NS地震波强度按照0.05 g的增量逐级增大,墩顶加速度响应和墩顶位移响应基本呈线性增加,且加速度动力放大系数基本保持在6左右;采用基于纤维梁柱单元的有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,进一步开展的非线性时程分析可知,PGA=0.30 g时墩底潜在塑性铰区域外包混凝土受拉侧发生开裂,在PGA=0.75 g时受拉侧钢管开始屈服;与单向地震作用相比,双向地震作用下墩顶位移响应峰值增大约6%,墩底截面最大内力响应增大约4%,说明双向地震同时作用对CFST箱形叠合墩地震响应的影响较小,在进行CFST箱形叠合墩的地震反应分析时,可沿顺桥向和横桥向分别输入水平地震动。