非对称配钢型钢混凝土柱受剪机理及承载力研究

为揭示非对称配钢型钢混凝土柱的受力特点和破坏机理,考虑剪跨比、轴压比、体积配箍率以及拉结筋等4个影响因素,对12个T形配钢型钢混凝土柱进行了水平低周往复荷载试验。对水平低周反复荷载和恒定轴向荷载作用下试件的受力过程和破坏特征进行了研究,结果表明:非对称配钢型钢混凝土柱具有较好的滞回性能和耗能性能,其破坏形态主要有弯曲破坏、剪切斜压破坏和剪切粘结破坏三类。通过实测型钢腹板和箍筋的荷载-应变滞回曲线,分析了试件在不同阶段的受力状态,基于破坏机理和力学分析推导了T形配钢型钢混凝土柱发生剪切斜压破坏和剪切粘结破坏时的受剪承载力计算公式,计算结果与实测值符合较好。     

型钢再生混凝土短柱抗剪承载力计算

为研究型钢再生混凝土短柱的抗震性能,对8个型钢再生混凝土短柱试件,采用悬臂柱式加载装置进行低周反复荷载试验,观察其受力过程和破坏形态。试验表明,剪跨比为1.4的型钢再生混凝土短柱以剪切斜压破坏形态为主;分别研究了轴压比、配箍率和再生粗骨料取代率对试件抗剪承载力的影响;分析了型钢再生混凝土短柱的受力特点和破坏机理;推导出型钢再生混凝土短柱发生剪切斜压破坏时的抗剪承载力计算公式。最后,为便于工程应用,在试验与理论分析的基础上,提出了型钢再生混凝土短柱抗剪承载力简化计算公式,计算结果与试验结果符合较好。     

型钢混凝土T形柱受剪性能及承载力计算

为了研究型钢混凝土(SRC)T形柱斜截面抗剪承载性能,设计了4个试件进行静力单调加载试验,考虑了剪跨比、轴压比、配钢形式、翼缘尺寸4个变化参数,通过试验观察了试件的受力全过程和破坏形态。根据实测数据,给出了混凝土应变沿截面高度的分布情况以及荷载-应变、荷载-挠度等重要关系曲线;并分析了各变化参数对抗剪承载力的影响,提出了承载力计算公式。研究结果表明:型钢混凝土T形柱受力过程中截面应变基本符合平截面假定;剪跨比、轴压比、配钢形式、翼缘尺寸等参数对其抗剪强度有显著影响;基于叠加法的抗剪强度计算公式可用于其斜截面极限承载力计算。     

型钢混凝土十形柱及其节点抗震性能演变、传递机制及设计理念

为研究型钢混凝土十形柱与型钢混凝土十形柱框架节点在抗震性能方面的演变规律,通过13个型钢混凝土十形柱及其框架节点的反复荷载试验,揭示了型钢混凝土十形柱、十形柱平面节点、十形柱空间节点的震损机理及性能差异,深入分析了配钢形式、加载方向、剪跨比以及轴压比等关键参数对此类构件抗震性能的影响;考虑荷载加载方向对双向受剪性能的影响,提出了型钢混凝土十形柱及其节点的受剪承载力统一预测模型;采用OpenSEEs零长单元并引入荷载加载角对弯曲型破坏的型钢混凝土十形柱双向压弯承载力进行了全过程受力性能模拟并证实其可行性。结果表明：型钢混凝土十形柱及其节点由平面受力转变至空间受力时,其受剪承载力和耗能能力也随之提高;十形柱的位移延性系数最大,而平面节点的位移延性系数最小。试验轴压比在0.5范围内时,提高轴压比有利于构件和节点受剪承载力及耗能能力的增长;试验轴压比小于0.3时,随着轴压比的增大,十形柱及其节点的延性随之提高,而试验轴压比大于0.3时则随之降低。型钢混凝土十形柱及其框架节点的弹性及弹塑性层间变形能力均大于规范规定的要求。基于综合性能研究成果,给出了型钢混凝土十形柱合理配钢形式的设计建议、轴压比控制原理、最不利地震作用验算方向等结构设计理念。     

内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的力学性能

为了研究内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱在生命周期内的受力机理,利用有限元软件ABAQUS建立该类短柱的计算模型,并与已有的相关试验结果进行对比。模型中将钢管初应力和长期荷载作为生命周期内的主要因素进行考虑,分析了内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱生命周期内的荷载-变形全过程曲线、跨中截面各部件纵向应力分布和钢材与混凝土之间的相互作用力; 考察了初应力系数、长期荷载比和含钢率对构件承载力和变形的影响规律。结果表明:考虑钢管初应力和长期荷载作用的内配型钢矩形钢管混凝土轴压短柱极限承载力与一次加载情况下相比变化不明显,但极限承载力对应的纵向应变增长84.2%; 在长期持荷阶段,核心混凝土发生卸载现象,其承担的荷载下降了30%左右,再加载阶段又继续承载; 钢管与混凝土之间的接触应力在中截面处最大,沿构件长度方向逐渐向两端减小; 随着钢管含钢率增大,构件极限承载力增大,变形减小,而型钢含钢率对构件变形影响较小; 随着初应力系数和长期荷载比的增大,构件纵向变形增大。     

不同受荷条件下脱空缺陷对钢管混凝土构件的承载力和刚度的影响分析

为了解脱空缺陷对钢管混凝土在不同受荷条件下的力学性能影响,将已有报道中不同受荷条件下(压弯、拉弯、压弯扭等)带脱空缺陷试件的承载力和刚度折减系数的变化规律进行比较,并对脱空的影响规律进行探讨。结果表明:在承受压弯荷载时,偏心受压为最不利荷载条件;轴压比和轴拉比分别为压弯荷载和拉弯荷载加载路径下影响带缺陷试件承载力的重要因素;滞回作用能加剧压弯荷载加载路径下的承载力折减;轴压比为0. 3时,脱空对压弯构件承载力和刚度的影响最小;压弯荷载对带缺陷构件承载力的影响比压弯扭荷载更为不利。     

钢管高强混凝土剪力墙受剪性能试验研究

为研究钢管高强混凝土剪力墙的受剪性能,设计制作了两批共32个小剪跨比（λ为0.3、0.56、0.8）钢管高强混凝土剪力墙试件并进行单向静力加载试验,分析了剪跨比、管外混凝土强度、轴压比、截面类型、水平分布筋配筋率和竖向分布筋配筋率对各试件受剪承载力、变形能力及其对试件破坏形态的影响。试验结果表明：钢管高强混凝土剪力墙作为组合构件,通过钢管外的抗剪环筋传递界面剪力,能够很好地协同受力,且具有初始刚度大、承载能力高的特点;剪跨比为0.56、0.80的试件,其破坏始于管外混凝土的斜压破坏;剪跨比为0.30的试件,其破坏形态为管外混凝土斜裂缝发展、贯通,墙体受压侧底部水平分布筋处混凝土错动、脱落,具有直剪破坏的特征;各试件破坏时均具有一定的变形能力。基于对试验结果的统计分析,提出了钢管高强混凝土剪力墙的受剪承载力计算式,计算值与试验值吻合良好,可为工程设计提供参考。     

压弯剪复合受力作用下带环向脱空缺陷的钢管混凝土构件力学性能研究

以剪跨比和脱空率为主要参数,对12根带环向脱空缺陷的钢管混凝土构件和2根无脱空对比构件在压弯剪复合作用下的力学性能进行试验,考察环向脱空缺陷对钢管混凝土压弯剪试件的破坏模式、荷载-位移曲线、极限承载力的影响。试验结果表明:试件的抗剪承载力随着脱空率的增大而显著降低,带缺陷试件的抗剪承载力随着剪跨比的减小而增大。通过带环向脱空缺陷的钢管混凝土构件在压弯剪复合作用下的有限元分析模型,对带缺陷试件的钢管与核心混凝土之间接触应力的发展情况进行模拟,界定了其受弯和受剪状态的界限剪跨比。     

内配型钢圆钢管混凝土压扭构件工作机理研究

采用ABAQUS有限元软件建立了内配型钢圆钢管混凝土压扭构件的有限元模型,利用已有试验数据验证了模型的可靠性。在截面含钢率不变的情况下,分析了3组钢管混凝土与内配型钢圆钢管混凝土极限承载力及扭矩分配的对比情况。通过对典型试件的分析,研究了内配型钢圆钢管混凝土各部件之间的接触应力分布规律、各部件的破坏模态及型钢对混凝土的影响规律。最后分析了加载路径、长细比、型钢截面形式以及轴压比对构件荷载-位移曲线的影响规律。结果表明:内配型钢圆钢管混凝土中钢管、混凝土及型钢三者之间可以很好地协调工作。钢管含钢率是影响构件承载力最主要的因素,加载路径、长细比以及型钢的截面形式对构件的承载力几乎没有影响,构件的极限承载力随轴压比的增大而增大,当轴压比大于0.4~0.5(对应不同强度等级材料)时,构件的极限承载力随着轴压比的增大而降低。     

GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱的受剪性能试验研究

对再生块体混凝土构件施加外部约束是提高其受力性能的有效途径,通过13根方钢管再生块体混凝土柱试件与10根GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱试件的受剪性能试验,考察了废旧混凝土块体取代率、剪跨比、轴压比及环向GFRP层数等参数对试件横向剪力-变形曲线与受剪承载力的影响,检验了采用现有设计公式预测试件受剪承载力的有效性。研究表明:方钢管再生块体混凝土柱及GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱的受剪性能受剪跨比和轴压比的影响较大,其横向剪力-变形曲线随上述两参数变化呈现3种典型形态;当废旧混凝土块体取代率低于35%且新、旧混凝土强度差不超过15 MPa时,再生块体对柱受剪性能的影响总体较小;剪跨比不大于0.5时环向粘贴单层GFRP布对柱受剪承载力的提升无明显效果,而双层GFRP布可小幅提高柱的受剪承载力;相比现有钢管混凝土柱受剪承载力计算公式,所提计算式可较好地预测方钢管及GFRP增强方钢管再生块体混凝土柱的受剪承载力。     

高轴压比下内置钢板高强混凝土组合剪力墙#br# 抗震性能试验研究

内置钢板混凝土组合剪力墙主要应用于超高层建筑结构中,是主要的抗侧力构件,其底部剪力墙往往承担巨大的竖向荷载,轴压比和混凝土强度是影响其抗震性能的主要因素。为研究内置钢板高强混凝土组合剪力墙在高轴压比下的抗震性能,进行2个剪跨比为2.28的组合剪力墙试件拟静力试验,设计轴压比分别为0.6和0.8,C70混凝土。研究组合剪力墙在低周反复荷载作用下的受力性能和破坏模式,分析轴压比对抗震性能的影响。结果表明：2个试件最终均发生压弯破坏,破坏截面基本符合平截面假定,滞回曲线均较饱满,耗能性能良好,同时具有比较稳定的水平承载力;随着轴压比增大,组合剪力墙的水平承载力、初始刚度和耗能能力增大,侧向变形能力有所降低,但屈服位移角仍大于1/120,极限位移角为1/46。研究可为内置钢板高强混凝土组合剪力墙的工程应用提供理论参考。     

钢管初应力对内配型钢的圆钢管混凝土柱受压性能影响

为研究钢管初应力对内配型钢钢管混凝土构件后期受力性能的影响,共设计了12根内配型钢圆钢管混凝土柱进行受压性能试验研究,试验主要参数为初应力系数和荷载偏心率。通过试验研究了内配型钢圆钢管混凝土柱的变形过程、破坏形态及不同参数对构件荷载-变形曲线和受力性能的影响。试验结果表明：初应力系数及荷载偏心率对内配型钢圆钢管混凝土柱最终的破坏形态影响较小,但不同长细比的构件破坏过程有所差异;初应力系数的变化对轴压短柱承载力影响较小,但对偏压柱受力性能有一定影响,随着初应力系数的增大其承载力下降;试验参数范围内,偏心率对柱承载力的影响明显大于初应力系数的影响。基于试验结果对有限元模型的可靠性进行验证,在模型验证基础上,分析钢管初应力对钢管与混凝土之间的相互作用和各部件承载力分配的影响,并进一步分析不同参数（如长细比、偏心率、型钢截面尺寸等）对柱承载力影响系数的影响。结果表明,钢管初应力系数、偏心率和长细比对柱承载力影响系数影响显著,基于此提出考虑钢管初应力时内配型钢钢管混凝土柱受压承载力计算方法,其计算结果与试验和数值结果吻合较好。     

十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能

为研究十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能,对5个不同轴压比、配钢形式的试件进行低周反复加载试验。研究了滞回曲线、骨架曲线、延性性能、刚度退化、耗能性能等抗震性能,对比分析了轴压比和配钢形式对抗震性能的影响。结果表明,轴压比较大的试件具有更高的承载能力,但延性降低、刚度退化速率加快;与普通钢筋混凝土异形柱相比,在异形柱内配置型钢可改善滞回性能、增强刚度、延性性能、承载能力和耗能性能,减轻破坏程度,从而提高抗震性能。配钢形式为T形钢加方钢管的试件除刚度退化外,其他性能均优于实腹型配钢试件。     

低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,完成了2片低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙和1片低剪跨比钢筋混凝土剪力墙试验,研究了高轴压比剪力墙在低周往复荷载作用下的变形能力、破坏模式,得到了试件滞回曲线、骨架曲线、承载力、位移延性系数、刚度退化、承载力退化和耗能能力等,分析了不同形式连接件对抗震性能的影响。试验结果表明：与钢筋混凝土剪力墙相比,低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙受剪承载力显著提高,具有良好的延性和耗能能力,抗震性能良好。     

轴压比与剪跨比对带约束拉杆双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能影响研究

为研究轴压比与剪跨比对带约束拉杆双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,完成了5个缩尺模型试件的拟静力试验。研究结果表明：试件破坏时底部墙体钢板均受压屈曲,其中低剪跨比（剪跨比为1.0）试件出现典型的剪压破坏现象,而中高剪跨比（剪跨比为1.5~2.0）试件出现典型的压弯破坏现象;高轴压比、低剪跨比的带约束拉杆双层钢板-混凝土组合剪力墙仍具有良好的承载力、变形及耗能能力;增大轴压比可提高试件的承载力,但其变形和滞回性能有所降低;减小剪跨比,试件的承载力和刚度有较大幅度提高,耗能能力有所下降,而延性和承载力退化变化不明显。     

高轴压比下中高剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

通过对4片高轴压比、中高剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙的拟静力试验,研究该类组合剪力墙在低周往复水平荷载作用下的受力性能和破坏模式,分析其延性、刚度、承载力、耗能等性能指标,以及剪跨比、轴压比、距厚比（栓钉间距与钢板厚度之比）等因素对其抗震性能的影响。试验结果表明：中高剪跨比试件的破坏模式为压弯破坏;墙体钢板随距厚比的增加更易发生局部屈曲;试件轴压比越大,压屈越明显、屈曲范围越接近试件底部、屈曲发展越迅速;试件刚度和极限荷载受轴压比、距厚比的影响较小,但变形能力随轴压比的增大而降低;试件剪跨比越大、轴压比越小,滞回性能越稳定;试件耗能随变形增大而迅速增长,抗震性能良好。     

冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙受剪性能试验研究

通过7个冷弯薄壁型钢混凝土(CTSRC)剪力墙的拟静力水平往复试验,研究了其破坏过程和破坏模式,分析了混凝土强度、剪跨比、轴压比、水平分布筋和竖向型钢量等参数对其受剪性能的影响。试验结果表明：随着水平配筋率、轴压比和混凝土强度的增加受剪承载力提高;随着剪跨比提高,墙体受剪承载力降低;轴压比增加可提高墙体刚度,推迟墙体裂缝的出现,但不利于墙体延性;增加水平配筋可使墙体峰值后的承载力保持稳定。研究表明：CTSRC剪力墙与传统钢筋混凝土剪力墙的破坏特征和受力性能不同,在水平力作用下将出现沿冷弯薄壁型钢的竖向裂缝,经历整体墙到分缝墙的演变,避免了脆性剪切破坏。通过合理设计,CTSRC剪力墙可实现正常使用阶段有较高的刚度、峰值后有较好的延性、破坏时仍具有较高的竖向承载能力的目标。     

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。     

闭口型压型钢板-轻骨料混凝土组合板受力性能及动力特性试验研究

对6块闭口型压型钢板-轻骨料混凝土组合板试件进行了两点对称集中加载静力试验研究,考察了组合板在不同剪跨比下的破坏形态、钢板与混凝土应变发展、端部滑移和裂缝发展情况,研究了组合板的纵向剪切极限承载能力。研究结果表明,端部设置栓钉的闭口型压型钢板-轻骨料混凝土组合板具有较好组合作用,剪跨比较小的闭口型压型钢板-轻骨料混凝土组合板主要发生纵向剪切粘结破坏,而剪跨比较大的组合板主要发生接近于弯曲破坏的弯剪破坏;根据试验研究结果,建立了闭口型压型钢板-轻骨料混凝土组合板的承载能力计算公式,并给出了组合板刚度计算建议方法。为考察组合板的动力特性,对6块闭口型压型钢板-轻骨料混凝土组合板的前三阶自振频率和阻尼比进行了试验测试,测试结果表明闭口型压型钢板-轻骨料混凝土组合板阻尼比比较小,并结合自振频率实测结果对经验计算公式进行了对比验证,为闭口型压型钢板-轻骨料混凝土组合板动力特性计算及组合楼盖的竖向振动分析控制设计提供依据     

轴向往复荷载作用下钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为了探究斜交网格结构体系中外筒斜柱的破坏机制,对8个钢管混凝土柱和2个钢管柱试件进行了轴向往复加载试验,研究加载路径、长径比、混凝土强度和含钢率对其抗震性能的影响,分析了钢管混凝土柱的破坏机制、破坏形态和滞回性能,并讨论了钢管与混凝土间的相互作用。结果表明：轴向往复荷载下钢管混凝土柱的破坏均由钢管断裂引起,核心混凝土整体保持完好,只在钢管屈曲处存在混凝土压碎现象;相比于空钢管柱,钢管混凝土柱受拉时混凝土对钢管的支撑作用,以及受压时钢管对混凝土的约束作用,保证了其具有更高的承载力、变形能力和耗能能力;钢管混凝土柱在轴压和轴拉荷载下的抗震性能存在显著差别,在轴拉荷载下具有更好的延性和耗能能力,而在轴压荷载下具有更高的承载力和刚度。钢管混凝土柱屈服后钢管对混凝土的约束作用持续增强,并当钢管纵向应变达到8×10^-3时,不同参数对其约束效应的影响达到最大。