钢骨混凝土梁抗剪性能试验研究

通过3根钢骨混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁在单点集中荷载作用下的抗剪性能试验,研究了桁架式钢骨混凝土梁的斜截面破坏形态和抗剪承载力。试验结果表明:与普通钢筋混凝土梁相比,钢骨梁的开裂荷载和抗剪承载力都有较大的提高;在相同钢骨形式下,随着剪跨比减小,钢骨梁的极限抗剪承载力增大;加入水平分布筋后,延缓了剪区斜裂缝的开展,提高了钢骨混凝土梁的极限抗剪承载力。     

桁架式钢骨混凝土梁-钢筋混凝土柱节点抗震性能试验研究

为研究桁架式钢骨混凝土框架梁-钢筋混凝土柱连接节点的抗震性能,制作12个考虑钢骨含量、腹杆截面面积及轴压比三个变化参数的节点试件,对其进行低周反复荷载试验。试验观察了构件破坏过程,得到了节点梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线以及各阶段的应变、荷载和位移值,并分析了节点的延性、能量耗散能力、抗剪性能。试验研究表明,该节点形式具有很好的延性和耗能能力,证明在节点区及梁端配有交叉腹杆的桁架式钢骨混凝土梁与钢筋混凝土柱节点连接方法是可靠的,节点能够有效传递弯矩和剪力。在试验研究的基础上建立了恢复力模型,模型和试验能够较好地吻合。研究成果可为工程实践提供参考。     

全轻混凝土框架结构梁柱节点试验及破坏形态分析

应用拟静力试验研究方法,对全轻混凝土框架结构的梁柱节点试件以梁外端低周往复加载方式进行了极限承载力试验,研究轴压比为0.1和轴压比为0.3时全轻混凝土梁柱边节点和中间节点的破坏机制,分析不同轴压比和相同轴压比下梁柱节点的破坏性能。试验结果表明,边节点的抗震性能优于中间节点,相同的节点其承载力随轴压比增大而减小。节点核心区发生剪切破坏,梁端在弯剪共同作用下发生弯剪破坏。     

基于MCFT的高强轻骨料混凝土框架中节点受剪承载力计算方法

根据低周反复荷载作用下不同轴压比的4个不同核心区配箍率高强轻骨料混凝土框架中节点抗震性能试验结果,主要研究了该类构件的破坏特征以及受剪性能。在试验研究基础上,结合高强轻骨料混凝土破坏特性,选取合适的节点受剪核心区,修正骨料粒径计算参数,建立了基于修正压力场理论(MCFT)的高强轻骨料混凝土框架中节点受剪承载力计算模型,同时收集13个轻骨料混凝土框架中节点试验结果,应用该模型计算了包含17组该类构件的受剪承载力,并将理论值与试验值进行比较分析。结果表明:该类构架的破坏特征与普通混凝土中节点破坏特征类似,均经历了初裂、通裂、极限和破坏4个典型破坏阶段,且试验结果与应用基于修正压力场理论的高强轻骨料混凝土框架中节点受剪承载力计算模型计算结果之比的均值为0.907,方差为0.008,两者吻合较好,验证了模型的准确性与合理性,该模型可以应用于该类构件的极限受剪承载力计算,同时该理论有明确的力学理论和计算过程,可以较为清楚地反映构件初裂、通裂、极限阶段的受力过程。     

钢纤维局部增强高强混凝土框架边节点抗震性能试验研究

通过3个钢纤维局部增强框架边节点的低周反复加载试验,探讨了柱端轴压比对钢纤维高强混凝土框架边节点抗震性能的影响.结果表明:随着柱端轴压比的增加,其对节点核心区混凝土的约束作用逐渐增大,减缓了抗剪承载力和刚度的退化,限制了节点核心区剪切变形,提高了节点核心区的抗剪承载力、延性和耗能能力.     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱节点抗震性能试验研究

通过5个试件的低周反复荷载试验,对预应力型钢混凝土(PSRC)梁-钢管混凝土(CFT)柱节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、强度与变形特征值、延性、变形恢复能力、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行了较为系统的研究,对预应力、轴压比、预应力筋穿越钢管壁的成孔方法（先成孔与后成孔）等因素对节点抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：PSRC梁-CFT柱节点发生了节点核心区剪切破坏;节点核心区水平剪力-剪切变形滞回曲线较丰满,但在大变形阶段有一定的捏拢效应;各试件节点核心区的极限剪切变形介于28.60×10^-3~60.90×10^-3 rad,剪切变形延性系数则介于4.72~6.69;各试件节点核心区的剪切刚度退化规律基本一致;施加预应力及后成孔方法对节点核心区受剪承载力有一定的有利影响,但施加预应力对节点核心区剪切变形能力及剪切变形延性不利;当轴压比n从0.2增至0.4时,节点核心区受剪承载力提高16.62%,而轴压比n从0.4增至0.6时,节点核心区受剪承载力仅提高1.09%。     

蜂窝状钢骨混凝土T形截面异型柱的斜截面受力性能分析

蜂窝状钢骨混凝土T形柱,是一种很适合于当今钢结构住宅建筑的新型异型柱。为了比较全面地探讨该新型构件的斜截面抗剪能力与变形特性,本文首先进行了单调加载试验,以考察在轴向力和横向力共同作用下该新型柱的斜截面抗剪能力、变形特性以及破坏形态;然后利用ANSYS有限元分析软件对T形截面柱进行非线性有限元分析,研究轴压力系数、剪跨比、配钢率、配箍率、混凝土强度等主要参数变化对该新型构件斜截面抗剪性能的影响及其规律,并提出相应的设计建议。研究表明,蜂窝状钢骨混凝土T形柱的抗剪破坏形态与相应荷载作用下的钢筋混凝土柱的抗剪破坏形态相似;平均应变的平截面假定在蜂窝状钢骨混凝土T形截面异型柱中仍然适用;该新型柱斜截面抗剪性能优于桁架式钢骨混凝柱T形柱;该新型柱的斜截面极限抗剪承载力随轴压系数、配钢率、配箍率、混凝土强度的增加而增加,但随剪跨比的增加而降低;其中剪跨比和轴压系数是影响T形柱斜截面抗剪性能比较敏感的因素。     

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。     

型钢混凝土十形柱空间节点受剪机理及抗剪强度研究

为了研究型钢混凝土(SRC)十形柱空间节点在斜向荷载作用下的受剪机理、抗裂承载力及抗剪承载力,开发一套加载装置,采用柱端斜向加载方式对5个型钢混凝土十形柱空间节点进行低周反复荷载试验。观察节点核心区剪切面破坏形态,分析节点区两个主轴方向的箍筋、水平腹杆、钢腹板的应变分布规律及空间节点受剪机理和抗剪影响因素。结果表明:节点受剪面破坏为典型的剪切斜压黏结破坏;两主轴方向的箍筋、水平腹杆及钢腹板应变分布规律基本相同;空间节点受剪机理与型钢混凝土异形柱框架平面节点有着共性,但斜向荷载作用下,空间节点抗剪能力变弱,受力更为复杂。斜向加载角度对抗裂承载力影响不明显,而对抗剪承载力的影响应予以考虑,抗剪承载力与斜向荷载角度相关曲线近似于菱形。最后,基于各种配钢形式的SRC十形柱空间节点单向受剪下(沿工程轴)抗剪承载力计算方法的研究,提出在斜向荷载作用下节点抗裂承载力及抗剪承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

框架外节点核心区斜压破坏承载力研究

本文针对钢筋混凝土框架结构外节点的受力状态，进行了有限元计算，计算结果验证了外节点核心区中斜压杆的存在；探讨了斜压杆的极限抗压强度及外节点水平抗剪承载力的计算方法，并在有限元计算中得到了证明；研究分析了框架外节点核心区斜压破坏的受力机理，讨论了柱轴力对斜压杆的极限抗压强度及外节点水平抗剪承载力的影响。     

双钢板混凝土组合剪力墙斜截面承载力计算方法

分析24片以剪切破坏为主的双钢板混凝土组合剪力墙的低周反复加载试验结果表明,剪切破坏以腹部混凝土斜压杆压碎或表面钢板拉断为破坏特征,无轴压力作用时,墙体腹部混凝土形成45°交叉斜裂缝,表面钢板发生45°剪切屈曲;轴压力可提高墙体的斜截面承载力;当剪跨比小于0.85时,随剪跨比减小,墙体受剪承载力增大,当剪跨比大于0.85时,剪跨比的变化对墙体受剪承载力影响不大.在此基础上,提出了该类组合剪力墙斜截面承载力计算的交叉斜杆模型,即当墙体达到极限状态时,钢板可视为45°分布式斜拉杆,混凝土可视为45°分布式斜压杆,拉压杆相互垂直.进而推导了组合剪力墙斜截面承载力的计算公式,并通过拟合试验结果,考虑轴压力对组合剪力墙斜截面承载力的影响.公式计算结果与试验结果吻合良好.     

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。     

新型装配式高强钢筋混凝土框架节点受力性能

对2个装配式高强钢筋混凝土框架节点试件与1个现浇高强钢筋混凝土框架节点试件进行低周往复荷载试验.对比分析节点试件的破坏形态、延性及承载力等抗震性能指标和钢筋应变、连接杆应变等受力性能指标.试验结果表明：各试件节点均为核心区剪切破坏,钢纤维的加入可以有效减小核心区裂缝宽度,有效改善节点核心区破坏形态;装配式节点承载力比现浇节点有显著提高,但装配式节点的延性比现浇节点稍差;装配式节点的核心区箍筋达到屈服强度,连接杆能够充分发挥作用,装配式混凝土节点的受力性能优于整体现浇混凝土节点.运用ABAQUS对各节点试件进行有限元模拟,分析轴压比、钢筋钢板强度等级等因素对装配式高强钢筋混凝土节点受力性能的影响.钢板强度等级对节点受力性能影响较大.有限元分析结果与试验结果吻合良好,建立的模型能够用于模拟装配式混凝土节点的抗震性能.     

隔板贯通节点核心区抗剪性能试验研究

为研究钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点的核心区抗剪承载力,完成了5个"强构件,弱节点"试件在反复荷载作用下的抗震性能试验,探讨了节点核心区钢管和混凝土的破坏特征,核心区钢管应力-应变规律以及节点抗剪承载力。结果表明:隔板贯通节点核心区抗剪承载力主要由核心区钢管腹板部分和核心区混凝土组成;核心区混凝土裂缝沿2条对角线由内向外扩展,斜压杆受压宽度约为核心区混凝土高宽的1/4左右;隔板与钢管翼缘形成的钢框架对增强节点屈服后的塑性变形能力有明显作用。     

不等强混凝土空间中节点抗震性能研究及其受剪承载力计算

为研究节点核心区采用与梁等强度的低强度混凝土浇筑的夹心节点的抗震性能,通过3组不同柱与梁混凝土强度比的空间夹心节点和传统节点(节点核心区混凝土与柱等强)的对比试件在双向低周往复荷载作用的性能试验研究,对比分析了各组试件的破坏形态、延性、耗能、变形等差异。研究结果表明:中低剪压比夹心节点的整体抗震性能稍弱于传统节点,相差不明显;中低轴压比、剪压比条件下,当柱与梁混凝土强度比小于1.5时,节点区可直接采用与梁相同强度的混凝土浇筑,当柱与梁混凝土强度比大于1.5时,其破坏形式转变为节点核心区剪切破坏,需采取相应的结构措施予以加强;采用平面节点软化拉-压杆模型,建立了承受双向水平荷载的空间节点软化拉-压杆受剪模型与受剪承载力的计算式,并将其计算结果与试验结果进行了校验,两者吻合较好。     

中低剪压比框架节点抗震机理的试验研究

为了识别节点核心区的传力机理,特别是其中水平箍筋的作用和轴压比的影响,作者所在的研究集体自20世纪90年代后期以来完成了钢筋混凝土平面框架中间层中间节点的抗震性能系列试验。现首次陆续公开发表此项研究成果。介绍了6个接近足尺的中到低剪压比(Vj／fcbjhj≤0．20)试件的试验结果。其中主要的新结论是：(1)核心区水平箍筋除去平行受力方向箍筋参与形成抗剪桁架机构外,所有箍肢还随组合体位移延性增大对核心区斜压混凝土发挥越来越大的约束作用,对核心区斜压型剪切破坏起重要控制作用;(2)在剪压比未超过0．17的节点中,轴压比的增大能扼制核心区交叉斜裂缝的发育,减缓梁筋贯穿段的粘结滑动和屈服渗透,提高节点发生剪切破坏时组合体的位移延性;但剪压比大于0．17后,除减小粘结滑移外,其余有利作用基本消失,但尚无不利作用;(3)节点的剪切变形在组合体总变形中占有大小不等的份额,不容忽视。首次给出了合理的节点抗震性能评价准则及方法。     

高轴压比钢骨混凝土矮墙水平加载试验

为研究高轴压比钢骨混凝土矮墙的抗震性能,对3片高宽比为0.95的试件进行水平加载试验。试件呈剪切破坏;端部纵筋、竖向分布钢筋以及钢骨翼缘压曲,钢骨腹板出现塑性铰线。端部钢骨能够提高剪力墙的抗剪承载力,但对试件的塑性变形能力影响不大。据此提出钢骨混凝土剪力墙的受剪承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过对钢筋混凝土框架梁柱节点组合体抗震性能试验，研究加载速度对节点组合体承载力和破坏形态的影响规律。研究结果表明：梁端位移加载速率分别为0.4、4、40 mm/s时，节点核心区的应变率数量级分别为10^-5、10^-4和10^-2；随着加载速率的提高，节点组合体破坏更为严重，裂缝分布更为集中；相对拟静态加载试验，快速加载时节点组合体在破坏前的耗能增加；加载速率的提高对节点组合体屈服荷载的影响不明显，但是极限荷载稍有增大，而极限荷载后的节点组合体承载能力和刚度退化较快；快速加载时，在本文所采用的轴压比范围内，其变化对节点组合体的承载力影响不大，然而随着轴压比的提高，核心区混凝土的裂缝宽度逐渐减小；将材料动态强度直接应用于拟静态计算模型得到的节点受剪承载力高于试验结果，表明这种直接计算方法偏于不安全。     

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。     

低周反复扭矩作用下钢骨混凝土柱有限元分析

为研究钢骨混凝土柱在低周反复扭矩作用下的抗震性能,通过设计5根钢骨混凝土构件进行数值模拟分析,得到构件的滞回特性、骨架曲线、延性等来探讨轴压比、箍筋间距、钢骨尺寸等因素对钢骨混凝土抗震性能的影响.结果表明,钢骨混凝土柱滞回曲线饱满,具有良好的承载力、延性及耗能能力.轴压比越大,延性越小,耗能能力越差;而增大钢骨尺寸可以提高构件的极限承载力;箍筋间距对钢骨混凝土抗震性能的影响相对较小,但适当的减小箍筋间距对提高钢骨混凝土构件的延性有一定的作用.