框架-阻尼框筒结构抗震性能模型试验研究

为了验证框架-阻尼框筒结构的抗震性能,通过对1∶2缩尺的两层单跨阻尼墙-框架结构模型开展往复加载试验,研究在循环荷载作用下结构模型的破坏特征、承载力、延性、刚度退化、承载力退化和耗能能力。结果表明：随着位移的增加,阻尼墙最先屈服,然后梁出现塑性铰,最后柱出现塑性铰;整体结构屈服荷载和峰值荷载分别为1 012.5 kN和1 253.7 kN,极限层间位移角为1/31,位移延性系数超过4.13,刚度退化平稳,承载力退化缓慢;阻尼墙在屈服前为结构提供50%刚度,屈服后为结构提供34%～45%的承载力;框架-阻尼框筒结构在多遇地震和罕遇地震作用下的层间位移角限值可分别取1/550和1/50。     

钢筋混凝土框架-剪力墙模型结构的拟动力试验研究

为进一步研究框架-剪力墙结构的抗震性能,以某大型火电厂7层7跨钢筋混凝土主厂房纵向框架-剪力墙结构体系的实际工程资料为背景,取几何缩尺比1∶8将原型结构转化为模型结构,分别通过不同地震水平的拟动力试验和伪静力试验对模型结构的开裂、屈服顺序、耗能能力、刚度退化、承载力、延性及变形性能等进行研究,分析了模型结构的破坏机理、受力特点、内力分布规律、结构的薄弱部位和动力反应。试验表明,模型结构的荷载-侧移滞回曲线饱满,耗能能力较好,具有良好的抗震性能,其破坏模式是剪力墙根部先屈服、随后梁端逐次出现塑性铰、最后柱根屈服;剪力墙对结构的承载能力和变形性能有较大影响,框架-剪力墙的协同工作随结构塑性变形的发展而变化。研究结果为此类结构的抗震设计提供了基础。     

L形钢管混凝土框架结构抗震性能试验研究

为了探讨L形钢管混凝土柱 钢梁框架的抗震性能,进行了4个1/2.5缩尺比例两层单跨L形钢管混凝土柱 钢梁空间框架的拟静力试验研究,主要考察了柱轴压比（n=0.4,0.6）、加载方向（β=0°,45°）对试件抗震性能的影响,对结构的破坏形态、破坏机制、滞回曲线、结构塑性铰出现的位置及次序、位移延性和耗能能力等性能进行了研究。试验结果表明：结构的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰,然后柱脚核心混凝土开裂压碎,钢管屈曲,形成塑性铰,节点核心区没有出现破坏现象,满足“强柱弱梁、强节点”的抗震设计要求;结构的滞回曲线呈饱满的梭形,强度和刚度退化不明显,变形能力和耗能能力较强;结构的延性较好,正向和反向的位移延性系数均大于4.0;轴压比对结构的抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,框架的位移延性和耗能能力降低。     

Experimental research on sismic performance of PEC column-steel beam frame connected by endplate

为了研究部分包裹混凝土组合（PEC）柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明：框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12mm增加到20mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。     

部分包裹混凝土组合柱-型钢梁端板连接框架抗震性能试验研究

为了研究部分包裹混凝土组合(PEC)柱-型钢梁端板连接框架结构抗震性能,通过改变端板厚度和柱含钢率,对3榀端板连接复合框架模型进行低周反复荷载试验。分析了组合框架层间滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、节点转角延性、层间位移和屈服机制等抗震性能。结果表明:框架的层间屈服机制为先期梁端截面形成塑性铰,后期柱根部屈服,实现了利用塑性屈服耗能的设计目标;节点域填充混凝土形成斜压带传力模式,满足了节点域薄腹板的抗剪需求;端板厚度由12 mm增加到20 mm,试件承载力增加2%,试件初始刚度提高22.44%,节点转角延性系数提高10.00%,耗能能力增加12.87%;柱截面含钢率由15.5%增加到19.4%,试件承载力提高13.00%,初始刚度提高50.77%,耗能能力增加9.80%,但节点转角延性系数降低3.4%。试件破坏时层间位移角均超过抗震规范弹塑性层间侧移角限值1/50,且试件承载力退化系数仍达到0.96,结构具有良好的屈服机制和抗震性能。     

多腔钢管混凝土柱巨型框架抗震性能试验研究

结合某超高层巨型框架结构工程实际,进行了一榀巨型框架结构底部三个巨型层1/25缩尺模型抗震性能试验研究.该巨型框架的巨型柱为多腔钢管混凝土异形截面柱,巨型梁为钢桁架梁,底部巨型层加设人字形箱形截面钢支撑,二、三巨型层加设X形箱形截面钢支撑.通过试验,分析了该巨型框架的滞回特性、承载力、刚度及退化过程、延性和屈服机制.试验表明,该巨型框架的支撑作为第一道防线首先屈服,之后巨型桁架梁上下弦杆进入屈服,最后巨型柱柱底出现塑性铰,实现了多腔钢管混凝土柱巨型框架结构延性屈服机制,抗震性能良好.     

预制预应力混凝土装配整体式框架抗震性能试验研究

对一榀二跨二层预应力装配式混凝土框架进行了拟动力和拟静力试验,采用不同加速度峰值的El Centro地震波激励加载,并以拟动力试验的屈服位移为加载起点施加低周反复荷载,得到了不同加载工况下框架时程曲线、恢复力-位移滞回曲线。研究了预应力混凝土装配整体式框架的破坏机制、变形性能、刚度退化及耗能能力等抗震性能。研究结果表明：试验框架梁端率先出现塑性铰,节点核心区有着较强的刚性,提高了框架整体抗侧刚度,在层间位移角达到1/42时,框架梁、柱未产生较严重破坏。采用分析程序DRAIN-2DX对模型结构进行弹塑性动力分析,有限元计算位移值略小于实测位移值。图10表3参12     

RC梁-钢管混凝土柱单跨框架抗震性能试验研究

为了探讨钢筋混凝土(RC)梁-钢管混凝土柱框架的抗震性能,进行一榀单跨两层RC梁-钢管混凝土柱框架的拟静力试验,对结构的破坏形态、破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、耗能能力等性能进行了研究。试验结果表明:RC梁-钢管混凝土柱框架滞回曲线比较饱满;框架在低周反复荷载下,承载力较高,变形能力和耗能能力较强;正向和反向的位移延性系数分别达到9.5和6.8;在反复荷载作用下,框架的水平刚度(割线刚度)随着位移循环次数的增加而降低,模型框架的割线刚度在荷载达到最大后下降变缓;框架的强度随着位移的循环次数的增加降低不大;当梁端出现塑性铰时钢管工作状态良好。     

循环荷载作用下空腹式交错桁架钢结构抗震性能试验研究

为研究空腹式交错桁架结构体系的抗震性能,进行了1个5层空腹式交错桁架钢结构1/3缩尺模型试验,研究了该结构体系在循环荷载作用下的抗震性能和破坏机理,并从滞回性能、刚度退化、结构延性、耗能能力及破坏模式等方面评价该结构体系的抗震性能。试验及分析结果表明:该结构具有承载能力高、变形能力较强、耗能能力好等优点,但其侧向刚度偏弱,各层层间位移延性角差别较大,结构沿高度方向侧向刚度分布不均匀。应力测试结果表明,该结构塑性铰开始形成于桁架腹杆,然后是桁架弦杆,最后在柱中形成塑性铰,地震能量主要通过桁架耗散,其破坏属于梁铰机制,满足强柱弱梁的抗震要求。     

蜂窝组合梁钢框架抗震性能分析

为对蜂窝组合梁钢框架进行抗震性能分析,以蜂窝组合梁柱节点的抗震性能试验为基础,采用有限元软件模拟二层单跨正六边形孔蜂窝梁钢框架模型。研究开孔率、梁端第一孔到柱边距离对整体结构滞回性能的影响,分析蜂窝组合梁钢框架在低周往复荷载作用下的塑性铰产生机理与破坏形式。研究结果表明:考虑楼板组合效应的蜂窝梁钢框架的初始刚度大,延性较好,刚度退化明显,耗能能力也较好。蜂窝组合梁钢框架二层在相同位移加载下,其开孔率越大,第一孔到柱边距离越小,结构承载力越低,刚度退化越明显,并且结构进入屈服越早。蜂窝梁钢框架是由于柱脚翼缘板发生屈曲而导致结构丧失承载能力,结构塑性铰产生在梁端第一蜂窝孔处,远离梁柱连接节点,进而降低蜂窝梁钢框架节点焊缝处脆断的可能性,并提高转动能力,充分发挥钢材良好的延性。     

配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架抗震性能试验研究

进行两榀配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架试件在水平低周往复荷载作用下的试验研究,观察试验过程及破坏形态,研究试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能,同时对梁柱端纵筋、钢骨翼缘及钢管在不同加载位移下的应变变化规律进行分析,得到框架结构的出铰顺序。研究结果表明：两榀框架滞回曲线饱满,施加预应力后仍具有较好的耗能能力和延性,表现出良好的抗震性能;框架柱底塑性铰区的钢管环向应变在整个加载过程中呈不均匀变化趋势,截面受压区钢管环向受拉,能够对受压区混凝土提供有效约束;钢骨混凝土梁由于施加预应力的作用,可延缓其裂缝的出现;此外,两榀框架试件均呈现“先梁端后柱底”的出铰顺序,能实现梁铰耗能机制,延迟柱底出铰时刻。     

六层两跨现浇柱预制梁框架抗震性能试验研究

以六层现浇柱叠合梁框架实际工程为原型,通过一榀1∶4比例的六层两跨现浇柱预制梁框架的低周反复荷载试验,对其受力过程、破坏形态、破坏机制、位移延性、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力以及等效黏滞阻尼系数等进行了较系统的研究。结果表明:现浇柱预制梁框架在低周反复荷载下实现了强柱弱梁、强节点弱构件的设计目标;破坏机制为混合机制,即塑性铰首先在梁端出现,在二层梁端出现塑性铰后柱端才开始出现塑性铰,试件以二层柱脚混凝土部分压碎剥落、柱内纵筋压曲外露为破坏标志,节点核心区内的箍筋在整个试验过程中处于弹性状态;框架整体及层间的滞回曲线表现出一定的捏拢现象;框架正、反向整体位移延性系数分别为3.9和5.3,表明其在低周反复荷载下具有较好的位移延性。研究成果可为预制混凝土框架在地震区的推广应用提供技术依据和基础数据。     

钢筋混凝土吊脚楼平面框架结构抗震性能试验研究

为研究坡地吊脚框架结构的抗震性能,设计了一栋7层的典型RC（钢筋混凝土）吊脚框架结构,提取顺坡向下部3层2跨平面框架子结构(缩尺比例为1/3)为试验对象,开展吊脚平面框架结构的拟静力试验,观察其裂缝开展过程以及破坏形态,分析其滞回性能、承载能力、延性和损伤路径等抗震性能,并探讨吊脚层的破坏形态。结果表明：子结构呈梁柱分别出现塑性铰的破坏模式,首先在第2层的梁端形成塑性铰,接着在吊脚短柱的下端、与该柱相邻的梁端以及第3层中柱的顶端出现塑性铰,最终破坏以吊脚短柱的混凝土压溃、梁端混凝土脱落以及第3层中柱顶端两侧混凝土剥落为标志;子结构吊脚层的破坏路径为由短柱沿斜坡向下至吊脚长柱发展,第2层的破坏路径为从中柱向两侧边柱发展;子结构吊脚短柱的破坏仍以弯曲破坏为主,合理的设计可实现短柱的强剪弱弯破坏模式;吊脚层各柱抗侧刚度的不均匀性导致了结构的吊脚层柱破坏程度的差异,破坏主要集中于吊脚短柱的下端以及与其相邻的梁端。为防止局部严重损伤,宜改善吊脚层各柱间抗侧刚度的不均匀性。     

两层两跨现浇柱叠合梁框架抗震性能试验研究

以六层现浇柱叠合梁框架底部两层为原型,通过一榀1/2比例的两层两跨现浇柱叠合梁框架低周反复荷载试验,对其受力过程、破坏形态、破坏机制、恢复力模型、变形恢复能力、位移延性、滞回特性、刚度退化、耗能能力等进行了较系统的研究。研究表明:参照现浇混凝土框架抗震设计方法设计的现浇柱叠合梁框架实现了强柱弱梁、强节点弱构件的设计目标;框架的破坏机制为混合机制,即塑性铰首先在一层梁端出现,在一层梁端出现3个塑性铰后柱端出现塑性铰,试件以柱脚混凝土压溃、柱内纵筋压曲外露为破坏标志;在试件受力全过程中,节点核心区箍筋一直处于弹性状态;框架整体及层间的滞回曲线均较为饱满,表明现浇柱叠合梁框架具有良好的耗能能力;框架正、反向的整体位移延性系数分别为5.1和4.2,表明其在低周反复荷载下具有较好的位移延性;得到了四折线型的框架水平荷载-侧移恢复力模型。     

桁架式钢骨混凝土门式框架抗震性能研究

为促进桁架式钢骨混凝土框架结构在抗震设防区的推广和应用,开展了1榀预应力及1榀非预应力桁架式钢骨混凝土门式框架试件在水平低周往复荷载作用下的拟静力试验,考察了试验过程及门式框架试件的破坏形态,研究了门式框架试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能指标,分析了梁端、柱脚的弦杆和斜腹杆应变变化规律,得到了门式框架试件的出铰顺序。在此基础上,采用有限元软件ABAQUS,对桁架式钢骨混凝土门式框架试件开展了水平单调荷载作用下的受力性能分析。研究结果表明：两榀门式框架试件的水平荷载-位移滞回曲线均较为饱满,无明显的捏缩现象,呈现良好的抗震性能;施加预应力对框架的延性、耗能能力和变形恢复性能没有明显影响,但可延缓加载过程中裂缝的出现与延伸,并降低梁端和柱脚的损伤;两榀门式框架试件出铰顺序相同,均表现为“先梁端后柱脚”的顺序,达到了“强柱弱梁”的设计目标。有限元分析得到的框架破坏形态、极限荷载和单调加载曲线均与试验结果较为吻合。此外,通过参数分析可见,柱长细比和轴压比是该类门式框架抗震性能的主要影响因素,随着柱长细比的增加,框架承载力和侧向刚度降低、延性增加,而随着轴压比的提高,框架位移减小,延性降低。     

Computational studies on the seismic response of the State Route 99 bridge in Seattle with SMA/ECC plastic hinges

This paper reports a computational study on the seismic response of a three-span highway bridge system incorporating conventional and novel substructure details for improved seismic performance. The bridge has three continuous spans supported by two single-column piers and integral abutments founded on drilled shafts. It will be the first full-scale highway bridge to use superelastic shape memory alloy bars (SMA) and engineered cementitious composite (ECC) to mitigate column plastic hinge damage and minimize residual displacements after a strong earthquake. A three-dimensional computational model capturing the nonlinear constitutive response of the novel materials and the effects of dynamic soil-structure interaction was developed to assess the seismic response of the bridge in finite-element software OpenSees. Two versions of the same bridge were analyzed and compared, one with conventional cast-in-place reinforced concrete columns, and the other with top plastic hinges incorporating Nickel-Titanium (NiTi) SMA reinforcing bars and ECC. The novel SMA/ECC plastic hinges were found to substantially reduce damage and post-earthquake residual displacements in the bridge substructure, but led to larger maximum drifts relative to the bridge with conventional reinforced concrete plastic hinges. The analysis results suggested that the novel plastic hinges could lead to improved post-earthquake serviceability of bridges after intense earthquakes.     

现浇柱叠合梁框架节点抗震性能试验研究

以一幢六层现浇柱叠合梁框架实际工程为背景,按照强柱弱梁、强节点弱构件等原则进行设计,取4个不同位置的现浇柱叠合梁框架节点进行低周反复荷载下的足尺模型试验,对现浇柱叠合梁框架节点的破坏形态、滞回曲线、位移延性、刚度退化、耗能能力、预制梁与预制板之间和预制板与现浇板之间的滑移等进行了较系统的研究。结果表明:4个现浇柱叠合梁框架节点均实现了强柱弱梁、强节点弱构件的设计目标,破坏形态均为梁端受弯破坏形式,节点核心区仅有少量细小裂缝;边节点、中节点和平节点的初裂位置为梁中新旧混凝土界面处,而角节点的初裂发生在柱上;与其他2个节点相比,中节点和边节点的滞回曲线饱满;中节点、边节点和平节点的位移延性高于角节点;4个节点的刚度退化规律基本一致。研究成果可为现浇柱叠合梁框架在地震区的推广应用提供技术依据和基础数据。     

基于土与结构相互作用的铰桩-人工土复合地基结构减震的振动台试验研究

设计了一种新型的铰桩-人工土复合地基,并分别对刚性地基-框架结构体系模型及铰桩-人工土复合地基-框架结构体系模型进行了小型振动台试验研究。在铰桩-人工土地基-框架结构体系的模型试验中,采用了木屑土以及层状剪切土箱模拟实际场地的人工土,用两端带铰的桩模拟产生端塑性铰的桩,并在振动台上输入ElCentro波。试验结果表明,其地震反应较之刚性地基-框架结构体系有很大变化。在铰桩-人工土复合地基上,框架结构各层加速度、层间剪力明显减小,自振周期增大,特别是阻尼有很大的提高,说明此复合地基有明显的减震效果。     

复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点抗震性能试验研究

借鉴方钢管混凝土柱-钢梁外肋环板节点形式,将非梁柱连接面的柱两侧外肋环板改为竖贴于柱侧的竖向肋板并伸出与梁翼缘焊接,同时设置锚固腹板,形成复式钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点。通过7个梁柱组合体试件的低周反复荷载试验,分析各试件的破坏过程及特征,并对试件的滞回性能、承载力、延性、耗能能力和承载力及刚度退化等抗震性能进行研究。研究结果表明：节点的破坏形态基本相同,梁端先屈曲,形成塑性铰;锚固腹板可有效提高节点的承载力和变形能力;竖向肋板外伸长度可提高试件的初始刚度,使梁端塑性铰外移,有效保护节点核心区;试件的滞回曲线呈明显的梭形,具有良好的承载力、延性及耗能能力;试件在整个加载过程中刚度退化现象明显,承载力退化很小,可应用于抗震设防地区。