反复荷载作用下焊接环式箍筋对高强混凝土柱的约束作用研究

通过6个配有焊接环式复合箍筋高强混凝土柱的水平低周反复加载试验及有限元数值模拟,研究了箍筋对柱受力性能和变形性能的影响。试验及数值模拟中考虑了轴压比、配箍率这两个参数的影响,由试验及数值模拟得到了力与位移的滞回曲线和骨架曲线,分析了箍筋对试件延性、滞回特性、耗能性能以及正截面抗弯承载力的影响。研究结果表明,在焊接环式箍筋的约束下,试件正截面的实际抗弯承载力明显要高于《混凝土结构设计规范》计算值,说明箍筋发挥了很好的约束作用;与一般的钢筋混凝土柱相比,所有试件的滞回曲线都更加饱满,没有明显的捏拢现象,证明这种箍筋的约束作用大大提高了柱的抗震能力和耗能能力;随着箍筋的约束指标增大,试件的延性可以得到提高,并且还能减小轴压比的增大对柱延性产生的不良影响。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

高强螺旋箍筋约束混凝土柱抗震性能试验

为了研究高强螺旋箍筋约束混凝土柱的抗震性能,完成了2个普通箍筋混凝土柱及2个高强螺旋箍筋约束混凝土柱足尺模型的低周反复荷载试验,描述了高强螺旋箍筋约束混凝土柱的破坏过程及破坏形态,分析了高强螺旋箍筋约束混凝土柱的滞回曲线、骨架曲线、延性性能和耗能能力.结果表明:轴压比是影响试件延性性能的主要因素之一;高强螺旋箍筋约束混凝土柱在高轴压比作用下对框架柱延性性能及耗能能力提高的效果非常明显;在轴压比相同的条件下,高强螺旋箍筋约束混凝土柱滞回曲线饱满且无捏缩现象,量纲一的骨架曲线下降段平稳,延性性能较好.     

高轴压比下焊接环式高强复合箍筋约束高强混凝土柱裂缝发展规律

为研究高轴压比下焊接环式高强复合箍筋约束高强混凝土柱的破坏形态、极限承载力、裂缝发展过程及发展规律,对9个1/2模型的焊接环式高强复合箍筋约束高强混凝土柱和1个1/2模型的普通非闭合箍筋约束的高强混凝土柱进行低周反复水平加载试验。试验表明:焊接环式高强复合箍筋约束高强混凝土柱的裂缝发展比较缓慢;随着轴压比的增大,核心区混凝土弯曲裂缝出现滞后,受压区的竖向裂缝增多;配箍率相同的情况下,随着轴压比的增大,极限荷载略有下降;该类柱表现出理想的弯曲破坏模式。     

高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点抗震性能试验研究

为了研究高强箍筋约束高强混凝土Z形截面柱框架节点在地震作用下的抗震性能,对缩尺比为1∶2的5榀配置高强箍筋和1榀配置普通强度箍筋的高强混凝土Z形截面柱框架节点试件进行拟静力试验。研究了高强箍筋约束高强混凝土节点的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化、受剪承载力以及高强箍筋应力发挥水平等。分析了剪压比、轴压比、箍筋的体积配箍率等参数对Z形截面柱框架节点破坏形态、滞回性能和受剪承载力的影响。结果表明：Z形截面柱节点的破坏形态受设计参数的影响,有弯曲破坏和弯剪破坏两类;与普通强度箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点相比,高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点在显著提高节点最大剪压比控制值的同时具有优越的抗震性能。给出了高强箍筋应力的取值,采用JGJ 149—2017《混凝土异形柱结构技术规程》公式计算高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点的受剪承载力是可行的,将其计算结果与试验结果进行了比较,两者吻合较好。     

高强箍筋高强混凝土短柱抗震性能试验研究

为了研究高强箍筋约束高强混凝土短柱在地震作用下的抗震性能,采用建研式加载装置,通过14根高强混凝土短柱试件的低周反复加载试验,研究了高强箍筋约束高强混凝土短柱的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、变形和延性、耗能能力以及高强箍筋的应力发挥水平和受剪承载力计算等,分析了轴压比、剪跨比、箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式和混凝土强度等因素对短柱破坏形态、滞回性能和承载力的影响。结果表明：短柱破坏形态受设计参数的影响有剪切破坏和剪切黏结破坏两类;与普通强度箍筋混凝土短柱相比,高强箍筋高强混凝土短柱在节约材料的同时具有优越的抗震性能和抗倒塌能力;达到极限荷载后,箍筋的应变发展较快,高强箍筋的强度发挥充分,短柱的抗震性能明显改善;通过对高强箍筋应力取值进行适当修正,采用GB 50010-2010规范公式计算高强箍筋高强混凝土短柱的受剪承载力是可行的。     

高强箍筋约束高强混凝土柱抗震性能试验研究

通过10个高强箍筋约束高强混凝土柱在高轴压比下的低周反复水平加载试验,研究该类构件的破坏过程、破坏形态、滞回曲线和延性性能,分析箍筋的应力及其强度发挥水平,并与普通强度箍筋的约束效果进行对比。结果表明,在高轴压比下,该类型柱的滞回曲线仍呈稳定丰满的梭形,具有较好的延性性能、耗能能力和较强的抗倒塌能力,即密配高强箍筋是保证高强混凝土框架柱在高轴压比下具有良好延性性能以及提高其轴压比限值的有效措施;大部分试件破坏时,其高强箍筋已经屈服,箍筋强度可以得到比较充分的发挥,从而达到比较好的约束效果;此外,在同等条件下与普通强度箍筋柱相比,高强箍筋高强混凝土柱其滞回曲线较为丰满、稳定,有较大的塑性耗能能力,延性显著增加,约束效果明显优于普通箍筋。     

焊接箍筋混凝土柱滞回性能试验及影响因素分析

为研究焊接箍筋混凝土柱的滞回性能,以剪跨比、轴压比、配箍率和混凝土强度为设计参数,对12个焊接箍筋混凝土柱进行低周反复加载试验。观察各试件的破坏形态,实测试件的荷载-位移滞回曲线,探讨各设计参数对位移延性系数、强度、刚度和耗能系数等滞回性能指标的影响规律。研究结果表明:各试件的滞回曲线均较饱满,表现出良好的滞回性能;剪跨比对试件滞回性能指标的影响最为显著,轴压比的影响次之,配箍率和混凝土强度的影响较小。     

高强连续螺旋箍筋约束混凝土装配式柱恢复力模型的试验

根据5个外包钢板箍+栓筋连接的装配整体式柱和3个整体现浇柱高强连续螺旋箍筋约束混凝土柱拟静力试验结果,通过理论分析和试验数据拟合,给出钢板箍+栓筋连接的装配式柱恢复力模型特征参数的计算方法,提出"定点指向"三折线恢复力模型。研究结果表明:高强箍筋对混凝土的约束作用、钢板箍的厚度和高度,以及轴压比大小对构件的极限荷载与屈服荷载比值影响较小;极限荷载随着轴压比的增大而增大,延性随着轴压比的增大而降低,随着钢板箍的高度的增大而提高;通过试验骨架曲线和计算骨架曲线的对比,两者比较吻合,能够比较全面地反映构件的实际受力性能,所提恢复力模型较为合理。     

高轴压比高强混凝土足尺框架柱抗震性能研究

对9个高轴压比、高强纵筋、高强箍筋、高强混凝土井字箍矩形截面足尺框架柱进行了水平低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究,讨论了其破坏机理、破坏形态和滞回特性,分析了轴压比、混凝土强度、箍筋形式及配箍率等因素对试件滞回曲线、骨架曲线、刚度、承载力及延性的影响规律。研究表明:足尺框架柱破坏时混凝土脱落较为严重;高轴压比、高强钢筋、高强混凝土矩形截面足尺框架柱的滞回曲线较为扁平,耗能亦较差,下降段较陡且延性较差;柱中部箍筋非加密区由于纵向钢筋受压失稳而发生破坏导致试件的滞回曲线很扁,且几乎没有下降段;随着混凝土强度等级提高,骨架曲线的最大荷载对应的位移和极限破坏荷载对应的位移均较小,骨架曲线的下降段亦较陡。建议对高轴压比高强混凝土框架柱应沿着整个柱高加密箍筋。     

Mechanical behavior of stirrup-confined circular concrete-filled steel tubular stub columns under axial loading

通过井字形拉筋、米字形拉筋和圆环箍筋等3组拉筋约束形式带拉筋圆钢管混凝土短柱轴压性能对比试验,研究不同拉筋约束形式、拉筋体积配箍率对圆钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性等的影响;采用合理的混凝土三轴受力本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件对带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱进行三维有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,分析了带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱中钢管、拉筋或箍筋、核心混凝土之间的组合作用。结果表明：井字形拉筋圆钢管混凝土轴压短柱的承载力最高,延性最好,钢管、拉筋和核心混凝土之间的组合作用最强;提高体积配箍率可以有效提高圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性。     

高强箍筋约束高强混凝土柱的轴压比限值研究

为了研究高强箍筋约束高强混凝土柱的抗震性能及轴压比限值,进行了10个高强箍筋约束高强混凝土柱在高轴压比下的低周反复水平加载试验。通过理论推导和对大量试验数据的回归分析,提出在不同抗震等级下高强箍筋约束高强混凝土柱的轴压比限值。研究结果表明:当体积配箍率大于1.2％时,高强复合箍筋约束高强混凝土柱在高轴压比（甚至轴压比超限）下,其位移延性系数均能满足大于等于3的抗震要求,即密配高强箍筋是保证高强混凝土框架柱在高轴压比下具有良好延性性能以及提高其轴压比限值的有效措施。     

HRB600级钢筋高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究HRB600级钢筋高强混凝土柱的抗震性能,进行9根截面尺寸为600mm×600mm的高强混凝土柱在工程实际轴压比条件下的低周反复荷载试验,主要设计变化参数为钢筋等级、箍筋间距、混凝土强度和轴压比。对比分析各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、延性、刚度退化和耗能能力,基于试验建立HRB600级钢筋高强混凝土柱的恢复力模型。结果表明：各试件的破坏形态相似,均为延性弯曲破坏,柱底出现塑性铰,纵筋屈曲,混凝土保护层脱落;HRB600级钢筋高强混凝土柱不仅具有较好的滞回性能以及变形与耗能能力,且震后可恢复性能相对较好;高强混凝土柱设计中,HRB600级钢筋与C80混凝土匹配应用效果较优;合理配置箍筋,可使HRB600级钢筋高强混凝土柱在高轴压比条件下的延性系数大于4.0;文章基于足尺构件试验建立的恢复力模型,以期可为相关工程结构抗震弹塑性分析提供参考。     

带肋薄壁复式钢管混凝土柱的抗震性能研究

带肋薄壁复式钢管混凝土柱具有较好的耐火性能和经济性,同时钢管混凝土构件多用于地震频发区域,因此有必要研究其抗震性能。以轴压比和内管外径为主要参数,进行了6根带肋薄壁复式钢管混凝土压弯柱的低周反复加载试验。试验结果表明：该类组合柱的滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能,其承载能力和耗能能力明显高于带肋薄壁钢管混凝土对比柱;该类柱均为面内压弯破坏;随着轴压比的增大,试件的延性、累积耗能随之减小,后期刚度退化加剧;随着内管外径的增大,试件的承载力、延性和耗能能力提高,但内管外径对刚度退化的影响较小。建立了带肋薄壁复式钢管混凝土柱的有限元模型,并利用试验结果检验了模型的准确性。基于该模型开展参数分析,结果表明钢管屈服强度、外部混凝土强度、轴压比、径宽比、径厚比和长细比等参数对该类构件的承载力影响较显著。最后基于参数分析,建议了荷载 挠度恢复力模型。     

高强箍筋约束高强混凝土柱的抗轴压性能

为了研究高强箍筋约束高强混凝土柱的抗轴压性能,定量分析该类型柱的强度和变形提高程度,进行了31根高强箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验。在试验的基础上,分析箍筋强度、箍筋间距和箍筋形式对其强度和变形性能的影响;结合国内外试验数据,通过回归分析提出高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。     

配置500 MPa钢筋套筒灌浆连接预制混凝土柱抗震性能试验研究

试验中设计了6个钢筋套筒灌浆连接预制混凝土柱和2个现浇混凝土柱,对其进行低周反复加载试验,其中配置的纵筋和箍筋均为500 MPa钢筋,研究了预制柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、耗能能力以及承载力,分析了轴压比、配箍形式和灌浆料强度对其抗震性能的影响。研究结果表明：预制柱的位移延性、耗能能力和承载力均与现浇柱相近;预制柱套筒区形成刚域,套筒顶部破坏最为严重;轴压比较小的预制柱,其柱根部灌浆层结合面发生破坏,且滞回曲线会出现捏拢;轴压比较大的预制柱在保护层剥落后,出现核心区混凝土压碎破坏;预制柱的位移延性系数的均值仅为220,但极限位移角的均值可达1/31。     

大直径高强钢筋套筒灌浆连接预制柱抗震性能试验研究

设计了6个截面尺寸为600mm×600mm的钢筋套筒灌浆连接预制混凝土柱,对其进行了低周反复加载试验,其中配置的纵筋和箍筋均为500MPa级高强钢筋,受力纵筋直径为25mm和36mm。研究了预制柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、耗能能力以及极限承载力,并分析了轴压比、纵筋直径和配箍形式对其抗震性能的影响。研究结果表明：达到峰值荷载时,500MPa级纵筋均能受拉屈服|试件极限承载力的计算值与试验值之比平均为0.78,具有一定安全度|轴压比为0.50的试件的滞回曲线饱满,而轴压比为0.25的试件,其根部灌浆接缝结合面发生破坏并出现了受力纵筋从套筒中拔出的现象,导致其滞回曲线出现捏拢,耗能能力相对较低|各试件的位移延性系数为3.80~5.31,极限位移角为1/47~1/33,均具有较高的延性水平|通过附加架立筋并配置复合箍的方式可保证大直径钢筋预制柱的抗震性能,并建议优选本文的配箍形式二。     

型钢超高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢超高强混凝土柱的抗震性能,开展了27根型钢超高强混凝土柱试件的低周反复加载试验。试件设计参数为剪跨比、轴压力水平、配箍、型钢和栓钉配置情况。针对不同设计参数的试件的破坏特征、滞回曲线、水平承载力、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化等进行了分析,得到了各设计参数的影响规律。试验结果表明：型钢超高强混凝土柱的滞回曲线饱满且较稳定;剪跨比较大、轴压比较低、箍筋有效约束指标较大、配置H型或十字型钢的试件具有更好的抗震性能;型钢在箍筋约束效果较好时,能更充分地发挥提高柱抗震性能的作用;通过配置高强度八边形复合箍筋,能有效避免型钢超高强混凝土短柱发生脆性剪切破坏,使得其最终破坏形态为弯曲破坏,从而改善其抗震性能;配置栓钉能提高柱的抗震性能,且当柱的变形能力较强时效果更明显;试验轴压比为0.38或0.45的试件仍具有较强的耗能能力和变形能力,即型钢超高强混凝土柱具有较好的抗震性能。