施工缝力学特性及对RC柱抗震性能影响分析

对带缝试件和整浇试件进行了静力试验和拟静力试验研究施工缝的力学性能。结果表明施工缝对混凝土的受压性能几乎没有影响,对混凝土的受拉和受剪性能影响较大;施工缝处混凝土的抗拉强度只有母体抗拉强度的一半,拉力主要由穿过接缝面的钢筋承担;纯剪切状态下,施工缝处混凝土的抗剪强度约为母体混凝土的40%;带缝构件的抗剪承载力主要取决于轴向荷载作用和穿过缝面的纵向钢筋的销栓作用。钢筋混凝土结构中的施工缝可能会造成应力集中,把破坏区域限制在很小的范围内,对构件的抗震性能形成不利因素;但同时也有可能通过缝面摩擦力消耗地震能量,此时反而会对抗震性能有益。具体哪种情况占主导地位,取决于接缝面法向和切向应力的相对大小。     

施工缝对钢筋混凝土剪力墙抗震性能影响的试验研究

施工缝的存在会在一定程度上影响剪力墙的性能,为研究施工缝对钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响,对整浇和带施工缝两种剪力墙试件进行拟静力试验。通过对比分析施工缝对剪力墙破坏过程的影响,并从滞回曲线、承载能力、变形能力、耗能、刚度退化和破坏过程等方面分析施工缝对剪力墙抗震性能的影响。研究结果表明,同等条件下带缝剪力墙与整浇剪力墙的最后破坏形态基本一致,但是裂缝发展过程明显不同,带缝试件初始裂缝及贯通裂缝出现在施工缝处,而整浇试件的初始裂缝及贯通裂缝出现位置比较随机。轴压比较小时,整浇试件的承载力和耗能比带缝试件高;轴压比较大时,轴向力抵消了施工缝的不利影响,带缝试件的承载力和耗能比整浇试件的高;整浇试件的延性和刚度退化均比带缝试件的小;配筋率提高使带缝试件的承载力提高、耗能增大,但对刚度的影响较小;轴压比增大使带缝试件的延性降低、刚度退化变快。     

Experimental research on seismic behavior of reinforcedconcrete shear wall with construction joint

施工缝的存在会在一定程度上影响剪力墙的性能,为研究施工缝对钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响,对整浇和带施工缝两种剪力墙试件进行拟静力试验。通过对比分析施工缝对剪力墙破坏过程的影响,并从滞回曲线、承载能力、变形能力、耗能、刚度退化和破坏过程等方面分析施工缝对剪力墙抗震性能的影响。研究结果表明,同等条件下带缝剪力墙与整浇剪力墙的最后破坏形态基本一致,但是裂缝发展过程明显不同,带缝试件初始裂缝及贯通裂缝出现在施工缝处,而整浇试件的初始裂缝及贯通裂缝出现位置比较随机。轴压比较小时,整浇试件的承载力和耗能比带缝试件高;轴压比较大时,轴向力抵消了施工缝的不利影响,带缝试件的承载力和耗能比整浇试件的高;整浇试件的延性和刚度退化均比带缝试件的小;配筋率提高使带缝试件的承载力提高、耗能增大,但对刚度的影响较小;轴压比增大使带缝试件的延性降低、刚度退化变快。     

基于不同轴压比的P-Δ效应对带施工缝框架抗剪承载力影响的试验研究

通过对带施工缝框架和整浇框架进行低周反复荷载试验以及对带施工缝框架柱在相应轴压比下进行对比试验,分析了P-Δ效应及轴压比对带施工缝框架抗剪承载力的影响,研究表明:P-Δ效应降低了带施工缝框架的抗剪承载力,且大于对整浇框架的影响,而随着轴压比的提高,P-Δ效应对带施工缝框架柱抗剪承载力的影响降低。     

型钢混凝土L形截面柱压弯剪扭的抗震性能

为研究型钢混凝土L形截面柱在压弯剪扭复合受力下的抗震性能,以配钢形式、扭弯比以及肢高肢厚比为变化参数,对12根型钢混凝土L形柱进行恒定轴力下低周反复弯-剪-扭的试验。基于试验数据,对比分析L形柱的破坏特征、滞回曲线以及延性、刚度、耗能等特征点参数;重点研究在压弯剪扭复合受力下不同配钢形式对L形柱抗震性能指标的影响。结果表明：型钢混凝土L形柱的破坏特征差异主要取决于扭弯比的大小,可分为弯曲破坏、弯剪破坏以及弯扭破坏;配钢形式对试件最终破损程度有影响。弯矩-位移、扭矩-扭转角滞回曲线均出现捏拢效应。增大扭弯比可以提高试件抗扭能力但抗弯能力变弱,刚度退化越快;减小肢高肢厚比可以提高型钢混凝土L形截面柱的延性和耗能。综合对比可知,在压弯剪扭复合受力下,空腹式T型钢混凝土L形截面柱具有较好的抗震性能。     

低周反复荷载下型钢高强混凝土柱受力性能试验研究

通过20个混凝土强度为65.3～84.9MPa的型钢高强混凝土柱的低周反复加载试验,研究型钢高强混凝土柱在压、弯、剪共同作用下的破坏形态和抗震性能。试验中考虑剪跨比、轴压比、配箍率、混凝土强度4个参数的影响,由试验获得型钢高强混凝土柱的主要破坏形态和滞回曲线,分析各参数对构件延性、滞回特性、耗能性能以及承载力衰减的影响。结果表明,与型钢普通强度混凝土柱一样,在压、弯和反复剪力共同作用下,型钢高强混凝土柱的破坏形态主要为弯曲型破坏、剪切黏结破坏、剪切斜压破坏,破坏形态主要与剪跨比有关;箍筋能显著提高大剪跨比试件的延性和耗能能力,但对小剪跨比试件的延性与耗能性能改善有限;随着轴压比与混凝土强度的提高,试件的承载力衰减速度加快,后期变形能力减小,抗震性能越来越差;与钢筋混凝土柱相比,型钢高强混凝土柱的等效阻尼比远大于前者,耗能能力强,抗震性能好;提出型钢高强混凝土柱位移延性系数的计算公式,公式的计算结果与试验结果符合较好,可供工程设计应用参考。     

配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土(SRHC)柱的抗震性能,设计12个试件进行低周反复荷载试验,其中1个为配普通箍筋的对比试件,主要考虑剪跨比、轴压比、配箍率和混凝土强度的影响。通过试验揭示配矩形螺旋箍筋SRHC柱的破坏机理,并分析各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明:配矩形螺旋箍筋SRHC柱随剪跨比的增大,破坏模式依次表现为剪切斜压破坏、剪切黏结破坏和弯曲破坏;配矩形螺旋箍筋SRHC柱的滞回曲线饱满,耗能能力强;随剪跨比的增大,其受剪承载力降低,耗能能力和延性提高;随轴压比的增加,受剪承载力提高,但延性降低;随配箍率的增加,受剪承载力增大,后期变形能力增强,延性提高。采用配矩形螺旋箍筋的构造措施能有效提高型钢高强混凝土柱的抗震承载力和变形性能,且具有更优的抗倒塌能力,其综合抗震性能指标优于配普通箍筋型钢高强混凝土柱。     

反复荷载下型钢再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢再生混凝土柱的破坏形态和抗震性能,对10个不同剪跨比、再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率的型钢再生混凝土柱进行低周反复荷载试验,观察其受力过程及破坏形态,分析不同设计参数对荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、耗能能力及刚度退化等力学性能的影响。试验研究结果表明:型钢再生混凝土柱的主要破坏形态为剪切斜压破坏、弯剪破坏以及弯曲型破坏,破坏形态与剪跨比有关;滞回曲线大多呈梭形且较为饱满,说明型钢再生混凝土柱具有较好的延性及耗能能力;取代率对试件承载力影响不明显,延性及耗能能力随取代率的增加而有所降低;随着轴压比的增大,试件承载力有一定提高,但其衰减加快,且延性及耗能能力降低;增大体积配箍率时,试件承载力增大不明显,但延性及耗能能力显著提高。总体上看,型钢再生混凝土柱具有较好的抗震性能,可以通过合理的设计将其应用于抗震结构中。     

带施工缝钢筋混凝土框架抗震性能研究

通过对两层两跨带有施工缝钢筋混凝土框架的低周反复荷载试验,对表征其抗震性能的塑性铰、层间位移、耗能能力、强度退化和刚度退化进行对比分析。研究表明:框架施工缝处容易形成塑性铰,会使结构位移变大;带有施工缝的框架比整浇框架的位移延性系数普遍有所降低;由于施工缝的存在,混凝土框架结构的耗能能力有所下降,承载能力有所下降,刚度退化影响不大。     

柱靴螺栓连接预制混凝土柱抗震性能试验研究

为研究柱靴螺栓连接预制混凝土柱的抗震性能,对4个柱靴螺栓连接预制混凝土柱进行了拟静力试验,并与整浇混凝土柱进行对比,研究其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能及承载力。此外,还结合相关文献中的试验数据,分析了柱靴与基础连接的转动刚度及接缝承载力。结果表明：柱靴螺栓连接预制柱均发生柱底接缝压弯破坏,且破坏集中在柱靴灌浆区域;轴压比为0.2的柱靴螺栓连接预制柱的底部结合面出现通缝,滞回曲线捏拢严重,其耗能能力较轴压比为0.5柱靴螺栓连接预制柱和相同轴压比整浇柱的差;柱靴螺栓连接预制柱的位移延性系数为3.04~3.79,极限位移角为1/49~1/32,具有较好的位移延性;柱靴与基础连接满足欧盟BS EN 1993-1-8刚性连接性能要求,可按刚性连接设计;对于小偏心受压柱靴螺栓连接预制柱,按JGJ 1—2014计算的正截面承载力与试验值之比平均为0.66,具有较高的安全度,但对于大偏心受压柱靴螺栓连接预制柱,二者之比平均为0.90,安全度偏低。在GB 50010—2010的基础上,引入混凝土极限压应变和抗压强度折减系数,分析了柱底接缝的传力机理,建立了考虑剪切影响的柱底接缝处正截面承载力计算方法。按该方法计算的大偏心受压柱靴螺栓连接预制柱的承载力与试验值之比平均为0.81,与配置高强纵筋整浇柱的平均结果相当。     

8度区异形柱框架-剪力墙结构的振动台试验研究

为了对比异形柱框架-剪力墙结构与框架结构在抗震性能、破坏机理等方面的异同,探讨其在高烈度地震区的适用性,根据相同的背景情况设计制作了一个1/8比例的10层异形柱框架-剪力墙模型,进行了振动台试验。根据设计计算的结果和振动台试验中出现的现象及其分析,研究了计算方法的适用性、结构的总体抗震性能和破坏机制。指出该体系具有易于满足位移要求、在大震中以梁铰机制为主、抗倒塌能力强等特点;同时通过与框架结构破坏现象的对比,说明了这种体系可以有效地解决节点承载力问题,在高烈度区应用异形柱结构时应优先采用。     

带施工缝钢筋混凝土柱剪切恢复力模型试验研究

考虑轴压比、剪跨比、配筋率等不同参数的变化,设计一组端部带施工缝的钢筋混凝土柱进行低周反复荷载试验。观察试件的破坏形态并与无缝柱对比,发现施工缝对柱端传力机制和破坏机理均有影响,会造成应力集中,使塑性铰长度变小,沿施工缝的滑移使塑性铰区剪切变形增大。试验中测量了施工缝周围的剪切变形,得到剪力-剪切变形滞回曲线。分析各个参数对剪切滞回曲线的影响,发现轴压比增大使受剪承载力提高而使延性降低;剪跨比减小使剪切变形分量增大,同时使滞回曲线由梭形变为反S形。回归得出二折线骨架曲线的分段计算式,并在综合现有剪切恢复力模型研究成果基础上确定加卸载规则,给出了带施工缝钢筋混凝土柱截面剪切恢复力模型。对带施工缝试件进行数值计算,力-位移滞回曲线的计算结果与试验吻合良好,验证了模型的有效性。     

Experimental investigation of the influence of steel joints upon the flexural capacity of precast concrete columns

In previous studies, the authors have shown that successful modular construction depends on using the correct types of joint connections. In this experimental study, steel beam–column joint connections were shown to be very efficient in facilitating the construction of modular frames while ensuring sufficient flexural moment capacity at the joints to resist lateral loads. This research also included an investigation of the behavior, the crack pattern, and the flexural moment capacity of concrete columns with hybrid composite joints by means of structural experiments on three specimens. Three column specimens were subjected to cyclic loading under displacement control using an oil jack. The influence of including steel sections at the beam–column joint upon the flexural moment capacity of the column was studied, and the use of concrete–steel hybrid composite joints was found to increase the flexural structural performance of the concrete columns. The flexural moment capacity in the maximum load limit state of a concrete column with steel joints was 43.2% greater than that of a conventional reinforced concrete column without steel joints. The steel section in the joint was found to greatly contribute to the flexural moment capacity and to the modular construction technologies.     

钢纤维增强异形柱框架节点受力性能试验研究

为了解决异形柱框架节点的薄弱问题,对核心区应用钢纤维增强的异形柱框架中节点与同条件下未用钢纤维增强的异形柱框架中节点进行拟静力试验研究,对比分析异形柱框架中节点试件的破坏特征、中节点核心区的箍筋应变、混凝土应变及异形柱框架中节点的受剪性能,研究钢纤维增强的异形柱框架节点薄弱部位受力性能。研究结果表明:应用钢纤维增强的异形柱框架中节点试件的破坏特征得到改善;在异形柱框架节点核心区掺入钢纤维可以降低加载初期中节点核心区的箍筋应变,中节点腹板在平行于剪力方向的箍筋应变大于腹板垂直剪力方向的箍筋应变及翼缘处的箍筋应变;在中节点核心区掺入钢纤维可提高腹板混凝土的主拉应变和异形柱节点受剪承载力。     

Shaking table collapse test on exterior corridor RC frame with infill walls

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响，以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型，进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验，得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏，该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处，形成明显塑性铰；之后，纵向另外两榀框架柱相继失效，造成结构底层率先倒塌，继而产生更大范围的逐层连续倒塌，与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件，建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型，进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析，结果表明，半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响，建议在设计中应考虑填充墙的刚度，避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

填充墙外廊式RC框架结构倒塌振动台试验研究

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响,以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型,进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验,得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏,该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处,形成明显塑性铰;之后,纵向另外两榀框架柱相继失效,造成结构底层率先倒塌,继而产生更大范围的逐层连续倒塌,与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件,建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型,进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析,结果表明,半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响,建议在设计中应考虑填充墙的刚度,避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

Finite element analysis of concrete-filled circular steel tubular columns subjected to post-earthquake fire

为研究圆钢管混凝土柱经历地震损伤后的耐火性能,选取了合理的地震损伤指数及材料本构模型,采用有限元分析软件ABAQUS,对钢管混凝土柱在往复荷载和火灾等不同工况下的试验进行了数值模拟验证。在验证模型可靠性的基础上,利用ABAQUS中的数据传递功能,建立了震损后圆钢管混凝土柱耐火极限有限元计算模型。以圆钢管混凝土典型轴心受压柱为分析对象,对其先后经历地震和火灾作用下的破坏形态、损伤机理进行了分析,研究了损伤指数对圆钢管混凝土柱震后耐火极限的影响。结果表明：震损后圆钢管混凝土柱在高温下的破坏形态是在前期地震损伤基础上的发展和蔓延;地震损伤指数是影响圆钢管混凝土柱震后耐火极限的重要参数,随着地震损伤指数增大,圆钢管混凝土柱的耐火极限有所减小。     

CFRP加固RC梁-板-柱框架中节点抗震性能试验研究

试验中设计了考虑楼板和正交梁的足尺钢筋混凝土框架中节点,对其进行拟静力试验,研究柱端、梁端采用CFRP加固对梁-板-柱中节点抗震性能和破坏模式的影响。分析了节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、耗能、位移延性、刚度退化及节点核心区剪切变形等。结果表明：由于楼板和正交梁的影响,未加固节点呈现“强梁弱柱”的柱铰失效模式;采用CFRP仅加固柱端或同时加固柱端及梁端,对节点承载力影响较小,但可有效提高节点的位移延性和耗能能力,使中节点的破坏模式由柱铰机制转为“强柱弱梁”的梁铰机制,仅采用CFRP加固柱端的方法效果更好;由于正交梁的存在,节点核心区在较大位移水平下未出现明显的剪切破坏。     

Beam‐column connections of concrete‐filled double steel tubular frame structures

Four types of concrete‐filled double steel tubular (CFDST) columns were introduced in this paper, which had the advantage of higher bearing capacity, stronger stiffness, and better fire‐resistant and explosion‐resistant performance. To research a reasonable form of beam‐column connection is the top priority in CFDST frame structures. After a brief historical background concerning the development of CFDST columns, this study conducted an investigation and comparison of several existing beam‐column connections. The constructional detail and force transfer mechanism of each beam‐column connection were analyzed according to the present research achievements. Several finite element models were established to discuss the various connection configurations and main factors affecting their behaviors. In general, connection design can take full advantage of the characteristic of double tubes in CFDST structure, so a series of construction improvements for joint design parameters in CFDST frame structures was proposed to improve the seismic performance and the relevant study for the future work was also discussed.