PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱（partially encased concrete composite column）-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明:PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25~0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足"强节点弱构件"的抗震设计要求,在进行工程设计时应予以重视。     

往复荷载作用下异形柱节点抗震性能改善措施

在节点核心区加入T形钢骨、槽形钢骨或X形配筋以改善异形柱节点这一薄弱部位,研究往复荷载作用下异形柱框架节点的抗震性能,对比不同改善措施对节点的破坏特征及承载性能、滞回性能、耗能能力及累积损伤等抗震性能指标的影响。结果表明:在异形柱节点核心区加入T形钢骨、槽形钢骨或X形配筋均能改善异形柱节点的滞回特性,提高节点的承载能力和变形能力,减缓节点的累积损伤程度,从而提高异形柱节点的抗震性能。与T形钢骨、槽形钢骨增强的异形柱框架节点试件相比,X形配筋对改善节点的抗震性能指标效果更显著。     

低周反复荷载下型钢再生混凝土短柱抗震性能试验研究

通过8个不同再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率下的型钢再生混凝土短柱的低周反复加载试验,观察其受力过程及破坏形态,分析了不同设计参数对短柱的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度退化、延性及耗能等力学性能的影响。试验结果表明:型钢再生混凝土短柱的主要破坏形态为剪切斜压破坏;试件荷载-位移滞回曲线基本呈梭形;试件达到峰值荷载后,承载力下降较快、变形小、延性较差;再生粗骨料取代率对试件承载力影响不大,延性耗能随着取代率增大而有所减低;随着轴压比的增大,试件承载力提高但延性耗能降低幅度大;随体积配箍率的增大,试件承载力及延性耗能均相应增大。除轴压比较小的短柱外,其余型钢再生混凝土短柱的延性系数均小于3,表明短柱抗震性能较差。因此,在实际工程中应采取相应的措施以改善短柱抗震性能。     

动力荷载下传统风格建筑双梁-柱节点抗震性能试验研究

为研究传统风格建筑混凝土双梁-柱节点的破坏特征及抗震性能,进行了2个节点试件的动力循环加载试验,包括一个典型传统风格建筑混凝土双梁-柱节点和一个单梁-柱节点。观察了节点试件的受力过程及破坏特征,研究了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度及承载力退化、延性和耗能能力,并对其破坏模式进行了分析。研究结果表明:相对于单梁-柱节点,传统风格建筑混凝土双梁-柱节点承载力和刚度较高,其耗能能力和位移延性略小于单梁-柱节点;两者刚度退化规律基本一致。总体上,传统风格建筑混凝土双梁-柱试件的变形及耗能能力较强,抗震性能良好。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对传统风格建筑混凝土双梁-柱节点进行了非线性数值模拟,研究了轴压比、混凝土强度、上下梁间距等参数对其力学性能的影响。结果表明:随混凝土强度和上下梁间距的增大,试件的承载力随之提高;随轴压比增大,试件的承载力有一定提高,但延性降低;随混凝土强度的提高,延性逐渐降低。     

型钢混凝土异形柱-钢梁空间边节点的抗震性能及影响因素分析

为了研究型钢混凝土异形柱-钢梁空间边节点的抗震性能,以配钢形式、加载角度和轴压比为变化参数,通过1个平面节点和9个空间节点的拟静力试验,获取其滞回关系,并在此基础上探讨了该类新型空间节点的抗震行为。研究结果表明:实腹式配钢试件在骨架曲线的上升段为最陡,承载能力最大,刚度退化最轻,但T形钢桁架试件在耗能能力和延性性能上为最优;该类空间节点的抗震性能在不同加载角度下具有一些区别,45°试件的骨架曲线包围了其余加载角度下的骨架曲线,同时该角度的节点抗剪承载力为最大,耗能能力较之0°和60°的更强,但略比30°的低,而位移延性在平面节点上表现为最佳;提高轴压比可增强型钢混凝土异形柱边节点的受剪承载力和耗能能力,同时轴压比的增大对试件的初期刚度较为有利而后期刚度退化较快。     

T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

为研究T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架的抗震性能,进行了1榀3层2跨、缩尺比例为1∶3的框架试件拟静力试验,了解其破坏形态、滞回曲线和骨架曲线,分析了试件的延性、耗能能力、刚度和强度退化规律。基于纤维模型对框架试件进行了数值模拟,研究了结构抗震性能在不同轴压比、配钢率和混凝土强度下的变化规律。结果表明:在水平低周往复荷载作用下,试件出现"梁铰"破坏,具有良好的延性和耗能能力,满足"强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件"的抗震设计要求。轴压比对试件屈服后的性能影响较大,结构的承载力和延性随轴压比增大而有所降低,设计时需合理控制轴压比;配钢率主要影响初始刚度和极限承载力,结构的抗震性能随配钢率增大得到有效改善;结构的极限承载力随着混凝土强度增大而提高,但结构的延性会略有降低,设计时需合理考虑。研究成果可为该类结构的设计提供可靠的支撑。     

高强箍筋高强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为研究高混凝土梁柱节点的抗震性能,进行了4个高强箍筋混凝土节点和1个普通箍筋混凝土节点的低周往复荷载加载试验,研究了高强混凝土节点的破坏形态、滞回特性、耗能能力、受剪性能及箍筋的应力水平,分析了箍筋强度、体积配箍率和箍筋形式对节点承载力、延性、耗能和剪切变形的影响。结果表明:高强箍筋节点的破坏过程与普通箍筋节点类似;提高箍筋屈服强度对节点的承载力提高效果有限,但可有效提高位移延性和耗能能力,同时限制了节点核心区的剪切变形;试件达到极限位移时,普通箍筋试件箍筋已屈服,复合高强箍筋试件箍筋强度发挥比较充分,表现出较好的抗震性能。     

桁架式钢骨混凝土梁-钢骨混凝土柱梁柱组合构件抗震性能试验研究

提出了一种由桁架式钢骨混凝土(SRC)梁和钢骨混凝土(SRC)柱组成的框架结构新的节点形式。为了研究这种新型梁柱组合构件的抗震性能,对8个桁架式钢骨混凝土梁-钢骨混凝土柱框架边节点进行了低周反复荷载试验。试验观察并记录了各节点试件的破坏形态,测得其梁端荷载-位移滞回曲线、节点剪切变形、骨架曲线和梁端荷载-转角滞回曲线。以试验结果为基础,对节点的延性、耗能性能、承载力及刚度退化等抗震耗能性能进行了分析,讨论了含钢率、轴压比及角钢腹杆尺寸对节点受力性能的影响。研究结果表明,这种新型桁架式钢骨混凝土框架节点具有良好的延性及耗能性能,为其工程应用提供了理论依据。     

焊接封闭箍筋混凝土柱抗震性态指标试验研究

通过12根焊接封闭箍筋混凝土柱的低周反复加载试验,对其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能、刚度退化及强度衰减等抗震性能指标展开系统分析。结果表明:随着剪跨比的不断增大,焊接封闭箍筋混凝土柱的水平承载能力不断减小;试件的承载能力及位移延性随着轴压比的增大而增大;随着配箍率的提高,柱的承载能力,延性及耗能能力均有所提高;建议了焊接封闭箍筋混凝土柱满足运行、基本运行、可修及避免倒塌等四个抗震性能水平的位移角限值分别取1/250,1/200,1/50和1/25。研究成果可为焊接封闭箍筋混凝土柱的地震反应分析和工程应用提供参考。     

局部采用纤维增强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为了提高梁柱节点受剪承载力、变形能力及耗能能力,同时避免节点钢筋拥挤而导致的施工困难,采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土作为节点核心区基体材料,考虑轴压比和节点核心区配箍率的影响,进行了7个FRC梁柱节点和1个钢筋混凝土(RC)梁柱节点对比试件的拟静力试验,分析其破坏形态、承载力、变形能力、耗能能力、节点核心区剪应力-剪应变曲线和梁端塑性铰区弯矩-转角曲线。结果表明,在节点核心区主斜裂缝出现前,试件已具有很高的受剪承载力和变形能力;当轴压比试验值为0.07~0.28时,随着轴压比增大,FRC试件的受剪承载力、侧向变形能力、耗能能力及节点核心区的剪切强度和剪切变形能力增加;增加节点核心区配箍率,承载力退化有所减缓;FRC试件梁端塑性铰转动能力有较大提高。     

T形配钢型钢混凝土构件正截面承载力计算方法

基于塑性理论下限定理提出了T形配钢型钢混凝土构件在压、弯复合受力状态下的正截面承载力计算方法。将正截面承载力分为混凝土部分、钢筋部分和型钢部分,分析得出各部分的承载力方程,采用叠加强度法建立了T型配钢型钢混凝土构件的N-M相关曲线,并给出了相应计算公式。进行了5个1/2比例T形配钢型钢混凝土柱的低周反复加载试验,对是否配置拉结筋、不同配箍率和不同轴压力下的受力特点、破坏形态、承载能力进行了研究,其中4个试件发生了正截面受弯破坏,部分计算结果与试验数据符合较好。结果表明,所提出的计算方法简单易行,可供实际工程设计参考。     

A comparison of engineered cementitious composites versus normal concrete in beam-column joints under reversed cyclic loading

Engineered cementitious composites (ECC) are a class of high-performance fiber reinforced cementitious composite with strain hardening and multiple cracking properties. For a reinforced concrete member, substitution of conventional concrete with ECC can significantly improve the deformation characteristics in terms of reinforced composite tensile or shear strength and energy dissipation ability. In this paper, a number of RC/ECC composite beam-column joints have been tested under reversed cyclic loading to study the effect of substitution of concrete with ECC in the joint zone on the seismic behaviors of composite members. The experimental parameters include shear reinforcement ratio in the joint zone, axial load level on the column and substitution of concrete with ECC or not. According to the test results, for the specimens without shear reinforcement in the joint zone, substitution of concrete with ECC in the joint zone cannot change the brittle shear failure in the joint zone, but can significantly increase the load capacity and ductility of the beam-column joint specimens, as well as the energy dissipation ability due to high ductility and shear strength of ECC material. For the specimens with insufficient or proper shear reinforcement ratio, substitution of concrete with ECC in the joint zone can lead to failure mode change from brittle shear failure in the joint zone to a more ductile failure mode, i.e. flexural failure at the base of the beam, with increased load capacity, ductility and energy dissipation ability. Increase of axial load on column and shear reinforcement in the joint zone have little effect on seismic behaviors of the members when they failed by flexural failure at the base of beam. In a word, the substitution of concrete with ECC in the joint zone was experimentally proved to be an effective method to increase the seismic resistance of beam-column joint specimens.     

双向荷载作用下空间夹心节点受力性能试验研究

节点核心区采用同梁等强的低强度混凝土浇筑的夹心节点和采用同柱等强的高强度混凝土浇筑的传统节点相比,施工简单且易保证质量,但是我国规范对其规定过于简单,没有明确的验算方法。通过三组不同混凝土强度等级差的空间夹心节点和传统节点对比试件的双向低周往复性能试验研究,对比分析了二者破坏形式、延性、耗能、变形和承载力等方面的差异,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,但相差不明显;中低轴压比、剪压比条件下,当柱与梁混凝土强度等级之比小于1.5时,节点区可直接采用与梁相同强度等级的混凝土浇筑,当柱与梁混凝土强度等级之比大于1.5时,其破坏形式可转变为节点核心区剪切破坏,需采取相应的加强措施。最后在此基础上,给出了与试验结果吻合较好的夹心节点抗剪承载力计算公式。     

钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及截面变形能力设计方法研究

通过剪跨比为2.1的钢管约束高强混凝土剪力墙试件低周反复加载试验,研究其在压弯荷载作用下的破坏形态、机理及耗能能力。试验表明,通过在高强混凝土剪力墙约束边缘构件内设置钢管,可提高其延性。在试验研究基础上,对钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及变形能力进行分析。考虑内置钢管约束影响,建立钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力计算公式。根据截面平衡条件和变形条件,计算钢管约束高强混凝土剪力墙位移延性系数,得到钢管套箍率、轴压比及墙体高宽比与位移延性系数之间关系。研究表明,增加钢管套箍率及控制墙体轴压比,可以提高钢管约束高强混凝土剪力墙延性;提出满足不同变形能力要求,对应各种轴压比情况下,钢管约束高强混凝土剪力墙钢管套箍率建议设计值。     

型钢UHTCC短柱的抗震性能研究

将具有良好控裂耗能能力和抗剥落性能的水泥基材料UHTCC应用于型钢混凝土SRC短柱,制作并完成了7个型钢-UHTCC(SUHTCC)短柱和1个SRC对比短柱的拟静力试验。试验主要变量为：配箍率、轴压比和翼缘栓钉布置。结果表明：UHTCC的使用可有效避免SRC短柱粘结裂缝的滋生,减缓剪切主裂缝的扩展,能够将SRC短柱的脆性剪切粘结混合破坏模式转变为延性较好的剪切破坏模式,大幅提升短柱的震后完整性;对SUHTCC短柱,增大配箍率对承载力几乎没有影响,但需确保箍筋最大间距以延缓粘结破坏,高配箍率的试件能显示出较好的峰后滞回曲线,具有较高的极限变形和耗能;轴压比对抗震破坏形态和力学性能影响较小,高轴压比下依然拥有较高的大变形能力和良好的抗震耗能;与型钢翼缘没有布置栓钉的SUHTCC试件相比,布置栓钉的SUHTCC短柱表现出更为饱满的峰前抗震滞回曲线,对峰前行为的影响较为显著,但峰后破坏加快导致延性降低。最后采用3种不同规范对SUHTCC短柱受剪承载力进行了预测,初步验证了现行JGJ138-2016规范受剪承载力计算公式的适用性,并对SUHTCC短柱的剪切变形进行了定量分析,讨论了各参数对剪切变...     

型钢混凝土L形柱空间角节点抗震性能分析

为研究型钢混凝土L形柱空间角节点的抗震性能,对8个节点试件进行低周反复荷载试验和有限元模拟,二者结果吻合较好。基于此考虑了柱配钢形式、轴压比和加载角度3个变化参数,通过ABAQUS非线性有限元模拟,分析了变化参数对其峰值荷载、耗能和延性的影响规律,并提出可供工程设计参考的建议。研究结果表明,型钢混凝土L形柱空间角节点破坏形态以剪切斜压和弯曲破坏为主,扭转伴随黏结破坏为辅;实腹配钢试件综合抗震性能最好,其峰值荷载较空腹配钢试件提高了10%;随轴压比的增加,不同配钢形式试件的位移延性下降程度不同,实腹配钢试件下降缓慢,建议轴压比限值设计值为0.5;45°加载角度以内,随着加载角度的增加,峰值荷载增加,耗能和延性逐渐降低,45°加载试件与0°平面节点相比,峰值荷载提高了约30%,延性系数降低约10%,最不利加载方向为0°加载。     

高轴压比、低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验研究

双钢板-混凝土组合剪力墙可减小墙体厚度、提高承载力和延性,为研究双钢板-混凝土组合剪力墙高轴压比下的抗震性能,完成了5个剪跨比为1.0的双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验,研究了剪力墙在低周往复荷载作用下的受力性能和破坏模式等,分析了轴压比、距厚比等因素对抗震性能的影响。试验结果表明:低剪跨比试件发生弯剪破坏;墙体钢板在平均位移角1/83时发生局部屈曲,初始屈曲形态受距厚比影响显著;试件峰值荷载、位移延性系数、刚度等受轴压比、距厚比的影响较小;试件平均极限位移角达1/72、平均有效破坏位移角达1/52,具有良好的变形能力;距厚比增大,试件滞回性能稳定性降低;试件耗能随变形增大而迅速增长,抗震性能良好。建议低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙轴压比限值取0.7。