FRP加固桥梁RC短柱拟静力及网络拟动力试验

针对桥梁钢筋混凝土(RC)短柱刚度大而剪跨比小的特点,通过试验方法研究其抗震性能。制作了7个受剪承载力不足的短柱试件,在恒定轴力作用下分别进行未加固短柱、碳纤维(CFRP)加固短柱和玻璃纤维(GFRP)加固短柱的拟静力试验和网络拟动力试验。分析各试件的滞回曲线、骨架曲线、累积耗能曲线和刚度退化曲线,研究其延性、强度和刚度,并初步比较了拟静力试验结果与拟动力试验结果的差异。试验结果表明:FRP加固RC短柱能够在基本不改变结构动力特性的条件下,有效地增加延性,改善抗震性能;试件在拟动力试验中耗能能力小于拟静力试验中耗能能力。研究成果可为加固RC结构的抗震分析和工程设计提供参考。     

部分预制装配型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为充分发挥型钢混凝土结构受力性能及预制装配结构施工性能方面的优势，提出了部分预制装配型钢混凝土实心柱(PPSRC柱)和空心柱(HPSRC柱)，结合2个系列10个柱试件的拟静力试验，对两种柱的抗震性能进行了研究。通过对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化的研究，并结合各试件的实测应变结果，对柱截面形式、轴压力、配箍率和现浇混凝土强度对PPSRC柱和HPSRC柱抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：PPSRC柱试件的最终破坏形态分为弯曲破坏与弯剪破坏，HPSRC柱试件均发生弯剪破坏，所提出的高强高性能预制混凝土外壳能够很好地与型钢及现浇混凝土协同工作，主要受力方向型钢与外部混凝土之间未发现明显的黏结裂缝；由于内部混凝土的存在，PPSRC柱相比于HPSRC柱拥有更好的耗能及变形能力；轴压力较低、配箍率较大的试件表现出更好的耗能能力及变形能力。通过对两种柱试件的受弯承载力分析可知，中低轴压比的PPSRC柱与HPSRC柱拥有相近的受弯承载力，在同一结构中HPSRC柱可与PPSRC柱沿竖向混合使用，以有效避免柱变截面处的刚度及承载力突变带来的影响。     

桁架式多腔体钢板组合剪力墙抗震性能试验研究

通过对不同轴压比的3片墙体试件的拟静力试验,对桁架式多腔体钢板组合剪力墙的破坏模式、承载能力、刚度退化、耗能能力、整体水平变形及剪切变形等进行了探究和分析。结果表明:此组合剪力墙承载力较高并具有良好的延性和耗能能力;高宽比为2. 0时,试件的破坏特征以钢板局部剪切屈曲、端柱钢管压屈和撕裂以及混凝土压碎为主,试件的剪切变形占整体水平变形的20%～40%,试件均发生了剪压破坏;轴压比对试件的抗剪承载力和刚度退化的影响较小,轴压比较小时试件具有较好的延性。     

采用钢板攻丝高强螺栓法兰连接的装配式钢框架柱受力性能研究

为了研究多高层装配式钢框架结构体系方钢管柱采用钢板攻丝高强螺栓法兰连接节点的受力性能,进行了钢柱法兰连接节点的足尺模型静力和拟静力试验,分析了这类节点的承载力、失效模式以及在单向水平地震作用下的滞回性能。试验研究表明:试件在静力试验中表现出较强的承载能力,失效模式为短柱受压侧屈服;试件在拟静力试验中得到的滞回曲线比较饱满,试件延性较好,耗能性能优良,失效模式为短柱受压屈服。对这类钢柱法兰节点的受力性能进行了有限元数值模拟分析,数值模拟结果与试验结果吻合较好。通过比较节点刚接模型及栓接模型的有限元分析结果,从设计角度考虑,认为该类节点在实际工程应用中可视为等效刚性连接。     

Research on mechanical behavior of prefabricated steelframe columns using high-strength bolted flangeconnection with tapping steel plate

为了研究多高层装配式钢框架结构体系方钢管柱采用钢板攻丝高强螺栓法兰连接节点的受力性能,进行了钢柱法兰连接节点的足尺模型静力和拟静力试验,分析了这类节点的承载力、失效模式以及在单向水平地震作用下的滞回性能。试验研究表明：试件在静力试验中表现出较强的承载能力,失效模式为短柱受压侧屈服;试件在拟静力试验中得到的滞回曲线比较饱满,试件延性较好,耗能性能优良,失效模式为短柱受压屈服。对这类钢柱法兰节点的受力性能进行了有限元数值模拟分析,数值模拟结果与试验结果吻合较好。通过比较节点刚接模型及栓接模型的有限元分析结果,从设计角度考虑,认为该类节点在实际工程应用中可视为等效刚性连接。     

冲击荷载作用后圆钢管柱抗震性能与恢复力模型研究

为研究冲击荷载作用后圆钢管柱的抗震性能,对12个受冲击荷载作用后的圆钢管柱和3个未受冲击荷载作用的对比柱进行了拟静力试验,研究了冲击高度和轴压比等因素对圆钢管柱破坏模式、滞回性能、延性、刚度退化和耗能能力的影响。基于拟静力试验结果,建立了考虑冲击高度和轴压比参数影响的圆钢管柱恢复力模型。结果表明：冲击高度和轴压比对圆钢管柱的滞回性能均有显著影响,随着冲击高度的增加,滞回曲线由饱满对称的梭形逐渐变为狭窄不对称的梭形,圆钢管柱水平承载力和变形能力逐渐下降,延性和耗能能力显著下降;随着轴压比的增长,滞回曲线的饱满程度显著降低,圆钢管柱承载力和极限位移减小,延性和耗能能力显著降低;受冲击荷载作用后的圆钢管柱恢复力模型计算结果与试验数据吻合良好,可用于工程结构的抗震弹塑性分析。     

竖向框排架结构中排架柱抗震性能研究

为研究竖向框排架结构中排架柱的抗震性能,选取一榀典型竖向框排架结构作为研究对象,完成了缩尺比为1∶5的结构模型的拟静力试验,并采用ABAQUS有限元软件对其进行了数值模拟。对竖向框排架结构中排架柱的破坏特征、骨架特性、延性、耗能能力、层间位移角等进行了分析,研究了长细比和轴压比对排架柱抗震性能的影响。结果表明：排架柱的破坏模式为弯曲破坏;由于偏心距较大,不同加载方向下的排架柱的水平承载能力存在较大差别;排架柱的延性和耗能能力随长细比和轴压比的增加显著降低,建议将同类结构的排架柱长细比和轴压比分别控制在45和0.2以下。     

钢管混凝土柱-预应力混凝土梁T形节点抗震性能研究

以某地下空间结构中采用的新型钢管混凝土柱-预应力混凝土梁T形节点为研究对象,采取低周往复拟静力试验与数值模拟相结合的研究方法,对节点延性、刚度、承载力及耗能能力进行分析。结果表明:该类节点具有良好的延性、承载力及耗能能力。在大震设计位移需求下,节点核心区剪切变形较小,未发生破坏。有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

Research on seismic behavior and restoring force model of circular steel tubular columns after impacts

为研究冲击荷载作用后圆钢管柱的抗震性能，对12个受冲击荷载作用后的圆钢管柱和3个未受冲击荷载作用的对比柱进行了拟静力试验，研究了冲击高度和轴压比等因素对圆钢管柱破坏模式、滞回性能、延性、刚度退化和耗能能力的影响。基于拟静力试验结果，建立了考虑冲击高度和轴压比参数影响的圆钢管柱恢复力模型。结果表明：冲击高度和轴压比对圆钢管柱的滞回性能均有显著影响，随着冲击高度的增加，滞回曲线由饱满对称的梭形逐渐变为狭窄不对称的梭形，圆钢管柱水平承载力和变形能力逐渐下降，延性和耗能能力显著下降；随着轴压比的增长，滞回曲线的饱满程度显著降低，圆钢管柱承载力和极限位移减小，延性和耗能能力显著降低；受冲击荷载作用后的圆钢管柱恢复力模型计算结果与试验数据吻合良好，可用于工程结构的抗震弹塑性分析。     

基于ABAQUS的钢筋混凝土柱拟静力试验非线性分析

为了研究ABAQUS在钢筋混凝土结构拟静力试验数值分析中的适用性,选取了美国太平洋地震工程研究中心结构性能数据库中的一根矩形截面钢筋混凝土柱（RC柱）的拟静力试验数据,在ABAQUS中分别采用实体单元和纤维梁单元两种方式对其在低周往复荷载下的抗震性能进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明：剪跨比不仅影响了RC柱的最终破坏形态,还会影响其抗侧刚度,且剪跨比越大,抗侧刚度越小;轴压比的增大会导致骨架曲线出现下降段,使RC柱的延性降低;混凝土强度对滞回曲线影响较小,纵筋配筋率的增大可有效提高RC柱的水平抗侧力。     

三角形钢管的准静态轴向压缩性能

为研究三角管的失效模式和能量吸收特性,对其进行了准静态轴向压缩试验,通过试验揭示其变形曲线和失效模式。基于2个基本折弯构件的不同组合,提出4个潜在的失效模式并进行比较,从理论上预测管的平均破碎力。利用数值模拟提出平均破碎力的拟合公式。理论分析和数值预测结果均与试验进行了比较,从而建立预测三角管平均破碎力的有效方法。     

Axial crushing analysis of end-capped circular tubes

The paper investigates collapse mechanisms and energy absorption capacity during the axial compression of the end-capped thin-walled circular aluminum tubes which are hollow or filled with polyurethane foam. An experimental technique is used to evaluate the crushing behavior of the circular tubes under compressive quasi-static strain rate. A numerical model is presented based on finite element analysis to simulate the crushing of circular tubes considering nonlinear response due to material behavior, contact boundary conditions and large deformation. The validated model using existing experimental results is used to evaluate the dynamic response in order to determine the dynamic amplification factor relating the quasi-static results to dynamic response. The experimental and numerical results are used to determine energy absorption capacity due to the plastic deformation of thin-wall tube and crushable foam. The performance of end-capped tubes is compared with non-capped tubes and it is found that maximum initial peak load can be controlled and convenient crash protection systems can be obtained using end-capped circular tubes.     

Experimental study on seismic behavior of concrete filled steel tube columns under pure torsion and compression–torsion cyclic load

Based on the quasi-static test on eight CFST columns subjected to pure torsion and compression–torsion cyclic load, the torsion behavior of CFST columns with various section types, steel ratios and axial load levels was studied. The test results showed that the hysteretic curves of CFST columns under pure torsion and low compression–torsion cyclic load are very plump, which indicate that CFST columns have good seismic capacity. The unloading stiffness of CFST columns was equal to the initial elastic stiffness. The torsion capacity of CFST columns could be improved by the low compressive load, and the ductility was also good. But the torsion capacity of CFST columns would be reduced by the high compressive load. When CFST columns subjected to pure torsion, spiral diagonal compressive struts will be created in the in-filled concrete, and the axial components of the diagonal compressive force of the in-filled concrete was equal to the axial tensile force of the steel tube in order to satisfy the axial load equilibrium condition on the section, so the axial strain will be produced in the steel tube. The shear strain has good linear relationship with the rotation angle of the section when CFST columns subjected to pure torsion and compression–torsion combined action. Based on the test results and literatures available, the torsion mechanism of CFST columns was preliminarily analyzed.     

Effects of hinges and deployment angle on the energy absorption characteristics of a single cell in a deployable energy absorber

Numerical simulation is carried out to investigate the crushing characteristics of a single cell in a fan-shaped deployable energy absorber (FDEA) under quasi-static axial loading. FDEA can effectively improve the crashworthiness behavior of aircrafts with the advantages of saving space and deploying actively. Hinges are added to the single cell to meet the need of fan-shaped deployment. The finite element model is established to study the effects of hinge׳s parameters, including material properties such as Young׳s modulus, yield strength and the tube thickness, on the single cell׳s energy absorption characteristics. The relationship between the deployment angle and the specific energy absorption (SEA) of the single cell is also studied. The numerical results indicate that the energy absorption increases rapidly as yield strength and the hinge׳s thickness increase, while it only has minor correlation with Young׳s modulus of the material. Three different modes of the cell appear during its axial crushing as the deployment angle increases. Besides, experiments were conducted to observe the crushing mode of the straight single cell, and the results are compared with the numerical simulation results. Finally, a theoretical model of a straight single cell with hinges is proposed to predict the mean crushing force, which is in good agreement with the numerical simulation.     

带方钢管混凝土端柱隔板连接双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

对5个带CFST端柱的隔板连接的双钢板-混凝土组合剪力墙进行了恒定轴压条件下的侧向循环加载试验,考虑了截面高厚比(6.0和8.0)、端柱形式、设计轴压比(0.45和0.60)、剪跨比(1.5和2.0)等参数,研究了该类组合剪力墙延性、承载力、刚度和承载力退化、耗能能力、截面弯矩-曲率关系、剪力-剪切角关系以及腹侧腔室钢板等效应变的变化规律等。研究结果表明：组合剪力墙发生了典型的压-弯破坏;墙体受力过程中经历了钢板的屈服和屈曲及混凝土的压溃等破坏;墙体的滞回曲线饱满;墙体的极限侧移角介于2.3%~4.5%之间,位移延性系数介于3.05~4.45之间,具有良好的变形能力;增加截面高厚比,加强端柱构造,减小剪跨比,墙体的承载力和延性均得到提高;轴压比增大对墙体的承载力和延性有不利影响;组合剪力墙受力过程中的剪切变形呈非线性变化的特点,不应忽略;组合剪力墙的变形未局限于墙体固定端以上的有限范围内,而是在墙体高度方向有较为充分的发展,这是墙体变形能力较好的原因之一。     

低周反复荷载下高轴压比RC框架柱的研究

通过对７个常规框架柱试件在低周反复荷载下所进行的试验,重点研究了高轴压比下框 架柱的抗震性能以及轴压比的变化对框架柱滞回特性的影响。在对试件总体变形及塑性铰区域 局部变形量测结果统计分析和简化计算的基础上,研究了塑性铰区域的弯曲变形、剪切变形和节 点区钢筋的粘结滑移所产生的侧移在框架柱的总侧移中所占的比例及其规律。     

高强螺旋箍筋约束混凝土柱连接抗震性能试验研究与理论分析

对于采用高强螺旋箍筋约束混凝土柱的装配整体式框架结构,提出了一种新的柱-柱连接方式,即在局部外包钢管设置横穿栓筋进行连接。制作足尺装配整体式柱和整浇柱试件,对其进行低周反复加载拟静力试验。通过观测试件的受力、变形、破坏过程及破坏形态,分析其承载能力、变形能力和耗能能力,验证了新型连接的可靠性。结果表明：在高轴压比下,采用新型连接的高强螺旋箍筋约束混凝土装配整体式柱与相应整浇柱均具有良好抗震性能,可以替代整浇柱应用于高烈度地震设防区的建筑结构中。结合试验,对新型连接的受力机制进行理论分析,提出了连接屈服荷载和破坏荷载的计算式,并通过计算结果与试验结果的比较,验证了理论公式的正确性。     

钢管混凝土柱轴压力-弯矩-扭矩空间复合受力拟静力试验研究

采用自行设计的压力-弯矩-扭矩复合受力加载装置,基于力-位移混合控制加载方法,完成了8个钢管混凝土柱试件在压-弯-扭等复合荷载作用下的拟静力试验,变化了截面形式、加载方式和弯扭比等参数。试验结果表明：圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下的滞回曲线较为饱满,没有“捏拢”现象产生,具有较好的耗能能力;弯扭比较大的矩形钢管混凝土试件在扭转角较大时由于钢管底部局部屈曲较为明显,存在承载力退化现象;钢管混凝土截面轴向应变基本满足平截面假定;弯矩的存在将削弱钢管混凝土柱的受扭能力;在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下,钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。对试验实测结果和已有文献分析表明：在弯扭比较大时由主压应力导致钢管表面发生局部鼓曲而破坏,弯扭比较小时,主拉应变将导致钢管混凝土柱表面在低周往复荷载作用下开裂。研究成果可为进一步开发考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元提供基础性依据。