外包钢板-混凝土组合连梁试验研究(Ⅰ):抗震性能

对6根外包钢板-混凝土组合连梁试件进行了拟静力加载试验,试件变化参数有连梁跨高比、钢板厚度和弯剪比。连梁钢板的破坏包括连梁端部钢板的开裂和钢板的局部屈曲。试件承载力的下降主要由梁端钢板的开裂和裂口扩展引起。所有试件的连梁钢板开裂后,裂口迅速扩展,在钢板开裂或开裂后的下一级位移循环时荷载达到峰值。连梁钢板的局部屈曲分为连梁端部钢板的受压局部屈曲和钢腹板的剪切局部屈曲。局部屈曲的发生和形态主要受钢板厚度、连梁的跨高比和钢板开裂的影响。所有试件的内填混凝土均未发生明显的受压破坏。混凝土的开裂程度与裂缝分布与外部钢板的变形程度相一致。采用连梁钢腹板无对接焊缝构造试件的变形能力明显优于连梁钢腹板有对接焊缝构造试件的变形能力。所有试件的滞回曲线饱满,具有稳定的耗能能力。     

考虑RC楼板影响的钢板-混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为研究地震作用下考虑RC楼板影响的钢板-混凝土组合(PRC)连梁受力性能和破坏机理,进行了4个带RC楼板的钢板-混凝土组合连梁和1个不带楼板的钢板-混凝土组合连梁的低周反复荷载试验,研究跨高比、钢板配板率以及楼板型式等因素对PRC连梁抗震性能的影响,分析带RC楼板连梁的破坏过程、破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力等,并考察楼板的损伤情况.结果 表明:随着跨高比的增大,带RC楼板连梁的承载力明显降低,但延性更好;随着配板率的降低,带RC楼板连梁的承载力随之降低;钢板的受压波形屈曲变形主要发生在上下梁墙交界处,钢板和楼板的设置能显著增大连梁的受剪承载力及耗能能力;RC楼板设置半通缝会明显延缓连梁的开裂,半通缝的设置并不对连梁的承载力造成很大影响,但可以减小楼板在加载前期的损伤.     

考虑RC楼板影响的钢板-混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为研究地震作用下考虑RC楼板影响的钢板-混凝土组合(PRC)连梁受力性能和破坏机理,进行了4个带RC楼板的钢板-混凝土组合连梁和1个不带楼板的钢板-混凝土组合连梁的低周反复荷载试验,研究跨高比、钢板配板率以及楼板型式等因素对PRC连梁抗震性能的影响,分析带RC楼板连梁的破坏过程、破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力等,并考察楼板的损伤情况.结果 表明:随着跨高比的增大,带RC楼板连梁的承载力明显降低,但延性更好;随着配板率的降低,带RC楼板连梁的承载力随之降低;钢板的受压波形屈曲变形主要发生在上下梁墙交界处,钢板和楼板的设置能显著增大连梁的受剪承载力及耗能能力;RC楼板设置半通缝会明显延缓连梁的开裂,半通缝的设置并不对连梁的承载力造成很大影响,但可以减小楼板在加载前期的损伤.     

纤维增强混凝土对角斜筋小跨高比连梁抗震性能试验研究及受剪承载力分析

为了改善小跨高比连梁的抗震性能,考虑连梁跨高比和对角斜筋配筋率的影响,在课题组前期试验的基础上,在对角斜筋上增设拉筋,制作3个纤维增强混凝土（FRC）对角斜筋小跨高比连梁试件,对其进行拟静力试验,分析连梁的破坏形态、滞回耗能、刚度退化以及延性等抗震性能。基于试验结果及小跨高比连梁的受剪机理,建立连梁受剪承载力计算公式。结果表明,在小跨高比连梁对角斜筋上增设拉筋之后,跨高比为1.25和1.5的连梁,由原来的剪切破坏变为弯曲剪切破坏,并提高了连梁的延性、抗损伤能力和耗能能力;提出的连梁受剪承载力计算公式的计算值与试验值吻合较好。     

Experimental study on seismic behavior and shear capacity of FRC coupling beams with small span-to-depth ratio

为了改善小跨高比连梁的抗震性能,采用纤维增强混凝土（FRC）替代连梁中的普通混凝土,考虑跨高比、箍筋间距和FRC强度等因素的影响,设计了7个小跨高比FRC连梁试件和1个普通混凝土连梁对比试件。通过拟静力试验,观察连梁试件在低周反复荷载作用下的破坏过程和形态,研究其滞回特性、变形能力、耗能能力及刚度退化等。结果表明：8个小跨高比连梁试件发生了剪切破坏或弯曲剪切破坏;跨高比和配筋相同的FRC连梁的受剪承载力和位移延性系数比普通混凝土连梁分别提高了9.71%和24.31%,达到破坏荷载时的累积耗能是普通混凝土连梁的1.5倍,采用FRC可提高连梁的承载能力、延性和耗能能力;随着跨高比增大和箍筋数量的增加,连梁的变形和耗能能力提高。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比连梁的受剪承载力计算式,其计算值与试验值吻合较好。     

小跨高比纤维增强混凝土连梁抗震性能试验及受剪承载力研究

为了改善小跨高比连梁的抗震性能,采用纤维增强混凝土(FRC)替代连梁中的普通混凝土,考虑跨高比、箍筋间距和FRC强度等因素的影响,设计了7个小跨高比FRC连梁试件和1个普通混凝土连梁对比试件。通过拟静力试验,观察连梁试件在低周反复荷载作用下的破坏过程和形态,研究其滞回特性、变形能力、耗能能力及刚度退化等。结果表明:8个小跨高比连梁试件发生了剪切破坏或弯曲剪切破坏;跨高比和配筋相同的FRC连梁的受剪承载力和位移延性系数比普通混凝土连梁分别提高了9.71%和24.31%,达到破坏荷载时的累积耗能是普通混凝土连梁的1.5倍,采用FRC可提高连梁的承载能力、延性和耗能能力;随着跨高比增大和箍筋数量的增加,连梁的变形和耗能能力提高。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比连梁的受剪承载力计算式,其计算值与试验值吻合较好。     

新配筋方案小跨高比连梁受剪承载力计算

联肢剪力墙中的洞口连梁一般为小跨高比连梁,这种连梁的受剪承载力计算目前尚未很好解决。根据9个沿梁截面高度布置三层封闭箍筋连梁的试验结果,分析了影响连梁破坏形态、位移延性系数和耗能比的因素。研究了连梁跨高比、截面尺寸、材料强度、箍筋数量和纵向钢筋数量对其受剪承载力的影响。在此基础上,通过多元回归分析,建立了新配筋方案小跨高比连梁受剪承载力计算公式,提出了相应的剪压比限值。受剪承载力公式的预测值与试验值吻合良好。     

钢板混凝土组合连梁的试验研究

为了评估并提高钢板混凝土组合梁的抗震性能,对其进行了试验研究。对6个不同跨高比、钢板厚度和弯曲-抗剪能力比的组合连梁样本施加反复荷载。从梁角部的钢板断裂开始进入极限状态,并逐渐发展到钢腹板和钢翼缘的中部。断裂开始后连梁抗剪能力方面的增长有限。发现的两种局部屈曲现象为梁端的压缩局部屈曲和钢腹板的剪切屈曲。内填混凝土并无压缩失效现象,混凝土裂缝的模式与钢板变形相一致。无对接焊缝的连梁腹板和剪力墙连接试件的变形能力大于局部有对接焊缝的试件。连梁的稳定性和完整的滞回性能表明了其具有稳定的耗能能力。     

钢-混凝土组合连梁抗震性能研究

在小跨高比情况下,通过在连梁中嵌入抗剪钢板可有效约束混凝土受剪斜裂缝在跨中的开展,使得混凝土因斜向压溃导致的斜压剪切破坏推迟出现,使小跨高比连梁在斜向45°应力集中区形成有效的传力机构,承载能力、延性及耗能明显提高.本文运用ABAQUS有限元软件,针对配有内包钢板的钢-混凝土组合连梁结构进行有限元模拟分析,研究内包钢板或型钢在不同开孔形式、开孔率及孔长宽比条件下对组合连梁整体受力性能的影响.     

抗震剪力墙结构小跨高比连梁承载力计算分析

基于拉、压杆模型理论,分析了小跨高比连梁内部传力机制,确定其受弯、受剪承载力。分别计算了三种抗剪机制承担剪力的大小,由叠加法和杠杆法分别确定最终受剪、受弯承载力。计算结果与试验结果对比分析表明,推导的小跨高比连梁承载力计算公式与试验结果基本吻合,由计算剪弯比确定的小跨高比连梁破坏模式与实际破坏模式一致。     

Research on mechanics and deformation performance of plate-reinforced composite coupling beamswith small span-to-depth ratio

根据7个小跨高比钢板 混凝土组合连梁试件的应变量测数据，研究了纵筋、箍筋和钢板在不同转角位移下的应变分布，定量分析了不同工作阶段连梁中钢板承担的剪力，并采用ABAQUS软件对组合连梁试件的抗震性能进行了非线性有限元分析。结果表明：钢板承担的剪力占连梁总剪力的百分比随连梁弦转角的增大而逐渐增大；小跨高比组合连梁剪切变形和总侧移量并不成固定比例增长；随着加载位移的增加，连梁剪切变形所占比例逐渐增大，各试件达到屈服荷载以后，剪切变形已超过总变形的50%以上。采用混凝土应力-裂缝宽度关系来考虑混凝土受拉软化性能，能较好地进行小跨高比组合连梁的弹塑性有限元分析。钢板沿梁跨度方向全跨轴向受拉，拉力分布呈M形分布，随着钢板厚度的增大，M形的峰值点拉力逐渐增大，在梁跨内钢板拉力较小，最小仅约为其峰值拉力的20%；跨高比、截面配钢率、纵筋配筋率、混凝土抗压强度和楼板作用是影响组合连梁抗震性能的主要因素。     

对角斜筋小跨高比纤维增强混凝土连梁抗震性能试验研究

为满足小跨高比连梁承载力、延性及耗能的要求,同时避免由于钢筋密集导致的施工困难,采用纤维增强混凝土（FRC）代替普通混凝土作为连梁基体,完成了4个对角斜筋小跨高比FRC连梁试件与1个混凝土连梁对比试件的拟静力试验,分析其破坏过程、破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力等。分析结果表明：FRC可提高连梁的承载力、延性和耗能能力;对角斜筋FRC连梁在主斜裂缝出现前,已具有很高的受剪承载力和变形能力以及良好的抗损伤能力,能够满足强震下的承载力和变形需求,强震后无需修复或稍加修复即可继续使用。     

螺栓灌胶节点对螺栓钢板加固钢筋混凝土连梁抗震能力影响的试验

为了提高小跨高比既有连梁的抗震性能,提出了一种新型的螺栓钢板加固法和一种新型的钢板屈曲控制装置。按照1∶2比例制作3个钢筋混凝土连梁试件,通过低周往复荷载试验研究了螺栓灌胶节点对钢板加固钢筋混凝土连梁的影响。结果表明:未采用螺栓钢板法加固的连梁呈现出脆性剪切破坏;采用螺栓钢板法进行普通高强螺栓加固的连梁,其强度和延性并没有提高;采用螺栓钢板法进行螺栓灌胶节点加固的连梁,其强度、延性和耗能能力得到大幅度提高。     

新配筋方案小跨高比连梁的试验研究

洞口连梁是抗震剪力墙结构多道抗震防线的第一道,其抗震性能优劣决定整个结构的抗震性能。但高延性、高耗能、小跨高比连梁的设计仍是国内外抗震钢筋混凝土结构中至今未能有效解决的问题之一。提出了一种沿梁截面高度将箍筋分三层布置的新配筋方案,做了3个试件的试探性试验,研究了名义剪压比、剪箍比、配箍特征值等因素对新配筋小跨高比连梁的延性、耗能性能、破坏形态的影响。试验证明新配筋方案连梁的抗震性能优良、施工方便,是解决这一问题的一个有效途径。     

宽连梁剪力墙及其抗震性能研究

提出一种通过加大连梁两侧或单侧宽度的方式,用以解决连梁受剪承载力不足的问题。基于连梁抗弯刚度等效的原则,可以有效避免连梁刚度增大,地震作用随之增大的现象。对宽连梁剪力墙结构在多遇地震作用下的层间位移角、动力特性、侧向刚度、连梁内力等进行分析,验证了宽连梁对改善连梁剪压比的作用。对普通连梁与宽连梁构件进行了弹塑性有限元分析,将其滞回性能、骨架曲线等进行比较,证明了宽连梁的变形能力和延性明显优于普通连梁。最后,通过对剪力墙结构的弹塑性时程分析,对宽连梁在高层结构中的抗震性能进行研究。分析结果表明：通过增加连梁宽度的方式能够有效提高连梁的受剪承载能力;与相同抗弯刚度的普通连梁相比,宽连梁的跨高比增大,其转动能力、延性与耗能能力明显增强;罕遇地震作用下宽连梁剪力墙结构在最大层间位移角、塑性铰分布、连梁剪力、受剪承载力等方面均显著优于普通连梁剪力墙结构。     

内嵌钢板混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为改善传统高层建筑剪力墙连梁的抗震性能,设计并制作3个内嵌钢板混凝土组合(SPC)连梁和1个交叉斜筋钢筋混凝土连梁试件并进行低周往复加载试验。试件变化参数包括连梁纵筋配筋率和配板形式。对比分析各连梁的破坏过程、滞回性能、耗能能力、强刚度退化、承载力、延性以及变形能力等。结果表明,连梁试件发生弯剪和弯曲两种破坏模式;增大连梁纵筋配筋率在提高承载力的同时降低了试件的延性变形;在配板率相同情况下,钢板形式由单钢板改变为拉结双层钢板,连梁受力性能相似,当单层钢板厚度较大时可采用双层钢板设计方案;钢板的设置可有效提高试件的承载力与延性,较好改善滞回曲线的捏拢效应,同时参与连梁端部塑性铰区的抗弯,提供较大的抵抗弯矩,钢板的受压作用也可提高塑性铰的转动能力。与交叉配筋钢筋混凝土连梁相比,利用钢板良好的承载力和延性变形能力,内嵌钢板混凝土组合连梁具有稳定的滞回性能和耗能能力且施工简单,其综合抗震性能优于传统配筋混凝土连梁。     

Behavior of steel plate shear wall connected to frame beams only

This paper presents the study of steel plate shear walls which are connected to frame beams only. As the shear walls are not connected to frame columns, the premature failure overall buckling or local buckling of frame columns can be prevented. In fact, most of both structural design engineers and architects prefer this kind of steel plate shear walls because the dimension of their opening space is relatively flexible by using several steel plates with small span-to-height ratio placed parallel to each other. In this paper, two steel plate shear walls were fabricated and tested. The influence of stiffeners on the hysteretic behavior of this kind of member was studied. The experimental results showed that this kind of specimen had good ductility and energy dissipation capacity. The energy dissipation capacity of specimen with stiffeners was larger than that of the specimens without stiffeners. Meanwhile, the finite element method was applied to analyze the behavior of steel plate shear walls, whose results were validated by comparing with the corresponding experimental results. Analytical results showed that the free edges deformed with evident out-of-plane deformation and should be constrained by stiffeners to meet the design requirements. The energy dissipation capacity is much better for steel plate shear walls with lower height-to-thickness ratio and larger span-to-height ratio. At last, the skeleton curve of steel plate shear wall was proposed for calculating the elastic rigidity and load-carrying capacity.