FRC对角斜筋小跨高比连梁改进设计有限元分析

在水平地震作用下,小跨高比连梁在达到所需延性之前易发生剪切失效,难以满足抗震设防要求。试验研究表明,纤维增强混凝土对角斜筋小跨高比连梁(FRC连梁)具有较好的延性。为了进一步提高小跨高比连梁的延性,提出在FRC连梁配筋基础上,在对角斜筋上增设拉筋、在受力纵筋靠近墙肢150mm长度范围内套上PVC套管、在对角斜筋上增设拉筋同时在受力纵筋靠近墙肢150mm长度范围内套上PVC套管三种改进方案,并建立有限元模型对三种改进方案进行对比分析。研究表明,三种改进方案均可提高FRC连梁延性和耗能能力,其中在对角斜筋上增设拉筋同时在受力纵筋靠近墙肢150mm长度范围内套上PVC套管的改进方案延性和耗能最大,相较原方案更易实现连梁为联肢墙结构第一道抗震设防防线的要求。     

配置斜筋单排配筋混凝土双肢剪力墙抗震性能试验研究

在水平地震作用下,低轴压比的单排配筋混凝土剪力墙易在底部施工缝处产生剪切滑移现象,影响其耗能能力,在剪力墙底部配置斜向钢筋可以较好地避免此现象发生。为研究配置斜筋单排配筋混凝土双肢剪力墙的抗震性能,对3个1/2缩尺的单排配筋混凝土双肢剪力墙进行了拟静力试验,研究了在墙肢及连梁中配置斜筋对混凝土双肢剪力墙破坏机制与抗震性能的影响。对比分析了配置斜筋双肢墙与未配置斜筋双肢墙的破坏形态、滞回特性、承载力、延性、刚度和耗能能力。试验结果表明:在墙肢配筋量相同的条件下,在墙肢底部设置适量的斜筋,可提高双肢墙的延性和耗能能力,并对其破坏机制产生影响;在墙肢分布钢筋量不变条件下,在墙肢底部和连梁中增设斜筋,可明显提高双肢墙的延性和耗能能力。     

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。     

钢筋混凝土联肢墙小跨高比复合斜筋连梁抗震性能试验研究

钢筋混凝土联肢剪力墙或联肢筒壁中的连梁是抗震关键部件。小跨高比连梁因剪弯比高,不采取特殊措施难以满足高剪力条件下的高延性要求。现行设计规范使用的交叉暗撑连梁虽抗震抗剪能力及延性好,但钢筋绑扎困难;现行规范降低抗剪能力上限、强化配箍要求的普通配箍连梁则抗剪能力过低、延性依然不足。为此,有必要寻求一种不需内力或刚度折减的高抗剪能力、高延性、便于施工的小跨高比连梁设计方案。为适应小跨高比连梁的受力特征,提出一种由交叉斜筋和上、下L形斜筋复合配筋的新设计方案,并完成19个具有不同跨高比、不同剪压比和不同斜筋———L形筋用量比的足尺连梁低周交变加载试验。试验结果表明,采用新方案配筋的连梁具有良好的抗震性能;剪跨比为0.8~2.5的该类连梁在剪压比高达0.3及以上时仍具有不低于4.0~5.0的位移延性,且施工难度明显降低。这种新的连梁配筋方案可推荐用于高抗震等级的建筑结构。     

斜筋对大洞口率单排配筋双肢墙的抗震性能影响研究

单排配筋混凝土剪力墙易在基底施工缝处发生剪切滑移,影响其抗震性能。为了解在剪力墙底部配置斜向钢筋对大洞口率单排配筋混凝土双肢墙的抗震性能影响,对1个底部配置斜筋的双肢墙和1个未配置斜筋的双肢墙进行了低周反复荷载试验,并用ABAQUS有限元软件进行了数值模拟分析,研究了试验模型的破坏特征、滞回性能、承载力、延性、刚度和耗能能力。结果表明：对于洞口率较大的单排配筋混凝土双肢墙,在保持墙肢总配筋量不变条件下,墙肢底部适当配置斜向钢筋可限制其剪切变形发展,避免墙肢底部施工缝处发生剪切滑移现象,对双肢墙的延性和耗能能力有一定的提高作用。     

装配式空心板剪力墙结构叠合连梁抗震性能试验研究

装配式空心板剪力墙结构的叠合连梁由预制U形混凝土模壳、模壳内后浇混凝土及水平后浇带组成。为研究其抗震性能,完成了3种跨高比、底部纵筋在墙肢内2种锚固方式并按“强剪弱弯”设计的5个连梁试件的拟静力试验,其中,跨高比为1.5和3.0的连梁试件各2个,跨高比为2.4的连梁试件1个,3个试件连梁底部纵筋锚固板锚固,2个试件连梁底部纵筋直线锚固。试验结果表明：预制U形模壳与后浇混凝土整体共同工作;达到峰值弯矩前,连梁纵筋屈服,箍筋未屈服,连梁与墙肢结合面开裂和滑移;加载结束时,连梁角部混凝土压坏、剥落;连梁为弯曲滑移破坏,但跨高比为1.5和2.4的连梁表面布满斜裂缝,跨高比为3.0的连梁的斜裂缝分布在两端约500mm高度范围内;连梁梁端弯矩-转角滞回曲线捏拢,耗能能力较差;连梁极限转角为1/40~1/28,具有很好的弹塑性变形能力;底部纵筋在墙肢内的锚固方式对连梁的抗震性能基本没有影响;连梁顶部纵筋受拉与底部纵筋受拉时的受弯承载力分别为按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中的正截面受弯承载力公式计算值的1.10~1.34倍和1.13~1.37倍,可采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的公式计算叠合连梁的受弯承载力。     

装配式空心板剪力墙结构叠合连梁抗震性能试验研究

装配式空心板剪力墙结构的叠合连梁由预制U形混凝土模壳、模壳内后浇混凝土及水平后浇带组成。为研究其抗震性能,完成了3种跨高比、底部纵筋在墙肢内2种锚固方式并按“强剪弱弯”设计的5个连梁试件的拟静力试验,其中,跨高比为1.5和3.0的连梁试件各2个,跨高比为2.4的连梁试件1个,3个试件连梁底部纵筋锚固板锚固,2个试件连梁底部纵筋直线锚固。试验结果表明:预制U形模壳与后浇混凝土整体共同工作;达到峰值弯矩前,连梁纵筋屈服,箍筋未屈服,连梁与墙肢结合面开裂和滑移;加载结束时,连梁角部混凝土压坏、剥落;连梁为弯曲滑移破坏,但跨高比为1.5和2.4的连梁表面布满斜裂缝,跨高比为3.0的连梁的斜裂缝分布在两端约500 mm高度范围内;连梁梁端弯矩-转角滞回曲线捏拢,耗能能力较差;连梁极限转角为1/40～1/28,具有很好的弹塑性变形能力;底部纵筋在墙肢内的锚固方式对连梁的抗震性能基本没有影响;连梁顶部纵筋受拉与底部纵筋受拉时的受弯承载力分别为按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中的正截面受弯承载力公式计算值的1.10～1.34倍和1.13～1.37倍,可采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的公式计算叠合连梁的受弯承载力。     

采用新配筋方案小跨高比抗震连梁的试验研究

洞口连梁是抗震联肢剪力墙塑性耗能机构的关键部件,但高延性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。本文作者所在研究组提出的加设对角交叉斜筋及菱形斜筋的新配筋方案,经试验证明其抗震性能优良,且便于施工,是解决这一难题的有效出路。本文着重介绍所完成的第二批低配筋率构件的试验结果以及从中得出的主要规律。     

带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙抗震性能试验研究

为了研究带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙结构的抗震性能,对1个1∶4缩尺的5层带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙试件进行了恒定轴压力下的水平低周往复加载试验,分析试件在循环荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等,得到结构的受力特征和破坏机理。研究结果表明:剪力墙墙肢以弯曲破坏为主,钢连梁以剪切破坏为主;滞回曲线无明显的捏缩效应;试件的承载力略高于理论承载力;平均延性系数为2.39,破坏时的位移角介于1.88%～1.94%之间;结构体系通过钢连梁的剪切变形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量,能够明显改善带螺栓连接的组合钢板联肢剪力墙的抗震性能,实现了连梁-墙肢双重设防机制。     

预制装配式钢筋混凝土一体化剪力墙抗震性能研究及构造方案优化

针对预制装配式剪力墙结构,提出了内置空心管的混凝土填充墙与实体剪力墙墙肢一同浇筑生产、安装施工的预制一体化剪力墙结构。通过5个外形尺寸、墙肢和连梁配筋相同的混凝土双肢剪力墙的拟静力试验,探究了无填充、砌块砌体填充和一体化整体填充的剪力墙抗震性能,总结了这三类墙体的破坏形态、受力特点、承载与变形能力、刚度、延性和耗能能力的特点。试验结果表明：预制一体化剪力墙在水平往复荷载作用下发生弯剪破坏,相比于无填充墙试件和砌体填充试件,其抗侧刚度和受剪承载力有明显提高,同时具有良好的抗震性能。最后,基于OpenSEES平台对拟静力试验结果进行了有限元验证,得到了吻合程度较好的滞回曲线、骨架曲线及墙肢纵筋应变;根据试验结果与有限元分析,提出了预制一体化混凝土剪力墙结构合理的填充墙构造方案。     

钢板混凝土联肢组合剪力墙结构抗震设计方法及试验研究

钢板混凝土联肢组合剪力墙是一种具有"双重防线机制"的优良抗震结构体系,其理论研究已经滞后于工程实践的发展,传统的基于强度的抗震设计方法难以从抗震耦合机制层面解决连梁和组合墙肢的匹配问题。为此提出以耦连比为基本设计参数,以连梁-墙肢"双重防线机制"为性能目标的钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震设计方法。基于此方法,设计原型结构,并按原型结构底部五层的联肢墙设计制作1∶4缩尺试件,对试件施加往复荷载,考察试件的整体屈服机制。试验结果表明,结构体系通过钢连梁的剪切变形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量,实现了连梁-墙肢"双重防线机制",验证了该设计方法的合理性。     

Seismic design method and experimental study of composite steel plate-concrete coupled shear wall systems

钢板混凝土联肢组合剪力墙是一种具有“双重防线机制”的优良抗震结构体系,其理论研究已经滞后于工程实践的发展,传统的基于强度的抗震设计方法难以从抗震耦合机制层面解决连梁和组合墙肢的匹配问题。为此提出以耦连比为基本设计参数,以连梁-墙肢“双重防线机制”为性能目标的钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震设计方法。基于此方法,设计原型结构,并按原型结构底部五层的联肢墙设计制作1∶4缩尺试件,对试件施加往复荷载,考察试件的整体屈服机制。试验结果表明,结构体系通过钢连梁的剪切变形和墙肢底部的塑性铰变形来耗散能量,实现了连梁-墙肢“双重防线机制”,验证了该设计方法的合理性。     

短肢剪力墙应变分布演化过程试验研究

短肢剪力墙是指肢长与厚度比值在5~8之间的抗震墙,这种结构体系广泛应用于10~25层的住宅工程中,工程设计中应用的商品化软件只能进行弹性分析,低周反复试验可以揭示短肢墙从弹性应力状态逐渐演化,直至破坏的全过程。通过对肢长与肢厚比值分别为5、6.5、8的有翼墙和无翼墙两组(共6个)短肢墙试体的低周反复下应变演化全过程试验结果分析,表明:短肢剪力墙存在着明显的应力重分布;无翼墙和有翼墙短肢剪力墙墙肢底截面的应变基本符合平截面假定;无论有无翼墙,都是墙肢底部试验纵筋先于连梁箍筋屈服;连梁两端箍筋应变发展快,并最终导致结构破坏。这些分析结果可以为实际工程中短肢剪力墙设计和构造措施提供理论和技术依据。     

混合联肢部分外包组合剪力墙抗震性能试验研究

为满足高层建筑对抗震性能及装配性能的要求,提出一种混合联肢部分外包组合剪力墙结构。通过对一榀三层对称双肢2/3缩尺试件的低周反复加载试验,观测混合联肢部分外包组合剪力墙结构在循环荷载作用下的破坏全过程,分析试件的滞回性能、承载力、延性、刚度退化、耗能能力及连梁转动能力。研究表明：混合联肢部分外包组合剪力墙结构的滞回曲线饱满而稳定,没有明显的捏缩现象,该试件正反向位移延性系数平均值达到3.65,抗震性能及协同工作能力良好;剪切型钢连梁的损伤集中在连梁腹板处,极限塑性转角达到0.05rad;由于墙肢中部区格翼缘的设置,限制墙肢底部混凝土剪切裂缝的发展,剪力墙破坏的主要形式为弯曲破坏;钢连梁及型钢部分外包组合剪力墙均表现出优良延性和耗能能力;结构极限层间侧移角达到1/45,超过罕遇地震下规范限值要求。按照整体结构屈服时耦连比为45%设计的试件,塑性铰的发展满足“强墙肢弱连梁”的规律。基于试验结果,利用有限元软件ABAQUS进行拟静力分析,与试验吻合较好。     

FRC连梁联肢剪力墙数值模拟及设计方法

运用有限元软件ABAQUS建立剪力墙数值模型,分别对2个对称双肢剪力墙试件和2个塑性铰区采用纤维增强混凝土(FRC)的悬臂剪力墙试件在低周反复荷载作用下的抗震性能进行数值计算,计算结果与试验结果比较吻合,表明该模型可较准确地分析FRC连梁联肢剪力墙构件在低周反复荷载作用下的抗震性能.利用所建立的数值模型,讨论了联肢墙中用FRC连梁替代普通混凝土连梁的优越性,并探讨了耦合率对FRC连梁联肢剪力墙抗震性能的影响.结果表明,用FRC替代普通混凝土作为连梁基体,可以显著提高联肢剪力墙结构的耗能能力和延性,增大其初始刚度,减缓刚度退化程度;随着联肢剪力墙耦合率的增加,联肢剪力墙的刚度和承载力提高,但当耦合率过大时,形成强连梁体系,结构的延性和耗能能力将显著下降.     

钢筋混凝土带暗支撑双肢剪力墙抗震性能试验研究

提出了一种新型钢筋混凝土延性双肢剪力墙,即带暗支撑双肢剪力墙,进行了3个四层双肢剪力墙1/4缩尺模型的抗震性能试验研究。较系统地分析了结构的刚度及其衰减过程,以及承载力、延性、耗能、破坏机制和破坏特征等。试验结果表明在连梁中加配交叉斜筋对提高承载力和延性效果显著,但对两道抗震防线的控制不太理想;两墙肢加设暗支撑后,两墙肢抗震能力明显增强,有明确的两道抗震防线,同时结构整体变形和耗能能力显著增强,带暗支撑双肢剪力墙的关键在于合理地控制了剪力墙的破坏机制。文中还建立了带暗支撑双肢剪力墙的力学模型、承载力计算公式,计算结果与实测值符合较好。     

小跨高比连梁新配筋方案的混凝土强度影响分析

连接墙肢与墙肢的连梁是剪力墙结构中的重要耗能构件。文章用ANSYS9.0在对新配筋方案小跨高比连梁的非线性有限元分析的基础上,对影响小跨高比梁性能的主要参数进行了分析,探讨了混凝土强度等级对小跨高比连梁承载力和变形的影响。研究表明：混凝强度等级对小跨高比连梁的承载力和变形能力的影响较为显著;小跨高比连梁提高承载力都是以降低延性为代价的。     

新型配筋小跨高比洞口连梁的性能及设计方法

洞口连梁是钢筋混凝土抗震联肢剪力墙中保证延性及耗能性能的关键部件,但小跨高比洞口连梁因其特殊剪切受力机理,使它在不采取特殊配筋构造措施的前提下难以满足所需的延性要求。本文作者所在研究组通过对小跨高比洞口连梁的剪 弯受力机理的分析研究,提出了一种采用附加对角斜筋和菱形筋的新型配筋方案。经过共计20个接近足尺连梁试件低周反复加载试验证实,这种配筋方案的洞口连梁具有良好的延性及耗能性,且施工难度不大。本文在总结已完成试验结果的基础上,为此类新型配筋小跨高比连梁提出了一整套设计方法,供工程设计及修订国家标准参考。     

钢桁架连梁-联肢剪力墙耗能机理及抗震性能试验研究

对设置全钢桁架连梁和设置钢筋混凝土、钢桁架混合连梁的双层联肢剪力墙平面结构进行了拟动力试验和低周反复荷载试验,研究了不同工况地震波作用下剪力墙的时程响应,以及其破坏机理、承载力、滞回延性性能、耗能机理、刚度及强度退化机理。试验结果表明:全部设置钢桁架连梁的剪力墙的刚度分布合理,耗能机理及刚度强度退化机理符合联肢剪力墙抗震设计的要求。大震时,在保证较高耗能能力的同时能够维持较高的承载力和刚度,持续约束墙肢,抗震性能优于混凝土连梁联肢剪力墙体系,是一种较理想的连梁设置方案。     

钢筋混凝土联肢剪力墙弹塑性分析

利用三维非线性分析程序CANNY中的纤维模型模拟墙肢、单轴弹簧模型模拟连梁,对钢筋混凝土联肢剪力墙进行了弹塑性分析;在与试验结果进行对比分析的基础上,选取了用于钢筋混凝土剪力墙非线性分析的三线型骨架滞回模型和合适材料的应力-应变关系进行建模;通过数值计算分析了轴压比、墙体分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率、连梁纵筋配筋率对钢筋混凝土联肢剪力墙的承载力、延性、破坏形态等的影响。结果表明:轴压比、墙体分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率对钢筋混凝土联肢剪力墙的受力性能影响较大,连梁的纵筋配筋率影响较小;所选模型具有有效性。