爆炸下钢框架梁柱子结构抗倒塌性能评估

采用考虑子结构边界约束条件的数值分析模型,将钢梁在爆炸作用下的变形损伤引入子结构抗倒塌分析,建立了评估钢框架梁柱子结构爆炸后抗倒塌性能降低程度的压力-冲量曲线图及表达式,并分析梁端约束刚度及钢梁跨高比的影响。结果表明,抗倒塌阶段的前期出现压拱机制,随后经由梁机制过渡至悬链线机制,且抗倒塌性能降低程度与爆炸强度为非单调关系;除铰接约束外,水平约束刚度对子结构竖向承载力的发展过程影响不明显;随着钢梁跨高比的减小,产生相同降低指数所需的超压和冲量均增大,但当跨高比降至一定程度时,子结构趋于剪切变形模式,导致悬链线阶段的极限变形和最大竖向承载力均有所下降。     

机械套筒连接预制混凝土结构抗连续倒塌机理

为研究机械套筒连接预制混凝土(PC)结构的抗连续倒塌性能,对2个1/2缩尺PC子结构开展了试验研究,获得了PC子结构的破坏模式、竖向抗力-位移曲线、水平反力-位移曲线和梁挠度曲线。通过有限元软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型,并开展了数值分析。结果表明:子结构破坏主要集中在梁端,其中靠近中柱的梁端破坏相较于靠近边柱的梁端破坏更为严重; 梁-柱节点区域未发生明显破坏,试件的最终失效由中柱两侧梁端纵筋断裂控制,采用机械套筒连接可以保证梁底部钢筋的连续性; 压拱阶段和悬索阶段子结构主要通过梁截面剪力和轴拉力传递荷载; 增大钢筋直径可以显著提高子结构的第一峰值承载力和极限承载力; 混凝土抗压强度对于机械套筒连接PC子结构的承载力影响不大,但提高混凝土强度会提高混凝土与钢筋间的黏结力,导致梁纵筋更早发生断裂。     

子结构模型对钢管混凝土组合框架抗连续性倒塌能力的影响

为提高钢管混凝土结构抗连续倒塌分析效率,采用子结构的静力试验和有限元方法进行研究,但是子结构模型的选取对分析结果影响较大。为此,利用ABAQUS显式模块对不同子结构模型的钢管混凝土组合框架进行抗连续倒塌性能分析。在验证材料本构和建模方法合理的基础上,建立单柱双半跨、三柱双跨、四柱三跨和五柱四跨平面子结构模型,以分析不同子结构模型对钢管混凝土平面框架抗连续倒塌性能的影响;对比单柱四半跨、五柱四跨和2×2跨的钢管混凝土空间子结构模型的抗连续倒塌性能,并分析混凝土楼板和层数对其影响。结果表明：不同子结构模型的选取决定了不同的边界约束条件,进而对钢管混凝土组合框架抗连续倒塌性能影响较大;单柱双半跨平面子结构和单柱四半跨空间子结构的边界强约束使其前期荷载较大,但整体变形能力较差;由于失效柱相邻柱的约束增强,四柱三跨、五柱四跨平面子结构的极限弦转角和峰值荷载较三柱双跨子结构明显提高,其中有楼板平面子结构的提高更明显;由于角柱的约束和楼板整体性的提高,有楼板单层2×2跨空间子结构的极限弦转角和峰值荷载均高于五柱四跨空间子结构,但无楼板单层2×2跨和五柱四跨空间子结构相差不大;无论楼板存在与否,随着层数的增加,空间子结构模型的极限弦转角和峰值荷载均大幅提高。     

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。     

楼板对RC空间框架结构抗连续倒塌性能影响试验研究

为研究楼板对RC空间框架结构抗连续倒塌性能的影响作用,文章以汶川地震中完全倒塌的漩口中学教学楼为原型结构,设计3个单层2×2跨1/3缩尺模型,包括2个带楼板子结构和1个纯框架子结构,通过拟静力加载试验研究RC框架结构在拆除中柱状态下的连续倒塌破坏过程。试验结果表明：纯框架子结构首先进入梁机制阶段,框架梁内产生轴向压力,产生“压拱效应”,在梁端部截面抗弯承载力丧失后,进入悬链线机制阶段,依靠梁内部钢筋拉结力抵抗上部荷载。对比分析带楼板子结构与纯框架子结构试验结果,由于楼板的“薄膜效应”使梁机制峰值承载力提高了145%,悬链线机制峰值承载力提高了75%,楼板显著提高了梁机制和悬链线机制的抗连续倒塌能力。增加板厚增加梁板的“压拱效应”,极大提高梁机制承载力,然而大变形下梁板开始不协同作用,板发生冲切破坏,降低了悬链线阶段承载力和延性。     

配筋率和纵筋强度对RPC无腹筋梁抗剪性能的影响

为研究配筋率及纵筋强度对RPC无腹筋梁抗剪性能的影响,制作了4根仅纵筋配置不同的试验梁,进行四分点加载试验。通过观察整个试验过程,以及对加载过程中挠度、纵筋应变等数据进行分析,得出纵筋配置对该试验梁抗剪承载力与剪切延性的影响规律。试验结果表明:在某一固定剪跨比下,RPC钢筋混凝土梁抗剪承载力随着配筋率的增加而增加,随着纵筋强度的降低略有降低。配筋率的提高不仅能提高纵筋与RPC的销栓作用,同时也能提高斜裂缝顶部混凝土受压区高度,而提高纵筋强度只能提高混凝土受压区高度,故提高配筋率比提高纵筋强度更能有效提高构件抗剪承载力。     

HRB500钢筋混凝土Z形截面双向压弯柱正截面承载力数值分析

为研究HRB500钢筋混凝土Z形截面双向压弯柱的受力性能,采用Fortran语言编制Z形截面双向压弯柱承载力有限元计算程序,基于已进行的9根钢筋混凝土Z形截面柱试件反复加载试验结果,对程序的正确性进行验证,试验结果与计算结果吻合较好。分析了加载角度、混凝土强度等级、纵筋配筋率、轴压比和肢高肢厚比等参数对承载力的影响,得到了Z形截面双向压弯柱正截面轴力-弯矩(N-M)及双向弯矩(Mx-My)相关曲线的变化规律。研究结果表明:在轴压比、纵筋配筋率、肢高肢厚比满足限值的条件下,界限破坏时,混凝土强度等级由C45提高到C60,受弯承载力提高15.1%,受压承载力提高21.1%;配筋率由1.57%提高到2.26%,受弯承载力提高15%,受压承载力降低10.8%,加载角度对界限破坏点没有影响。配置HRB500纵筋Z形截面柱,混凝土强度等级不宜小于C50。     

预应力混凝土梁-柱子结构抗连续倒塌性能试验研究

通过开展2个有黏结预应力混凝土(PC)梁-柱子结构和2个无黏结PC梁-柱子结构的拟静力Pushdown试验，对中柱缺失后PC梁-柱子结构的抗倒塌性能进行研究。通过对比有黏结和无黏结PC梁-柱子结构的Pushdown试验结果发现：有黏结预应力筋较无黏结预应力筋可以有效提高结构的屈服荷载与初始刚度；两种子结构主要依靠钢筋产生的悬链线机制抵抗倒塌。此外，PC结构中的非预应力筋配筋率对其抗连续倒塌性能的影响也较为显著。单纯增加非预应力筋配筋率会增加PC梁-柱子结构在悬链线作用阶段中对周围结构的不利影响。因此，在PC结构的抗连续倒塌设计中需考虑合理的预应力筋与非预应力筋的比例。     

双向受弯钢筋混凝土简支梁抗剪性能试验研究

根据对正交试验结果和文献试验资料的研究,分析了次生扭矩产生的原因及期 对双向受弯钢筋混凝土简支梁抗剪强度的影响。结合次生扭矩探讨了荷载斜弯角、截面高度比、剪跨比1混凝土强度等级纵筋和箍筋配筋率等因素对有、无腹筋梁抗剪性能的影响。得出了双向受弯你件抗剪强度随着混凝土强度的提高,纵筋和箍筋配筋率的增大而提高,随着剪跨比、荷载斜弯角,截面高度比的增大而降低等结论。     

不同组合梁类型对钢管混凝土框架抗连续倒塌承载力影响分析

不同的组合梁构造形式对钢管混凝土框架的抗连续倒塌性能有着显著的影响。参考某实际工程选取一典型2层2跨平面框架,选取钢筋混凝土组合梁、预制空心带肋叠合组合梁以及压型钢板组合梁三种组合梁形式,通过采用Pushdown分析法研究不同类型组合梁对钢管混凝土框架结构抗连续倒塌性能的影响。基于有限元软件ABAQUS,采用精细单元法建立钢管混凝土平面框架进行数值分析,研究其倒塌全过程工作机理,计算荷载-位移曲线、钢梁截面内力。结果表明:三种组合梁框架结构的倒塌破坏都经历弹性阶段、弹塑性阶段、压拱阶段、塑性阶段、混合阶段及悬链线阶段;三种类型的组合梁对组合框架的初始刚度都有明显提高;三种类型组合梁都能延缓塑性铰发生破坏并且对框架结构倒塌过程中各阶段极限承载力都有大幅提升。     

钢筋混凝土单向梁板子结构抗连续倒塌试验研究

梁和板组成的楼盖系统是框架结构的主要抗连续倒塌构件。为了分析各类结构参数对钢筋混凝土楼盖系统抗连续倒塌性能的影响,该文首先根据《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010设计制作了8个钢筋混凝土单向梁板子结构缩尺试件,这些试件具有不同的截面尺寸和配筋率。然后通过竖向加载试验研究这些试件在中柱破坏后的材料变形/损伤和抗连续倒塌承载力。试验结果表明：带楼板的子结构试件的承载能力明显高于相同截面的梁试件的承载能力;试件在梁机制阶段的承载能力主要由截面尺寸和钢筋面积所决定,而悬链线机制阶段的承载能力主要由截面中连续钢筋面积所决定;楼板的宽度、厚度和板内配筋以及梁高对梁机制下的承载力有较大的提高,其中板宽在大于一定值后影响变得不显著;只有楼板宽度和楼板配筋率对悬链线机制下的承载力有显著影响;梁内抗震配筋对缩尺试件在两个阶段的抗连续倒塌承载力影响都不大。     

正交法分析无腹筋FRP筋混凝土梁抗剪强度

为了研究无腹筋FRP筋混凝土梁抗剪强度,采用正交试验法分析剪跨比、纵向配筋率、梁的有效高度、混凝土抗压强度对无腹筋FRP筋混凝土梁抗剪承载力的影响。研究结果表明:剪跨比是影响无腹筋FRP筋混凝土梁抗剪承载力的主要因素,并且与梁的抗剪承载力成反比;其次,随着混凝土抗压强度的提高,梁抗剪承载力逐渐增大,近似呈线性关系;纵向配筋率与梁的有效高度对梁抗剪承载力有一定作用,但影响程度不明显。     

预应力钢骨混凝土梁非线性分析

为进一步研究预应力钢骨混凝土梁的工作性能,运用有限条带法,考虑材料非线性,编制计算程序,对其在单调荷载作用下的整个受力过程进行分析。计算得到预应力与普通钢骨混凝土梁在开裂阶段、屈服阶段、极限阶段的荷载、位移值,及混凝土强度、含钢率、有效预应力、非预应力筋配筋率对预应力钢骨混凝土梁荷载—变形关系的影响曲线。结果表明,对钢骨混凝土梁施加预应力,能显著提高构件的开裂承载力和极限承载力,但其延性有所降低;混凝土强度等级越高,梁的开裂承载力和极限承载力越大;含钢率越大,截面刚度越大,构件承载力提高越明显;开裂前阶段,非预应力筋配筋率对构件承载力的影响较小,开裂后,非预应力筋配筋率越大,梁的极限承载力越大。     

纤维增强混凝土耗能墙-钢筋混凝土框架结构抗震性能数值研究

在高性能纤维增强混凝土(HPFRC)耗能墙-钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能试验研究的基础上,考虑了RC框架混凝土强度等级、框架柱配筋率、框架柱截面尺寸三个因素,进行了有限元模拟分析。结果表明:建立的HPFRC耗能墙-RC框架结构有限元模型较为准确,有限元计算结果与试验结果吻合较好;随着RC框架混凝土强度等级的提升,试件各个荷载特征点的水平承载力均有所提高,但变形能力变化不大;随着框架柱配筋率和框架柱截面尺寸的增大,试件各个荷载特征点的水平承载力均明显提高,极限位移也有所增加;为了保证此类结构的抗震性能,针对RC框架混凝土强度等级、框架柱配筋率和框架柱截面尺寸,提出了可供设计参考的相关建议值。     

部分约束下组合梁柱子结构抗连续倒塌机理

为研究部分约束钢框架组合梁柱子结构的抗连续倒塌机理,对其进行数值模拟研究。利用ABAQUS软件建立了1:3缩尺的部分边界约束组合梁柱子结构的精细化数值模型,模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元建模方法的正确性。在此基础上建立足尺模型,分析边界约束侧向刚度、边柱尺寸、边柱轴压比对部分边界约束下组合梁柱子结构的抗连续倒塌性能的影响。结果表明:当弹簧约束系数n<1时,边界约束侧向刚度对组合梁柱子结构的抗连续倒塌性能影响显著,增大侧向约束刚度可有效提高组合梁柱子结构的抗连续倒塌性能; 当弹簧约束系数n>1时,增大侧向约束刚度对组合子结构的抗连续倒塌性能影响较小; 边柱尺寸过大或过小均不利于组合梁柱子结构抗连续倒塌性能的发挥,当梁柱线刚度比处于0.6～1.1区间时,边柱尺寸越大,悬链线机制发挥越充分,组合梁柱子结构的抗连续倒塌性能越好; 边柱轴压比对不同机制抗力的占比影响不大,但会影响组合梁柱子结构的承载能力,当边柱轴压比取0.3时,组合梁柱子结构的抗连续倒塌性能发挥最佳。     

钢筋混凝土框架短柱抗剪性能的研究与计算

总结了国内外对钢筋混凝土框架抗剪承载力的研究现状,介绍了轴压比、剪跨比、箍筋、混凝土的强度、纵筋等因素对短柱抗剪性能的作用机理及对短柱抗剪承载力的影响,给出短柱抗剪承载力的计算方法,可供结构设计者参考。     

塑钢纤维轻骨料混凝土轴压短柱正交试验研究

采用正交试验法对18根塑钢纤维轻骨料混凝土短柱进行了轴心受压试验,研究了轻骨料混凝土强度、纵筋配筋率、塑钢纤维掺量三个因素对短柱轴压性能的影响。结果表明:提高轻骨料混凝土强度、纵筋配筋率、塑钢纤维掺量均可以提高试件的承载力;提高骨料混凝土强度和纵筋配筋率,试件延性略有降低,提高塑钢纤维掺量试件延性提升较大;对试件承载力的影响由大到小为试件纵筋配筋率、轻骨料混凝土强度、塑钢纤维掺量;对试件延性的影响由大到小为塑钢纤维掺量、试件纵筋配筋率、轻骨料混凝土强度。     

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。     

高强箍筋高强混凝土梁受剪试验研究

设计了一套使钢筋混凝土梁剪切破坏稳定可控的刚性试验系统,利用该试验系统,完成了19根剪跨比为3的钢筋混凝土简支梁的剪切破坏试验,得到了荷载-挠度曲线。根据试验结果,分析了混凝土强度等级、箍筋的强度和倾角、纵筋配筋率和纵向分布钢筋等因素对试验梁破坏形态、剪切延性系数和受剪承载力的影响,并将受剪承载力试验值与我国混凝土结构设计规范和美国ACI规范计算值进行了对比。结果表明:对于剪跨比等于3的梁,适当配置腹筋,可以改善其延性性能;在高强混凝土梁中应用高强箍筋,可使两种材料的强度充分发挥,不仅增加了梁的剪切延性,而且提高了梁的受剪承载力;高强箍筋高强混凝土梁的受剪承载力仍可采用我国现行混凝土结构设计规范公式进行计算,但是对于高强混凝土无腹筋梁、纵筋配筋率低的梁和配有高强箍筋的普通强度混凝土梁安全度偏低。     

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。