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。     

焊接封闭箍筋混凝土柱抗震性能试验

通过9根不同轴压比及配箍率下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:各试件滞回曲线较为饱满,捏缩现象较轻,表现出较好的延性及耗能性能;试件的承载能力及延性随轴压比的增大而增大,但刚度和强度退化较快;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,但后期强度和刚度退化较为明显,建议焊接封闭箍筋的间距不宜小于50 mm。     

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。     

小跨高比钢板·混凝土组合连梁受力与变形性能研究

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。     

双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙的抗震性能,进行了2层半单跨1/3缩尺试件的低周反复加载试验,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。试验结果表明:双钢板内填混凝土短肢组合剪力墙滞回曲线饱满,耗能能力强,延性好,水平刚度较大;循环荷载作用下,连梁腹板首先屈服进入塑形,接着连梁两端翼缘、柱脚和剪力墙底部进入塑性;第2层连梁两端翼缘拉断,导致试件失效;剪力墙的线刚度远高于连梁的线刚度,水平荷载作用下连梁两端弯矩大,为结构的薄弱部位;为避免剪力墙自由边底部与梁连接部位发生破坏,在自由边处应设置边柱加强;试件达到峰值荷载时,顶点位移角为1/50;双钢板内填混凝土短肢剪力墙试件底层变形比2层小,耗能相对2层少;弹性范围内同一水平荷载作用下,连梁腹板的剪应变最大,边柱柱脚的正应变较大,剪力墙钢板的剪应变较小。ABAQUS 有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

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。     

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。     

含钢率对钢板混凝土连梁抗震性能影响试验研究

在地震作用下,内置钢板的钢板-混凝土组合连梁能够起到较好的耗能能力。为定量分析含钢率对钢板-混凝土组合连梁抗震性能的影响,完成了2个缩尺比例为1∶3的钢板连梁-剪力墙试件的低周往复水平拟静力加载试验,采用位移控制加载。2个试件以钢板厚度为变化参数,分别为10mm和12mm,跨高比、锚固长度等均不作变化。试验结果表明,含钢率较高的连梁表现出更为理想的变形能力,并拥有更高的延性。内置钢板的钢筋混凝土连梁,在试件达到屈服之后,能够在梁端形成塑性铰,进入承载力强化阶段,滞回曲线较为饱满,可以有效耗散地震能量。     

小跨高比连梁新配筋方案的受力性能研究

连接墙肢与墙肢的连梁是剪力墙结构中的重要耗能构件。用ANSYS9.0对沿梁截面高度配3层箍筋的小跨高比连梁的受力性能进行了非线性有限元分析,分析了连梁在反复水平荷载作用下的强度、刚度、裂缝开展情况、钢筋和混凝土的应力及应变分布规律。研究表明:小跨高比连梁配3层箍筋时,有效地约束了混凝土裂缝开展,各受力钢筋的承载力得到了充分发挥,连梁具有较好的延性和耗能能力。     

可替换连梁连接的双钢板混凝土联肢组合剪力墙抗震性能试验研究

为了研究可替换连梁连接的内填混凝土双钢板混凝土联肢组合剪力墙结构的抗震性能,进行了2层半单跨1∶3缩尺试件的低周反复加载试验。试验中对连梁进行了2次替换,分析了试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化以及耗能能力。试验结果表明:水平荷载作用下,双钢板混凝土联肢组合剪力墙的可替换连梁首先进入塑性耗能,连梁替换后结构的抗震性能基本恢复到连梁替换前的性能水平;连梁端板没有出现变形,连梁拆卸和安装方便;设计中钢柱柱脚截面可适当加大,需合理设计柱脚部位的焊缝和连接构造,避免应力集中;可替换连梁连接的组合剪力墙结构的滞回曲线比较饱满,抗震性能较好;连梁替换前后结构的骨架曲线相差很小,其抗侧刚度基本一致;结构进入塑性后,试件的承载能力降低很小;在同水平荷载作用下,连梁的剪应力最大,边柱柱脚的正应力较大,中柱、钢梁及剪力墙钢板的应力较小。     

焊接封闭箍筋约束混凝土柱拟静力试验研究

为研究焊接封闭箍筋约束混凝土柱的抗震性能,共进行了12根焊接封闭箍筋混凝土柱试件在低周反复荷载作用下的拟静力试验。分析了试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能、刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:各试件滞回曲线较为饱满,捏缩现象较轻,表现出良好的延性及耗能性能;随着剪跨比的增大,试件的承载能力逐渐减小,延性及耗能能力增强;随着轴压比的增大,试件的承载能力、延性及耗能能力均增大;各试件的极限位移角均大于1/25,抗震性能良好,能满足工程实践的要求。     

焊接箍筋混凝土柱滞回性能试验及影响因素分析

为研究焊接箍筋混凝土柱的滞回性能,以剪跨比、轴压比、配箍率和混凝土强度为设计参数,对12个焊接箍筋混凝土柱进行低周反复加载试验。观察各试件的破坏形态,实测试件的荷载-位移滞回曲线,探讨各设计参数对位移延性系数、强度、刚度和耗能系数等滞回性能指标的影响规律。研究结果表明:各试件的滞回曲线均较饱满,表现出良好的滞回性能;剪跨比对试件滞回性能指标的影响最为显著,轴压比的影响次之,配箍率和混凝土强度的影响较小。     

配置HRB500钢筋小跨高比带板开缝连梁的抗震性能试验研究

为了防止联肢剪力墙中小跨高比连梁发生低延性剪切破坏,在单连梁中部设置一条通缝,形成开缝连梁改善其抗震性能。试验完成了3个小跨高比带板开缝连梁的低周反复加载,通过与其他配筋形式连梁对比,分析了开缝连梁的破坏形态、滞回特征、承载力退化、刚度退化、延性、耗能等一系列抗震性能。利用软件ABAQUS对试件滞回曲线的骨架曲线进行模拟,并将模拟结果和试验结果相对比。结果表明,小跨高比开缝连梁具有良好的承载能力及变形能力,施工较为方便且经济,能有效防止小跨高比连梁延性较差的剪切破坏,具有较好的抗震性能,可在实际工程中推广。     

带钢板耗能键的钢管混凝土排柱组合剪力墙抗震性能研究

采用ABAQUS软件,建立4个带钢板耗能键的钢管混凝土排柱组合剪力墙模型,在验证建模方法可靠的基础上,对不同试件进行低周反复荷载下滞回特性、耗能能力、骨架曲线、延性、强度退化及刚度退化的对比研究,得出试件骨架曲线、滞回曲线,计算出承载力和位移延性系数,并分析剪跨比、钢管套箍率、材料强度等级三个不同参数对组合剪力墙的影响。结果表明,该组合剪力墙的承载力高、耗能能力强、后期刚度稳定、抗震性能良好;组合结构的承载力、耗能能力均随钢板数量增加而提高,但延性下降,外包混凝土能够大大提高结构的承载力和耗能能力;随剪跨比的增大,组合剪力墙承载力下降,但变形能力增强;随钢管套箍率增大,组合剪力墙的承载力和延性系数比增大,钢管套箍率宜取1.01;钢管内部的混凝土对整体结构强度影响的效果不明显。     

带钢板耗能键的钢管混凝土排柱组合剪力墙抗震性能研究北大核心CSCD

采用ABAQUS软件,建立4个带钢板耗能键的钢管混凝土排柱组合剪力墙模型,在验证建模方法可靠的基础上,对不同试件进行低周反复荷载下滞回特性、耗能能力、骨架曲线、延性、强度退化及刚度退化的对比研究,得出试件骨架曲线、滞回曲线,计算出承载力和位移延性系数,并分析剪跨比、钢管套箍率、材料强度等级三个不同参数对组合剪力墙的影响。结果表明,该组合剪力墙的承载力高、耗能能力强、后期刚度稳定、抗震性能良好;组合结构的承载力、耗能能力均随钢板数量增加而提高,但延性下降,外包混凝土能够大大提高结构的承载力和耗能能力;随剪跨比的增大,组合剪力墙承载力下降,但变形能力增强;随钢管套箍率增大,组合剪力墙的承载力和延性系数比增大,钢管套箍率宜取1.01;钢管内部的混凝土对整体结构强度影响的效果不明显。     

混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点拟静力试验研究

为研究复合焊接环式箍筋混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点的受力性能。对四种不同连接形式的8个复合焊接环式箍筋混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验,分析了各节点的破坏形态、承载力、受剪性能、延性、耗能性能、滞回特性等。试验结果表明:试件的承载力与节点核心区的配箍率有关,对于钢梁贯通型的梁柱节点,宜加强节点核心区的箍筋配置,有利于提高试件的承载力和延性;外伸式端板连接型试件的承载力最高,但在极限荷载之后出现严重的刚度退化,耗能能力差;核心区加设箍筋的钢梁贯通型试件的承载力、延性和耗能能力均比较好,抗震性能好,能够满足工程实践的要求。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

不同连梁节点构造的联肢钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究不同连梁节点构造时联肢钢板剪力墙结构的抗震性能,制作了3个缩尺比例为1∶3的联肢钢板剪力墙试件。试件中连梁与柱的连接分别采用隔板贯通式焊接节点、穿芯螺栓节点和悬臂梁段-端板节点,竖向边缘构件采用方钢管混凝土柱。对3个试件进行了拟静力试验,得到了联肢钢板剪力墙的滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等指标,分析了结构的延性、耗能能力、承载力及刚度退化等性能。结果表明,各试件位移延性系数均大于5.37,等效黏滞阻尼系数均大于0.211,刚度和承载力退化稳定,承载力退化系数均大于0.91。连梁节点的差异导致各试件的屈服顺序均不相同,采用穿芯螺栓连梁节点的试件,连梁先发生剪切屈服,耗能能力最优;采用悬臂梁段-端板连梁节点的试件,连梁与剪力墙板几乎同时屈服,耗能能力次之;采用焊接连梁节点的试件,连梁因节点焊缝断裂而破坏,试件初始刚度较高,承载力与耗能能力低于其他试件。总体上,各试件的剪力墙板与连梁均发生了较严重的破坏,实现了多道抗震设防的设计目标。     

钢筋混凝土核心筒抗震性能试验研究

设计了5个钢筋混凝土核心筒试件并进行了拟静力试验,对其开裂过程、屈服顺序、滞回性能、耗能能力、承载力、延性、变形能力、刚度退化、截面应变及剪力滞后等进行研究,得到了试件开裂、屈服直至破坏时的荷载,分析了核心筒的破坏机理和较大塑性变形区域受力情况,研究了试件高宽比、连梁纵筋配筋率、连梁跨高比及加载角度等因素对核心筒的破坏模式、承载力、延性、耗能能力和剪力滞后的影响。研究结果表明,高宽比对核心筒结构的承载力和变形性能有较大影响,并决定着核心筒的破坏模式;过度增大连梁纵筋配筋率在提高侧向承载力的同时降低了试件的延性;增大连梁跨高比可以显著提高核心筒的侧向刚度和承载力,但也严重影响了试件开裂后的性能,变形能力较差;不同加载角度的侧向力改变了整个核心筒的受力承载模式,各墙肢积极参与受力,空间效应明显,增大加载角度仍可获得较好的滞回性能。