多层多跨钢筋混凝土平面框架拟静力倒塌试验研究#br#

建筑结构的破坏具有离散性和系统性的特点,该特性决定结构抗地震倒塌的研究需多参数、多层次考虑问题。文章结合结构地震倒塌破坏模式的研究,完成了三榀钢筋混凝土平面框架的低周反复荷载试验,通过对模型框架破坏过程、破坏形态、滞回耗能及刚度退化的分析,探讨轴压比和梁柱线刚度比对RC框架结构抗震性能的影响,以期为后续结构地震倒塌破坏机理的研究提供参考。分析结果表明：降低结构的竖向荷载和梁柱线刚度比,有利于梁端塑性铰的充分发育,从而更易实现理想的“梁铰”破坏机制;试验框架的最终破坏是由底层柱下端塑性铰充分发育后、混凝土突然压溃所致,底层构件的耗能能力得到充分发挥,而中间层构件和顶层构件所耗散的能量较少;KJ-2的峰值荷载及极限荷载比KJ-1的峰值荷载及极限荷载分别大约9.9%和8.7%、等效黏滞阻尼系数比KJ-1大约16.5%,但位移延性系数比KJ-1小约57.1%,说明增大结构的竖向荷载可以提高其承载能力及耗能能力,但会降低延性及变形能力,同时,一定程度地增大竖向荷载,有利于强化结构的初始抗侧刚度,延缓刚度退化趋势,但在层间位移角较大情况下P-Δ效应的影响凸显;结构梁柱线刚度比的增大可以提高其耗能能力,但会降低结构的承载能力、延性及初始抗侧刚度;对于轴压比及梁柱线刚度比较小的“梁铰”结构,临近倒塌时的层间位移角可达1/25,此时结构仍具有一定的竖向承载能力。     

钢管混凝土柱-环梁节点抗震性能的试验研究

混凝土环梁节点是钢管混凝土柱与混凝土梁连接的一种新型节点。通过14个钢管混凝土柱-环梁节点模型的低周反复荷载试验,研究了环梁节点的抗震性能。试验结果表明:无论塑性铰出现在框架梁端还是在环梁上,试件都有很好的弹塑性变形能力;达到最大承载力时,大部分试件的钢管柱转角即层间位移角已超过1/120,滞回曲线比较饱满;承载力下降时,滞回曲线虽有不同程度的捏拢,但不严重,试件有较好的耗能能力;环梁节点的钢管混凝土柱与环梁相对独立,节点的破坏基本上不影响钢管混凝土柱的承载力。     

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。     

两层两跨现浇柱叠合梁框架抗震性能试验研究

以六层现浇柱叠合梁框架底部两层为原型,通过一榀1/2比例的两层两跨现浇柱叠合梁框架低周反复荷载试验,对其受力过程、破坏形态、破坏机制、恢复力模型、变形恢复能力、位移延性、滞回特性、刚度退化、耗能能力等进行了较系统的研究。研究表明:参照现浇混凝土框架抗震设计方法设计的现浇柱叠合梁框架实现了强柱弱梁、强节点弱构件的设计目标;框架的破坏机制为混合机制,即塑性铰首先在一层梁端出现,在一层梁端出现3个塑性铰后柱端出现塑性铰,试件以柱脚混凝土压溃、柱内纵筋压曲外露为破坏标志;在试件受力全过程中,节点核心区箍筋一直处于弹性状态;框架整体及层间的滞回曲线均较为饱满,表明现浇柱叠合梁框架具有良好的耗能能力;框架正、反向的整体位移延性系数分别为5.1和4.2,表明其在低周反复荷载下具有较好的位移延性;得到了四折线型的框架水平荷载-侧移恢复力模型。     

实腹式型钢混凝土异形柱边框架抗震性能试验研究

为研究实腹式型钢混凝土(SRC)异形柱边框架的抗震性能,对1榀两跨三层的框架模型进行低周反复荷加载试验。观察结构的受力过程及破坏形态,并分析结构的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线、承载能力、层间位移角、延性、耗能及刚度退化等力学特性。结果表明:实腹式SRC异形柱边框架破坏时形成梁铰机制,符合"强柱弱梁"的要求;滞回曲线饱满,刚度退化小;破坏时,等效黏滞阻尼系数和位移延性系数分别大于0.24和5.3;弹塑性极限层间位移角大于抗震规范规定的限值,抗倒塌能力强。实腹式SRC异形柱边框架显示出良好的抗震性能,可以应用于高抗震设防烈度区的建筑以及高层建筑中。     

六层两跨现浇柱预制梁框架抗震性能试验研究

以六层现浇柱叠合梁框架实际工程为原型,通过一榀1∶4比例的六层两跨现浇柱预制梁框架的低周反复荷载试验,对其受力过程、破坏形态、破坏机制、位移延性、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力以及等效黏滞阻尼系数等进行了较系统的研究。结果表明:现浇柱预制梁框架在低周反复荷载下实现了强柱弱梁、强节点弱构件的设计目标;破坏机制为混合机制,即塑性铰首先在梁端出现,在二层梁端出现塑性铰后柱端才开始出现塑性铰,试件以二层柱脚混凝土部分压碎剥落、柱内纵筋压曲外露为破坏标志,节点核心区内的箍筋在整个试验过程中处于弹性状态;框架整体及层间的滞回曲线表现出一定的捏拢现象;框架正、反向整体位移延性系数分别为3.9和5.3,表明其在低周反复荷载下具有较好的位移延性。研究成果可为预制混凝土框架在地震区的推广应用提供技术依据和基础数据。     

型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点的滞回性能,以柱截面配钢形式、轴压比、水平加载角度及 有无楼板参与工作为变化参数,进行4个平面和7个空间L形柱-混凝土梁框架节点的拟静力试验;比较分析试件的 破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、耗能能力、位移延性以及层间位移角等抗震性能指标。研究结果表 明：平面节点和空间节点的破坏形态分别为核心区发生剪切破坏和梁端出现塑性铰,带楼板工作的钢筋混凝土梁 柱空间节点出现板的弯曲破坏以及梁底出现塑性铰的破坏模式;配实腹式型钢试件的滞回曲线比配空腹式型钢试 件的饱满;平面节点的承载能力比空间节点的大,但耗能能力、位移延性及抗倒塌能力均不及空间节点;楼板的 存在对节点承载能力的提高和维持刚度的稳定均具有有利作用;轴压比可提高节点的承载力和初始刚度;L形柱 框架节点的层间变形能力大于规范规定的层间位移角限值。通过引入加载角度,提出了型钢混凝土L形柱-梁空间 节点受剪承载力计算模型,其能较好地反映节点核心发生剪切破坏的传力机制。     

预压装配式预应力混凝土框架抗震性能试验研究

本文通过对一榀两层两跨预压装配式混凝土框架拟动力和拟静力试验,研究预压装配式混凝土框架的地震反应、刚度退化、滞回性能、耗能能力、位移延性等抗震性能。拟动力试验表明:随着加速度峰值的增大,加载至层间位移角为1/107,试件刚度出现退化,结构呈现塑性性质;拟静力试验表明:低周反复荷载作用下,框架梁端首先出现塑性铰,符合强柱弱梁的要求。框架荷载-位移滞回曲线较为丰满,框架破坏时极限位移角可达1/29,实测位移延性系数在4.0左右,预压装配式混凝土框架具有良好的延性性能和较强的变形恢复能力。     

钢管混凝土柱-H型梁节点抗震性能试验研究

为了确保结构安全及优化设计,以一幢28层钢管混凝土结构实际工程为背景,针对3个构造不同的足尺矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点开展了低周反复荷载试验,对节点的破坏形态、滞回曲线、位移延性和耗能等进行了较系统的研究。试验结果表明：3个节点均实现了＂强柱弱梁＂、＂强节点弱构件＂的设计目标,破坏形态均为梁端形成塑性铰;各节点的滞...     

空腹式型钢混凝土异形柱框架抗震性能试验研究

通过对空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱框架进行低周反复加载试验,观察结构的受力过程和破坏形态,获得结构的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线以及主要阶段的荷载和位移值,并分析结构的层间位移角、延性、耗能性能及刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:空腹式SRC异形柱框架破坏时形成梁铰机制,属于"强柱弱梁"型结构;滞回曲线较为饱满,刚度退化小;弹塑性极限层间位移角超过规范规定的限值,抗倒塌能力强;延性和耗能能力均优于钢筋混凝土异形柱框架。     

空腹式型钢混凝土异形柱中框架拟静力试验及有限元分析

通过1榀缩尺比为1/2.5的两跨三层的空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架在水平反复荷载作用下的试验研究,获得其荷载-位移滞回曲线及最终破坏形态,分析其结构延性、层间位移角及耗能性能。结果表明,空腹式SRC异形柱中框架滞回曲线饱满,弹塑性层间变形能力强,延性及耗能能力良好。基于试验研究结果,采用ABAQUS软件对该结构进行了非线性有限元分析,研究空腹式SRC异形柱框架的承载力、刚度退化以及出铰机制。有限元分析得出的结果与试验实测结果吻合较好;在此基础上对该结构进行参数分析,研究轴压比、混凝土强度、型钢屈服强度、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比以及梁柱屈服弯矩比等参数对其力学性能的影响。结果表明：增大混凝土强度、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比以及梁柱屈服弯矩比,能够提高结构的水平承载力和弹性刚度,但对结构延性的影响不大;随着轴压比和型钢屈服强度的增大,结构弹性刚度均变化不大,但增大轴压比,结构水平承载力和延性均降低,增大型钢屈服强度,能够同时提高结构水平承载力和延性。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能试验研究

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能，以扭弯比、轴压比为变化参数，设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态，得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线，以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据，分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明：低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏，滞回曲线呈捏拢的S形，随着扭弯比的增大，柱根部压碎区高度变小，翼缘裂缝发展更为完善，纵筋应力增大，箍筋应力减少，开裂荷载和受扭承载力均有提高，试件扭转延性提高但位移延性降低，初始刚度较小且退化更为平稳；而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关，轴压比越大，受扭承载力越大，弯曲刚度提高；试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0.08~0.28之间，扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0.13~0.23，试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变，L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

方钢管混凝土柱与钢梁框架节点的抗震性能试验研究

为验证方钢管混凝土柱与工形钢梁框架节点的破坏特征和抗震性能,本文进行了A、B两组共6个足尺节点试件的低周反复循环加载试验,其中A组三个试件梁端采用栓-焊连接;B组三个试件梁端为全对接焊接。试验结果表明:6个试件的层间位移延性系数μ≈2.28～3.86,弹性极限层间位移角y≈0.001～0.014,弹塑性极限层间位移角u≈0.0297～0.0424,节点梁柱的相对极限塑性转角θu≈0.0163～0.0343rad,能量耗散系数E≈2.029～2.494;A、B两类节点均有良好的抗震性能,在相同轴压比下A类节点的延性较B类略好一些,而耗能能力B类节点却略大一些,但二者相差不大,均满足结构抗震设计的要求。文章还分析了节点域的剪切变形,给出了改造节点设计的几点建议。     

PVA纤维增强混凝土框架柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下PVA纤维增强混凝土框架柱的抗震性能,基于有限元模拟软件Open Sees,采用纤维模型对PVA纤维增强混凝土柱和普通钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行数值模拟,从柱滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能及耗能能力方面对数值模拟结果与试验结果进行对比分析,校准采用的PVA纤维增强混凝土本构模型参数。在此基础上,重点分析了PVA纤维增强混凝土柱剪跨比、轴压比等参数对其抗震性能的影响。参数分析结果表明:随着柱剪跨比的增加,位移延性系数先增后减,在剪跨比为3时达到最大,极限位移角随剪跨比的增加而增加;随着柱轴压比的增加,位移延性系数和极限位移角均减小。     

屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架抗震试验性能研究

屈曲约束支撑可以有效地提高装配式钢管混凝土组合框架的抗侧移刚度和耗能减震作用。为研究地震作用下屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能和破坏机理,进行两层单跨屈曲约束支撑单边螺栓端板连接钢管混凝土组合框架的水平低周反复荷载试验。考察柱截面类型和端板形式对结构整体抗震性能的影响。记录和研究了此类混合结构的破坏形式和水平荷载-水平位移滞回曲线,分析和评价其骨架曲线、强度和刚度退化规律、延性和耗能等。试验研究表明,在柱截面含钢率相同条件下,抗侧移体系采用屈曲约束支撑,梁柱连接采用单边螺栓端板连接方式,屈曲约束支撑方钢管混凝土组合框架的水平承载力和初始抗侧刚度大于屈曲约束支撑圆钢管混凝土组合框架,但是其延性和耗能能力反之。试验和分析结果表明：屈曲约束支撑装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的抗震性能,较大的可变形能力和耗能能力,可以在多高层建筑结构中应用和推广。     

预应力型钢混凝土框架结构竖向反复荷载作用下抗震性能试验研究

通过对1榀柱中内置型钢和1榀梁柱均内置型钢的预应力型钢混凝土框架的竖向反复荷载试验, 研究预应力型钢混凝土框架的破坏机制、滞回特性、延性、刚度和耗能等性能。结果表明：预应力型钢混凝土框架梁是梁铰破坏机制,极限状态时 “拱效应”提高了框架梁的承载能力;预应力型钢混凝土框架梁滞回曲线饱满,变形恢复能力小于普通预应力混凝土框架梁;预应力型钢混凝土框架梁位移延性系数均值为4.8,普通预应力混凝土框架梁的为4.18,均有较好的延性;等效黏滞阻尼系数介于0.258~0.323之间,说明2个试件破坏时截面具有良好的耗能能力;参数分析表明,试件延性系数受含钢率影响不大,随内置型钢截面高度与梁截面高度比值增大而增大。     

钢管混凝土柱-钢梁单边高强螺栓端板连接框架的拟静力试验研究

为获悉半刚性钢管混凝土框架结构在地震作用下的抗震性能和破坏机理,进行2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢梁单边高强螺栓端板连接框架试件的拟静力试验,包括1个圆形和1个方形钢管混凝土框架。研究柱截面类型和端板类型对框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了框架在低周反复荷载作用下的受力全过程和破坏特征,分析此类结构的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标,并结合现有规范评价结构的延性。试验结果表明,此类半刚性连接钢管混凝土框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,其延性系数μ=2.41-3.75,能量耗散系数E=0.823-0.955|在柱截面含钢率相同条件下,方钢管混凝土框架试件的极限承载力和耗能能量均高于圆钢管混凝土框架试件|梁柱节点采用单边高强螺栓端板连接具有典型的半刚性特征,连接可靠和耗能效果好。研究成果将为我国装配式组合结构设计理论与应用提供科学依据。     

焊接及螺栓连接钢框架的循环加载试验研究

为了探讨、比较焊接和螺栓连接钢框架的极限承载能力、滞回性能及动力特性,本文进行了6榀1∶2比例的单跨双层钢框架循环加载试验和动力特性测试,其中焊接、端板螺栓连接、角钢螺栓连接钢框架各两榀。试验过程中每层框架都铺设了混凝土楼板和配重,水平循环荷载按三角形分布施加。循环加载试验表明:当焊接连接框架的焊缝质量较高时,钢框架具有良好的承载能力和滞回性能,其最终破坏模式是构件形成塑性铰而发生强度破坏,属于典型的延性破坏,框架侧向层间塑性变形可以达到层高的1/25,塑性变形主要来自梁柱连接节点域的剪切变形和柱、梁的弯曲变形;端板螺栓连接框架的承载能力和滞回性能也较好,耗能能力略低于焊接框架,框架侧向层间塑性变形可以达到层高的1/30,但端板焊缝容易发生断裂;角钢螺栓连接框架的承载能力和耗能能力相对较低,塑性变形主要发生在连接角钢和柱脚部位,且翼缘连接角钢容易发生低周疲劳破坏。动力特性测试结果表明:随着节点转动刚度的减小,框架自振     

不同构造措施的砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

为研究设置拉结钢筋、构造柱、水平系梁等不同构造措施的砌体填充墙对框架结构抗震性能的影响,进行了4榀不同构造措施的砌体填充墙框架结构模型和1榀纯框架结构模型在低周反复荷载作用下的对比试验,分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、承载力退化和耗能性能等。结果表明：砌体填充墙有效地提高了框架结构的抗侧刚度和承载力,但具有不同构造措施的砌体填充墙框架结构的初始刚度和承载力基本相同;设置构造柱、水平系梁和同时设置构造柱和水平系梁的砌体填充墙框架结构的位移延性和耗能能力得到明显的改善,且其刚度退化较为缓慢。