湿式连接装配式混凝土框架抗连续倒塌静力试验研究

梁柱节点连接在大变形下的承载和变形能力对装配式混凝土框架结构抗连续倒塌性能具有显著影响。对4个不同湿式节点连接的装配式混凝土框架试件和1个现浇试件进行了静力连续倒塌试验,其中梁采用了机械套筒、弯起锚固和预应力连接,柱采用套筒灌浆和浆锚搭接连接。研究发现：采用机械套筒时梁钢筋在套筒处集中断裂,试件在压拱机制和悬链线机制下的倒塌抗力均显著降低;梁钢筋采用弯起锚固时,试件受力行为和倒塌抗力与现浇试件基本一致;预应力能够显著提升试件在两个机制下的倒塌抗力,但是在极限倒塌变形下预应力锚具传递较大的集中力,导致节点区混凝土的局部劈裂破坏;柱钢筋的套筒灌浆和浆锚搭接连接能够承受连续倒塌大变形下的水平剪力作用,但是柱接缝灌浆层在显著的水平剪力作用下发生滑移,减弱了柱对梁的约束;机制转换时,压拱机制轴压力对试件倒塌抗力产生负贡献;机械套筒和预应力连接试件的梁轴力对倒塌抗力贡献比例分别高于和低于现浇混凝土试件。     

干式连接装配式混凝土框架抗连续倒塌静力试验研究

大变形下梁柱节点的力学行为是影响干式连接装配式混凝土框架结构抗连续倒塌性能的关键因素。对3个梁柱子结构试件进行了静力连续倒塌试验，包括1个螺栓连接试件、1个后张拉无黏结预应力连接试件和1个现浇对比试件。根据试验结果分析了节点和子结构在不同变形下的破坏模式和结构静力倒塌抗力，并采用能量原理分析了子结构的动力倒塌抗力。和现浇试件相比，螺栓连接试件的受拉区端板屈曲，使结构在压拱机制下的静力和动力倒塌抗力分别降低41%和45%，而连接角钢和螺栓的断裂使悬链线机制下的静力和动力倒塌抗力分别降低27%和37%。对于预应力连接试件，由于受压区混凝土提前破坏使得压拱机制下的静力和动力倒塌抗力分别降低39%和45%。虽然悬链线机制下预应力筋使得结构静力倒塌抗力提高了52%，但由于压拱机制下累积耗能较低，动力倒塌抗力反而比现浇结构降低17%。     

现浇与装配整体式混凝土空间框架子结构的抗连续倒塌性能试验对比研究

为研究装配整体式混凝土空间框架结构抗连续倒塌性能与现浇结构的异同，设计并制作了3个2/3缩尺、3梁4柱的混凝土空间框架子结构试件，对中柱进行了力-位移控制的静力加载试验。其中一个试件是现浇混凝土(RC)结构，另外2个试件是装配整体式混凝土(PC)结构，梁柱节点构造分别采用90°弯钩连接及锚固板焊接连接两种形式。根据抗力、位移、应变、裂缝发展及破坏形态等试验结果对试件的受力变化及抗力机制进行了分析。结果表明：PC试件梁端的裂缝发展更集中，而RC试件的梁端裂缝分布更均匀，这对结构受力更有利。RC试件的抗连续倒塌能力优于PC试件，在压拱阶段两者差别不大，但在悬链线阶段，RC试件的荷载最大值为167kN，分别为90°弯钩节点构造形式和锚固板焊接节点构造形式的PC试件的1.57倍和1.22倍，并且RC试件钢筋断裂更晚，具有更好的塑性发展空间。     

钢筋套筒挤压连接装配整体式梁柱中节点抗震性能试验研究

为研究钢筋套筒挤压连接的装配整体式叠合梁-预制柱中节点的抗震性能,进行了2个装配整体式中节点和1个现浇中节点试件的拟静力试验,观察其破坏现象,研究其滞回性能、承载力、变形能力及钢筋应变发展过程。结果表明：所设计的核心区剪切破坏和梁端弯曲破坏节点均实现了预期的破坏形态;核心区剪切破坏的装配整体式梁柱节点与现浇对比节点的破坏过程、裂缝分布基本一致,滞回曲线、承载力、刚度、变形、耗能等性能指标基本相同;核心区剪切破坏、梁端弯曲破坏的装配整体式梁柱中节点的承载力试验值与相应的规范公式计算值的比值分别为1.62、1.31,等效极限层间位移角分别为1/26和1/27;试验结束后,凿开混凝土发现套筒没有出现裂纹,钢筋在套筒内未见滑移,套筒挤压接头可有效传递钢筋拉、压力。     

浆锚搭接连接预制柱的抗震试验研究

套筒约束浆锚搭接接头是一种新型灌浆接头,可应用于预制装配式建筑的钢筋连接。为了深入研究这类新型接头的可靠性和实用性,设计制作预制装配柱试件和现浇柱试件,并通过抗震试验得到其抗震性能。结果表明:新型套筒约束浆锚搭接连接技术能有效地连接钢筋和预制柱部件;预制装配柱的破坏形态与现浇柱基本一致;现浇柱和预制柱承载力、延性、刚度和耗能能力相近。     

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。     

装配整体式混凝土梁-柱子结构角柱失效后承载能力试验研究

钢筋混凝土框架结构在角柱失效后,与失效角柱相连的两边梁处于弯剪扭复杂受力状态,其承载能力不同于纯弯构件。为评估装配整体式混凝土框架结构在角柱失效后边梁的承载能力,对5个装配整体式梁 柱子结构试件与1个整体现浇梁-柱子结构试件进行单调静力试验。对于装配整体式子结构,考虑了3种节点连接形式（90°弯钩连接、开槽水平搭接、锚固板焊接）和3种扭弯比受力状态（0、0.127、0.254）。通过对比各子结构的破坏形态、承载能力与延性,分析了扭弯比及节点连接形式对边梁承载能力的影响,对比了装配整体式子结构与整体现浇子结构在复杂受力状态下的性能差异。结果表明：在弯扭作用下装配整体式叠合梁承载力随着扭弯比的增加而降低;扭弯比为0.127∶1与0.254∶1时,结构承载力比纯弯结构分别降低了15.9%与40.4%;节点连接形式为90°弯钩连接时,装配整体式叠合梁在复杂受力状态下的性能可以认为与整体现浇梁的相同。     

螺栓连接预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌机理研究

为研究螺栓连接预制混凝土(PC) 结构的抗连续倒塌性能,制作一个两跨1/3缩尺的螺栓连接PC梁-板子结构试件,采用堆加均布荷载与Pushdown相结合的加载方式研究其在受力过程中的开裂模式和抗力曲线。结果表明：螺栓连接PC框架具有较好的变形能力;在加载初期试件抗力主要由梁和板的抗弯机制提供;与RC结构不同的是压拱机制作用对PC梁抗倒塌贡献较少。由于梁柱节点部位螺栓附近混凝土容易发生撕裂破坏导致预制梁提早退出工作,但板中钢筋网在大变形阶段可以发展拉膜机制使得子结构可以继续承受荷载,不至于发生倒塌破坏。通过有限元软件LSDYNA建模,进一步分析了螺栓连接PC结构的预制梁与板(预制板和后浇叠合层)对结构抗力的贡献。有限元分析表明,预制板及后浇叠合层在加载初期的抗力贡献高达87%,在大变形阶段由于叠合层钢筋网发展拉膜机制,其抗力贡献也高达72%。     

现浇柱预制梁混凝土框架结构抗震性能试验研究

为研究装配整体式混凝土框架结构的滞回性能、延性和耗能能力等抗震性能,并考察其在罕遇地震作用下进入弹塑性阶段的受力性能,进行了2个1/2比例的2层2跨现浇柱预制梁框架试件的低周反复荷载试验。2个试件分别为对比装配式框架试件和预制梁端底部钢筋带套管的框架试件,试验中结构的最大层间位移角达到1/25。试验结果表明：现浇柱预制梁框架结构具有稳定的滞回性能及良好的延性;整个试验过程中结构刚度退化明显,且刚度退化主要发生在屈服之前;梁端钢筋的套管很好地发挥了作用,套管将接缝处钢筋变形平均到套管中,增大了梁端塑性铰长度,进而提高了结构的变形能力。研究成果可为装配整体式混凝土框架在抗震设防区的推广和应用提供参考。     

钢筋混凝土框架梁柱节点灌浆套筒连接抗震性能研究

设计并制作了4个钢筋混凝土框架梁柱节点试件,其中两个现浇整体节点试件,两个预制装配梁柱节点试件（采用灌浆套筒连接钢筋）,轴压比分别为0.3和0.4。对试件进行低周往复加载试验,研究了梁柱节点试件的破坏形态、滞回特性、刚度退化、耗能性能以及灌浆套筒接头受力状态等。结果表明：预制装配梁柱节点试件的耗能能力略低于现浇整体梁柱节点试件的耗能能力,两者破坏形态明显不同,预制装配节点试件的裂缝分布比较集中,主要分布在梁柱交界面、灌浆套筒端部区域以及梁跨中截面区域,而现浇节点试件的裂缝分布比较均匀密集;加载前期,轴压比对滞回性能影响不明显,而加载后期,轴压比对预制装配整体式节点试件节点核心区的钢筋滑移和剪切变形影响较为明显;基于试验结果,对灌浆套筒材料进行简化等效处理,并对节点不同区域采用不同的截面属性,采用OpenSees有限元软件对节点试件进行了模拟,其模拟结果与试验结果吻合较好。     

全装配式钢筋混凝土框架-剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究采用预制剪力墙、预制框架的全装配式RC框架-剪力墙结构的抗震性能,对2榀1/2比例两层两跨RC框架-剪力墙结构子结构模型试件（其中1榀为全装配试件PCFW2,1榀为全现浇对比试件RCFW）进行了低周反复荷载试验,分析了结构的破坏机制、破坏形态、塑性铰开展、滞回性能、位移延性、刚度退化和耗能能力等。结果表明：全装配式试件PCFW2与全现浇对比试件RCFW的开裂荷载相当,破坏过程和最终破坏形态基本相同;灌浆套筒、约束浆锚可有效传递钢筋应力;全装配式试件PCFW2整体性良好,其屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均略大于全现浇对比试件RCFW的相应值,但相差不超过13.0%,位移延性系数较全现浇试件RCFW的略低。在大部分受力阶段,试件PCFW2耗能优于试件RCFW。建议全装配式框架-剪力墙结构中剪力墙的边柱（或边缘）纵筋,采用灌浆套筒连接,其余部分采用约束浆锚搭接连接,而框架湿节点处的后浇混凝土采用微膨胀混凝土。     

Study on load resisting mechanism of corroded RC frame structures against progressive collapse

为研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)框架结构连续倒塌抗力机制的影响，对3个1/2缩尺RC梁-柱子结构开展了拟静力Pushdown试验，其中1个未锈蚀RC梁-柱子结构作为对照，另2个RC梁-柱子结构在节点区采用电化学加速锈蚀方法模拟钢筋锈蚀。试验结果表明：钢筋锈蚀会影响RC梁-柱子结构的裂缝开展顺序及钢筋断裂位置，同时钢筋锈蚀会削弱压拱机制及悬链线机制对RC结构抗连续倒塌能力的提升作用。在边节点锈蚀率为28.6%和中节点锈蚀率为5.2%的情况下，RC梁-柱子结构的第一峰值荷载和极限荷载分别降低了31.2%和57.4%。基于试验结果，通过对比分析验证不同压拱机制理论计算模型及悬链线机制理论计算模型评估锈蚀RC梁-柱子结构连续倒塌抗力机制的有效性。通过对比分析发现：Lu等提出的模型用于评估锈蚀RC梁-柱子结构压拱机制下的第一峰值荷载的准确性高且离散性低；Yu等所提模型对锈蚀RC梁-柱子结构悬链线机制下极限荷载的评估结果较为准确，但偏于保守。     

锈蚀RC框架结构连续倒塌抗力机制研究

为研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)框架结构连续倒塌抗力机制的影响,对3个1/2缩尺RC梁-柱子结构开展了拟静力Pushdown试验,其中1个未锈蚀RC梁-柱子结构作为对照,另2个RC梁-柱子结构在节点区采用电化学加速锈蚀方法模拟钢筋锈蚀。试验结果表明：钢筋锈蚀会影响RC梁-柱子结构的裂缝开展顺序及钢筋断裂位置,同时钢筋锈蚀会削弱压拱机制及悬链线机制对RC结构抗连续倒塌能力的提升作用。在边节点锈蚀率为28.6%和中节点锈蚀率为5.2%的情况下,RC梁-柱子结构的第一峰值荷载和极限荷载分别降低了31.2%和57.4%。基于试验结果,通过对比分析验证不同压拱机制理论计算模型及悬链线机制理论计算模型评估锈蚀RC梁-柱子结构连续倒塌抗力机制的有效性。通过对比分析发现：Lu等提出的模型用于评估锈蚀RC梁-柱子结构压拱机制下的第一峰值荷载的准确性高且离散性低;Yu等所提模型对锈蚀RC梁-柱子结构悬链线机制下极限荷载的评估结果较为准确,但偏于保守。     

中柱失效下预制装配式框架结构抗连续倒塌性能研究

为了研究中柱失效下预制装配式框架结构的抗连续倒塌性能,制作了5个两跨1/3缩尺梁-柱子结构模型,采用pushdown加载方式研究其在倒塌过程中的抗力机制与破坏模式。试验结果表明：采用顶底角钢连接、无黏结预应力拼接以及混合连接等三种连接方式对其抗连续倒塌性能及抗力机制影响很大;由于纵筋在梁柱节点区域不连续,无黏结预应力连接结构不能发展有效的弯曲机制,而在梁柱界面上安装顶底角钢时,则可以发展较好的弯曲机制;预制装配式结构的破坏模式和抗力机制与普通混凝土结构明显不同,预制装配式结构抗力从加载初期就主要由预应力钢筋发展悬链线作用提供。通过高精度有限元软件LS-DYNA进行精细化有限元建模,在验证数值模型的基础上开展参数分析。有限元分析结果表明：装配式结构中采用有黏结预应力筋可以增大结构在小变形阶段的承载能力,而在大变形阶段,有黏结预应力筋断裂更早,变形能力更弱,承载力也较低。     

钢连梁预埋端板连接受力性能试验研究

提出了纯锚筋、角钢加抗剪板和锚筋加抗剪板3种用于钢连梁的预埋端板连接构造。其中纯锚筋连接是传统锚固形式,角钢加抗剪板和锚筋加抗剪板则是依据弯剪分离设计方法。通过拟静力试验进行对比,分别考察3种预埋端板连接在弯剪耦合作用下的破坏形式和滞回性能,分析了节点的受力特征和整体破坏发展过程。结果表明,3种预埋端板连接均能满足承载力的需求,其中纯锚筋试件的初始转动刚度最大,而且滞回曲线较为饱满,但竖向滑移较大;角钢加抗剪板试件和锚筋加抗剪板试件受力性能较为一致,但角钢加抗剪板试件中混凝土墙肢的破坏较大,难以修复;锚筋加抗剪板试件滞回曲线较为饱满,预埋端板转动和竖向滑移较小,对连梁传力较为有利,但外侧锚筋拉应力过于集中,一旦发生断裂,承载力下降较快。通过对比试验结果与现行设计公式的计算结果,验证了弯剪分离设计方法的可靠性。