外露式钢柱脚抗震性能试验研究

为研究外露式钢柱脚的抗震性能,对其进行了水平往复加载试验。试验中以锚栓的材料、数量和排列方式以及柱脚承受轴力等为变化参数,分析了不同参数对柱脚抗震性能的影响,研究了柱脚的承载力、刚度、延性及耗能能力等。结果表明:当钢柱受轴拉力作用时,外露式柱脚底板与基础分离,两侧锚栓同时承受拉力和剪力,柱脚产生明显的滑移变形,当柱转角为2%时锚栓断裂,受弯承载力为相同轴压试件的17.7%。当钢柱受轴压力作用时,外露式柱脚产生转动变形,底板绕某一点转动,翘起处锚栓受拉,另一侧底板与混凝土基础接触产生压应力。采用热轧锚栓的外露式柱脚在大变形下表现出良好的耗能能力,而采用冷拔锚栓的外露式柱脚在柱转角为4%时破坏,转角延性系数降低了约60%。当轴压比为0.2时,在不同位置增加2个锚栓后,外露式钢柱脚受弯承载力较基本试件的分别提高了10%和16%,耗能能力分别提高了19%和9%。锚栓的布置方式对柱脚的初始刚度及耗能能力影响较大。     

基于螺栓连接的新型钢筋混凝土框架装配式节点抗震性能研究

基于拟静力试验,研究基于螺栓连接的新型钢筋混凝土(RC)框架装配式节点的抗震性能,并与装配整体式混凝土结构框架节点进行对比,分析破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移和延性、刚度与承载力退化及耗能等指标,以及轴压比对新型节点抗震性能的影响。研究表明:新型节点相对于装配整体式节点,承载力降低19%,延性降低16. 7%,承载力与刚度退化加快,但具有更好的耗能能力;新型节点的破坏形式均为梁端受弯破坏;当轴压比小于0. 4时,增大轴压比可提高新型节点的初始刚度与承载力,但会降低延性及耗能能力,并加快刚度和承载力退化。     

外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚抗震性能试验研究

外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚是一种便于钢绞线张拉和耗能部件更换的自复位柱脚节点。根据钢绞线与防屈曲钢板(BRS板)布置方式的不同,将自复位柱脚分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型,以适应平面和空间复位模式。通过3个3/4比例的Ⅰ型自复位柱脚的低周往复荷载试验,研究初始预应力、轴压比对柱脚承载能力、自复位性能和抗震性能等的影响。结果表明：在竖向荷载和水平往复荷载的共同作用下,外张拉式自复位方钢管混凝土柱脚的滞回曲线为典型的“双旗帜”形,该柱脚具有良好的自复位能力和耗能能力;加载至4%侧移角时,柱和钢绞线仍保持弹性,仅BRS板进入塑性状态,因此通过更换BRS板可以实现震后的快速修复;增大轴压比和钢绞线初始预应力,可有效提高柱脚的承载力,增大自复位能力,变形能力和耗能能力减小。所提出的自复位柱脚弯矩计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

外露式钢柱脚受剪性能试验研究

以轴力和锚栓数量及其布置形式为参数,对4个外露式钢柱脚试件进行了水平往复加载试验,对其受剪性能及受剪机制进行分析。当柱脚所受轴力为压力时,柱脚的剪力由其与基础顶面间的静摩擦力传递给基础,且柱脚弯矩对其受剪承载力有提高作用。当柱脚所受轴力为拉力时,柱脚底板与基础表面间分离,柱脚在水平荷载作用下发生滑移,此时锚栓参与承担水平力,但其承担水平力的能力较小。柱脚受弯承载力随着柱脚锚栓数量的增加而增大。当锚栓数量从4个增加到6个时,柱脚受弯承载力增加了12%,耗能能力增加了20%。配置相同数量锚栓柱脚的滞回行为随着锚栓布置方式的不同也有所改变。将锚栓布置在沿加载方向的最外侧时,可以最大程度地利用每个锚栓的承载力。因此,在设计外露式柱脚时需要考虑锚栓布置方式,以便充分利用锚栓的受拉性能。     

冷弯超薄壁C型钢墙梁节点抗震性能试验研究

对3个冷弯超薄壁C型钢组合墙体与组合楼盖连接的墙梁节点足尺试件进行拟静力试验,讨论不同墙架柱截面、不同轴压比对墙梁节点承载力、耗能能力的影响,得到了各节点的破坏特征、承载力特征值、延性和耗能系数。结果表明:墙架柱截面对冷弯超薄壁C型钢墙梁节点的抗震性能影响较大,C160mm×40mm×10mm×1mm截面试件的承载力是C89mm×44.5mm×12mm×1mm截面试件的1.5倍,延性系数约1.1倍。轴压比对冷弯超薄壁C型钢墙梁节点的抗震性能影响明显,0.4的轴压比下C160mm×40mm×10mm×1mm截面试件的承载力是0.2的轴压比时的2/3,延性系数约1/2。     

喷射纤维增强复合材料加固钢筋混凝土梁柱节点抗震性能试验

通过对5个十字形钢筋混凝土梁柱节点的拟静力试验,对喷射纤维增强复合材料加固后节点的抗震性能展开了研究,并对喷射厚度、喷射面积和轴压比对加固节点抗震性能的影响进行对比分析。研究结果表明:采用喷射纤维增强复合材料加固钢筋混凝土梁柱节点试件,可以有效提升节点核心区的抗剪能力,使节点破坏模式由核心区受剪破坏转变为梁端受弯破坏,节点抗震性能得到明显改善;在试验轴压比(小于0.4)内,增加轴压比可有效提升试件极限承载力和初始刚度;加固厚度、加固面积的增加可明显提升试件的承载力、初始刚度和延性耗能能力。     

圆钢管混凝土X型节点轴压承载力研究

采用ABAQUS分析软件对圆钢管混凝土X型节点进行轴压荷载作用下的非线性分析,依据轴压荷载作用下节点各组成部分的应力分布情况及圆钢管混凝土节点承载力随相贯角度、宽厚比、竖向连接板厚度、衬板厚度、混凝土强度等控制参数的变化曲线,提出了节点承载力的计算式模式,通过拟合得出最终的节点承载力计算式。研究表明:相贯角度、宽厚比、混凝土强度对其承载力影响较大,竖向连接板的厚度、衬板厚度对其承载力影响相对较小;所提出的节点承载力计算式精确度较高且偏为安全,可用于工程实际中构件承载力的计算。     

型钢混凝土十形柱及其节点抗震性能演变、传递机制及设计理念

为研究型钢混凝土十形柱与型钢混凝土十形柱框架节点在抗震性能方面的演变规律,通过13个型钢混凝土十形柱及其框架节点的反复荷载试验,揭示了型钢混凝土十形柱、十形柱平面节点、十形柱空间节点的震损机理及性能差异,深入分析了配钢形式、加载方向、剪跨比以及轴压比等关键参数对此类构件抗震性能的影响;考虑荷载加载方向对双向受剪性能的影响,提出了型钢混凝土十形柱及其节点的受剪承载力统一预测模型;采用OpenSEEs零长单元并引入荷载加载角对弯曲型破坏的型钢混凝土十形柱双向压弯承载力进行了全过程受力性能模拟并证实其可行性。结果表明：型钢混凝土十形柱及其节点由平面受力转变至空间受力时,其受剪承载力和耗能能力也随之提高;十形柱的位移延性系数最大,而平面节点的位移延性系数最小。试验轴压比在0.5范围内时,提高轴压比有利于构件和节点受剪承载力及耗能能力的增长;试验轴压比小于0.3时,随着轴压比的增大,十形柱及其节点的延性随之提高,而试验轴压比大于0.3时则随之降低。型钢混凝土十形柱及其框架节点的弹性及弹塑性层间变形能力均大于规范规定的要求。基于综合性能研究成果,给出了型钢混凝土十形柱合理配钢形式的设计建议、轴压比控制原理、最不利地震作用验算方向等结构设计理念。     

外露式钢柱脚抗弯性能试验研究

通过拟静力试验研究箱型截面柱、厚底板和混凝土基础组成的外露式柱脚在极大变形下的抗弯性能及传力机制。通过试验研究锚栓的材质、数量和排列方式以及轴压比等参数对外露式柱脚的抗弯承载力、抗弯刚度、延性及耗能的影响。结果表明,增加2个锚栓可以提高20%左右的抗弯承载力,并提高耗能能力,但对初始刚度的提高并不明显。冷拔锚栓严重降低了柱脚的延性和耗能能力,不宜采用。柱脚承受竖向拉力时,柱脚节点将主要通过剪切变形来抵抗水平荷载,柱脚的抗弯承载力低、刚度小、耗能和延性较差。     

自复位混合连接节点抗震性能及影响因素分析

在分析已有文献试验数据的基础上,采用ABAQUS有限元软件建立了自复位混合连接框架节点数值模型,研究讨论该节点形式的承载力、自复位能力、耗能能力、位移延性等抗震指标,并把模拟结果与试验结果进行对比,以验证数值分析的可靠性。然后通过参数化数值分析,深入研究了不同弯矩贡献比和不同轴压比对节点抗震性能的影响。研究结果表明:随着耗能钢筋弯矩贡献比的增大,节点承载力逐渐增大,耗能能力增强,但柱顶残余变形增大;而柱端轴压比对节点初始刚度影响不大,但随着轴压比的增大,节点承载力呈现下降趋势。     

不同圆心角圆端形钢管混凝土短柱轴压性能

为研究圆心角60°和120°圆端形钢管混凝土短柱轴压力学性能,对4个圆端形钢管混凝土短柱进行轴压试验,探究不同圆心角和宽厚比对其极限承载力的影响。基于试验结果,应用有限元软件ABAQUS进行三维实体建模,对圆端形钢管混凝土短柱进行参数分析,研究了钢材强度、混凝土强度、宽厚比、高宽比、尺寸效应等对极限承载力的影响。基于参数分析,建立圆心角为60°和120°圆端形钢管混凝土短柱极限承载力实用计算公式。结果表明:破坏形态均为局部屈曲破坏,且平直段区域均出现局部屈曲现象; 随圆心角增大,构件极限承载力增大; 随宽厚比增大,极限承载力呈现下降趋势; 当圆弧段圆心角从60°增大至120°时,强度指标降低,表明整体约束效应减弱; 圆端形钢管混凝土轴压短柱的整体约束效应随圆心角增大而减小; 随着钢材强度、混凝土强度的增大和构件宽厚比的减小,极限承载力逐渐增大; 不同圆心角的尺寸效应对其极限承载力与初始刚度的影响类似,随着构件尺寸增大,极限承载力与初始刚度均呈现增大的趋势。     

焊接箱形截面梁抗震性能影响因素研究

为考察板件宽厚比对焊接箱形截面梁抗震性能的影响,对中国、美国、日本和欧洲的钢结构设计标准中的相关规定进行了比较,结果表明各国规范对于梁板件宽厚比限值的规定总体上具有较好的一致性。采用钢材循环加载本构,建立了多尺度非线性有限元计算模型。提出了刚性竖杆 箱形梁加载方式,模拟水平地震、重力荷载与轴向压力对箱形截面框架梁的作用。有限元分析结果表明,在设计常用的板件宽厚比范围内,箱形截面梁的弹性屈曲荷载均显著高于其屈服荷载。在水平往复荷载作用下,随着板件宽厚比减小,箱形截面梁极限变形角与延性系数随之增大,抗弯刚度降低速率变缓,塑性耗能能力显著增强。当满足一级抗震宽厚比要求时,焊接箱形截面梁的梁端截面转角约为1/30。承受轴压作用时梁刚度退化很快,变形能力减弱。当轴压比不大于0.2、满足一级抗震宽厚比要求时,梁端截面转角约为1/50。跨高比对梁承载力影响不大,但变形能力可以大幅度提高。横向荷载对梁抗震性能的影响显著,随着静载比（重力荷载代表值与屈服弯矩之比）增大,骨架曲线逐渐发生平移,抗弯刚度降低,耗能性能减弱。当地震弯矩与静力弯矩方向相同时,箱形截面梁承载力显著降低,静载比0.8时极限变形角可减小约50%;当地震弯矩与静力弯矩方向相反时,梁虽然承载力稍有提高,但极限变形角略有减小。     

双向压弯方钢管高强混凝土构件滞回性能试验与分析

进行了4个双向压弯方钢管高强混凝土构件在低周反复荷载作用下的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.433～0.624)、宽厚比(30和50)和长细比(18.5和25.4)。试验结果表明,随轴压比的提高,构件的承载力和延性降低,随钢管宽厚比的增加,构件的承载力提高;试件的位移延性系数μ=3.63～5.18,抗震性能良好。利用纤维模型法计算了构件的荷载位移滞回曲线,计算结果与试验结果吻合较好。进行了压弯构件的截面参数分析,研究了轴压比、套箍系数、加载角度和荷载类型对构件滞回性能的影响。建立了方钢管混凝土压弯构件的弯矩曲率和荷载位移恢复力模型,基于恢复力模型的计算结果与试验结果吻合较好,可为结构的弹塑性动力分析提供参考。     

仿古建筑矩形与圆形钢管柱连接抗震性能试验研究

为研究仿古建筑中矩形与圆形截面钢管柱连接的破坏形态和抗震性能,设计制作了4个缩尺比例为1∶1.5的矩形与圆形截面钢管柱连接模型,通过施加一定轴压比的竖向荷载和低周往复水平荷载,对柱连接模型进行加载破坏试验。观察了试件的受力过程及破坏形态,得到了柱端水平荷载-位移滞回曲线和骨架曲线。分析了长细比、轴压比对试件的破坏模式、滞回性能、刚度、承载力、延性和耗能能力的影响。结果表明：矩形与圆形截面钢管柱连接的破坏形态主要是矩形截面钢管柱翼缘根部周围焊缝开裂;滞回曲线饱满,刚度退化慢,承载力高,破坏时试件的位移延性系数介于4.17～4.97之间,等效黏滞阻尼系数介于0.445～0.537之间,具有很好的耗能能力及抗震性能。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对该类连接构件进行了非线性分析,研究了轴压比、材料屈服强度、矩形钢管板件宽厚比等参数对其力学性能的影响,结果表明：提高轴压比和材料屈服强度,可提高连接构件的水平承载力,但延性降低;随着矩形钢管板件宽厚比的提高,连接构件的延性提高,但承载力有所降低。     

方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能研究

方形复合不锈钢管混凝土柱是一种新型组合构件,具有广阔应用前景,为研究其滞回性能,以轴压比(005、03和06)、内外管尺寸比(042和067)、柱类型(复合不锈钢管混凝土、中空夹层不锈钢管混凝土、不锈钢管混凝土)为主要参数进行8个压弯试件在往复荷载作用下的试验研究,建立方形复合不锈钢管混凝土柱滞回性能分析的有限元模型,考察各参数对侧向荷载 位移骨架线的影响规律。研究结果表明：方形复合不锈钢管混凝土柱的滞回曲线较为饱满,且比中空夹层不锈钢管混凝土柱和不锈钢管混凝土柱具有更高的极限承载力、延性和塑性耗能能力。随着外管屈服强度、夹层混凝土抗压强度的增加或者外管宽厚比、轴压比、长细比的减小,方形复合不锈钢管混凝土柱极限承载力显著增加,随着内外管尺寸比的增加或者内管径厚比的减小,极限承载力有所增加,但增加幅度不大。多数情况下,方形复合不锈钢管混凝土比复合普通钢管混凝土极限承载力高2%～20%。     

十字形截面钢异形柱的抗震性能和板件宽厚比限值研究

按照强震区多、高层钢框架结构柱的受力工况,以现行国标型钢组合的工程应用为目标,设计不同轴压比下不同翼缘宽厚比与不同腹板高厚比组合的36个十字形截面钢异形柱模型,模型截面应力相似系数为1,缩尺比为1∶2。考虑试件的初始缺陷和材料非线性,对这些模型系统地进行常轴力、低周反复荷载下的有限元计算。模拟模型的受力、变形、破坏全过程,研究变形模式、破坏模态、滞回性能、承载能力、耗能能力等抗震性能,并分析翼缘宽厚比、腹板高厚比和轴压比对抗震性能的影响规律,对模型的整体抗震性能进行综合评价。最后,基于抗震设计承载力取值和整体抗震性能的要求,提出不同轴压比下,能够在强震区使用的十字形截面钢异形柱翼缘宽厚比与腹板高厚比的组合限值,为工程应用和钢异形柱结构技术规程的编制提供理论依据。     

箱形钢柱受力性能分析及抗震设计建议

基于箱形钢柱拟静力试验,通过有限元分析,研究腹板宽厚比、构件轴压比及平面外长细比、柱顶弯矩等因素对偏压箱形钢柱抗震性能的影响。研究结果表明：腹板宽厚比和平面外长细比对箱形钢柱抗震性能影响较大,随着腹板宽厚比、平面外长细比的增大,箱形钢柱延性和承载力均有所减小,抗震性能变差;柱顶弯矩使箱形钢柱的正向延性增大,而降低其反向延性,柱顶弯矩对箱形钢柱抗震性能的影响相对较小。在此基础上,对箱形钢构件提出与受力状态相关联的腹板宽厚比、平面外长细比限值建议。引入箱形钢柱位移角概念,进而提出大跨度空间钢结构的构件抗震等级划分方法。并给出箱形钢构件腹板宽厚比、构件平面外长细比的抗震验算流程。     

带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱抗震性能试验研究

为研究带拉杆约束矩形截面钢管混凝土短柱的抗震性能,以轴压比、约束拉杆间距和截面长宽比为主要参数,进行了4个无拉杆约束和11个带拉杆约束矩形钢管混凝土短柱试件的低周往复加载试验。研究了其破坏过程、滞回性能、承载能力、变形能力、刚度退化及耗能能力等,并基于数值分析给出了带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱压弯承载力计算式。结果表明：钢管板件宽厚比为50和67、剪跨比为3的矩形截面钢管混凝土短柱的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩;设置约束拉杆提高了试件的承载能力、变形能力及耗能能力;带约束拉杆试件的极限位移角在1/19~1/50之间,位移延性系数在3.28~6.25之间;破坏时的等效黏滞阻尼系数在0.3以上;增加轴压比降低了试件的延性;减小约束拉杆间距可明显改善柱的抗震性能;保持截面宽度不变,增加截面长宽比,可提高试件承载力,但延性降低。提出的带约束拉杆矩形截面钢管混凝土短柱的压弯承载简化计算式的计算结果与试验结果吻合较好。     

带自复位耗能支撑钢板剪力墙低周往复荷载试验研究

为解决现有钢板剪力墙对边缘梁柱附加弯矩大、震后留有较大残余变形等问题,设计并加工由两根自复位耗能支撑和一片两边连接钢墙板组成的带自复位耗能支撑钢板剪力墙(SPSW-SCEDB)试件,并对其在低周往复荷载作用下的承载力、耗能能力及自复位能力进行试验研究,分析墙板与支撑之间的协同作用关系。研究结果表明：SPSW-SCEDB呈现饱满的旗形滞回曲线,墙板与自复位耗能支撑以并联关系共同承担水平荷载,消耗输入能量;加载位移较小时,SPSW-SCEDB承载能力主要由墙板提供,随着加载位移的增大,自复位耗能支撑的承载力贡献逐渐增大并超过墙板的承载力;SPSW-SCEDB的耗能主要由墙板提供,自复位耗能支撑为系统提供补充耗能,系统的耗能能力相较于其墙板单独加载时的耗能能力有所削弱;当自复位耗能支撑的设计剩余恢复力大于墙板的受压承载力时,SPSW-SCEDB的残余变形角小于0.2%,具有良好的自复位能力。