分离式型钢混凝土柱抗震性能试验研究

实腹式型钢混凝土柱被广泛应用于超高层建筑的巨型柱构件中。由于截面巨大和吊装额度限制，实腹式型钢柱段内的多条现场焊缝对巨柱的整体性和延性造成不利影响。为解决这一问题，采用彼此独立的型钢替换实腹式型钢，增加起吊段的长度，从而达到减少柱段内型钢焊缝的目的。为研究分离式型钢混凝土柱的抗震性能，对实腹式和分离式型钢混凝土柱试件进行拟静力加载，分析试件在轴力和弯矩共同作用下的承载能力、变形能力、耗能性能和刚度退化。试验结果显示：分离式型钢试件的最大水平剪力和极限变形能力与实腹式型钢试件基本相同，且具有良好的滞回耗能性能；分离式型钢试件在达到峰值剪力后抗侧刚度并未大幅衰减；在偏心率达到20%时，分离式型钢试件的截面应变分布基本满足平截面假定。     

型钢高强混凝土框架柱抗震性能试验研究

基于16个型钢高强混凝土(SRHSC)框架柱试件的低周反复加载试验,对其抗震性能进行了研究。试件设计参数为剪跨比、轴压比、混凝土强度、含钢率和配箍率。对不同设计参数试件的受力特点、破坏形态、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、位移延性等主要抗震性能指标进行了分析,得到了试件耗能指标、位移延性与诸设计参数之间的关系曲线。试验结果表明：试件荷载-位移滞回曲线饱满,下降段较为平缓,其他各项抗震性能指标较为优异,总体上表现出良好的抗震性能;混凝土强度等级超过C100的SRHSC框架柱的承载力优势明显,但由于高强混凝土的脆性导致其耗能能力及延性较普通型钢混凝土框架柱稍差;试件剪跨比、含钢率以及配箍率的提高能够增强其抗震性能,而混凝土强度、轴压比的提高将降低其抗震性能。     

高温后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为评估火灾后型钢混凝土柱的抗震能力,为其火灾后加固提供参考,进行了11个型钢混凝土柱试件的高温后抗震性能试验。试件在升降温过程中施加恒定轴向荷载,并且在高温后抗震试验中保持相同的轴向荷载水平。试验中考虑轴压比和受火时间对抗震性能的影响,以获取并分析试件的破坏特征、荷载-位移滞回曲线、刚度、延性和耗能能力。试验结果表明：型钢混凝土柱试件在反复荷载作用下由柱底混凝土剥落形成塑性铰,塑性铰长度为0.14H~0.44H(H为柱截面高度);试件在反复荷载作用下出现贯通全柱的黏结滑移裂缝,滞回曲线大致呈梭形,耗能能力较好;较之未受火试件,受火后试件滞回曲线更为饱满,骨架曲线更为平缓,位移延性系数略有增大,刚度和承载力退化明显,耗能能力略有降低。受火时间相同时,轴压比大的试件极限荷载略高,极限位移较小,延性差,耗能能力更强;轴压比相同时,受火时间越长,承载力和刚度下降越明显,延性略有提高,耗能能力变差。     

型钢超高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢超高强混凝土柱的抗震性能,开展了27根型钢超高强混凝土柱试件的低周反复加载试验。试件设计参数为剪跨比、轴压力水平、配箍、型钢和栓钉配置情况。针对不同设计参数的试件的破坏特征、滞回曲线、水平承载力、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化等进行了分析,得到了各设计参数的影响规律。试验结果表明：型钢超高强混凝土柱的滞回曲线饱满且较稳定;剪跨比较大、轴压比较低、箍筋有效约束指标较大、配置H型或十字型钢的试件具有更好的抗震性能;型钢在箍筋约束效果较好时,能更充分地发挥提高柱抗震性能的作用;通过配置高强度八边形复合箍筋,能有效避免型钢超高强混凝土短柱发生脆性剪切破坏,使得其最终破坏形态为弯曲破坏,从而改善其抗震性能;配置栓钉能提高柱的抗震性能,且当柱的变形能力较强时效果更明显;试验轴压比为0.38或0.45的试件仍具有较强的耗能能力和变形能力,即型钢超高强混凝土柱具有较好的抗震性能。     

部分预制装配型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为充分发挥型钢混凝土结构受力性能及预制装配结构施工性能方面的优势，提出了部分预制装配型钢混凝土实心柱(PPSRC柱)和空心柱(HPSRC柱)，结合2个系列10个柱试件的拟静力试验，对两种柱的抗震性能进行了研究。通过对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化的研究，并结合各试件的实测应变结果，对柱截面形式、轴压力、配箍率和现浇混凝土强度对PPSRC柱和HPSRC柱抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：PPSRC柱试件的最终破坏形态分为弯曲破坏与弯剪破坏，HPSRC柱试件均发生弯剪破坏，所提出的高强高性能预制混凝土外壳能够很好地与型钢及现浇混凝土协同工作，主要受力方向型钢与外部混凝土之间未发现明显的黏结裂缝；由于内部混凝土的存在，PPSRC柱相比于HPSRC柱拥有更好的耗能及变形能力；轴压力较低、配箍率较大的试件表现出更好的耗能能力及变形能力。通过对两种柱试件的受弯承载力分析可知，中低轴压比的PPSRC柱与HPSRC柱拥有相近的受弯承载力，在同一结构中HPSRC柱可与PPSRC柱沿竖向混合使用，以有效避免柱变截面处的刚度及承载力突变带来的影响。     

高温后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

对5个高温后型钢混凝土柱试件和3个常温下对比柱试件进行低周反复加载试验,研究高温后型钢混凝土柱的承载力和抗震性能。由试验获得了高温后型钢混凝土柱的破坏形态和滞回曲线,分析了剪跨比、轴压比、受火时间对高温后型钢混凝土柱滞回特性、延性、耗能能力、承载力及刚度退化的影响。结果表明：高温后剪跨比为1.5的型钢混凝土柱的破坏形态与常温下基本相同,剪跨比为2.5的型钢混凝土柱的破坏形态则发生明显变化,常温下发生弯曲型破坏的柱在高温后往往发生黏结破坏。与常温下的型钢混凝土柱相比,高温后型钢混凝土柱的滞回曲线更加饱满、骨架曲线的上升段和下降段更为平缓、位移延性系数略有增大、耗能能力更强。高温后型钢混凝土柱的延性、耗能能力与剪跨比、轴压比密切相关。位移延性系数随剪跨比的增大而增大,随轴压比的增大而减小;剪跨比越大,破坏时的等效阻尼比越大。经历高温作用后,型钢混凝土柱的刚度和承载力退化显著,初始刚度退化程度随剪跨比的增大而减小,屈服后刚度和受剪承载力退化程度随剪跨比的增大而加大。提出了火灾高温后型钢混凝土柱受剪承载力计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

型钢混凝土异形柱框架节点抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱框架节点的破坏特征和抗震性能,进行了9个中间层边节点、4个角节点和4个中节点的低周反复荷载试验。观察了各类型节点的受力过程及破坏形态,并分析了试件的荷载-位移滞回曲线、承载能力、层间位移角和延性以及耗能能力等力学特性。结果表明:SRC异形柱框架节点的典型破坏形态是节点核心区剪切斜压破坏和梁端弯剪破坏;滞回曲线饱满,层间位移角延性系数及位移延性系数介于1.80~5.63,弹塑性极限层间位移角约为1/67~1/28,等效粘滞阻尼系数介于0.150~0.294,破坏时节点核心区的剪切角约为0.03~0.04。并给出了节点设计建议。     

新型截面型钢混凝土柱抗震性能试验研究

提出配置扩大十字型钢和45°布置十字型钢两种截面形式的新型型钢混凝土柱,通过4个新型与1个普通型钢混凝土柱的低周反复荷载试验,研究新型截面型钢混凝土柱在较高轴压比下的破坏特征、滞回和骨架特性,并分析配钢形式和轴压比对柱抗震性能的影响。试验结果表明：新型截面型钢混凝土柱在压、弯、剪共同作用下均发生了弯曲破坏,在加载后期,即使纵筋外鼓屈服以及型钢翼缘局部屈曲,柱的竖向承载力仍较为稳定;新型截面型钢混凝土柱试件滞回曲线饱满,无捏缩现象,等效黏滞阻尼系数均达到0.45以上,并且截面配钢率相差不大的情况下,其变形和耗能能力明显大于普通型钢混凝土柱;新型截面型钢混凝土柱在高轴力下的承载能力和变形性能良好,其轴压比限值可比规范规定有所提高。     

不同加载制度下型钢混凝土柱抗震性能试验研究

通过3榀型钢混凝土柱的拟静力试验,研究不同加载制度下型钢混凝土柱的抗震性能。结果表明:1)远场加载制度下,随着同级位移循环次数的增加,试件的损伤程度加深、承载力降低幅度加大、耗能能力增强;位移角不超过1/50时,循环次数对试件的抗震性能影响较小,位移角1/40时,循环次数对试件的抗震性能影响显著;试件的极限变形和达到极限位移时的单周滞回耗能、等效黏滞阻尼比小,延性和极限耗能能力差。2)近场加载制度下,试件的裂缝数量少、混凝土压碎区域大,初始极限位移加载后试件的承载力大大降低,耗能能力得到充分发挥;试件的极限变形和达到极限位移时的单周滞回耗能、等效黏滞阻尼比大,延性和极限耗能能力强;再次增大位移加载,位移角不超过1/50时,试件的承载力和耗能能力变化很小,位移角1/40时,试件的承载力急剧降低、耗能能力快速增强。     

预应力及非预应力型钢混凝土框架受力及抗震性能试验研究

进行了两榀预应力型钢混凝土框架和非预应力型钢混凝土框架在竖向荷载及水平低周反复荷载作用下受力与抗震性能试验研究,研究结果表明：在型钢混凝土梁中采用预应力,可以有效地控制结构裂缝宽度,改善结构的正常使用性能;梁中施加预应力没有明显改变型钢混凝土结构优良的抗震性能,预应力型钢混凝土框架低周反复加载滞回曲线饱满,抗震性能优良;在型钢混凝土梁中施加预应力,可以充分发挥型钢与混凝土等材料各自的优势。在试验研究的基础上,提出了预应力型钢混凝土框架和型钢混凝土框架的三线型恢复力模型,并利用该恢复力模型进行了预应力型钢混凝土框架和型钢混凝土框架在低周反复荷载作用下的滞回性能分析,分析结果与试验结果吻合良好。     

沿翼缘加载的型钢混凝土T形柱抗震性能试验及有限元分析

型钢混凝土T形柱截面不规则,沿腹板和翼缘两个主轴方向的受力性能差异较大。为研究实腹式型钢混凝土T形柱沿翼缘方向的抗震性能,对10个缩尺比为1∶2不同参数下的T形柱进行了水平加载试验。考虑了加载制度、轴压比和配钢率的影响,观察了T形柱的受力过程,分析其破坏形态及水平荷载-位移曲线、承载力、刚度、侧移角、延性、耗能能力等抗震性能指标。在此基础上,采用OpenSees对T形柱进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合较好,进而分析了型钢的应力变化规律和P-δ效应对滞回性能的影响。结果表明:地震作用下,剪跨比为2.5的实腹式型钢混凝土T形柱沿翼缘方向发生弯曲破坏;不同的加载制度下,T形柱呈现出不同的破坏形态;滞回曲线饱满、对称、呈梭形,承载力稳定,耗能能力强;位移延性系数均大于5,破坏时侧移角介于1/16～1/10,显示出良好的延性和抗倒塌能力;加载循环次数越多,T形柱的延性越差;轴压比越大,刚度退化越快,延性和耗能能力越差;配钢率越大,T形柱的刚度退化越缓慢,延性和耗能能力变化较小;P-δ效应使得试件的承载力降低,但耗能能力发挥更充分。     

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。     

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。     

高温后钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

通过对7根高温后钢筋混凝土短柱试件和1根常温对比试件的拟静力试验,研究受火时间、轴压比和剪跨比对火灾后钢筋混凝土短柱的破坏形态、受剪承载力、骨架曲线、刚度退化、延性比、滞回耗能等的影响。利用有限元程序计算了高温后截面混凝土抗压强度的平均折减系数,提出了四周受火后钢筋混凝土柱受剪承载力的计算方法。研究结果表明：高温后短柱的受剪承载力随受火时间的增加、剪跨比的增大而减小;剪跨比对受火前后受剪承载力影响变化的程度相差较小;高温后短柱的受剪承载力先随轴压比的增大而增大,但当轴压比增大至界限轴压比后,受剪承载力反将降低,且高温后柱的界限轴压比较未受火时有减小趋势;提出的高温后钢筋混凝土柱受剪承载力计算式具有一定的安全保证率,可用于火灾后该类构件受剪性能的损伤评定。