预制装配式混凝土墙板螺栓连接抗剪性能试验研究

为研究预制装配式混凝土墙板螺栓连接的抗剪性能,通过对4个采用装配式螺栓连接的预制墙板结构试件进行单向反复加载试验,获得试件的滞回曲线、骨架曲线、特征荷载与位移;在此基础上对装配式螺栓连接的刚度退化情况以及延性指标进行计算和分析。研究结果表明:装配式螺栓连接具有良好的承载力、刚度及耗能能力,是一种可靠的干连接方式;通过对薄弱部位进行箍筋加密和增加螺栓的个数,能显著提高装配式螺栓连接的抗剪性能。     

螺栓连接装配式墙板抗侧刚度研究

螺栓连接装配式墙板体系具有连接简单、建造快速的优势,工程应用逐渐增多。本文以两种常见的螺栓连接装配式墙板(钢板拼接式螺栓连接和穿缝式螺杆连接)为研究对象,进行了7片墙板的拟静力试验,结果显示：螺栓连接装配式墙板由于水平缝处张开,墙体发生刚性转动,导致抗侧刚度下降;通过理论分析和数值模拟,揭示了螺栓连接装配式墙板水平变形特性,分析了影响墙体抗侧刚度下降的因素,提出了螺栓连接装配式墙板的抗侧刚度计算公式,数值分析与试验结果验证了公式的可靠性;基于参数分析的研究结果,回归了考虑螺栓节点配钢率、墙体的高宽比、轴压比和节点相对位置四个参数在内的干式螺栓连接装配式墙板抗侧刚度降低系数的简化计算公式,该简化公式的计算结果与数值模拟的结果误差在±20%之内,表明预测结果较为准确。     

预制剪力墙板水平接缝钢板组合连接方式研究

提出一种新型全装配式剪力墙水平接缝节点采用连接钢板对穿高强螺栓的钢板组合连接方式.为研究该连接方案的可行性及连接件的传力机理,以高强螺栓的间距作为设计参数,考虑竖向拉力的影响,设计了3个预制试件,同时设计1个整体现浇试件作为对比试件;采用有限元软件ABAQUS进行建模,且通过相关试验对其合理性进行验证,并进一步对所设计试件进行系列数值模拟,分析相关参数及不同竖向作用对试件承载力、抗侧刚度退化规律、延性与耗能能力等抗震性能的影响规律,分析节点的传力机理.研究结果表明:试件外在作用竖向拉力对试件抗震性能影响较为明显;水平接缝钢板组合连接的预制装配式剪力墙整体性较好,其抗震性能接近于整体现浇试件;所提出的新型钢板组合连接方案可行,传力路径明确,连接件的强度有足够富余;相对整体现浇试件,新型钢板组合连接的预制装配式试件在达到剪力墙结构大震层间侧移角限值1/120时,刚度下降较多,但其承载力仍未出现明显下降,试件的延性与耗能能力较好.     

装配式两边连接钢板剪力墙节点抗侧性能试验研究与分析

为了将钢板剪力墙体系与新型全装配式钢结构体系结合起来,提出了一种适用于装配式高层钢结构的两边连接间断式盖板钢板剪力墙连接节点(discontinuous cover-plate connection,DCPC),并对此节点的构造与设计方法进行了研究.通过改变内嵌墙板厚度、连接螺栓数目及接触面摩擦因数设计加工了4组试件,并对其进行了静力加载试验和有限元分析对比.研究表明:增加螺栓个数可有效提高试件的滑移荷载,有效提高节点初始刚度,但增大了节点连接螺栓的预紧力损失,同时连接盖板与底板的残余变形也较大;增大试件接触面的摩擦因数可有效增大试件的极限抗侧承载力,但对螺栓预紧力的影响不大;螺栓预紧力的损失量随着内墙钢板的宽厚比和有效高跨比的减小而增大;内嵌墙板在破坏前拉力带充分发展,位移延性系数满足抗震设计要求,属于延性破坏;DPCP不仅具有良好的传力性能,而且便于加工与装配,同时保证了装配式钢板剪力墙的震后可修复功能.     

低层装配式墙体水平缝坐浆连接抗剪性能试验研究

为编制低层装配式墙体在一种新型水平连接形式下抗剪承载力计算规范,对51个预制墙体进行了不同条件的试验研究,对其中的15个纯砂浆连接墙体抗剪承载力及破坏形态进行了分析。研究表明,纯坐浆连接墙体受剪破坏具有明显的脆性破坏特征;轴压比的增加,引起砂浆层上下界面摩擦力的增大,导致抗剪承载力的提高;接地梁上表面与墙板下表面粗糙度对试件抗剪承载力有重要影响。最后,通过试验结果推导出了现有文献中承载力计算的相关参数,该计算式将为设有边缘构件的墙体承载力计算提供相关理论依据。     

钢-超薄UHPC组合构件新型界面连接的抗剪性能

为实现预制UHPC薄板与钢构件的装配式连接、后期可拆卸等目标,以及针对钢-超薄超高性能混凝土(ultra high performance concrete, UHPC)组合桥面体系中UHPC层过薄而无法采用常规抗剪连接件的问题,提出一种由预埋带垫加长套筒、高强螺栓连接组成的新型抗剪连接方式。开展了6组新型螺栓连接件的推出试验,包括5组高强螺栓和1组负泊松比螺栓连接件,分析了新型连接件的破坏形态及荷载-滑移曲线特征,研究了螺栓直径、螺栓长径比、螺栓种类等参数对极限滑移、抗剪刚度等力学性能的影响,研究结果表明：新型螺栓连接件的破坏形态均为螺栓杆被剪断,预埋带垫加长套筒底部的UHPC无损坏压溃现象;新型高强螺栓连接件的抗剪承载力、界面相对滑移随高强螺栓的直径增大而增大;高强螺栓连接件的抗剪承载力约为螺栓抗拉强度的55.8%,故建议在钢-UHPC组合构件中采用较大直径的高强螺栓连接件,有效减少抗剪连接件的数量;而负泊松比螺栓的抗剪承载力和抗剪刚度明显较小,但极限滑移却明显增大,表现出良好的延性,建议将负泊松比螺栓应用于钢-UHPC组合构件的负弯矩区段,避免负弯矩区段出现开裂。     

输电铁塔装配式基础抗剪键连接的剪切性能

预制构件连接方法及其界面剪切性能影响整个输电铁塔装配式基础的受力和变形.针对螺栓连接易松动、变形大之类的问题,提出采用高强灌浆料灌注成形的十字形抗剪键作为输电铁塔装配式基础连接方案.采用室内剪切试验和数值模拟,研究该抗剪键连接的剪切性能,并与常用的螺栓连接进行对比分析.结果表明：十字形抗剪键剪切破坏模式为剪断型脆性破坏,破坏形态表现为以抗剪键为中心向外略有扩展成菱形.和螺栓连接相比,抗剪键连接的剪切强度略低,但剪切刚度显著提高.浇筑过程中灌浆料外溢对界面抗剪强度有提高作用.抗剪键的抗剪性能与灌浆料强度正相关,但提高灌浆料强度对抗剪性能提升并不明显.抗剪键深度对抗剪性能有影响,但在抗剪键深度超过20 mm后,抗剪键的抗剪性能不再提高.根据剪切试验和数值模拟结果,建议十字形抗剪键设计为长200 mm、宽20 mm、深20 mm.     

配置HTRB600E高强钢筋装配式圆形桥墩的抗震性能

为提高预制装配式桥墩水平抗弯承载力,提出墩身内配置HTRB600E高强钢筋的预制装配式圆形桥墩,设计制作基于灌浆套筒连接的配置HTRB600E高强钢筋预制装配式圆形桥墩试件。对试件进行拟静力试验,分析配置HTRB600E高强钢筋预制装配式圆形桥墩的破坏形态、承载能力、耗能能力、刚度退化和位移延性等抗震性能指标,并与配置HRB400E的预制装配式圆形桥墩试件相对比,研究HTRB600E高强钢筋对预制装配式圆形桥墩抗震性能的影响。研究结果表明：相较于配置HRB400E的预制装配式圆形桥墩,配置HTRB600E高强钢筋的预制装配式圆形桥墩水平抗弯承载力明显提高,墩身初始切线刚度有所增大,加载初期墩身抵抗变形能力有所增强,耗能能力提高明显,刚度退化速率有所减小。配置HTRB600E高强钢筋对预制装配式桥墩抗震性能产生积极影响,减少墩身塑性损伤,优化桥墩整体抗震性能。     

装配式轻型钢管框架-轻墙共同工作性能

提出一种适用于低层或多层农房建筑的装配式轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构,框架由轻型钢管再生混凝土梁、柱及连接节点螺栓连接而成,轻墙为单排配筋再生混凝土薄墙板,框架与轻墙之间通过构造钢板进行螺栓连接,形成共同工作的受力体系.框架承担主要竖向荷载,同时与轻墙共同工作提供水平抗侧力.为研究钢筋间距、墙体厚度对装配式轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构中框架与墙体共同工作性能的影响,进行了4个装配式轻型钢管再生混凝土框架-轻墙试件及1个空框架试件的低周反复荷载试验,分析了配筋间距、墙体厚度对试件损伤演化过程、滞回特性、承载力、延性、刚度以及耗能性能的影响.结果表明:轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构具有良好的共同工作性能,有明确的两道抗震防线;轻墙破坏形态为剪切破坏,随后框架压弯破坏,装配式连接构造安全可靠,结构具有良好的延性;缩小配筋间距、增加墙体厚度可提高轻型钢管再生混凝土框架-轻墙结构的延性和耗能能力.     

中空夹层预制装配式桥墩的抗震性能

提出一种中空夹层预制装配式桥墩,设计基于灌浆套筒连接的中空夹层预制装配式桥墩试件,采用拟静力试验对其抗震性能进行研究。研究结果表明:在低周循环往复荷载作用下,中空夹层预制装配式桥墩荷载-位移滞回曲线较为饱满,加载后期均出现较明显的捏拢效应,水平承载力峰值与普通装配式桥墩相当;预埋中空钢管使新型中空夹层预制装配式桥墩的屈服位移、屈服荷载较普通预制装配式桥墩分别提高8.3%和3.7%,墩身初始切线刚度减小约6.4%,增大了加载初期的墩身柔度,有利于桥墩耗能;在低周循环往复荷载作用下,中空夹层预制装配式桥墩墩身曲率在墩底接缝及刚度变化截面具有较为明显的突变,与普通预制装配式桥墩类似,中空夹层预制装配式桥墩和普通预制装配式桥墩主要受力纵筋最终均接近或达到屈服,塑性铰区上移明显;对比两类桥墩耗能曲线、刚度退化曲线和残余位移曲线,中空夹层预制装配式桥墩最终耗能曲线峰值较普通装配式桥墩提高约22%,刚度退化趋势基本一致,在达到屈服位移后有更大的残余位移,墩身变形能力较普通预制装配式桥墩更好。中空夹层预制装配式桥墩可充分发挥钢管变形能力强、刚度退化慢等优势,墩身钢筋混凝土与中空钢管协同工作,共同承受荷载,减轻墩身质量的同时表现出良好的抗震性能。     

外露式钢柱脚节点的抗剪性能

参考实际工程中使用的外露式钢柱脚节点,以柱脚底板孔径、柱脚底板厚度、锚栓直径和锚栓强度为主要参数,设计7组共19个大直径锚栓的钢柱脚试件,开展抗剪性能试验研究. 试验表明,锚栓连接具有可观的抗剪能力,节点的最终破坏模式有3种：当基础混凝土配筋足够时为锚栓剪断,配筋不够时为混凝土冲切破坏,介于两者之间的锚栓剪断同时存在混凝土冲切裂缝;锚栓连接的荷载-相对位移曲线呈现2种类型,主要区别在于是否存在滑移段. 对于锚栓连接的抗剪承载力设计值,将 3个已有理论模型与试验结果对比,给出推荐的简化公式. 对于锚栓连接的极限抗剪承载力,提出考虑锚栓截面拉力、剪力和弯矩影响的计算模型.     

装配式钢管混凝土柱-混凝土叠合梁连接节点试验研究

在装配式钢管混凝土结构中,钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接方式较为复杂。首先设计一种钢管混凝土柱–混凝土梁连接节点,可以在工厂预制大部分构件,在现场进行装配,满足装配式施工要求。通过装配式施工制作5个梁柱节点试件,包括3个中间节点和2个端节点试件。对该5个节点试件进行试验研究,其中1个中间节点试件进行单调加载,考察节点的静力承载力与变形性能;其余4个试件进行低周反复加载,根据试验得出节点在低周反复荷载作用下的破坏特征及滞回曲线、延性系数、耗能能力和强度刚度退化规律等。结果表明：试件破坏位置均在叠合梁上,符合强柱弱梁及强节点弱构件的设计原则;叠合梁截面尺寸为200 mm×350 mm的试件滞回曲线较为饱满,没有明显的捏缩现象,延性系数介于3.77与6.60之间,平均等效黏滞阻尼系数为0.222,节点的抗震耗能能力较好;叠合梁截面尺寸为250 mm×450 mm的试件由于叠合梁中部箍筋没有加密,叠合梁发生了剪压破坏,节点耗能能力未得到充分发挥,可以通过加大箍筋加密区的长度提高节点的耗能能力;试件强度退化系数一般均大于0.9,表明强度和刚度退化比较稳定;所有节点试件的倒“T”形连接件钢板均没有屈服,其抗弯和抗剪承载力为钢筋混凝土梁1.3倍的设计,偏于安全。     

装配式混凝土双板短肢剪力墙拟静力试验

为综合评价装配式混凝土双板短肢剪力墙的抗震性能,对2个双板装配式和1个现浇的足尺比例短肢剪力墙试件进行了拟静力试验研究,分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、位移延性、承载能力、刚度退化和耗能能力。结果表明：3个试件均发生弯曲破坏;构造改进后的双板装配式剪力墙具有良好的整体工作性能;利用连续矩形螺旋箍筋加强U形筋搭接连接范围混凝土的约束作用,能提高双板装配式短肢剪力墙的刚度和承载能力;双板装配式短肢剪力墙具有与现浇剪力墙相近的位移延性和刚度退化,具有良好的耗能能力。     

预制钢骨混凝土柱—钢梁组合节点试验研究

针对装配式混凝土结构中梁柱节点连接构造复杂、施工效率低等问题,设计开发了一种预制钢骨混凝土柱—钢梁组合节点,通过拟静力试验,研究不同梁端连接方式对新型节点抗震性能的影响。结果表明：不同梁端连接方式的节点试件均为梁端受弯破坏,破坏位置在翼缘连接板处,实现了节点域附近塑性铰外移的效果;翼缘连接板和混凝土的应变受梁端连接方式的影响较大,钢梁腹板、H型钢骨和纵向钢筋的应变受到的影响相对较小;栓焊混合节点和螺栓节点属于半刚性连接,焊接节点属于刚性连接;各试件的滞回性能良好,承载力和刚度退化性能稳定,延性系数在4.03~11.84之间,等效黏滞阻尼系数在0.24~0.36之间。该类型节点具有良好的承载能力和抗震性能,能满足现有抗震设计要求。     

不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能试验研究

为研究不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能,对1个现浇混凝土节点和2个装配式混凝土梁柱节点试件进行循环往复加载试验,分析节点的破坏特征、梁端弯矩—转角、节点核心区剪力—梁端转角、刚度退化、钢板的应变等。结果表明：方钢管连接的装配式混凝土节点呈梁端弯曲破坏,设置端板和水平连接板的装配式节点和现浇节点呈节点核心区剪切破坏。装配式节点的梁端弯矩和节点剪力显著提高,梁端转角显著增加,节点核心区剪切变形减小,刚度退化变缓,受力性能得到明显改善。在节点核心区设置方钢管和十字隔板作为钢骨架的节点受力性能最佳,远优于现浇节点。在节点核心区加入钢连接件,预制梁端设置预埋工字钢,现场采用焊接或者栓接装配,后浇连接区混凝土,这种连接形式能够有效传力,提升装配式节点的受力性能。     

联肢模块化钢结构中节点抗震性能试验研究

提出一种新型模块化钢结构体系,将改进的模块单元间隔布置并通过联肢单元联接,避免叠梁并柱产生的结构冗余。针对新型结构体系的装配特征,提出一种两侧分别为全焊接与全栓接的梁柱节点。开展3根十字形足尺节点试件的拟静力试验,研究节点的抗震性能,分析节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力,探讨竖向拼接螺栓连接方式和核心区柱壁厚度对节点抗震性能的影响规律。结果表明：节点试件左右两侧抗震性能存在差异;联肢侧滞回曲线呈弓形且具有良好的转动能力,模块侧滞回曲线呈梭形但转动能力差;加厚核心区柱壁是提升节点抗震性能的有效手段;竖向拼接采用高强螺栓连接比对穿螺栓连接能更好地提升联肢侧的滞回性能、刚度及耗能能力。     

装配式槽钢组合梁中开孔钢板连接件力学性能

为研究新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中开孔钢板剪力连接件(PSP剪力连接件)的力学性能,设计7组标准试件并开展推出试验,对比分析不同参数PSP剪力连接件的受剪承载力和破坏模式。利用ABAQUS非线性有限元模型对PSP剪力连接件的破坏模式和受力机制进行数值模拟,并与试验结果对比验证计算结果的可靠性。在此基础上,进一步分析开孔钢板厚度、开孔直径、混凝土强度、穿孔钢筋及连接件间距对PSP剪力连接件力学性能的影响。结果表明：除10 mm厚度的PSP剪力连接件外,所有4 mm与6 mm厚度的PSP剪力连接件均发生明显弯曲变形,试件破坏时连接件周围混凝土均出现斜向裂缝;开孔直径和穿孔钢筋对受剪承载力和抗剪刚度影响较小,而增加开孔钢板厚度、混凝土强度能提高剪力连接件受剪承载力和抗剪刚度;对于双排PSP剪力连接件,增大连接件间距能够显著提高单排PSP剪力连接件平均承载力,当间距为250 mm时,单排平均承载力达到单个PSP剪力连接件的91.2%。根据试验及有限元荷载滑移曲线提出装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中单个PSP连接件荷载滑移曲线计算公式,为装配式双拼槽钢混组合梁的设计提供参考。     

SC梁与CCSHRC柱端板螺栓连接节点试验

为了验证钢与混凝土组合梁（SC梁）与高强复合连续螺旋箍约束钢筋混凝土柱（CCSHRC柱）节点的受力机理及抗震性能,对足尺的端板螺栓连接的SC梁与CCSHRC柱节点试件进行了低周反复荷栽试验,对节点的抗震受剪承载力进行了分析,并根据试验结果得到了节点核心区抗震受剪承载力的计算公式。结果表明：组合节点受力合理,破坏前梁端形成明显的塑性铰,同时由于高强螺栓预压力的存在以及钢板箍的约束作用,使得核心区混凝土处于三轴受压应力状态,抗震受剪承载力显著提高,大大改善了节点区的抗剪能力,同时也增大了节点的刚度,所得抗震受剪承栽力的计算公式可供实际工程参考。     

双钢板-混凝土剪力墙轴心受压性能试验研究

双钢板-混凝土剪力墙是由钢板和混凝土通过抗剪连接件连接组成的新型竖向组合构件和抗侧力构件,其作为一种新型结构具有结构强度高、抗震性能好、施工方便快捷等特点。但对于这种新型结构,设计应用多以具体工程具体研究的方式进行,缺少专用的规范标准。为研究双钢板-混凝土剪力墙的轴向受力性能,完成了4片双钢板-混凝土剪力墙的轴心受压试验,分析了剪力墙在轴心荷载作用下的受力性能和破坏形态,探讨了不同距厚比和对拉螺栓数量对钢板局部屈曲、破坏形态以及承载能力的影响规律。试验结果表明,距厚比对墙体的局部屈曲、破坏形态有较大的影响,但对刚度和承载力影响并不十分显著。     

剪力墙竖向连接软钢阻尼器滞回性能试验研究

提出应用于剪力墙竖向韧性连接体的易拆装的拉压耗能软钢阻尼器.为了研究拉压荷载作用下该阻尼器的滞回性能,基于杠杆原理,设计制作能放大加载位移的高承载销轴-钢梁加载装置和3对不同耗能肢形状的试件,模拟阻尼器的螺栓连接边界和拉压往复受力过程.将阻尼器试件同条件依次安装并开展拟静力循环往复加载试验,研究试件的破坏模式、强度及变形能力、耗能特性及螺栓连接的可靠性,获得试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、承载力及延性系数等.对阻尼器的耗能承载能力进行评价分析,研究耗能肢型体参数对力学性能的影响.建立有限元模型,模拟阻尼器的失效行为.结果表明,阻尼器以耗能肢屈曲为典型破坏模式,Z型耗能肢阻尼器与其他2种耗能肢形状的阻尼器相比,具备更好的防屈曲性能和耗能能力,能够发挥低屈服点钢材的力学性能,震损后可以快速更换.