钢筋套筒挤压连接的预制RC柱非线性有限元分析

通过套筒挤压连接纵向钢筋是装配式混凝土结构采用的一种新型钢筋连接技术。该文基于MSC.MARC有限元软件,模拟了低周反复荷载下2个不同参数的、钢筋套筒挤压连接的预制RC柱受力性能。仿真结果表明:数值模拟得到的滞回曲线、骨架曲线、破坏形态等,均与试验结果吻合较好;验证了预制RC柱有限元模型的正确性和套筒挤压连接模拟方法的有效性,为钢筋套筒挤压连接的装配式RC框架的抗震性能数值模拟打下基础。     

UHPC-钢筋错位连接的预制剪力墙带板结构抗震性能试验研究

提出一种UHPC-钢筋错位连接的预制剪力墙节点连接形式，为研究该节点平面外的抗震性能，设计完成了5片剪力墙带板结构平面外拟静力试验，包括3片UHPC-钢筋错位连接预制剪力墙，1片UHPC-钢筋非连续对接连接剪力墙和1片60 d钢筋绑扎搭接的现浇剪力墙结构。对比分析了各试件的破坏形态、滞回曲线、承载力、刚度退化和水平接缝处竖向钢筋的传力性能。结果表明：错位连接剪力墙试件与现浇剪力墙试件破坏形式相同，均为平面外弯曲破坏，与现浇剪力墙相比，错位连接剪力墙极限承载力提高了5.1%,层间位移角均在1/80～1/50;初试刚度高于现浇试件，后期刚度退化、延性和耗能与现浇试件相当；增大UHPC后浇段高度可提高结构的整体刚度，但结构抗震性能降低；后浇段边缘处竖向钢筋在接缝处混凝土开裂后应力达到屈服，UHPC后浇段内钢筋应力较小，节点表现出良好的传力性能，可按照“等同现浇”剪力墙结构设计。     

套筒灌浆缺陷连接足尺预制混凝土柱抗震性能试验研究

灌浆套筒连接是预制混凝土结构最常用连接方式，灌浆不饱满缺陷是影响灌浆套筒连接柱抗震性能的主要因素。为明确不同缺陷率对该类柱抗震性能的影响，该研究考虑无灌浆缺陷、45%缺陷率和60%缺陷率三种情况，设计并制作了3个足尺预制柱进行低周往复拟静力试验，通过与无灌浆缺陷试件对比，分析套筒灌浆缺陷连接对柱构件破坏模式、滞回特征、延性等的影响。结果表明：不同于无缺陷试件的弯曲破坏特征和饱满滞回耗能特征，灌浆缺陷试件呈现出钢筋滑移破坏特征和捏拢滞回特征，延性变形系数为2.8～3.5，小于无缺陷试件的5.8。在发生钢筋滑移前，灌浆缺陷仅一定程度影响屈服荷载和峰值承载力。该研究的相关成果可为灌浆套筒连接预制混凝土结构的抗震性能研究提供参考。     

灌浆套筒连接全装配式框架-剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究采用灌浆套筒连接的全装配式框架-剪力墙结构的抗震性能,设计制作了1榀1/2比例两层两跨灌浆套筒连接全装配式框-剪结构模型试件PC-3,并对其进行了低周反复加载试验。通过与已有试验结果对比分析,研究了结构的破坏模式、滞回性能、刚度退化、位移延性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：灌浆套筒连接全装配式框-剪结构试件PC-3与全现浇试件RCFW的破坏模式基本相同,梁端塑性铰长度减小、位置外移,具有良好的耗能能力和较好的刚度特性,试件PC-3的屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均略大于全现浇试件RCFW的相应值,但其差值均小于5.0%,延性略小于全现浇试件RCFW,加载过程中耗能较为平稳。两种全装配式框-剪结构均具有良好的抗震性能,工程实践中可供设计人员选择采用。     

水平接缝连接方式对双面叠合剪力墙抗震性能影响的试验研究

通过对4片采用不同水平接缝连接方式的双面叠合剪力墙和1片全现浇剪力墙试件进行拟静力抗震试验,对比研究了墙体的破坏形态、滞回性能、承载力、位移延性、耗能能力和刚度退化特征。试验结果表明:各双面叠合剪力墙试件的极限破坏形态与现浇剪力墙试件基本相同;部分叠合剪力墙试件的抗震指标与现浇剪力墙对比试件相近,具有较好的抗震性能;水平接缝采用竖向连接钢筋搭接连接与采用竖向连接钢筋约束搭接连接方式的双面叠合剪力墙试件的承载能力更接近于现浇剪力墙试件;采用相同竖向钢筋连接方式的双面叠合剪力墙试件,钢筋搭接区带约束螺旋筋的试件比不带螺旋筋试件的极限变形能力强,但承载力相差不大;采用竖向连接钢筋连接方式且钢筋搭接长度大于等于1.2laE的双面叠合剪力墙试件的抗震性能满足现行相关规范的要求。     

装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱连接节点抗震性能试验研究

提出了一种新型全装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱端板螺栓连接节点形式,在低周反复水平荷载作用下,进行了6个装配式预应力中间节点试件和1个现浇节点试件的对比试验,得到了试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化以及耗能能力等抗震指标,确定了该新型装配式梁-柱连接节点的抗震性能。试验结果表明,新型全装配式预应力混凝土梁与高强钢筋约束混凝土柱端板螺栓连接节点试件均实现了"强柱弱梁"的设计目标。试件的滞回曲线饱满,抗震性能良好,研究成果可为预制装配式框架在地震区的推广应用提供理论依据和技术支持。     

预制钢筋混凝土叠合剪力墙抗震性能试验研究

为研究预制钢筋混凝土叠合剪力墙的抗震性能,对3片预制钢筋混凝土叠合剪力墙、1片现浇钢筋混凝土剪力墙进行低周反复荷载试验,对比研究了各试件的荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性性能、耗能能力和破坏形态等,探讨了叠合墙体预制部分与现浇部分的协同工作性能,以及不同施工工艺对整体工作性能的影响。研究结果表明:1)墙体破坏以剪切破坏为主;2)预制叠合墙和现浇墙体的承载能力、破坏模式、抗震性能指标均相近;3)预制试件的预制面与现浇面交接处未出现竖向劈裂裂缝,受力变形基本同步,协同工作性能良好;4)不同施工工艺对叠合墙的承载和变形性能无明显影响。     

O-Stable Panel装配整体式墙板抗震性能试验研究

O-Stable Panel是一种新型装配整体式墙板,该文设计制作了三个不同底部连接方式的装配整体式O-Stable Panel试件和一个全现浇O-Stable Panel试件,通过低周反复加载试验评价该类墙板的承载力、延性、滞回耗能等指标,研究不同连接方式下的O-Stable Panel墙板与全现浇墙板在抗震性能上的差异。试验模型为结构原型的1:2缩尺,墙体配筋依据等效全现浇结构的配筋。研究结果表明:装配式O-Stable Panel墙在往复荷载作用下最终都呈现为墙板竖向拼接处和墙板变截面处的贯通墙板裂缝;O-Stable Panel滞回曲线呈对称、稳定、没有明显捏拢收缩特点;采用灌浆套筒的竖向连接,随着控制位移增大,墙体抗震指标呈现急剧退化。采用预制墙片钢筋伸入底座的竖向连接,墙体等效粘滞阻尼系数均高于全现浇试件O-I-1型,滞回耗能性能与全现浇试件相近。     

套筒连接的预制拼装桥墩抗震性能研究

以灌浆套筒预埋于墩身的预制拼装桥墩为研究对象,分析了地震作用下此类桥墩墩身与承台接缝处的受力机理和套筒预埋于塑性铰区对桥墩整体受力性能的影响,进行了灌浆套筒预埋于墩身的预制拼装桥墩模型拟静力试验。在此基础上,采用数值模拟分析方法,建立有限元模型,比较了采用灌浆套筒连接的预制拼装桥墩与整体现浇桥墩的性能差异,以及不同直径的灌浆套筒对此类预制拼装桥墩抗震性能的影响。研究表明:采用墩身预埋灌浆套筒连接的预制拼装桥墩,因套筒刚度大,易在墩身套筒连接段形成刚性区域,发生墩身曲率重分布现象,导致墩底接缝处曲率增大,应变集中。此外,灌浆套筒埋置于墩身的预制拼装桥墩与整体现浇桥墩相比,等效塑性铰高度减小,位移承载能力降低,且灌浆套筒直径越大、长度越长,桥墩接缝处应变集中越明显,与整体现浇桥墩性能差异越大,导致桥墩最终破坏形式由传统的塑性铰区域混凝土破坏转变为墩底接缝处钢筋拉断。     

建设城市地下综合管廊, 转变城市发展方式

叠合板式综合管廊属于半装配式结构,其接缝数量少,抗渗性能优越,应用前景广泛。为了研究采用灌浆套筒连接和浆锚搭接连接两种连接方式的叠合板式综合管廊侧墙在面外荷载作用下的抗震性能,该文开展了采用两类连接方式的足尺侧墙模型的面外低周反复试验,并与管廊现浇侧墙构件作对比。通过分析试件破坏模式、裂缝分布以及受力性能指标,初步揭示了不同连接方式对叠合板式侧墙面外抗震性能的影响。研究表明：叠合板式试件与现浇试件抗震性能基本一致,滞回曲线均较饱满,极限承载力与刚度退化规律基本一致,满足装配式结构等同现浇的抗震设计要求;两类叠合板式管廊侧墙试件延性系数分别为7.05和8.50,均具有良好的面外延性,满足我国抗震设计规范中变形能力要求;采用浆锚搭接连接的叠合板式试件与采用灌浆套筒连接的叠合板式试件相比,滞回曲线更加饱满,变形能力好,但峰值抗侧承载力低,相同侧向位移下损伤破坏严重;两种连接方式的均可有效传递钢筋应力直至构件破坏。

     

部分预制装配型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

为了充分发挥预制装配结构在施工性能及型钢混凝土结构在抗震性能方面的优势,提出了部分预制装配型钢混凝土柱(PPSRC柱)及预制装配型钢混凝土空心柱(HPSRC柱)。PPSRC柱由高性能混凝土预制部分与普通强度混凝土现浇部分组成;为进一步减轻柱自重,HPSRC柱保持柱横截面空心。结合2个系列10个试件的拟静力试验,对PPSRC短柱与HPSRC短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、刚度退化、变形及耗能能力的研究,对柱截面形式、现浇混凝土强度、轴压力、配筋率及配箍率对PPSRC短柱和HPSRC短柱滞回性能的影响进行了分析。研究结果表明:配筋率较低的PPSRC短柱与HPSRC短柱的最终破坏形态为弯剪破坏,其余配筋率较高的试件均发生剪切破坏;所提出的预制高性能混凝土外壳、型钢及现浇混凝土能较好地协同工作,试件柱身未发现明显的纵向黏结裂缝;由于柱芯混凝土的存在,PPSRC短柱比HPSRC短柱表现出更好的耗能及变形能力;轴压力较低、配箍率较大、现浇混凝土强度较高的试件表现出更好的耗能及变形能力。基于试验结果和现行规范,提出了PPSRC短柱与HPSRC短柱的受剪承载力计算式...     

FRP筋/珊瑚混凝土柱轴心受压承载力

对8根塑料纤维增强树脂复合材料(FRP)筋/珊瑚混凝土轴心受压柱和1根钢筋/珊瑚混凝土轴心受压柱进行了承载能力试验,试验参数包括配筋率、箍筋间距、长细比和筋材种类。结果表明:相同配筋率下,FRP筋/珊瑚混凝土柱和钢筋/珊瑚混凝土柱的破坏机制不同,但受力性能良好;相同构件尺寸下,增大纵筋直径导致纵筋与混凝土保护层的黏结性能降低;减小箍筋间距有利于提高构件的延性;长细比越大的构件承载力越低。然后,基于筋材压缩性能试验的数据分析及参考文献的对比探讨,建议碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋名义屈服强度取值为0.34f_y(f_y为筋材的极限抗压强度),对应的理论值与试验结果相近,从而提出适用于CFRP筋/珊瑚混凝土柱的理论计算,为工程实践提供参考依据。      

FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土组合柱抗震性能研究

提出一种在塑性铰区域采用高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)替代混凝土来改善FRP筋-钢筋增强混凝土柱抗震性能的新方法。对FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土构件进行了低周往复荷载试验,系统地考察了基体材料、筋材种类、轴压比对构件破坏模态、裂缝模式、承载力、残余变形、延性和耗能能力的影响。结果表明,将ECC替代塑性铰区域混凝土能够有效避免FRP筋的受压屈曲,进而显著提升组合柱的抗震性能。与钢筋增强ECC-混凝土组合柱相比,复合筋增强ECC-混凝土组合柱的残余变形明显更小,且屈服后的刚度更高。随着轴压比的增大,构件极限强度升高但变形能力降低。通过有限元参数分析可知,组合柱的承载力和变形能力均随着ECC抗压强度及总配筋率的增大而增大;在总配筋率不变的情况下,FRP筋占比越高,构件的延性越好。     

现浇柱预制梁框架单调静力性能试验与内力计算方法研究

通过一榀1#x02236;4平面框架的单调静力荷载试验,对六层两跨现浇柱预制梁框架的破坏形态、破坏机制、位移延性等进行了较为系统的研究。研究表明：现浇柱预制梁框架实现了预期的混合破坏机制,试验过程中在梁端首先出现塑性铰,在二、三层梁端出现多个塑性铰后柱端出现塑性铰;试件受力全过程中节点核心区箍筋始终处于弹性阶段;框架整体位移延性为6.3;试验框架实现了预期的#x0201c;强柱弱梁#x0201d;、#x0201c;强节点#x0201d;等设计目标,这表明参照现行混凝土框架抗震设计方法进行现浇柱预制梁框架设计是可行的。基于MIDAS软件对考虑预制混凝土梁截面刚度折减以及考虑节点刚度折减的、预制混凝土框架内力计算方法进行了研究,并提出了有关建议。     

钢筋混凝土分体柱理论与技术

在钢筋混凝土高层建筑结构中,由于柱轴压比的限制,框架柱的截面大、剪跨比小,在结构底部经常形成短柱甚至超短柱,短柱延性差,地震时易发生脆性剪切破坏而导致结构破坏甚至倒塌。钢筋混凝土分体柱技术就是采用隔板将矩形短柱截面劈分成2根或4根独立配筋的等截面单元柱,使短柱的剪跨比扩大一倍,直接变短柱为“长”柱。系统地介绍了钢筋混凝土分体柱理论与技术,包括分体柱的承载力和抗震性能、分体柱框架梁柱节点的抗震性能、分体柱框架的抗震性能以及设计和施工建议等理论、试验和应用研究。创新成果表明,分体柱会使柱的抗弯承载力稍有降低,抗剪承载力保持不变,而变形能力和延性显著提高,且柱的破坏形态由剪切型转变为弯曲型,实现变短柱为“长”柱,从而从根本上改善了钢筋混凝土短柱的抗震性能,提高了钢筋混凝土高层建筑结构的抗震安全性。研究成果获得了天津市科学技术进步一等奖、国家发明专利和国家实用新型专利,为钢筋混凝土分体柱技术在钢筋混凝土高层建筑结构抗震设计中的应用提供了可靠的理论基础、试验依据和工程实例。     

压弯剪作用下钢筋混凝土柱荷载-变形分析

为研究不同破坏模式下钢筋混凝土柱的受力机理及性能,该文提出能够考虑压弯剪相互作用的钢筋混凝土柱荷载-变形分析模型。以修正压力场理论及传统纤维截面分析法为基础,将柱受力过程分为弯曲控制及剪切控制两个阶段,分别对控制截面受拉区和受压区进行分析,同时考虑了纵筋受压屈曲及P-Δ效应的影响,进而得到柱水平受剪承载力及其变形。最后,为验证模型的有效性,对所收集的拟静力试验柱进行了模拟。结果表明,压弯剪作用下钢筋混凝柱会表现出弯曲、弯剪及剪切三种不同的破坏模式,其荷载-变形性能差异较大,采用该文所提模型所得计算曲线与试验结果吻合较好,该模型能够被用于钢筋混凝土柱抗震性能分析。     

高轴压比配筋PVA纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土柱在高轴压比下的抗震性能,采用聚乙烯醇（PVA）纤维增强混凝土代替普通混凝土是可选择的措施之一。设计6个剪跨比为4的钢筋混凝土柱试件,其中4个试件采用PVA纤维增强混凝土,另外2个对比试件采用普通混凝土,进行拟静力试验以研究高轴压比下的抗震性能。通过改变轴压比和纤维掺量,在水平循环往复荷载作用下,观测试件裂缝开展及破坏过程,研究滞回性能、骨架曲线、延性性能及耗能能力。试验结果表明：高轴压比下,PVA纤维增强钢筋混凝土柱破坏时,裂缝开展缓慢,纤维的桥接作用有效地抑制了裂缝的开展;纤维增强混凝土柱主要表现为延性破坏模式,极限位移角约为普通混凝土柱的1.47倍~1.53倍,表明其具有良好的塑性变形能力和损伤容限;PVA纤维增强钢筋混凝土柱的耗能比约为普通混凝土柱的1.82倍~1.95倍,表明其耗能能力显著提高,抗震性能优越。     

基于抽柱法的无粘结预应力装配式框架结构连续倒塌分析

为研究无粘结预应力装配式框架结构的防连续倒塌性能,首先采用有限元软件OpenSees中的梁柱节点单元模拟无粘结预应力梁柱节点,并与试验结果进行对比,然后采用抽柱法对一栋6层无粘结预应力装配式框架结构和现浇框架结构进行连续倒塌分析,得到了抽柱后关键构件的内力时程曲线和失效点的竖向位移时程曲线,最后模拟了无粘结预应力装配式框架结构和现浇框架结构的连续倒塌过程。研究结果表明：在抽除中柱后,无粘结预应力装配式框架结构的倒塌荷载极限值比现浇框架结构高24.2%;在抽除边柱后,无粘结预应力装配式框架结构的倒塌荷载极限值比现浇框架结构则高35.7%。在柱截面尺寸和配筋相同、梁截面尺寸和受弯承载力相同的情况下,无粘结预应力装配式框架结构防连续倒塌性能优于现浇框架结构。     

钢筋混凝土矩形空心桥墩抗震性能

针对钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩基于性能抗震设计所需要的性能量化参数和抗震性能问题,该文对高宽比、轴压比、纵向和横向配筋率不同的12个约束良好的RC矩形空心桥墩,开展了恒定轴力作用下的水平循环荷载试验研究,并把试验观测到的桥墩主要损伤状态与工程设计参数联系起来,以满足基于性能抗震设计所需要的量化指标。在此基础上,基于OpenSees软件平台,采用纤维模型对试件体桥墩的滞回性能进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合良好。结果表明：使用累积概率曲线,可以较好地把混凝土开裂和剥落等主要损伤状态与混凝土压应变和纵向钢筋拉应变等工程极限状态联系起来,为基于性能的桥梁抗震设计提供量化指标。试件体桥墩的延性系数在3.71~8.29,等效粘滞阻尼比在0.19~0.31,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。该横向配筋构型的RC矩形空心桥墩,可以作为当前我国公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B02-01-2008)矩形空心截面横向配筋构型的一种补充。