损伤型钢混凝土异形柱框架抗震性能试验研究

为研究损伤型钢混凝土(SRC)异形柱框架的抗震性能,对1榀两跨三层的框架模型进行拟动力试验,分析该结构在水平地震作用下的动力响应、滞回特性、刚度等性能。结果表明:损伤SRC异形柱框架再次遭受地震作用时,首先从损伤严重的部位开始破坏;滞回曲线较为饱满,具有一定的承载能力、耗能能力和抗倒塌能力;刚度较小,当地震作用不大时层间变形较大。损伤指标不大于0.8的SRC异形柱框架,能够承受8度基本烈度的地震作用而不发生倒塌。研究可为SRC异形柱框架的工程应用提供参考。     

异形柱框架抗震性能研究

基于静力弹塑性分析方法和双参数地震损伤模型,对混凝土异形柱框架结构模型进行了分析研究。以Pushover方法对结构进行计算分析,得出结构在各地震烈度下的位移反应和构件塑性铰的发展、分布情况;采用Park-Ang模型并结合Pushover分析结果计算结构地震损伤指标,对异形柱框架的抗震性能进行了评估。为其工程实践提供了一定的理论参考依据。     

型钢混凝土异形柱损伤行为及性能量化指标研究

为研究型钢混凝土异形柱在不同形式的水平荷载作用下的损伤行为,采用“建研式”加载方式对15根SRC异形柱(9根T形柱、3根L形柱、3根十形柱)进行试验研究,考虑加载制度、轴压比、配钢率等因素对其损伤性能的影响,观察其破坏形态,分析荷载 位移(P-Δ)曲线特性。结果表明：试件主要表现为弯曲破坏并伴随着黏结破坏特征;低周反复荷载作用下荷载-位移曲线饱满对称,无明显“捏缩”现象;试件延性系数介于4.16～9.44,具有良好的变形能力,尤其单调加载时试件延性最好。基于试验,通过考虑混凝土开裂、加载路径以及有效耗能对试件损伤的影响,建立基于变形和能量的损伤模型,并对其各特征点处的损伤程度进行评估。同时,将SRC异形柱的抗震性能水准划分为正常使用、基本正常使用、暂时使用、修复后使用、接近严重破坏等5个水准。对41根SRC异形柱各特征点的位移角进行频次统计,建立SRC异形柱在不同性能水平下的位移角量化指标以及相对应的损伤指数阈值,以期为SRC异形柱结构基于性能的抗震设计和震后修缮加固提供依据。     

型钢混凝土异形柱-钢梁框架节点地震损伤分析

为研究地震作用下型钢混凝土异形柱-钢梁框架节点的地震损伤演化规律,进行了4个L形、4个T形型钢混凝土异形柱-钢梁框架节点的抗震性能试验。基于低周反复荷载试验研究结果,研究了试件循环加载过程中变形和能量的非线性组合关系,通过引入加权指数考虑变形损伤与能量累积损伤的权重变化,考虑配钢率、配箍率、轴压比、配钢形式等因素,建立了能够较好反映地震作用下型钢混凝土异形柱-钢梁框架节点损伤演化规律的非线性损伤模型,并给出了具体的地震损伤模型表达式。基于提出的地震损伤模型对试验试件进行了地震损伤指标验算,表明模型能够较好地描述型钢混凝土异形柱-钢梁框架节点的地震损伤演化全过程,研究结果为该类结构地震损伤评估及抗震设计提供了理论依据。     

型钢混凝土异形柱框架基于位移的抗震设计方法研究

根据型钢混凝土(SRC)异形柱框架的特点,确定出结构的目标位移,并将其多自由度体系转化为等效单自由度体系,推导出相应的等效参数。在此基础上,提出SRC异形柱框架基于位移的抗震设计步骤,并通过算例对结构进行承载力设计,用静力弹塑性分析方法对所设计的SRC异形柱框架进行静力推覆分析,比较结构的侧移形状与初始设计曲线的异同,验证结构是否满足不同性能水平的要求。分析表明,该法操作方便,结果合理,能够控制SRC异形柱框架在不同水准地震作用下的性能,达到基于位移抗震设计的目的。     

SRC异形柱框架地震损伤识别研究

基于型钢混凝土(SRC)异形柱空间框架的振动台试验,获取其加速度响应信号、位移响应信号、应变响应信号,分析其破坏过程。研究结果表明,随着加速度峰值的增大,模型表面裂缝充分发展,梁端纵筋及一层柱脚型钢相继进入屈服状态;SRC异形柱框架的破坏模式呈典型的梁铰破坏机制。采用MATLAB对结构频响函数进行分析,得出结构的一阶和二阶自振频率分别为7.3 Hz和8.0 Hz。基于结构内部损伤与结构频响函数的对应关系,通过对模型结构频响函数产生的变化进行分析,可知结构内部损伤不断发展,自振频率不断降低。基于不同白噪声工况下结构频响函数的变化,对SRC异形柱空间框架在地震作用下的损伤程度进行评估,结果表明,该方法可较好地反映结构在遭遇地震作用时的损伤发展程度。     

配钢形式不同的型钢混凝土异形柱框架抗震性能试验对比

为研究不同配钢形式的型钢混凝土(SRC)异形柱框架的抗震性能,对两榀框架模型进行低周反复加载试验,获得其破坏形态,分析其滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、耗能能力、刚度及累积损伤等特性。结果表明:SRC异形柱框架破坏时形成梁铰机制,符合"强柱弱梁"的抗震设计要求;与空腹式配钢相比,实腹式配钢的SRC异形柱框架抗震性能更为优越,承载力、延性和弹性刚度均显著提高,抗倒塌能力和耗能能力增强,但刚度退化和累积损伤却略微严重。     

型钢混凝土框架-核心筒混合结构地震易损性分析

增量动力分析(IDA)是进行结构抗震性能评估的一种有效方法,根据IDA方法的原理和特点,提出用其进行型钢混凝土(SRC)框架-核心筒混合结构地震易损性分析的具体步骤;将SRC框架-混凝土核心筒的性能水平划分为5档,在统计分析基础上提出各性能水平的层间位移角限值,并进一步建立SRC框架梁柱和混凝土剪力墙的单元模型。采用IDA方法对一规则SRC框架-混凝土核心筒进行分析,以PGA和Sa作为地震强度参数得到结构地震易损性曲线,分析表明,结构超越生命安全和接近倒塌的概率较小,其在不同地震作用下均具有良好的抗震性能。     

半刚接钢框架内填RC墙结构的性态指标

半刚接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构(PSRCW)是一种新型组合结构体系,我国《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)尚未建立其性态目标。为提出PSRCW结构在不同地震水准下的性态目标,结合我国抗规给出的地震水平和结构性态水准,根据结构性态水平与损伤指数的关系,利用修正的Park-Ang损伤模型对已完成12榀PSRCW结构试验数据进行了统计分析,建立了以层间位移角表征的PSRCW结构性态指标,研究成果可为完善PSRCW结构基于性态的抗震设计方法或进行PSRCW结构地震易损性评估提供参考。     

型钢混凝土异形柱结构受力性能研究的发展现状

型钢混凝土异形柱结构不仅具有异形柱结构的房间柱棱不凸出、美观适用、实际得房率高等优点,同时能够克服钢筋混凝土异形柱结构承载能力不足、抗震性能差等缺点,对于进一步推广异形柱结构具有重要意义。在综合介绍型钢混凝土异形柱结构研究背景的基础上,分析了型钢混凝土异形柱轴心受压性能、偏心受压性能、受剪性能和抗震性能、型钢混凝土异形柱框架节点的受剪性能和抗震性能、型钢混凝土异形柱框架的抗震性能以及构造要求等方面的研究现状,指出了型钢混凝土异形柱结构受力性能研究领域有待进一步解决的问题,为该领域的深入研究及型钢混凝土异形柱结构的设计应用提供参考。     

型钢混凝土异形柱结构受力性能研究的发展现状

型钢混凝土异形柱结构不仅具有异形柱结构的房间柱棱不凸出、美观适用、实际得房率高等优点,同时能够克服钢筋混凝土异形柱结构承载能力不足、抗震性能差等缺点,对于进一步推广异形柱结构具有重要意义。在综合介绍型钢混凝土异形柱结构研究背景的基础上,分析了型钢混凝土异形柱轴心受压性能、偏心受压性能、受剪性能和抗震性能、型钢混凝土异形柱框架节点的受剪性能和抗震性能、型钢混凝土异形柱框架的抗震性能以及构造要求等方面的研究现状,指出了型钢混凝土异形柱结构受力性能研究领域有待进一步解决的问题,为该领域的深入研究及型钢混凝土异形柱结构的设计应用提供参考。     

型钢混凝土柱基于变形的性能指标限值研究

通过对型钢混凝土(SRC)柱的性能等级划分，明确了各性能等级所对应的物理损伤状态及修复方法，以钢筋、型钢和混凝土的材料应变及构件承载力作为控制条件，综合判断SRC柱的各性能等级的界限状态。采用ABAQUS有限元软件，对按我国现行规范设计的360个弯曲破坏的SRC柱进行有限元分析，得到SRC柱各性能等级的转角限值，并且分析了轴压比、含钢率、体积配箍率、剪跨比和型钢截面形式对各性能等级转角限值的影响。研究结果表明：型钢混凝土柱内置型钢截面型式对各性能界限状态变形指标限值影响不大，轴压比对各性能等级限值影响很大，含钢率、剪跨比和体积配箍率对部分性能等级的限值有明显影响。对数值计算结果进行统计分析，得到了SRC柱各性能等级的位移角限值和塑性转角限值的统计特征值及回归表达式。研究成果可为钢-混凝土混合结构基于性能的抗震设计和抗震性能评估提供参考。     

型钢混凝土异形柱框架地震易损性分析

为了评估型钢混凝土异形柱框架抗震性能,选取三榀不同空间位置、不同型钢配置形式的框架,采用增量时程分析和易损性分析方法,得到三榀框架在高烈度区三种设防水准的地震作用下,保持结构各性态水平界限值的概率。同时对比了PGA和S_a(T_1,ξ)两个地震动强度参数评估该结构的有效性。结果表明:以S_a(T_1,ξ)作为该结构的地震强度参数比PGA更有效;以相同轴压比为条件,型钢混凝土异形柱的空腹式中框架抗震能力最强、实腹式中框架次之、实腹式边框架最弱。在8度区,三榀框架满足我国规范提出的"中震可修、大震不倒"概率较高,但满足"小震不坏"概率较低。而9度区,三榀框架保持满足三设防水准的要求概率均较低。     

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。     

实腹式型钢混凝土异形柱中框架抗震性能试验研究

通过1榀两跨三层实腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架的低周反复加载试验,观察其受力过程及破坏形态,分析其荷载-位移滞回曲线和骨架曲线、承载能力、层间位移角、延性、耗能以及刚度退化等力学特性。结果表明：实腹式SRC异形柱中框架属于典型的“强柱弱梁”结构,破坏机制为梁铰机制;滞回曲线饱满,破坏时结构整体位移延性系数均值达到5.5,等效黏滞阻尼系数达到0.249;抗倒塌能力强,极限弹塑性层间位移角约为1/39～1/13。实腹式SRC异形柱中框架总体上表现出良好的抗震性能,可以应用于高抗震设防烈度区的多高层建筑中。     

型钢混凝土异形柱空间框架地震响应试验研究

为研究型钢混凝土异形柱空间框架的地震响应,首次对缩尺比为1/4的三榀两跨五层框架模型进行地震模拟振动台试验,输入El Centro波、Taft波和兰州波,分析模型的动力特性、应变响应、加速度响应、位移响应、基底剪力和滞回性能。结果表明：强震作用下,型钢混凝土异形柱框架形成典型的梁铰破坏机制,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求|随着输入地震波加速度峰值的增大,结构累积损伤逐渐增加,自振频率逐渐降低,阻尼比增大,加速度和位移响应峰值出现时刻向后推迟;结构在进入塑性阶段的过程中发生扭转变形|基底剪力呈现出先快后慢的增长趋势|滞回曲线饱满,表现出良好的耗能能力。型钢混凝土异形柱框架能够满足强柱弱梁和大震不倒的抗震设防要求。     

Kratzig及Park-Ang损伤指数模型比较研究

随着基于性能抗震设计理论的发展,地震损伤模型在建立性态目标方面受到重视。为了对基于能量的Kratzig模型作进一步的发展和完善,并与目前常用的Park-Ang模型作比较,首先进行6个不同轴压比的钢筋混凝土框架柱的低周反复加载试验,对试件各循环加载的损伤情况进行详细的描述,在此基础上分别用两种模型计算各构件每一级加载的损伤指标,并与试验现象进行对照。将计算结果与有关文献提出的损伤指数抗震设防目标比较,提出Krizig模型对应的设防目标指数范围;对损伤指数目标、模型合理性进行分析。研究结果表明,Park-Ang过低估计构件的损伤,认为基于能量的Krizig模型更符合构件的塑形变形性能。     

典型受火方式下型钢混凝土异形柱耐火极限研究

应用有限元软件ABAQUS建立型钢混凝土柱数值模型,研究4种典型受火方式下SRC异形柱的耐火性能,探讨各因素对SRC异形柱耐火极限的影响。结果表明:矩形柱耐火性能优于异形柱;对于任意截面的SRC柱,耐火极限均随荷载比的增大而减小,且矩形和L形SRC柱在高荷载比时下降更多;荷载比较小时L形柱的耐火性能优于T形柱,荷载比较大时T形柱的耐火性能优于L形柱;实腹式配钢SRC柱的耐火性能优于空腹式。研究结果可为SRC异形柱的抗火设计提供依据和参考。     

型钢混凝土短柱受剪承载力计算模型研究

型钢混凝土（steel reinforced concrete,SRC）结构因承载力高、刚度大、耐火及耐久性能好等优点在高层及超高层建筑中被广泛使用,其中SRC柱作为主要竖向承重及抗侧力构件,其在地震作用下承载能力直接影响整体结构在地震作用下的响应。目前,对于SRC短柱受剪承载力计算方法有待深入研究,而各国规范或规程中使用的基于强度叠加法的半经验-半理论计算公式缺乏明确的力学模型作为支撑。为此,利用SRC短柱中钢筋混凝土（reinforced concrete,RC）部分与型钢及其内部混凝土部分的剪切变形相互关系,确定了RC部分与型钢及内部混凝土组合体到达其受剪承载力的先后顺序,并以此提出了基于强度叠加法的SRC短柱受剪承载力计算模型,并将该模型及现行规范的计算结果与文献记载的66个发生剪切破坏的SRC短柱的试验结果进行了对比。结果表明：模型可准确预测文献记载的66个发生剪切破坏的SRC短柱的受剪承载力;模型中对RC部分与型钢及其内部混凝土部分剪切变形的考量可准确定义SRC短柱在峰值荷载时的剪力分配机制,在实际工程设计时可依此判断SRC短柱中RC部分与型钢及其内部混凝土部分的承载力利用率,使SRC短柱的受剪承载力最大化。     

型钢混凝土异形柱框架地震反应特性研究

论文采用有限元软件ANSYS分别建立了三组对比模型。计算分析了钢筋混凝土异形柱和型钢混凝土异形柱框架,具有型钢相同含钢率的型钢混凝土矩形柱和型钢混凝土异形柱框架,具有等形心轴惯性矩的钢筋混凝土矩形柱、钢筋混凝土异形柱和型钢混凝土异形柱框架。研究了对比模型在水平地震作用下的振动反应特性。得出型钢混凝土异形框架柱的扭矩和层间位移都较小;具有等形心轴惯性矩的钢筋混凝土矩形柱、钢筋混凝土异形柱和型钢混凝土异形柱框架三种结构的框架柱扭矩和层间位移非常接近,具有相似的振动反应特性。