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。     

非均匀受火下约束型钢混凝土柱力学性能研究

为了解不同受火条件下型钢混凝土柱截面温度场,同时考察受火方式、火灾荷载比、荷载偏心率、约束刚度比等参数对型钢混凝土柱抗火性能的影响,进行了14个包括四面、三面、相对两面、相邻两面、单面受火条件下轴向约束型钢混凝土柱的抗火性能试验。试验结果表明：受火面数量、受火方位对 型钢混凝土柱截面温度分布有显著影响,升温时间相同时,四面受火、三面受火、两面受火、单面受火试件截面相同位置处所经历的最高温度依此降低;距试件表面距离相同时,型钢翼缘外侧受火面温度比型钢腹板外侧受火面温度略高。受火方式、火灾荷载比、荷载偏心率、约束刚度比对升降温全过程下型钢混凝土柱轴向变形和轴力发展有显著影响,试件受热膨胀变形和降温压缩变形随受火面数的增多而增大;轴向膨胀变形随火灾荷载比的增大而减小,随荷载偏心率的增大而增大;荷载比越大,试件由轴向拉伸状态转为轴向压缩状态的时间越短,压缩程度越高。定义试验实测轴力与初始施加轴力的比值为轴力变化系数,四面受火、三面受火、两面受火、单面受火时,试件升降温后期的轴力变化系数依此递减,轴力变化系数峰值随荷载偏心率和轴向约束刚度比的增大而增大,随火灾荷载比的增大而减小。     

复合受扭型钢混凝土组合柱滞回性能试验研究

为了研究复合受扭型钢混凝土柱的滞回性能,对设计的8个型钢混凝土组合柱进行了压-弯-剪-扭复合受力的拟静力试验。观察试件破坏过程和形态,分析扭弯比、轴压比、栓钉和型钢类型对构件滞回性能的影响。研究结果表明:在复合扭矩作用下,8个试件均发生扭型破坏;扭矩-扭率滞回曲线主要呈反S形,捏缩现象明显;减小扭弯比、增大轴压比、焊接栓钉均会降低试件延性,但栓钉有利于提高构件承载能力,十字型钢混凝土试件延性优于H型钢混凝土试件;试件相对刚度退化规律基本一致,屈服前退化较快,屈服后退化较慢;各试件扭转强度退化系数为0. 77～0. 95,等效阻尼比为0. 18～0. 27,耗能能力随着扭弯比的减小而增大。     

火灾后十字形型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究分析火灾后十字形型钢混凝土柱的力学性能,以是否受火以及轴压比两个变化因素,设计3根受火和1根未受火的型钢混凝土十字形柱并进行低周反复荷载试验。受火试验后,对十字形柱的滞回曲线、位移延性系数、骨架曲线等力学性能进行分析。试验结果表明:十字形型钢混凝土柱在轴压比不同时表现的破坏形态不同,构件的破坏形态随轴压比的增加发生了由剪弯破坏到弯曲破坏再到剪切破坏的过程;较未受火试件,火灾对十字形型钢混凝土柱的材料力学性能造成损伤,试件耗能能力降低,水平极限承载力明显下降,同时试件的刚度退化也比较严重;在一定范围内提高轴压比,十字形型钢混凝土柱耗能能力增大,其延性系数减小,同时增大轴压比能够有效地提高试件的极限承载力、增大试件的刚度。     

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。     

方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土柱的抗震性能,采用正交设计方法设计并制作了9个试件,并对其进行拟静力试验。考虑钢管壁厚、再生骨料取代率和轴压比3个变化参数,观察试件加载全过程和破坏形态,分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化。结果表明:方钢管再生混凝土柱试件破坏过程及破坏形态与普通钢管混凝土柱类似,主要表现为柱底钢管的鼓曲破坏;试件的滞回曲线均比较饱满,没有明显的捏缩现象,试件的变形性能良好;再生骨料取代率对钢管再生混凝土柱的位移延性系数影响较小,主要受钢管壁厚及轴压比的影响;加载完成后,各试件的等效黏滞阻尼系数达到0.2以上,表现出良好的耗能能力;试件刚度主要受钢管壁厚和轴压比的影响,再生骨料置换率对试件刚度的影响不大;三线型的P-Δ骨架曲线模型无量纲化后,试验数据有较好的规律。     

钢骨-钢管混凝土柱抗震性能试验研究

了解钢骨-钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下的力学性能,为钢骨-钢管混凝土柱的推广应用提供依据.本文对5根构件开展拟静力试验并对试验结果进行了分析,得到不同轴压比和不同含骨率下的荷载-位移滞回曲线,并分析比较了轴压比和含钢率对构件耗能及延性的影响.结果表明,钢骨-钢管混凝土柱抗震性能良好,含骨率的增加和轴压比的减小都有利于试件承载力的提高;随着试验位移增大,试件累积耗能和等效粘滞阻尼系数都增大,表明试件耗能能力不断增大,如此就能有效地抵御地震作用,而且试件轴压比越小,含骨率越大试件的耗能能力越强;含骨率的增大可以减缓试件的刚度退化,轴压比的减小对减缓刚度退化影响显著;即使在高轴压比下钢骨-钢管混凝土柱仍能满足规范对抗震极限位移角的要求,试件延性系数随含骨率增大而增大,随轴压比的增大而减小.     

圆钢管约束型钢再生混凝土短柱抗震性能

针对圆钢管约束型钢再生混凝土短柱的抗震性能进行研究,在验证了分析模型合理性的前提下,考虑了圆钢管径厚比、再生粗骨料取代率和轴压比等设计参数对试件力学性能的影响规律,获取了试件滞回曲线、骨架曲线、延性系数、等效黏滞阻尼系数等抗震性能指标和试件的峰值承载力,并与已有试验进行了对比分析。结果表明：在再生混凝土取代率、轴压比、含钢率等参数基本相同时,圆钢管约束型钢再生混凝土短柱比型钢再生混凝土柱和圆钢管型钢再生混凝土柱表现出更好的变形和耗能能力;再生粗骨料取代率对滞回曲线等抗震性能指标影响不大,可基本满足工程抗震要求,并可广泛应用于工程的承重结构中;在取代率和轴压比相同时,随着径厚比的增大,试件弹性阶段初始刚度、峰值承载力和耗能能力逐渐下降,但延性会有一定幅度的提升,延性变形能力可提高30%～40%;在取代率和径厚比相同时,随着轴压比的增大,试件的峰值承载力和耗能能力变化不大,延性越来越差。     

焊接栓钉型钢混凝土柱压-弯-剪-扭滞回性能试验研究

为了研究压-弯-剪-扭复合受力焊接栓钉型钢混凝土柱的滞回性能,通过研发的试验装置,对设计的9个试件进行恒定轴压力下低周反复弯-剪-扭的加载试验,考虑了栓钉位置、栓钉间距和栓钉长度等3个变化参数。通过试验观察了试件的受力破坏过程及形态,获取其弯矩-位移和扭矩-扭率滞回曲线,并分析了试件破坏形态、滞回曲线、刚度退化、能量耗散、延性等抗震性能指标。结果表明：恒定轴压力反复弯-剪-扭作用下,型钢混凝土试件表现为以弯曲破坏为主、伴随扭转斜裂缝的弯扭型破坏形态;弯矩-位移滞回曲线呈梭形,滞回环饱满,而扭矩-扭转角滞回曲线则呈反S或Z形,滞回曲线不饱满;扭矩作用下,型钢混凝土柱的延性变差;通过焊接栓钉可提高其延性,栓钉间距越小延性越好,当型钢翼缘和腹板交错焊接栓钉时,更有利于提高构件的抗震性能。     

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。     

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。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能，以扭弯比、轴压比为变化参数，设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态，得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线，以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据，分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明：低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏，滞回曲线呈捏拢的S形，随着扭弯比的增大，柱根部压碎区高度变小，翼缘裂缝发展更为完善，纵筋应力增大，箍筋应力减少，开裂荷载和受扭承载力均有提高，试件扭转延性提高但位移延性降低，初始刚度较小且退化更为平稳；而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关，轴压比越大，受扭承载力越大，弯曲刚度提高；试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0.08~0.28之间，扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0.13~0.23，试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变，L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

高轴压比下型钢混凝土柱的抗震性能

为研究高轴压比下型钢混凝土柱的抗震性能指标,设计了轴压比为0.57和0.70的2个型钢混凝土柱的水平往复拟静力加载试验。通过试验得到了高轴压比下型钢混凝土柱的滞回曲线和骨架曲线,计算出等效黏滞阻尼系数、功比指数、位移延性系数等;然后通过与数值模拟结果对比,得到合理的数值模型及参数取值;基于此数值模型,改变轴压比(0.80～1.30)得到了不同高轴压比下的数值模拟结果。分析结果表明:试件的破坏形式为压弯型破坏;随着轴压比的增大,型钢混凝土柱的耗能性能、延性性能逐渐变差;位移延性系数为1.20～2.54,等效黏滞阻尼系数为0.20～1.29,功比指数为2.35～9.93。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比为变化参数,设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态,得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线,以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据,分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明:低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏,滞回曲线呈捏拢的S形,随着扭弯比的增大,柱根部压碎区高度变小,翼缘裂缝发展更为完善,纵筋应力增大,箍筋应力减少,开裂荷载和受扭承载力均有提高,试件扭转延性提高但位移延性降低,初始刚度较小且退化更为平稳;而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关,轴压比越大,受扭承载力越大,弯曲刚度提高;试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0. 08～0. 28之间,扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0. 13～0. 23,试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变,L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

型钢混凝土十字形柱复合受扭滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土十字形柱在压弯剪扭反复荷载作用下的的滞回性能，以扭弯比和配钢形式为变化参数，对9根柱试件进行了拟静力试验，对比分析各柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性等。研究表明：恒定轴力反复弯剪扭作用下，型钢混凝土十字形柱表现为弯扭破坏和扭剪破坏两种破坏模式；荷载-位移滞回曲线与扭矩 扭转角滞回曲线均呈捏拢的S形；位移延性系数、开裂位移角及破坏位移角均能满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》要求；弯剪黏滞阻尼系数随位移的增加呈上升趋势，而扭转黏滞阻尼系数则相反；当扭弯比小于0.21时，扭矩的存在并未降低试件受弯承载力，但是对弯曲位移、延性及耗能能力均会有不利影响。     

T形钢木组合异形柱滞回性能有限元分析

为研究T形钢木组合异形柱的滞回性能,利用Abaqus软件建立有限元模型,分析了不同钢材强度、轴压比以及加载角度对T形钢木组合异形柱滞回性能的影响。分析结果表明：随钢材强度增大,承载能力提高,最大初始刚度差距不明显,钢骨架为Q235钢的等效粘滞阻尼系数最大;随轴压比增大,组合柱承载能力降低,刚度和等效粘滞阻尼系数均减小,组合柱抗震性能变差;沿腹板方向加载时,组合柱承载能力和刚度最大,等效粘滞阻尼系数最小,沿翼缘方向加载时,承载能力降至最低,但其等效粘滞阻尼系数最大。     

高强型钢混凝土柱抗震性能影响因素研究

通过对已完成试验的7根型钢混凝土柱在低周反复荷载下的受力性能模拟分析,验证OpenSees非线性有限元软件能够对高强钢混凝土柱截面的抗震性能进行分析。采用OpenSees软件建立了考虑型钢和箍筋对混凝土约束作用的有限元分析模型,以剪跨比、轴压比、配箍率和含钢率为参数,对21个高强型钢混凝土压弯滞回试件进行抗震性能影响因素参数分析。结果表明,大剪跨比、低轴压比、高配箍率及高含钢率的高强钢SRC柱试件滞回环更趋于较为饱满的梭形,试件极限变形能力更强:随着剪跨比的提高,试件极限承载力显著下降,延性性能先大幅提高再逐渐降低;随着轴压比的增大,试件极限承载力小幅下降,而延性性能下降显著;随着配箍率和含钢率的提高,试件的极限承载力和延性性能均有所提高,且变化幅度均较小。     

传统风格建筑方形SRC-圆形RC变截面组合柱抗震性能试验研究

为研究传统风格建筑方形型钢混凝土(SRC)-圆形钢筋混凝土(RC)变截面组合柱的抗震性能,对2个足 尺传统风格建筑变截面组合柱进行了低周反复加载试验,得到了试件的破坏形态、滞回特性、刚度和强度退 化、延性及耗能性能。研究表明：传统风格建筑方形SRC-圆形RC变截面组合柱的破坏主要是由变截面处上柱 型钢和钢筋屈服及混凝土压碎剥落造成的;试件滞回曲线饱满,刚度和强度退化小;破坏时,试件的位移延 性系数介于3.18～3.76之间,等效黏滞阻尼系数介于0.289～0.338之间,具有良好的变形和耗能性能。在试 验基础上,利用ABAQUS建立试件三维模型,进行了混凝土强度、轴压比、型钢屈服强度、上下柱线刚度等参 数对其抗震性能影响的参数分析。试验及分析结果表明：随混凝土强度、型钢屈服强度增大,试件的水平承 载力增大,但其延性降低;增大轴压比,试件的水平承载力降低,延性系数减小;而随上、下柱线刚度比增 大,试件的水平承载力和延性增大。     

高温后方钢管型钢混凝土短柱轴向力学性能研究

为探究加热时间、钢管宽厚比和型钢含钢率等参数对火灾后方钢管型钢混凝土短柱力学性能的影响,对9根未经加热和12根加热不同时间后的短柱进行轴向静力荷载试验.通过分析荷载-轴向应变曲线,讨论了高温后试件的剩余承载力、延性及刚度退化的变化规律,最后提出了常温下方钢管型钢混凝土短柱极限承载力的计算公式.结果表明:所有试件均为鼓曲破坏,鼓曲处混凝土局部发生破碎,但其核心混凝土仍保持为一个整体.试件高温后的剩余承载力随加热时间先小幅增加后稳步下降;其下降幅度随着型钢含钢率的增加而减小,当含钢率接近9％时基本保持不变.延长加热时间可以提高试件的延性,试件加热130 min后延性系数约提高71％.增加内外含钢率比及加热时间能够减缓试件刚度退化的速率.基于提出公式所得的计算承载力与试验结果较为一致,可应用于工程实践.     

高温后方钢管型钢混凝土短柱轴向力学性能研究

为探究加热时间、钢管宽厚比和型钢含钢率等参数对火灾后方钢管型钢混凝土短柱力学性能的影响,对9根未经加热和12根加热不同时间后的短柱进行轴向静力荷载试验.通过分析荷载-轴向应变曲线,讨论了高温后试件的剩余承载力、延性及刚度退化的变化规律,最后提出了常温下方钢管型钢混凝土短柱极限承载力的计算公式.结果表明:所有试件均为鼓曲破坏,鼓曲处混凝土局部发生破碎,但其核心混凝土仍保持为一个整体.试件高温后的剩余承载力随加热时间先小幅增加后稳步下降;其下降幅度随着型钢含钢率的增加而减小,当含钢率接近9％时基本保持不变.延长加热时间可以提高试件的延性,试件加热130 min后延性系数约提高71％.增加内外含钢率比及加热时间能够减缓试件刚度退化的速率.基于提出公式所得的计算承载力与试验结果较为一致,可应用于工程实践.