装配式开洞砌体填充墙试验及建造技术

为研究开洞对装配式砌体填充墙破坏形态和抗震性能的影响,设计了2榀装配式砌体填充墙试件,一榀为普通装配式砌体填充墙,另一榀为开洞装配式砌体填充墙。拟静力试验显示,各试件均为剪切破坏,并且都按照砌块—内肋格—外框格的顺序依次失效,体现出此类墙体具有3道抗震防线;而开洞后试件的承载力、刚度有明显的减小,但对试件的变形能力有所提升,且开洞后墙体试件的裂缝出现提前。最后对装配式砌体填充墙的材料要求、构造措施、承载力和刚度验算等给出了要求。     

开洞砌体填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为了研究砌体填充墙开洞率对钢筋混凝土框架抗震性能的影响,考虑了整体砌体填充墙和开洞砌体填充墙两种类型。进行了5榀缩尺比例为1/2单层单跨砌体填充墙框架结构模型在低周反复荷载作用下的对比试验,设计参数为填充墙开洞率及开洞位置。分析比较了各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、强度退化和耗能性能等抗震性能指标。试验结果表明:整体或局部砌体填充墙不同程度地提高了框架结构的初始刚度和极限承载能力,其提高程度与砌体填充墙的开洞率大小及其洞口的位置等有关。部分砌体填充墙高宽比越大,填充墙对框架结构的支撑作用减弱,其对结构的刚度和承载力的贡献随之降低。部分砌体填充墙能够提高框架结构的极限承载力和延性性能,实际工程中可采取设置部分砌体填充墙的措施来改善既有框架结构的抗震性能。     

带SBS层阻尼砌体填充墙钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

针对阻尼砌体填充墙的砌体单元抗拉能力不足及预留缝隙不便于建筑使用的问题,提出改进的墙体构造措施,并制作2榀阻尼砌体填充墙框架试件,对其进行拟静力试验,研究阻尼砌体填充墙框架结构的抗震性能。试验结果表明:拉结筋通长布置的构造措施可有效解决砌体单元抗拉能力不足的问题;在克服了砌体单元的拉裂破坏后,阻尼砌体填充墙的耗能效果显著提高,阻尼砌体填充墙框架结构的承载力衰减更慢,滞回曲线更饱满,耗能能力更强,等效黏滞阻尼系数达到0.12以上;用M1.5砂浆和用发酵聚氨酯填缝的构造措施都是可行的,可确保阻尼砌体填充墙率先耗能、发挥保护主体框架的作用,明显提高阻尼砌体填充墙早期对框架的刚度贡献,同时保留阻尼砌体填充墙不过强约束框架变形、不改变框架结构的延性破坏模式、不造成框架结构延性变差的良好性能;填缝后,阻尼砌体填充墙框架结构的初始抗侧刚度明显提高,位移延性系数在6.0以上,极限层间位移角在1/40以上,可以满足结构在大震下的弹塑性变形要求。     

小开洞砌体墙抗震性能研究

为研究小开洞砌体墙的抗震性能,设计了3片小开洞砌体墙试件和1片无洞口砌体墙试件,并进行了低周往复加载试验;介绍了砌体墙试件的主要破坏过程及破坏机理,对比分析了各片砌体墙承载力、抗侧刚度及延性等抗震性能差异;基于试验建立有限元模型,研究了开洞率及洞口位置对砌体墙抗震性能的影响。结果表明：小开洞砌体墙破坏机理较实体墙发生了显著改变,无洞口墙表现为明显的转动破坏特征,小开洞墙主要表现为典型的脆性剪切破坏;开单个小洞口会削弱砌体墙的水平承载力和抗侧刚度,大幅降低墙体的延性;增加洞口数量或高度可适当提高小开洞砌体墙的抗震性能;随着开洞率的增大,墙体承载力和初始刚度逐渐下降,延性性能表现为先降低后提高的趋势;竖直方向上,洞口越往下,墙体抗震性能越差,水平方向上,洞口宜居中布置。     

足尺砌体填充墙RC框架抗震性能试验研究

为研究砌体类型对填充墙框架结构抗震性能影响,开展了4榀足尺填充墙框架与1榀空框架试件的水平低周往复荷载试验。填充墙砌块类型包括空心黏土砖、混凝土空心砌块、陶粒混凝土砌块和加气混凝土砌块4种。基于试验结果分析了不同砌块类型对填充墙框架破坏形态、滞回特性、骨架曲线、耗能性能、承载力和刚度退化等的影响。试验结果表明:加气混凝土砌块填充墙在整个加载过程中均表现出良好的整体性,而其他三种砌块填充墙在位移角1/50时即出现局部压溃剥落,并随位移角幅值增加破坏逐步加重;砌体填充墙的存在增强了填充墙框架的初始刚度和屈服割线刚度,同时也明显增大了其水平承载力;各填充墙框架试件的位移延性系数均大于5,其中加气混凝土砌块填充墙框架的承载力和刚度退化较慢,表现出比其他三种砌体填充墙框架更好的变形能力;基于试验结果并结合国内外框架抗震性能水平的划分标准,提出了砌体填充墙框架结构不同抗震性能水平的层间位移角限值。     

多层砌体结构窗下墙破坏模式试验研究

为验证多层砌体结构开洞墙体窗下墙破坏模式震害现象,设计缩尺比例为1:3的三层三跨砌体结构开洞墙体试件,对其进行拟静力低周往复加载试验。分析多层砌体墙体窗下墙破坏模式的破坏特征,研究整体墙及各层墙体的滞回特性、骨架曲线、刚度退化规律、耗能特性、延性与变形特征等抗震性能。试验结果表明：发生窗下墙破坏模式的开洞墙体破坏过程分为裂缝出现、变形发展与强度退化三个阶段;窗下墙作为第一道抗震防线可提前参与整体结构耗能、降低墙体刚度退化速率、增加整体墙的延性和变形能力,其破坏模式相对窗间墙破坏模式更为合理。研究结果揭示了发生窗下墙破坏模式墙体的抗震性能与变形特征,为实现砌体结构合理破坏机制提供依据。     

多层砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

为了研究砌体填充墙沿框架层不连续布置对框架结构抗震性能的影响,进行了3榀两层单跨砌体填充墙框架结构模型、1榀单层单跨砌体填充墙框架结构模型、1榀两层单跨框架结构模型和1榀单层单跨框架结构模型的对比试验,分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、承载力退化和耗能性能等抗震性能指标。结果表明：无论是单层单跨还是两层单跨的砌体填充墙框架结构,其水平峰值荷载和初始刚度比相应的纯框架结构均有较大幅度的提高,且其刚度退化程度比相应纯框架结构要缓慢;砌体填充墙的存在提高了框架结构的抗侧刚度和水平峰值荷载,使框架结构的变形由剪切型逐渐转变为弯剪型;砌体填充墙参与了结构的滞回耗能,填充墙框架的位移延性和累积耗能能力明显优于框架;砌体填充墙沿框架层不连续布置会引起框架结构层间侧移刚度和层间受剪承载力发生突变,影响框架结构的破坏形态,但由于砌体填充墙参与了框架结构的滞回耗能,故其仍具有较好的抗震性能。     

轻质墙板填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究轻质墙板填充墙钢筋混凝土框架与页岩空心砖砌体填充墙钢筋混凝土框架的抗震性能差异,以及填充墙与框架的连接形式对填充墙框架抗震性能的影响,进行了2榀轻质墙板填充墙钢筋混凝土框架试件和1榀页岩空心砖砌体填充墙钢筋混凝土框架试件在水平单向重复推覆力作用下的加载试验,对试验现象、荷载-位移曲线、刚度退化曲线、塑性转角、剪切变形角、层间位移角和位移延性系数进行分析。研究结果表明：与页岩空心砖砌体相比,轻质墙板与框架协同工作的能力更强;当轻质墙板与框架为柔性连接时,初裂荷载最小,但结构的屈服荷载最大,变形能力也最强;页岩空心砖砌体与框架采用刚性连接时,峰值荷载最小,变形能力也最弱,结构的抗震性能最差;轻质墙板与框架为刚性连接时,峰值荷载最大;L形卡件对轻质墙板偏转可起到一定的约束作用;纤维网防裂带对保护轻质墙板填充墙的作用明显。     

现浇构造柱对砌体填充墙钢框架抗震性能影响

为了研究现浇构造柱对框架结构砌体填充墙的抗震性能的影响,对三榀足尺单层单跨框架结构开展了拟静力试验,总结了水平荷载作用下不同框架结构的填充墙的裂缝萌生、扩展规律,分析了各框架结构的滞回曲线、耗能特性和刚度特性。研究表明：现浇构造柱改变砌体填充墙的裂缝发展模式,无构造柱砌体填充墙破坏以水平滑移裂缝为主,现浇构造柱砌体填充墙“X”形剪切裂缝为主;相对于无构造柱砌体填充墙,现浇构造柱填充墙框架结构屈服荷载提升70.18%,屈服位移提前34.17%,最大刚度提高1.48倍;填充墙的存在显著增强了框架的耗能能力,构造柱对砌块填充墙的等效黏滞阻尼比影响不明显,对累计耗能能力影响显著。根据填充墙体的对角撑杆效应,建立了现浇构造柱填充墙框架简化力学模型,提出考虑构造柱对墙体承载能力影响的框架填充墙侧向刚度计算公式,基于模型试验结果验证了其科学合理性。     

加气混凝土砌块填充墙钢框架抗剪性能有限元分析

利用ABAQUS有限元软件,对一榀钢框架和一榀加气混凝土砌块填充墙钢框架的抗剪性能进行对比分析,在此基础上对加气混凝土砌块填充墙钢框架的抗剪性能进行参数分析。对比分析结果表明加气混凝土砌块填充墙钢框架是一种较好的抗侧力结构体系,其初始刚度和抗剪承载力均明显高于纯钢框架;参数分析结果表明框架柱轴压比、墙体高厚比和墙体开洞率是影响加气混凝土砌块填充墙钢框架抗剪性能的主要因素。对未开洞加气混凝土砌块填充墙钢框架初始刚度的理论计算公式进行了推导,其计算结果与有限元分析较为吻合。     

钢筋混凝土框架-再生填充墙抗震性能试验研究

进行5榀框架-再生填充墙试件（包括1榀纯框架及1榀墙体试件）的低周反复加载试验,得到不同框架-再生填充墙试件的滞回曲线与骨架曲线,研究了不同再生填充墙对试件承载力、变形能力、延性与耗能能力的影响。收集已有文献中框架-填充墙试件的抗震性能试验数据,采用归一化分析,对比研究了再生与普通填充墙对框架-填充墙试件抗震性能的影响。结果表明：再生填充墙的墙体材料组成对框架结构的抗震性能影响较大,再生多孔砖填充墙使框架结构变形能力和延性略有减小,结构在屈服荷载时耗能能力较好,但在极限荷载时耗能能力较差;120型和90型再生隔墙板填充墙均使框架结构的变形能力和延性有所降低,但前者耗能能力远优于后者;相比于框架-普通填充墙结构,框架-再生填充墙结构在极限荷载后性能退化较快。     

Investigation on the behavior of brick-infilled steel frames with openings, experimental and analytical approaches

This article deals with an experimental program to investigate the in-plane seismic behavior of steel frames with clay brick masonry infills having openings. Six large-scale, single-story, single-bay frame specimens were tested under in-plane cyclic loading applied at roof level. The infill panel specimens included masonry infills having central openings of various dimensions. The experimental results indicate that infill panels with and without openings can improve the seismic performance of steel frames and the amount of cumulative dissipated energy of the infill panels with openings, at ultimate state are almost identical. Furthermore, contrary to the literature, the results indicate that infilled frames with openings are not always more ductile than the ones with solid infill. It seems that the ductility of such frames depends on the failure mode of infill piers. This experimental investigation shows that infilled frames with openings experienced pier diagonal tension or toe crushing failure and have smaller ductility factors than those frames with solid infill. Furthermore, a simple analytical method is proposed to estimate the maximum shear capacity of masonry infilled steel frames with window and door openings.     

混凝土横孔空心砌块填充墙-RC框架抗震性能试验

通过对3榀单层单跨RC（钢筋混凝土）框架足尺模型进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验,着重探讨混凝土横孔空心砌块填充墙对RC框架抗震性能的影响。对试件的试验破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能等抗震性能指标进行对比分析,并对混凝土横孔空心砌块填充墙 RC框架的抗震性能进行评估。结果表明:混凝土横孔空心砌块填充墙-RC框架属于强框架、弱填充墙类型,最终破坏形态与空框架破坏形态接近;混凝土横孔空心砌块填充墙对RC框架具有刚度效应,较大程度提高了框架的水平承载力和抗侧刚度;混凝土横孔空心砌块填充墙与框架结构共同参与滞回耗能,混凝土横孔空心砌块填充墙-RC框架表现出良好的抗震性能。     

Cyclic behaviour of hinged steel frames enhanced by masonry columns and/or infill walls with/without CFRP

Abstract

This paper investigates the in-plane seismic behaviour of hinged steel frames that are enhanced with masonry columns and/or infilled walls. First, eight half-scaled hinged steel frame specimens were constructed according to the realistic structural system of Bund 18, which is a historical building in Shanghai, China. Then, cyclic loads were exerted on these frames. The test results indicated that the seismic behaviours of the hinged steel frames can be significantly improved with the use of masonry columns and/or infilled masonry walls as well as with proper strengthening due to carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) sheets. A simplified model was developed to simulate the seismic behaviours of these frames. In this model, infilled walls and CFRP sheets were replaced by diagonal struts, and the steel members and their surrounding elements were treated as composite members. Finally, this model was verified by experimental results.     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌性能数值模拟研究

为研究填充墙钢筋混凝土（RC）框架的抗连续性倒塌性能,对其进行了数值模拟研究。基于LS-DYNA软件,建立了填充墙RC框架的连续性倒塌分析的精细化有限元模型。模型中采用连续面盖帽模型模拟砖砌体,采用接触算法模拟砂浆。通过对4榀1/4缩尺的RC框架（两榀纯框架和两榀带填充墙框架）的Pushdown试验结果进行模拟分析,验证了有限元模型的精度,并分析了填充墙厚度和砌体强度对RC框架抗连续性倒塌性能的影响。分析结果表明：在所有失柱工况中,失去中柱的填充墙RC框架抗连续性倒塌的峰值荷载最大,填充墙对失去中柱的RC框架的提高作用有限;在移除角柱工况下,填充墙RC框架的抗连续性倒塌峰值荷载最小,填充墙对失去角柱的RC框架的提高作用显著。填充墙厚度比砌体强度对RC框架抗连续性倒塌峰值荷载的提升作用影响更为显著。     

带填充墙钢框架结构抗侧力性能试验及理论研究

介绍了7榀钢框架及带填充墙钢框架结构的水平静力及低周反复加载试验。通过测试有墙和无墙钢框架试验模型在侧向力作用下的变形全过程,得到了墙体对钢框架结构强度和刚度的影响,了解了节点的破坏特征及墙体本身的工作性能,得到了有墙及无墙钢框架结构的滞回性能。试验中发现,填充墙体和钢框架之间的连接性能很好,墙体和框架可以共同工作。通过参数分析,给出了结构抗震弹性层间角位移的建议取值为1/350。在理论分析的基础上,提出了填充墙框架体系抗侧刚度简化公式,得到了试验结果的验证。     

不同连接方式砌体填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

填充墙的构造形式对框架结构的抗震性能影响较大。试验设计了7榀足尺的单层单跨钢筋混凝土框架,其中6榀为带加气混凝土砌块填充墙框架,1榀为空框架,对其进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验。填充墙与框架的连接方式采用柔性连接和刚性连接两种。柔性连接填充墙的变化参数主要包括构造柱的构造形式和数量、框架柱中拉结筋的设置与否和填充墙上设置竖向缝的数量。分析了不同填充墙构造形式框架的破坏特征、荷载 位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化、耗能能力。结果表明：柔性连接填充墙框架的抗震性能介于刚性连接填充墙框架和空框架之间;对于柔性连接填充墙框架,填充墙的构造措施对框架结构的抗震性能有一定的影响,但影响不大。     

砖填充墙加固前后钢筋混凝土框架抗震性能试验

通过低周反复加载试验,研究了1个纯框架试件、4个填充墙框架试件和7个用夹板墙或碳纤维布加固填充墙后的框架试件的抗震性能,这些试件均为单层单跨钢筋混凝土框架。对各试件的破坏过程、破坏形态、承载力、极限变形、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、碳纤维布应变等进行了对比分析。试验结果表明:填充墙框架和填充墙加固后的框架一般发生剪切型破坏,与纯框架发生柱脚和梁端弯曲破坏的破坏模式有明显差异;填充墙框架的承载力明显高于纯框架,用夹板墙和碳纤维布X型粘贴加固填充墙能进一步明显提高框架的承载力,而碳纤维布水平粘贴加固填充墙对提高框架承载力的效果不明显。填充墙框架的极限变形能力比纯框架明显降低,填充墙框架的极限层间位移角仍能达到1/50,而填充墙加固后框架的极限层间位移角仅能达到1/80。     

装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙共同工作性能试验研究

提出了一种装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙抗震节能结构。为研究轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作性能，进行了3榀足尺装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙试件与1榀足尺装配式轻型钢管混凝土纯框架的低周反复荷载试验。复合墙分为无洞口墙，带窗洞口墙和带门洞口墙。对比研究了结构的承载力、刚度、延性、滞回特性和耗能，分析了轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作机理，提出了结构水平承载力的实用计算方法。结果表明：在合理装配连接条件下，装配式轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作性能良好；装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙结构比纯框架结构水平承载力高，耗能能力强，刚度退化快，变形能力好；复合墙洞口面积及洞口类型对结构性能有显著影响，门窗洞口降低了结构水平承载力和初始弹性刚度，而对结构的累积耗能影响不明显；提出的实用计算方法能够较好地计算结构的承载力。     

Performance of alternative CFRP retrofitting schemes used in infilled RC frames

A number of experimental studies have been reported in recent literature about the beneficial effects of infill walls on the seismic response of reinforced concrete (RC) frames. The experimental study presented in this paper mainly focuses on the behavior of bare and carbon fiber reinforced polymer (CFPR)-retrofitted infilled RC frames with different bracing configurations. Quasi-static experimental results are presented and discussed on six 1/3-scaled infilled RC frames that were retrofitted using CFRP material in various schemes. The test results showed a significant increase in the yield and ultimate strength capacities of the frames with a decrease in relative story drifts, especially in the cross-braced and the cross diamond-braced type of retrofitting schemes. The energy dissipation capacities of the retrofitted frames turned out to be more than those of the bare infilled frame, thus reducing the seismic demand imposed on the frames. The cross diamond-braced type of retrofitting scheme, which was positioned on the infill wall and outside the beam–column connection regions of RC frame, showed the best behavior among the other schemes. This scheme not only prevented brittle shear failures of the infill wall, but also prevented the transfer of additional forces to the weak and brittle beam–column connections.