钢筋混凝土框架结构梁柱中节点动态力学性能试验研究

受材料率敏感性的影响,钢筋混凝土构件具有率敏感效应,其受力性能在不同应变率水平下均有所不同。以往的研究多数集中于混凝土和钢筋材料率效应的研究,有关梁柱节点试件快速加载下的研究相对较少。研究了15个梁柱中节点在不同轴压比下的动态力学性能。运用二项式逻辑回归模型,预测了梁柱节点组合体的破坏形式,发现:随着应变率的提高,节点组合体内的裂缝数量不断减少,更倾向于单一主裂缝破坏;轴压比增大后,节点核心区的剪切变形以及斜裂缝与竖向轴力的夹角减小,应变率或轴压比增大后,节点组合体严重损伤部分发生转移;应变率的提高,对钢筋黏结强度起不利影响,钢筋滑移量随应变率的提高而增大。对比不同规范对节点抗剪承载力的计算公式发现,ASCE SEI 41-06规定的节点剪切强度因子偏高,ACI 352R-02规定的节点剪切强度因子较为合理,但ASCE SEI 41-06和ACI 352R-02都没有考虑轴压比对节点抗剪承载力的影响,相比之下GB50010-2010考虑了轴压比的影响,计算结果更合理。在拟静态设计公式中采用材料动态强度的方法计算其承载力,往往会过高估计梁柱节点的抗剪承载力,是偏于不安全的。通过多元线性回归分析,得到了不同应变率及轴压比下节点水平抗剪承载力增大系数的经验方程。     

轴压比对RC剪力墙剪切破坏尺寸效应影响的细观分析

剪切破坏是剪力墙破坏的主要模式之一,借助细观数值分析方法对高宽比为1.0的钢筋混凝土(RC)剪力墙的破坏行为进行了分析,研究了轴压比对不同尺寸剪力墙的破坏模式、抗剪承载力、延性、耗能能力等性能的影响,分析了剪力墙剪切破坏的尺寸效应行为,并揭示了轴压比对名义抗剪强度尺寸效应的影响规律。结果表明:不同轴压比作用下的RC剪力墙均发生了明显的剪切破坏,且破坏模式一致;轴压比增大,剪力墙抗剪承载力提高,但延性降低,变形能力下降;随剪力墙尺寸的增大,其名义抗剪强度降低,即存在明显的尺寸效应;轴压比越大,剪切破坏更具脆性,尺寸效应更明显;当剪力墙长度大于1600 mm后,其名义抗剪强度趋于稳定值,尺寸效应逐渐消失。     

快速加载下轴压比对RC梁柱节点抗震性能的影响

目前,梁柱节点抗震性能的研究多数为拟静力试验研究,有关梁柱节点动力试验研究相对较少。基于此,对四个梁柱节点组合体试件进行快速加载试验,以研究快速加载时轴压比对梁柱节点抗震性能的影响。此外,基于软化拉-压杆模型、库伦破坏准则、莫尔圆理论、节点组合体受力模型,推导了剪压复合受力状态下混凝土抗剪强度计算模型。研究表明:软化拉-压杆模型可用于预测节点组合体的抗剪承载力及破坏形态,混凝土抗剪强度计算模型,可用于预测考虑材料应变率效应后,轴压比对节点组合体抗剪承载力的影响规律;不同轴压比水平下,节点组合体裂缝类型和破坏形态相同,但随着轴压比的逐渐增大,节点核心区内裂缝数量不断减少,节点核心区的剪切变形及斜裂缝与竖向轴力的夹角不断减小,节点组合体严重损伤部分发生转移;相同位移水平下,正向加载的环线刚度始终大于反向加载的环线刚度;节点组合体抗剪承载力随轴压比的增大而增大,但效果不明显;轴压比增大对节点组合体耗能起有利作用。     

基于楼板组合效应的梁柱子结构抗倒塌性能研究

以钢框架中栓焊连接组合梁柱子结构(两跨三柱型)为研究对象,通过单调静力加载试验研究其在中柱失效工况下的破坏模式和力学机理。试验结果表明:靠近失效柱处梁端受拉翼缘首先断裂,裂缝不断向上发展直至腹板断裂。试件在大变形阶段因双跨组合梁之间的协同作用可提供高于前期受弯阶段的承载力。此外,建立了精细化有限元分析模型并与试验结果进行验证,在此基础上,探讨了周边构件的轴向约束对梁柱子结构的抗倒塌承载能力的影响,结果显示梁柱子结构的抗倒塌承载能力会随着周边构件提供的轴向约束增大而提升,但当超过临界值后,其对组合梁柱子结构的抗倒塌承载能力影响很小。通过足尺模型对比分析了带楼板和不带楼板试件的抗倒塌性能,结果表明考虑楼板组合效应试件较不带楼板试件,梁机制峰值承载力提高了42.0%,悬链线机制峰值承载力提高了49.9%。说明楼板组合效应可以显著提高结构在梁机制和悬链线机制的承载能力。最后基于能量平衡原理得到了结构的动力响应曲线,对比可知楼板的存在可使结构在动力荷载作用下表现出更为富余的抗倒塌能力储备。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点抗剪承载力研究

为研究型钢再生混凝土柱-钢梁（SRRC柱-S梁）组合框架节点的抗剪承载力,该文对8个组合框架节点试件进行低周反复荷载试验,观察试件破坏过程及破坏形态,获得各加载阶段试件中型钢和钢筋的应变,分析再生粗骨料取代率和轴压比对节点抗剪承载力的影响规律。结果表明:节点抗剪承载力随取代率的增大而降低,但降低幅度不大;适当增大轴压比可以提高节点的抗剪承载力;试件屈服前,节点剪力主要由核心区再生混凝土承担;屈服后型钢腹板和箍筋起主要抗剪作用。在此基础上,分析节点区受力机理,推导型钢腹板、箍筋和再生混凝土各部分抗剪计算方法,最后通过叠加法建立该节点的抗剪承载力公式,计算结果与试验结果吻合较好,研究结果可为型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点的工程应用提供参考。     

高延性混凝土加固钢筋混凝土梁抗震性能试验研究

为研究高延性混凝土(HDC)加固钢筋混凝土(RC)梁的抗震性能,设计了8个RC梁试件,采用HDC和碳纤维布(CFRP)条带加固,通过低周反复荷载试验,研究剪跨比、加固方式对其破坏形态、变形和耗能能力等的影响。试验结果表明:采用HDC围套加固RC梁,HDC面层良好的拉伸应变硬化和多裂缝开展特性能有效控制剪切裂缝发展,明显改善构件的脆性破坏特征;HDC加固层与原构件协同工作良好,加固层对内部混凝土形成良好的约束作用,HDC加固梁的承载力、变形和耗能能力明显提高,其加固效果明显优于CFRP条带加固;剪跨比较大时,在HDC加固层配置钢筋网,试件的变形和耗能能力明显提高,但对承载力贡献较小。基于桁架-拱模型理论,提出HDC加固梁的抗剪承载力计算方法,计算结果与试验值吻合较好。     

节点区柱钢管非连续式方钢管混凝土柱-梁节点受剪性能研究

为研究节点区柱钢管非连续式钢管混凝土柱-梁节点的受剪性能,对5个柱-梁中节点试件进行低周反复荷载试验。对节点的破坏形态和骨架曲线进行分析,结果表明随着节点面积增大系数(节点面积/柱面积)和相对配筋系数(节点体积配筋率/梁配筋率)的增大,节点的受剪承载力和延性逐渐改善。基于修正斜压场(MCFT)的基本理论,并对节点的受力边界进行简化,建立该节点在剪、压复合作用下的抗剪承载力计算方法;采用该文的简化方法计算得到的节点峰值剪应力与试验结果进行对比,二者吻合良好。     

传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁节点受力性能试验研究与承载力计算

为研究传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁节点受力性能,对传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁中节点和边节点进行低周反复加载试验,分析了双梁-柱节点的破坏特征及影响因素。研究结果表明:传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁节点的破坏模式主要是下梁与大柱形成的核心区（3区）发生剪切屈服,上梁、下梁与大柱所形成的区域（2区）发生压弯破坏,部分焊缝及其热影响区的母材开裂;轴压比为0.3试件的极限承载力均高于轴压比为0.6的节点试件;相同轴压比下中节点试件的承载力高于边节点试件。给出了节点核心区2区压弯承载力验算公式并推导了节点核心区3区抗剪承载力计算公式,经与试验结果相比较,吻合较好。     

纤维网格高延性混凝土加固RC柱抗剪性能试验研究

箍筋配置不当、剪跨比较小和轴压比较大的钢筋混凝土(RC)框架柱在地震作用下通常发生脆性剪切破坏。为提高框架柱的抗剪性能,提出采用碳纤维(CFRP)网格和高延性混凝土(HDC)复合加固RC柱。设计了6个RC柱试件,通过低周反复荷载试验,研究加固方式、纤维网格层数和轴压比对加固柱破坏形态、受剪承载力、延性及耗能能力的影响。结果表明：采用HDC和CFRP网格复合加固,可显著提高柱的抗剪承载力,明显改善其延性、变形性能和耗能能力;提高加固层的网格层数,对抗剪承载力影响较小,但加固柱的延性和变形能力得到较大改善;轴压比增大,复合柱的抗剪承载力稍有提高,但试件的延性、变形能力和耗能能力均降低;增加网格层数对高轴压比加固柱的增强效果和对低轴压比柱基本一致。最后基于桁架-拱模型,提出加固柱的抗剪承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱（partially encased concrete composite column）-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明:PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25~0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足"强节点弱构件"的抗震设计要求,在进行工程设计时应予以重视。     

混凝土约束梁升降温全过程的耐火性能试验

为揭示约束混凝土梁的升降温全过程火灾行为,开展了8根约束梁的明火试验,考察了升降温作用下梁端轴向和转动约束、荷载比、升温时间等参数对约束梁高温变形及内力的影响.试验结果表明:1)升降温过程中试件轴力呈现出先较快增大而后逐渐减小并渐趋平缓的趋势,降温结束后仍存在明显的残余轴压力,试验过程中各试件的最大轴力比约0.05-0...     

双向荷载作用下空间夹心节点受力性能试验研究

节点核心区采用同梁等强的低强度混凝土浇筑的夹心节点和采用同柱等强的高强度混凝土浇筑的传统节点相比,施工简单且易保证质量,但是我国规范对其规定过于简单,没有明确的验算方法。通过三组不同混凝土强度等级差的空间夹心节点和传统节点对比试件的双向低周往复性能试验研究,对比分析了二者破坏形式、延性、耗能、变形和承载力等方面的差异,结果表明:中低剪压比夹心节点的整体抗震性能稍弱于传统节点,但相差不明显;中低轴压比、剪压比条件下,当柱与梁混凝土强度等级之比小于1.5时,节点区可直接采用与梁相同强度等级的混凝土浇筑,当柱与梁混凝土强度等级之比大于1.5时,其破坏形式可转变为节点核心区剪切破坏,需采取相应的加强措施。最后在此基础上,给出了与试验结果吻合较好的夹心节点抗剪承载力计算公式。     

一般大气环境下低剪跨比RC框架梁抗震性能试验研究

为研究一般大气环境下受酸雨侵蚀RC框架梁的抗震性能,在人工气候模拟实验室对7个剪跨比为2.5的RC框架梁试件进行人工模拟酸雨环境（PH=3.0）加速侵蚀试验,随后对其进行拟静力试验,得到不同钢筋锈蚀程度和配箍率下框架梁抗震性能的衰减规律。结果表明:酸雨侵蚀初期,酸化深度较小时,钢筋尚未锈蚀,试件的承载力、刚度、延性和耗能能力略有增加;酸雨侵蚀后期,酸化深度接近钢筋表面时,钢筋开始锈蚀,且锈蚀程度随酸化深度的增大不断加重;随钢筋锈蚀率的增大,试件的强度、刚度、延性和耗能能力均发生不同程度的退化,表现为构件的承载力和变形能力下降;锈蚀程度相近时,随着配箍率的减小,试件的承载力和刚度不断减小,延性和变形恢复力也逐渐降低,抗震能力变弱。     

尼泊尔8.1级地震钢筋混凝土框架典型震害及讨论

尼泊尔8.1级地震发生2个月后,该文作者随队开展了为期半个月的尼泊尔地震震害调查。该文报道了尼泊尔8.1级地震中3个调查点的钢筋混凝土（RC）框架结构震害特点。调查表明,除少数医院、政府办公楼、学校建筑为正规抗震设计建造外,大部分RC框架结构为自建民居、商铺。被调查RC框架结构的梁、板、柱均采用现浇混凝土,填充墙均采用粘土砖砌筑。震害主要表现为底层或临街楼层（街道高于底层时）框架柱压弯破坏,填充墙倒塌,柱顶水平施工缝处破坏,部分紧邻填充墙的柱顶部剪切破坏,屋顶女儿墙震损掉落,少数结构发生整体垮塌。该文作者对某一典型区域的框架结构进行了详查,得到6个震损结构的尺寸、材料强度和破坏模式,分析表明,具有较小柱轴压比,较大刚重比的结构具有较好的抗倒塌能力。最后,针对尼泊尔RC框架的震害特点,对比我国相关规范规程和以往震害经验,探讨了防止填充墙相邻柱端剪切破坏的措施、防止施工缝对柱的削弱、非结构构件抗震构造措施的必要性,以及震后建筑安全性鉴定的注意事项。     

钢筋混凝土剪力墙和连梁易损性曲线研究

构件易损性曲线表征了构件的指标参量（如位移角、转角等）与达到某个指定损伤等级的概率之间的函数关系,可用于评价构件的损伤程度和确定修复方法,是结构抗震性能和韧性评价的重要依据。该文对满足中国GB 50011―2010《建筑抗震设计规范》要求的74个钢筋混凝土（RC）剪力墙试件和32个RC连梁试件的试验数据进行了统计分析,确定了构件的各损伤等级对应的损伤状态现象及相应的修复方法;并分别采用位移角和连梁转角为指标参量,建立了RC剪力墙和连梁的易损性曲线。分析讨论了设计轴压比对RC剪力墙易损性曲线的影响,以及跨高比对RC连梁易损性曲线的影响。比较了该文建立的易损性曲线和美国FEMA P-58规定的易损性曲线,并分析了两者差异原因。     

不同加载制度下RC框架梁抗震性能试验研究

为了研究不同加载制度下RC框架梁的抗震性能,分别采用4种加载制度对RC框架梁试件进行拟静力试验。结果表明:峰值位移（峰值荷载对应的位移）出现的越早,RC框架梁破坏时剪切变形成分越大,试件的最大裂缝宽度越大,塑性铰转角和延性系数越小,但塑性铰高度基本不变;随着循环位移幅值和循环次数的不同,框架梁的刚度、强度退化也有差异,表现为:在滞回曲线软化段,经历较大位移幅值循环（或较多次循环）后的RC框架梁比经历较小位移幅值循环（或较少次循环）后的RC框架梁刚度和强度退化快;同时,不同加载制度下RC框架梁的耗能能力存在差异,峰值位移出现早的框架梁其耗能能力较差。     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。     

局部采用纤维增强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为了提高梁柱节点受剪承载力、变形能力及耗能能力,同时避免节点钢筋拥挤而导致的施工困难,采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土作为节点核心区基体材料,考虑轴压比和节点核心区配箍率的影响,进行了7个FRC梁柱节点和1个钢筋混凝土(RC)梁柱节点对比试件的拟静力试验,分析其破坏形态、承载力、变形能力、耗能能力、节点核心区剪应力-剪应变曲线和梁端塑性铰区弯矩-转角曲线。结果表明,在节点核心区主斜裂缝出现前,试件已具有很高的受剪承载力和变形能力;当轴压比试验值为0.07~0.28时,随着轴压比增大,FRC试件的受剪承载力、侧向变形能力、耗能能力及节点核心区的剪切强度和剪切变形能力增加;增加节点核心区配箍率,承载力退化有所减缓;FRC试件梁端塑性铰转动能力有较大提高。