喷射混杂玄武岩-碳纤维复合材料加固震损混凝土框架柱试验研究

通过对3根模型比为1/2的钢筋混凝土框架柱试件在低周水平往复荷载作用下的抗震试验,研究喷射混杂玄武岩-碳纤维增强复合材料加固震损钢筋混凝土框架柱的抗震性能及加固效果。试验结果表明:震损至纵筋屈服的框架柱经喷射加固后,其极限承载力基本可恢复到震损前框架柱的极限承载力,位移延性系数和循环累积耗能则分别提高了7.43%和22%,且软化阶段刚度退化速度明显慢于未加固框架柱。震损至极限破坏的框架柱经喷射加固后,其峰值荷载和循环累积耗能分别降低了11.9%和39%,而位移延性系数略有提高;虽然因预损程度严重,其初始刚度明显低于未加固框架柱和震损屈服后加固框架柱,但因喷射纤维增强材料FRP加固层的拉结约束作用,其刚度退化速度仍能与未加固框架柱和震损屈服后加固框架柱基本持平。喷射混杂纤维复合材料可以有效恢复甚至改善震损框架柱的抗震性能,抗震加固效果良好。喷射加固方法可以对地震区已震损框架柱进行快速加固,有效防止框架结构在地震余震中发生倒塌等严重破坏。     

空间钢构架混凝土框架结构抗震性能试验研究和设计建议

空间钢构架是由横向和斜向缀条与纵向弦杆焊接而成的承重轻钢结构,将空间钢构架替代普通钢筋混凝土结构中的绑扎钢筋骨架,形成空间钢构架混凝土结构。为研究空间钢构架混凝土框架结构的承载力和变形能力、滞回曲线和骨架线、延性、耗能能力等抗震性能指标及其变形和破坏机制,进行了2榀空间钢构架混凝土框架和1榀普通钢筋混凝土框架试件低周反复荷载的对比试验。试验表明:空间钢构架混凝土框架结构的初始刚度与普通钢筋混凝土框架结构的初始刚度基本相同,在试件屈服后,空间钢构架混凝土框架结构的刚度退化程度要比普通钢筋混凝土框架结构缓慢,其延性要比配筋率相同的普通钢筋混凝土框架结构好。结合试验结果及其分析,给出了空间钢构架混凝土框架结构的抗侧力恢复力模型和设计建议。     

填充墙钢筋混凝土框架结构基于位移的改进抗震设计方法

按现行抗震规范设计的底部空框架填充墙钢筋混凝土框架结构,可能无法实现“强柱弱梁”的预期延性破坏机制。为此,建立了填充墙与主体框架协同作用的等效斜撑-框架模型,改进等效单自由度体系阻尼比与刚度的确定方法,提出了填充墙钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法;针对底部为空框架的填充墙钢筋混凝土框架结构进行不同性能目标下的静力推覆分析,实现其“使用良好”、 “修复后使用”和“防止倒塌”性能水平的抗震设计。采用动力弹塑性时程分析方法和能力谱法验证了基于位移的改进抗震设计方法的有效性。分析表明,应用基于位移的改进抗震设计方法,可综合考虑填充墙对主体框架的利弊作用,实现结构性能抗震设计目标。     

分灾框架塑性铰发展模式的研究

传统的抗震加固方法相比,基于分灾模式的抗震加固方法具有基于性能的抗震设计方法的优点,在基于分灾模式的框架结构抗震加固设计概念的基础上,对分灾框架的塑性铰发展模式进行研究,找到分灾框架发生屈服后对其侧向刚度降低影响最小的塑性铰发展模式,使分灾框架在屈服后也能尽可能多地承受水平地震作用,降低传给主体结构的地震作用。结果表明:从顶层梁依次往底层梁端出铰,在有长短跨情况时,优先在短跨及靠近中柱的梁端出铰,这样的塑性铰发展顺序对结构在侧向荷载作用下最有利。     

用附加防屈曲支撑钢筋混凝土框架加固既有钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

利用附加防屈曲支撑（BRB）钢筋混凝土框架对既有钢筋混凝土框架结构进行减震加固。设计3榀钢筋混凝土框架,其中2榀为附加设置BRB加固框架的钢筋混凝土框架,另外1榀为纯钢筋混凝土框架以作对比。通过低周反复加载试验,验证所设计的外贴防屈曲支撑钢筋混凝土框架加固既有钢筋混凝土框架的可行性。分析既有及外贴钢筋混凝土框架的开裂、荷载 侧移滞回曲线、骨架曲线、荷载 防屈曲支撑变形曲线,以及等效黏滞阻尼比和等效刚度等特性。结果表明：所设计的附加钢筋混凝土框架、预埋件、连接构造受力可靠,附加设置BRB的钢筋混凝土加固框架具有良好的减震耗能能力;水平荷载-侧移滞回曲线圆润饱满;防屈曲支撑在小层间位移角下可屈服耗能,大位移下不失效,耗能稳定;附加框架能够显著增加既有钢筋混凝土框架结构的阻尼,有效降低地震反应,改善既有框架结构抗震性能。     

FRP加固混凝土框架结构抗震性能研究

在FRP加固混凝土梁柱节点抗震性能的试验研究基础上,以两层两跨平面框架为例,基于能力谱法对节点采用不同形式FRP加固的框架进行静力弹塑性分析,根据计算所得的Push-over曲线及框架的塑性铰分布情况、目标位移等参数,对比分析FRP加固框架结构的抗震性能。结果表明,对梁柱节点部位进行有效加固可以明显提高框架结构的整体抗震性能。     

一种受控摇摆式钢筋混凝土框架基于性能的抗震设计方法

受控摇摆式钢筋混凝土框架通过引入弹性摇摆柱和摇摆节点来弱化结构整体刚度,减少结构在地震中的损伤,并使用无黏结后张预应力筋提供结构弹性恢复力,实现结构地震后自复位。在已有理论分析和试验研究的基础上,对该类结构的抗震设计方法进行研究,确定受控摇摆式钢筋混凝土框架结构的抗震性能水准,给出抗震设计流程。以一个三层三跨钢筋混凝土框架为例进行基于性能的抗震设计,选用3条波进行动力时程分析,模拟结构遭遇罕遇地震的动力响应。分析结果表明：受控摇摆式钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下,最大层间位移角满足设计要求的性能目标,并且表现出优异的抗震性能的和良好的自复位能力,验证了基于性能抗震设计方法的有效性。     

外包钢加固框架弹塑性地震反应分析

采用外包钢加固框架底层柱后,整体结构的质量、刚度、周期等发生了较大变化,应进行整体结构的地震反应分析。结合具体的工程实例,采用有限元程序SAP2000,对外包钢加固后某5层钢筋混凝土框架结构进行抗震性能的弹塑性分析,计算结果可为抗震设计提供参考。     

消能减震技术在横向单跨框架结构抗震加固中的应用

对多层横向单跨框架结构增设屈服力较小的钢滞变消能器支撑进行抗震加固,以提高结构整体抗侧刚度、增加单跨方向结构冗余度,解决单跨框架结构抗震不利的问题,仅对横向单跨框架加固问题进行讨论。采用PKPM,ETABS软件分别进行小震反应谱计算,并进行小震、中震、大震时程分析。分析计算表明,小震作用下,钢滞变消能器首先屈服耗能,作为第一道防线起到了保护主体结构的作用;大震作用下,钢滞变消能器耗能效果明显;钢滞变消能器支撑加固能有效地增加结构阻尼,结构受到的地震作用较加固前增加较小,有效地减小了加固量。     

防屈曲偏心支撑加固钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

结合2榀1/2比例的3层单跨钢筋混凝土框架低周反复加载拟静力试验研究,对采用防屈曲偏心支撑加固的钢筋混凝土框架结构抗震性能开展研究。通过与未加固试件的对比,对采用防屈曲偏心支撑加固的钢筋混凝土框架结构的破坏形态、承载能力、变形能力、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了深入分析。研究结果表明:经合理设计,防屈曲偏心支撑加固框架可有效实现预期的塑性铰机制,达到了防屈曲支撑先于框架结构屈服的设计目标,与未加固对比试件相比,采用防屈曲偏心支撑加固混凝土框架抗震性能显著提高,防屈曲偏心支撑加固混凝土框架具有良好承载能力、弹塑性变形能力和耗能能力。     

轻钢支撑加固混凝土框架抗震性能试验研究

设计制作了单跨2层钢筋混凝土框架和采用轻钢压型钢板加固的单跨2层钢筋混凝土框架各一榀,分别对两榀框架进行低周反复荷载作用试验,分析破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、耗能能力等抗震性能及轻钢压型钢板加固混凝土框架的有效性。采用SAP 2000有限元软件对试验框架进行Pushover分析,并与试验结果进行对比。研究表明:采用轻钢支撑加固混凝土框架结构可以显著提高结构的抗震性能,具有广泛的工程应用前景。采用SAP 2000可以有效地进行轻钢压型钢板加固的混凝土框架结构计算分析。     

框架结构房屋抽层后地震反应分析

某3层钢筋混凝土框架结构车间,因使用功能改变,需要将第2层楼面拆除,保留边梁,改建为2层框架结构的车间(即房屋抽掉1层)。该结构抽层后需要解决的问题有:新底层框架柱配筋不满足现行抗震设计规范;层间位移角超过抗震设计规范规定限值;新底层抗侧刚度不足等。为此对该房屋进行了抗震鉴定和结构抗震加固前后的时程分析,经抗震加固后,取得了良好的效果,可为类似的抽层结构提供改造经验。     

基于位移的框架结构教学楼抗震加固设计

以基于位移的抗震设计方法为基础,结合某学校钢筋混凝土框架结构教学楼的抗震加固工程实例,提出了基于位移的框架结构抗震设计方法,探讨了钢筋混凝土框架结构加固过程中应注意的若干问题,包括梁、柱、板等的抗震加固,介绍了一些抗震加固的有效解决方法,可供同类建筑物的抗震加固参考。     

采用UHPC加固的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

为提升老旧钢筋混凝土框架结构的抗震性能,降低增大截面加固法对建筑空间的占有率,提出了基于UHPC(超高性能混凝土)的增大截面加固法,对钢筋混凝土框架柱进行加固。以某需要加固改造的钢筋混凝土框架结构为例,对采用UHPC加固后的整体结构进行了多遇地震下的反应谱分析和罕遇地震下的动力弹塑性分析,并与采用传统增大截面法加固后结构的抗震性能进行对比。分析结果表明,UHPC加固法与传统增大截面法对结构地震响应的影响规律一致,加固后结构的抗侧刚度增大,层间位移角显著降低,罕遇地震下结构构件的损伤状态得到了有效控制。相比传统增大截面的加固法,在保证整体结构具有相同抗震性能的前提下,UHPC加固法可降低本项目中框架柱截面尺寸30%以上,减小构件加固对使用空间的占有率,并提升现场施工效率。     

防屈曲耗能支撑在铰接混凝土框架抗震加固中的应用

在我国部分地区还存在有铰接混凝土框架结构,这种结构体系在设计时未进行抗震设计,如继续使用,应进行抗震加固以使其满足抗震要求。防屈曲耗能支撑克服了普通钢支撑失稳的缺点,具有明确的屈服位移和屈服力,在多遇地震下可保持弹性状态,为结构提供刚度和抗震承载力。在设防烈度地震和罕遇地震下,防屈曲耗能支撑将屈服耗能,从而为结构提供耗能能力。结合防屈曲耗能支撑的特点,提出在铰接混凝土框架结构中的抗震加固方法,并结合实际工程实例,研究加固后结构的耗能能力。     

钢筋混凝土框架结构屈服机制研究进展

针对历年多次大地震中钢筋混凝土框架结构大多未能实现“强柱弱梁”的问题,结合20世纪80年代以来我国抗震规范历次修订的背景资料,对国内外钢筋混凝土框架结构屈服机制的研究成果以及规范相关规定的沿革情况进行综述。首先,对我国GBJ 11—1989《建筑抗震设计规范》中有关框架结构梁柱节点的研究背景及有关规定进行了介绍;其次,对21世纪以来国内外部分强震中框架结构的震害现象及特征进行概述,梳理分析了震后若干反思性研究成果,并对比分析了国内外规范的相关规定;再次,结合国内外有关RC框架结构屈服机制的最新研究动态,从微观层面的材料本构方程和宏观层面的构件物理方程进行分析,指出采用基于强度准则的能力设计方法在理论上存在明显缺陷,应基于变形(应变)破坏准则进行RC框架结构整体屈服机制的研究。鉴于目前框架结构屈服机制抗震设计方法存在的问题,提出可采用构件变形能力需求比作为指标,充分考虑构件刚度配置、结构破坏演化进程中构件刚度退化对内力重分布的影响规律等因素,从节点、构件、结构层面综合开展理论与试验研究,全面构建基于变形准则的能力设计方法。     

装配整体式板柱结构抗震加固设计

基于某办公楼的抗震加固设计实践,提出对早期建造的钢筋混凝土装配整体式板柱结构房屋,应结合建筑物的维修改造,对其进行抗震加固设计。通过改变原有结构体系,将装配整体式板柱结构改造成框架结构或框架剪力墙结构,可从根本上消除抗震安全隐患。     

外设自复位构件加固钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

针对某既有钢筋混凝土框架结构抗震加固改造项目中存在的问题,提出了采用外设装配式自复位构件对钢筋混凝土框架进行抗震加固的方法,即对既有框架梁、柱采用增大截面法加固,沿框架梁并排安装预制梁构件,预制梁内通长设置无黏结预应力筋并锚固于框架柱外侧,预制梁与框架柱之间设置耗能钢筋,使被加固框架在给定的性能设计目标下获得一定的自复位能力。为验证该方法的加固效果,设计并制作了3榀平面框架结构试件,对其进行了拟静力试验研究,其中1榀为未加固的对比试件,2榀为采用外设装配式自复位构件加固的框架试件。试验结果表明：外设装配式自复位构件加固法可以显著提高钢筋混凝土框架结构的抗震承载力和延性,耗能能力显著增强,同时,在一定层间位移角范围内,加固框架的残余变形明显小于未加固框架,震后自主复位能力显著增强。对试验进行了精细化有限元仿真分析,有限元分析结果与试验结果符合较好。该加固方法可与性能化抗震加固设计相结合,以实现基于位移的性能化加固设计需求。     

异形钢支撑加固钢筋混凝土框架的设计研究

对于钢筋混凝土框架结构的加固,采用常规的加固方式,从构件加固层次提高建筑的抗震性能,造价高、施工复杂,而且效果也不明显。必须从改变结构体系层次进行加固设计,在框架中合适位置加设钢支撑种改变建筑结构体系,能有效地提高建筑物的抗震能力,增加结构的冗余度和抗震第二道防线。文章结合工程实例,从设计的角度,分析了钢支撑加固的设计原则及加设钢支撑后原结构的性能变化。分析表明,利用加设钢支撑改变结构的受力体系,可以明显改进结构的刚度和延性,提高建筑物的抗震能力。     

带可更换构件的RCS混合框架结构受力特性及抗震设计方法

提出一种带可更换构件的RCS混合框架结构,其结构组成包括耗能框架和主框架,利用可更换构件损伤集中耗能,地震后通过更换受损可更换构件实现结构功能快速恢复。采用SAP2000对14榀框架结构进行非线性静力分析,对比研究了混合框架的受力性能,明确了混合框架的屈服机制及受力状态。分析了可更换梁的破坏模式、截面形式及布置位置,耗能框架的跨度及布置位置等参数对混合框架受力特性的影响。基于受力特性分析结果,提出了正常使用、耗能构件可更换、主框架可修复、生命安全及防止倒塌等5个性能水准的划分方法,并将弹性刚度比(K_(DF)/K_(MF))和屈服位移比(Δ_2/Δ_1)两个参数作为结构弹性设计的控制参数。采用SAP2000对8榀混合框架结构进行动力时程分析和非线性静力分析,提出了满足不同性能水准的层间位移角限值,以及对结构进行弹性设计时控制参数的取值范围;并结合结构的不同性能目标,进而提出混合框架结构基于双参数的抗震设计方法。研究结果表明,该混合框架结构具有良好的屈服机制,剪切型可更换梁耗能能力较强,自定义截面可更换梁有利于实现结构震后功能恢复,楼面层与层间同时布置可更换梁、增大耗能框架的跨度均能提高结构的刚度和承载力;此外,当弹性刚度比为2.8～4.3,屈服位移比大于1.8时,结构可以达到预期受力状态,且具有较好的可更换性,所提基于双参数的抗震设计方法是有效的。