反复荷载下型钢再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢再生混凝土柱的破坏形态和抗震性能,对10个不同剪跨比、再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率的型钢再生混凝土柱进行低周反复荷载试验,观察其受力过程及破坏形态,分析不同设计参数对荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、耗能能力及刚度退化等力学性能的影响。试验研究结果表明:型钢再生混凝土柱的主要破坏形态为剪切斜压破坏、弯剪破坏以及弯曲型破坏,破坏形态与剪跨比有关;滞回曲线大多呈梭形且较为饱满,说明型钢再生混凝土柱具有较好的延性及耗能能力;取代率对试件承载力影响不明显,延性及耗能能力随取代率的增加而有所降低;随着轴压比的增大,试件承载力有一定提高,但其衰减加快,且延性及耗能能力降低;增大体积配箍率时,试件承载力增大不明显,但延性及耗能能力显著提高。总体上看,型钢再生混凝土柱具有较好的抗震性能,可以通过合理的设计将其应用于抗震结构中。     

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。     

高温后钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

通过对7根高温后钢筋混凝土短柱试件和1根常温对比试件的拟静力试验,研究受火时间、轴压比和剪跨比对火灾后钢筋混凝土短柱的破坏形态、受剪承载力、骨架曲线、刚度退化、延性比、滞回耗能等的影响。利用有限元程序计算了高温后截面混凝土抗压强度的平均折减系数,提出了四周受火后钢筋混凝土柱受剪承载力的计算方法。研究结果表明：高温后短柱的受剪承载力随受火时间的增加、剪跨比的增大而减小;剪跨比对受火前后受剪承载力影响变化的程度相差较小;高温后短柱的受剪承载力先随轴压比的增大而增大,但当轴压比增大至界限轴压比后,受剪承载力反将降低,且高温后柱的界限轴压比较未受火时有减小趋势;提出的高温后钢筋混凝土柱受剪承载力计算式具有一定的安全保证率,可用于火灾后该类构件受剪性能的损伤评定。     

低周反复荷载下型钢高强混凝土柱受力性能试验研究

通过20个混凝土强度为65.3～84.9MPa的型钢高强混凝土柱的低周反复加载试验,研究型钢高强混凝土柱在压、弯、剪共同作用下的破坏形态和抗震性能。试验中考虑剪跨比、轴压比、配箍率、混凝土强度4个参数的影响,由试验获得型钢高强混凝土柱的主要破坏形态和滞回曲线,分析各参数对构件延性、滞回特性、耗能性能以及承载力衰减的影响。结果表明,与型钢普通强度混凝土柱一样,在压、弯和反复剪力共同作用下,型钢高强混凝土柱的破坏形态主要为弯曲型破坏、剪切黏结破坏、剪切斜压破坏,破坏形态主要与剪跨比有关;箍筋能显著提高大剪跨比试件的延性和耗能能力,但对小剪跨比试件的延性与耗能性能改善有限;随着轴压比与混凝土强度的提高,试件的承载力衰减速度加快,后期变形能力减小,抗震性能越来越差;与钢筋混凝土柱相比,型钢高强混凝土柱的等效阻尼比远大于前者,耗能能力强,抗震性能好;提出型钢高强混凝土柱位移延性系数的计算公式,公式的计算结果与试验结果符合较好,可供工程设计应用参考。     

配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土柱拟静力试验及有限元分析

通过配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土柱的拟静力试验发现:构件随着剪跨比的增大依次主要发生剪切斜压破坏、剪切黏结破坏和弯曲破坏,采用螺旋箍筋构件相比普通箍筋构件的滞回曲线饱满,耗能能力及延性提高。采用ABAQUS软件进行有限元分析,计算结果与试验结果吻合较好,在此基础上,以剪跨比、轴压比、型钢含钢率和型钢屈服强度为参数进行分析。研究结果表明:构件的承载力和初始刚度随剪跨比的增加而降低,延性提高;提高轴压比对构件承载力的影响是先增加后降低,而延性始终呈下降的趋势;提高型钢的含钢率和屈服强度,能够提高构件的承载力和延性。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

仿古建筑方钢管混凝土柱-钢筋混凝土圆柱连接抗震性能试验研究

通过4个仿古建筑方钢管混凝土柱(CFST)与钢筋混凝土圆柱(RC)连接的低周反复加载试验,观察了试件在不同轴压比下的破坏形态,分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、变形能力、耗能能力、刚度退化及承载力衰减等。试验结果表明:CFST-RC柱连接的破坏形态以弯曲破坏为主,且有一定的剪切破坏特征,CFST柱及RC柱根部均形成塑性铰,RC柱中、上部出现较为明显的剪切斜裂缝;滞回曲线较为饱满,刚度退化及承载力衰减较慢,破坏时试件的位移延性系数介于4.42~5.54之间,等效黏滞阻尼系数介于0.233~0.311之间,具有良好的变形及耗能性能。在试验设计的轴压比范围内,增大轴压比,试件的峰值荷载和延性提高;当轴压比相同时,随长细比增大,试件的峰值荷载和延性降低。     

火灾后T形型钢混凝土柱抗震性能试验研究

对火灾后型钢混凝土T形柱的各项抗震性能指标进行探索。以受火时间、轴压比以及剪跨比作为影响因素,对6根型钢混凝土T形柱进行低周反复荷载试验,得出异形柱的滞回曲线、延性系数以及刚度退化曲线等力学性能。结果表明:异形柱在火灾后,其各项力学性能指标降低;增大轴压比,提高了异形柱初始刚度和强度,降低了位移延性系数,加速了后期的强度衰减和刚度退化;一定范围内提高剪跨比,异形柱的初始刚度、极限承载力和耗能性能随之下降,同时减缓了强度衰减的速度。     

十字形型钢混凝土柱火灾后抗震性能试验研究

为对火灾后十字形型钢混凝土柱进行抗震性能的研究,以剪跨比和配箍率为设计影响因素,对4根十字形型钢混凝土柱进行低周反复荷载试验。并对十字柱的荷载位移滞回曲线、骨架曲线及耗能能力等力学性能进行研究总结。试验表明:(1)十字形型钢混凝土柱剪跨比在一定范围内提高,构件破坏形态由剪切破坏转变为弯曲破坏,其极限承载力与耗能能力降低,构件延性变好,同时刚度随着剪跨比的增加退化曲线变得平缓。(2)配箍率的变化对十字形型钢混凝土柱最终破坏形态没有明显的影响,延性系数随构件的配箍率增加而减小,同时在试件屈服前,配箍率越大其耗能值越小,试件屈服后配箍率对试件的耗能值影响变化不大。     

配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土(SRHC)柱的抗震性能,设计12个试件进行低周反复荷载试验,其中1个为配普通箍筋的对比试件,主要考虑剪跨比、轴压比、配箍率和混凝土强度的影响。通过试验揭示配矩形螺旋箍筋SRHC柱的破坏机理,并分析各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明:配矩形螺旋箍筋SRHC柱随剪跨比的增大,破坏模式依次表现为剪切斜压破坏、剪切黏结破坏和弯曲破坏;配矩形螺旋箍筋SRHC柱的滞回曲线饱满,耗能能力强;随剪跨比的增大,其受剪承载力降低,耗能能力和延性提高;随轴压比的增加,受剪承载力提高,但延性降低;随配箍率的增加,受剪承载力增大,后期变形能力增强,延性提高。采用配矩形螺旋箍筋的构造措施能有效提高型钢高强混凝土柱的抗震承载力和变形性能,且具有更优的抗倒塌能力,其综合抗震性能指标优于配普通箍筋型钢高强混凝土柱。     

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。     

Experimental study on seismic behavior of steel reinforced concrete rectangular column with unsymmetrical cross-shaped steel section

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征，并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接，提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验，分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明：不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称，正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载；在相同含钢率下，非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能；剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低，延性增加，耗能能力提高；增大轴压比，柱刚度退化加剧，延性降低，耗能能力减弱；提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。     

非对称十字形配钢型钢混凝土矩形截面柱抗震性能试验研究

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征,并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接,提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验,分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明：不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称,正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载;在相同含钢率下,非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能;剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低,延性增加,耗能能力提高;增大轴压比,柱刚度退化加剧,延性降低,耗能能力减弱;提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。     

轴压比与剪跨比对带约束拉杆双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能影响研究

为研究轴压比与剪跨比对带约束拉杆双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,完成了5个缩尺模型试件的拟静力试验。研究结果表明：试件破坏时底部墙体钢板均受压屈曲,其中低剪跨比（剪跨比为1.0）试件出现典型的剪压破坏现象,而中高剪跨比（剪跨比为1.5~2.0）试件出现典型的压弯破坏现象;高轴压比、低剪跨比的带约束拉杆双层钢板-混凝土组合剪力墙仍具有良好的承载力、变形及耗能能力;增大轴压比可提高试件的承载力,但其变形和滞回性能有所降低;减小剪跨比,试件的承载力和刚度有较大幅度提高,耗能能力有所下降,而延性和承载力退化变化不明显。     

外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱的抗震性能

通过2根未受火钢筋混凝土柱、2根受火后未加固钢筋混凝土柱和10根外包薄壁钢管加固受火后钢筋混凝土柱的拟静力试验,考察了轴压比、剪跨比、钢管厚度及加固方式等参数对外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱抗震性能的影响情况,建议了外包薄壁钢管加固受火后混凝土柱受剪承载力的计算公式。结果表明：薄壁钢管加固可显著提高受火后混凝土柱的受剪承载力、极限变形和累计滞回耗能,且加固后试件的割线刚度与未受火试件相比相差较小。受火后剪跨比为1.78和3.0的混凝土柱加固后的承载力分别比相应的未加固柱的承载力提高了41.8%~47.0%和38.5%~74.4%。轴压比对加固后试件的受剪承载力、刚度、耗能能力和延性影响较大,对极限变形影响较小。薄壁钢管厚度对加固后试件的耗能能力影响较大,对受剪承载力影响较小。薄壁钢管根部焊接角钢并用螺栓锚固的方式可提高加固效果。     

受火后钢筋混凝土吊车梁加固方法的试验研究

为研究受火后钢筋混凝土吊车梁的维修加固方法,开展了粘贴CFRP布和粘贴钢板加固受火后足尺吊车梁受力性能的试验研究、理论分析和有限元分析。结果表明：未受火对比试件发生受拉区钢筋屈服、受压区混凝土压碎破坏;粘贴CFRP布加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋屈服和CFRP布拉断;粘贴钢板加固试件的主要破坏模式为受拉区钢筋和加固钢板受拉屈服以及受压区混凝土压碎。对于ISO 834等效受火60min后钢筋混凝土吊车梁,粘贴钢板加固效果优于粘贴CFRP布;ISO 834等效受火60min和90min后的钢筋混凝土吊车梁采用CFRP布加固后,极限荷载接近。加固后钢筋混凝土吊车梁试件跨中截面混凝土应变发展规律在混凝土腹板垂直裂缝完全发展前基本符合平截面假定。受火后加固试件的位移延性系数较未加固对比试件有所降低,粘贴钢板加固试件降低稍大。加固的受火后钢筋混凝土吊车梁极限荷载计算结果和有限元结果与试验结果误差绝对值为0.4%~7.8%,满足工程精度要求。     

方钢管钢筋混凝土轴压短柱高温后受力性能试验研究

通过6根未受火和12根明火试验后的方钢管钢筋混凝土轴压短柱静力试验,研究了升温时间和配筋率对受火后方钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力、刚度和延性的影响;对于升温时间30min和60min轴压短柱,分别测量了升温过程中关键位置的温度分布情况。试验结果表明：与常温轴压短柱相比,升温30min且配筋率分别为1.45%及3.26%的轴压短柱,其剩余承载力、轴压刚度和延性分别降低13.4%及5.4%、20.8%及24.3%和31.9%及44.0%;对于升温60min轴压短柱,其剩余承载力、轴压刚度和延性分别降低23.3%及12.8%、37.5%及39.1%和52.5%及61.5%。在试验基础上,结合GB 50936-2014《钢管混凝土结构技术规范》给出了火灾后方钢管钢筋混凝土轴压短柱剩余承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

Seismic behavior of special shaped column composed of concrete filled steel tubes

This paper experimentally investigated the behavior of a special shaped column composed of concrete-filled steel tubes (SCFST column) subjected to a constant axial load and a cyclically varying flexural load. The effects of both the axial compression ratio and the length to width ratio on the behavior (stiffness, strength, ductility, and energy dissipation) of SCFST columns were studied. The asymmetry character of the column was studied. The connection plate was an important member transferring shear force. The mono columns of SCFST columns worked together well and the seismic behavior of SCFST columns was good. An increase of the axial compression ratio increased the stiffness with a decrease of energy dissipation ability, ductility, and bearing capacity. On the other hand, an increase of the length to width ratio led to an increase of energy dissipation ability and ductility and a decrease of stiffness and bearing capacity. Furthermore, a finite element analysis was also carried out to simulate the behavior of SCFST columns and the test results agreed with the results of finite element analysis.     

型钢混凝土十形柱及其节点抗震性能演变、传递机制及设计理念

为研究型钢混凝土十形柱与型钢混凝土十形柱框架节点在抗震性能方面的演变规律,通过13个型钢混凝土十形柱及其框架节点的反复荷载试验,揭示了型钢混凝土十形柱、十形柱平面节点、十形柱空间节点的震损机理及性能差异,深入分析了配钢形式、加载方向、剪跨比以及轴压比等关键参数对此类构件抗震性能的影响;考虑荷载加载方向对双向受剪性能的影响,提出了型钢混凝土十形柱及其节点的受剪承载力统一预测模型;采用OpenSEEs零长单元并引入荷载加载角对弯曲型破坏的型钢混凝土十形柱双向压弯承载力进行了全过程受力性能模拟并证实其可行性。结果表明：型钢混凝土十形柱及其节点由平面受力转变至空间受力时,其受剪承载力和耗能能力也随之提高;十形柱的位移延性系数最大,而平面节点的位移延性系数最小。试验轴压比在0.5范围内时,提高轴压比有利于构件和节点受剪承载力及耗能能力的增长;试验轴压比小于0.3时,随着轴压比的增大,十形柱及其节点的延性随之提高,而试验轴压比大于0.3时则随之降低。型钢混凝土十形柱及其框架节点的弹性及弹塑性层间变形能力均大于规范规定的要求。基于综合性能研究成果,给出了型钢混凝土十形柱合理配钢形式的设计建议、轴压比控制原理、最不利地震作用验算方向等结构设计理念。