CFRP加固高强混凝土方柱的延性性能试验分析与计算

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固高强混凝土方柱的抗震性能,对13个高强混凝土方柱进行低周反复荷载试验,研究了试件破坏形态、滞回特性、骨架曲线、耗能能力和延性等抗震性能,探讨了轴压比、剪跨比、CFRP加固量对高强混凝土方柱延性性能的影响,给出了计算CFRP布有效约束系数和位移延性系数的公式。结果表明:随着轴压比增大、剪跨比减小,试件耗能能力和延性降低;横向包裹CFRP布可以显著改善高强混凝土方柱耗能能力和延性;与未加固试件相比,横向包裹CFRP布对轴压比较大或剪跨比较小试件的延性提高效果更为显著;随着加固量的增加,试件的耗能能力和延性增大,但增加幅度逐渐降低。     

钢骨超高强混凝土框架柱抗震性能的试验研究

通过试验,研究在较高轴压比条件下钢骨超高强混凝土柱的抗震性能。制作了13根剪跨比为2.75的钢骨超高强混凝土柱试件,其强度为94.9～105.4 MPa。设计时主要考虑轴压比、配箍率等因素对试件抗震性能的影响。在低周反复周期荷载作用下,试件的破坏形态是以弯曲破坏为主的弯剪破坏。根据采集的荷载、位移等数据,绘制出试件的滞回曲线和骨架曲线,并据此计算了试件的位移延性系数。试验表明,随着轴压比提高,试件的延性表现得越来越差;而较高配箍率可在一定程度上使延性得到改善。根据试验结果,提出了满足一定抗震位移延性要求的钢骨超高强混凝土柱轴压比限值和柱箍筋加密区最小配箍率的建议值,从而为工程设计提供参考。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

考虑纤维种类、轴压比、剪跨比、配筋率等因素,设计制作22根钢-聚丙烯混杂纤维混凝土框架柱试件,通过低周反复荷载试验研究柱的抗震性能。基于实测的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及破坏形态,探讨纤维种类等因素对试件耗能能力和延性的影响规律,建立钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱位移延性系数计算公式。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维在增强柱耗能能力方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,并随轴压比的增大,其发挥作用越明显;剪跨比、纵筋配筋率和配箍率对混杂纤维混凝土柱耗能能力和延性的影响与普通混凝土柱类似,随其增大而提高。     

焊接箍筋混凝土柱滞回性能试验及影响因素分析

为研究焊接箍筋混凝土柱的滞回性能,以剪跨比、轴压比、配箍率和混凝土强度为设计参数,对12个焊接箍筋混凝土柱进行低周反复加载试验。观察各试件的破坏形态,实测试件的荷载-位移滞回曲线,探讨各设计参数对位移延性系数、强度、刚度和耗能系数等滞回性能指标的影响规律。研究结果表明:各试件的滞回曲线均较饱满,表现出良好的滞回性能;剪跨比对试件滞回性能指标的影响最为显著,轴压比的影响次之,配箍率和混凝土强度的影响较小。     

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。     

碳纤维布加固震损CFRP筋高韧性纤维混凝土柱抗震性能试验研究

为探究CFRP筋高韧性纤维混凝土柱的抗震性能及可修复性能,以剪跨比和轴压比为变量,设计了6根CFRP筋高韧性纤维混凝土柱,其中3根为不进行加固的对比柱,剩余的3根柱先进行预损伤处理,再用碳纤维布进行加固修复,对上述试件进行低周反复荷载下的抗震性能试验。对试件的破坏形态、滞回特性、刚度退化、延性、综合性能指标以及耗能能力进行研究。结果表明：CFRP筋高韧性纤维混凝土柱表现出明显的多缝开展特征和良好的变形能力;水平荷载下降至峰值荷载的85%,停止加载,试件仍具有较好的完整性,且所有试件均表现出弯曲破坏的特征。轴压比越大,峰值荷载越大,滞回曲线的形状越饱满;剪跨比越大,极限水平位移越大,但峰值荷载越小。加固后试件的累积耗能较未加固试件提高2.0~4.2倍,仍具有良好的耗能能力,说明CFRP筋高韧性纤维混凝土柱具有良好的可修复性,且碳纤维布加固的方法有效可行。     

钢骨高强混凝土短柱抗震性能的试验研究

针对目前高层、大跨结构中广泛应用的高强混凝土所具有的"脆性"特点,本文拟通过在高强混凝土柱中内置钢骨,来改善高强混凝土的脆性,增加高强混凝土结构的抗震延性。本文开展了13根剪跨比为2.0的试件在低周反复荷载下的试验,对内置钢骨的高强混凝土短柱抗震性能进行了研究。分析了钢骨高强混凝土短柱的破坏特征、滞回特性以及骨架曲线,研究了轴压比和配箍率对钢骨高强混凝土短柱抗震延性的影响,并得出了轴压比和位移延性系数的关系以及配箍率和位移延性系数的关系。根据本文试验结果,提出了满足一定位移延性要求的钢骨高强混凝土短柱的轴压比限值和柱箍筋加密区最小体积配箍率,试验结果可为规范修订和工程设计提供参考。     

型钢轻骨料混凝土组合柱抗震性能有限元分析

为了研究型钢轻骨料混凝土组合柱的抗震性能,设计工字钢内嵌轻骨料混凝土柱的方式,通过有限元分析软件(Abaqus)分析剪跨比、轴压比对组合柱的抗震影响,得到轴压比为0.3以内,适当增加剪跨比可使延性系数增大,提高抗震性能的结果。     

焊接封闭箍筋约束混凝土柱拟静力试验研究

为研究焊接封闭箍筋约束混凝土柱的抗震性能,共进行了12根焊接封闭箍筋混凝土柱试件在低周反复荷载作用下的拟静力试验。分析了试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能、刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:各试件滞回曲线较为饱满,捏缩现象较轻,表现出良好的延性及耗能性能;随着剪跨比的增大,试件的承载能力逐渐减小,延性及耗能能力增强;随着轴压比的增大,试件的承载能力、延性及耗能能力均增大;各试件的极限位移角均大于1/25,抗震性能良好,能满足工程实践的要求。     

型钢再生混凝土组合柱轴压比限值研究

在17个型钢再生混凝土组合柱低周反复荷载试验研究的基础上,结合型钢再生混凝土组合柱试验位移延性系数和极限角变形,给出了满足型钢再生混凝土组合柱抗震延性要求的轴压比限值。采用大小偏心受压界限破坏理论推导了发生弯曲破坏时型钢再生混凝土组合柱的标准轴压比计算公式。在此基础上,结合抗震等级的要求,考虑体积配箍率、剪跨比对型钢再生混凝土组合柱抗震性能的影响,最终提出了不同剪跨比、不同配箍率以及不同抗震等级下型钢再生混凝土组合柱的轴压比限值。研究结果可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供参考依据。     

型钢高强混凝土框架柱抗震性能试验研究

基于16个型钢高强混凝土(SRHSC)框架柱试件的低周反复加载试验,对其抗震性能进行了研究。试件设计参数为剪跨比、轴压比、混凝土强度、含钢率和配箍率。对不同设计参数试件的受力特点、破坏形态、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、位移延性等主要抗震性能指标进行了分析,得到了试件耗能指标、位移延性与诸设计参数之间的关系曲线。试验结果表明：试件荷载-位移滞回曲线饱满,下降段较为平缓,其他各项抗震性能指标较为优异,总体上表现出良好的抗震性能;混凝土强度等级超过C100的SRHSC框架柱的承载力优势明显,但由于高强混凝土的脆性导致其耗能能力及延性较普通型钢混凝土框架柱稍差;试件剪跨比、含钢率以及配箍率的提高能够增强其抗震性能,而混凝土强度、轴压比的提高将降低其抗震性能。     

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。     

低周反复荷载作用下型钢再生混凝土柱延性分析

对17根型钢再生混凝土柱进行了低周反复荷载试验,观察了型钢再生混凝土柱的破坏形态,分析了其滞回曲线特性。在此基础上,研究了型钢再生混凝土柱的延性特征,主要分析了再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率和剪跨比对柱位移延性系数的影响,并给出了柱的极限位移角限值。结果表明:型钢再生混凝土柱主要发生剪切斜压破坏、弯剪破坏及弯曲破坏;除高轴压比试件外,大剪跨比柱滞回曲线饱满,位移延性系数均大于3,表现出较好的抗震性能;柱延性随着再生粗骨料取代率和轴压比的增大而降低,但随着体积配箍率及剪跨比的增大而增大;柱极限位移角均值约为1/40,表现出较好的位移变形能力。     

强化再生混凝土柱的抗震性能有限元分析

为研究粗骨料强化的再生混凝土柱的抗震性能,建立了ABAQUS精细化有限元模型,在验证模型的基础上分析了轴压比、长细比、纵筋配筋率和箍筋间距对强化再生混凝土柱抗震性能的影响。研究结果表明：轴压比和长细比对构件的抗震性能有较大的影响,轴压比控制在0.6以下,强化再生混凝土柱能够发生较好的延性破坏;长细比对构件的初始刚度和承载力影响较大,长细比越大,构件的承载力越差,位移延性系数越小;纵筋配筋率会影响试件的承载力和延性,箍筋间距对承载力影响不大,但箍筋密度增加,会提高构件的延性。     

PVA纤维增强混凝土框架柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下PVA纤维增强混凝土框架柱的抗震性能,基于有限元模拟软件Open Sees,采用纤维模型对PVA纤维增强混凝土柱和普通钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行数值模拟,从柱滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能及耗能能力方面对数值模拟结果与试验结果进行对比分析,校准采用的PVA纤维增强混凝土本构模型参数。在此基础上,重点分析了PVA纤维增强混凝土柱剪跨比、轴压比等参数对其抗震性能的影响。参数分析结果表明:随着柱剪跨比的增加,位移延性系数先增后减,在剪跨比为3时达到最大,极限位移角随剪跨比的增加而增加;随着柱轴压比的增加,位移延性系数和极限位移角均减小。     

低周往复荷载下既有混凝土柱变形能力试验研究

基于我国89抗震规范中一、二、三(四)级混凝土框架柱的抗震措施,完成了以剪跨比、轴压比、加密区体积配箍率为基本设计参数的24个混凝土悬臂柱试件低周反复荷载(位移)试验。试验结果表明,高(一、二)抗震等级的试验柱表现为水平裂缝的形成和发展、最终压区混凝土压碎的弯曲型破坏,低(三、四)抗震等级的试验柱局部出现一定宽度的弯剪裂缝、最终为压区混凝土压碎的弯剪型破坏;试验柱的轴压比显著影响其滞回性能,侧向变形能力随轴压比的增大有降低趋势;轴压比和剪跨比相同时,柱位移延性系数随加密区体积配箍率的增大而增大;轴压比和配箍率相同时,大剪跨比(7.27)的试验柱位移延性总体上小于相对应的小剪跨比(5.0)柱位移延性;按Park能量法的屈服位移、承载力下降至85%的极限位移确定的位移延性系数,62.5%(15/24)的试件小于3.0,其最大值为3.86,最小值为2.27。对比已有试验结果发现,本文按89规范的加密区体积配箍率下限要求(0.6%~1.6%)的试验柱,位移延性系数偏小、极限变形能力不大。     

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。     

型钢混凝土柱在拉-弯-剪复合受力下的延性分析

为研究型钢混凝土柱在拉-弯-剪复合受力下的抗震性能,对13根试件进行了低周反复荷载试验,观察型钢混凝土柱的破坏形态,研究其滞回曲线特性和延性特征,主要分析了剪跨比、轴拉比和偏心距对柱延性的影响,并给出了柱的极限位移角限值。研究结果表明:型钢混凝土柱主要发生弯剪破坏;滞回曲线大多呈梭形,滞回环较为饱满;柱位移延性系数均大于3,表现出较好的抗震性能;延性系数随轴拉比和偏心距的增大有所下降,但随剪跨比的增大而增大;柱极限位移角均值大约为1/10,表现出较强的位移变形能力。     

活性粉末混凝土短柱抗震性能数值模拟

为了研究活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,简称RPC)短柱的抗震性能,运用有限元软件ABAQUS对RPC短柱进行了低周反复荷载作用下力学性能的数值模拟,研究了RPC短柱的破坏形态、滞回曲线和骨架曲线。RPC模型采用混凝土损伤塑性模型,其中损伤因子采用基于RPC本构的能量等效法求得。钢筋本构采用双折线模型。将模拟结果与试验结果进行对比,得到了较好的吻合性。在此基础上,研究了轴压比、配箍率和纵筋配筋率的变化对RPC短柱抗震性能的影响。研究结果表明:随着轴压比的增大,试件的延性逐渐降低,轴压比从0.2增加至0.5,位移延性系数从3.30降低至2.61;试件的抗剪承载力随轴压比的增大而增大,但在加载后期,高轴压比试件的承载力和刚度退化较快;配箍率和纵筋配筋率的增大均可以改善试件的抗震性能,但配箍率主要影响加载后期试件的延性,而纵筋配筋率主要影响试件的抗剪承载力。     

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。