钢管混杂再生混凝土柱抗震性能试验研究

在定常轴力和水平低周反复荷载作用下,对方钢管和圆钢管混杂再生混凝土柱进行抗震性能拟静力试验,研究了钢管壁厚等因素对试件抗震性能的影响。通过试验得到了试件破坏情况、滞回曲线、骨架曲线,在此基础上,分析了试件的变形性能及延性、刚度退化、耗能能力、强度退化等抗震性能的变化规律。研究表明:钢管混杂再生混凝土柱的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象,具有良好的变形能力和滞回性能;钢管壁厚对试件的承载能力、延性和耗能能力有显著影响,随着壁厚的增加,试件的水平承载力增加,延性和耗能能力也随之提高;壁厚对刚度退化有一定程度上的影响,退化趋势大体一致;钢管混杂再生混凝土柱亦有较好的抗震性能。     

圆钢管约束型钢再生混凝土短柱抗震性能

针对圆钢管约束型钢再生混凝土短柱的抗震性能进行研究,在验证了分析模型合理性的前提下,考虑了圆钢管径厚比、再生粗骨料取代率和轴压比等设计参数对试件力学性能的影响规律,获取了试件滞回曲线、骨架曲线、延性系数、等效黏滞阻尼系数等抗震性能指标和试件的峰值承载力,并与已有试验进行了对比分析。结果表明：在再生混凝土取代率、轴压比、含钢率等参数基本相同时,圆钢管约束型钢再生混凝土短柱比型钢再生混凝土柱和圆钢管型钢再生混凝土柱表现出更好的变形和耗能能力;再生粗骨料取代率对滞回曲线等抗震性能指标影响不大,可基本满足工程抗震要求,并可广泛应用于工程的承重结构中;在取代率和轴压比相同时,随着径厚比的增大,试件弹性阶段初始刚度、峰值承载力和耗能能力逐渐下降,但延性会有一定幅度的提升,延性变形能力可提高30%～40%;在取代率和径厚比相同时,随着轴压比的增大,试件的峰值承载力和耗能能力变化不大,延性越来越差。     

方钢管再生混凝土中长柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土中长柱的抗震性能,对6根试件进行定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验。研究钢管壁厚、轴压比和长细比3个参数对试件抗震性能的影响,分析各试件的破坏形态、滞回特性、承载力、延性、耗能能力和刚度退化过程。结果表明:钢管壁厚为3.83~5.93 mm时,滞回曲线饱满,延性系数为2.61~3.41,等效黏滞阻尼比为0.361~0.415,变形能力和耗能能力较好;随着钢管壁厚增加,试件的变形、耗能能力和水平承载力提高;随着长细比增大,变形能力和耗能能力有所提高,而水平承载力明显降低;随着轴压比提高,水平承载力稍有提高,而变形能力减小;当轴压比为0.4时,方钢管再生混凝土中长柱的极限位移角达1/28.7,满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的层间位移角限值要求。     

十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能

为研究十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能,对5个不同轴压比、配钢形式的试件进行低周反复加载试验。研究了滞回曲线、骨架曲线、延性性能、刚度退化、耗能性能等抗震性能,对比分析了轴压比和配钢形式对抗震性能的影响。结果表明,轴压比较大的试件具有更高的承载能力,但延性降低、刚度退化速率加快;与普通钢筋混凝土异形柱相比,在异形柱内配置型钢可改善滞回性能、增强刚度、延性性能、承载能力和耗能性能,减轻破坏程度,从而提高抗震性能。配钢形式为T形钢加方钢管的试件除刚度退化外,其他性能均优于实腹型配钢试件。     

钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究钢管再生混凝土柱的抗震性能,设计并制作10根圆形试件进行拟静力试验。考虑再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率等4种变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,获取滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化等各项抗震性能指标,并采用数部相关规程计算低周反复荷载作用下圆钢管再生混凝土柱的压弯承载力。试验研究和计算结果表明:试件破坏过程以及破坏形态均与普通钢管混凝土柱相似,主要表现为钢管底部的鼓曲破坏;试件的滞回曲线比较饱满,滞回曲线的形状从梭形发展到弓形;在现有的取代率参数变化范围内,试件的滞回曲线受其影响不大,基于抗震性能需求,再生混凝土可以应用于工程承重结构之中;试件的位移延性系数大于3;破坏时等效黏滞阻尼系数介于0.305~0.460之间;建议采用规程DL/T5 085—1999用于反复荷载作用下圆钢管再生混凝土柱压弯承载力的设计计算。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步推广和应用提供参考。     

方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土柱的抗震性能,设计并制作了6个试件,对其进行拟静力试验。考虑再生粗骨料取代率和轴压比2个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化等,并采用相关规程计算低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力。试验研究和计算结果表明：试件破坏过程以及破坏形态均与普通钢管混凝土柱试件相似,主要表现为试件根部钢管的鼓曲破坏;试件的滞回曲线比较饱满,滞回曲线的形状从梭形发展到弓形;在试验选取的再生粗骨料取代率参数范围内,试件的滞回曲线受其影响不大;试件的平均位移延性系数接近3;破坏时等效黏滞阻尼系数介于0.323~0.360之间;建议对采用规程GJB 4142-2000计算的反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力乘以0.92的折减系数;对采用规程DBJ 13.51-2003计算的反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力乘以1.13的扩大系数。     

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。     

高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的受力性能研究

为研究高温后方钢管再生混凝土短柱的轴心受压承载性能,以再生粗骨料取代率和温度为变化参数,设计了24个试件进行轴心受压加载试验,观察高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的受力过程及破坏形态,获取其应力-应变曲线、极限承载力等重要数据,并分析再生骨料取代率、温度对该类新型组合构件轴压性能的影响规律;最后对高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力计算方法予以探讨。试验结果表明:随温度的升高,高温后试件的极限承载力和弹性刚度整体上均呈降低之势,延性系数和耗能均先减后增;随再生骨料取代率的增大,高温后试件的极限承载力降低,弹性刚度先增后减,延性系数和耗能均呈增长之势。     

圆钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

通过8个圆钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土(RC)柱、1个增大截面法加固RC柱和1个未加固RC原柱的低周反复加载试验,观察各柱的破坏过程,分析了其滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度和承载力退化等,并研究了不同加固方式、轴压比、钢管壁厚、后浇混凝土强度对圆钢管自密实混凝土加固RC柱抗震性能的影响。结果表明:采用圆钢管自密实混凝土加固RC柱,加固部分与原柱之间协同工作性能良好,柱的破坏过程和破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,滞回曲线饱满,转角延性系数均大于3. 32,各项抗震性能指标均能满足现有的抗震性能要求,且其抗震性能优于增大截面法加固RC柱的抗震性能。在试验设计的参数变化范围内,随着轴压比的增大,圆钢管自密实混凝土加固柱的承载力和耗能能力提高,但延性降低,刚度和承载力退化变快;随着钢管壁厚的增大,圆钢管自密实混凝土加固柱的承载力、延性和耗能能力等都有显著提高,刚度退化变缓;随着后浇混凝土强度的提高,圆钢管自密实混凝土加固柱的承载力提高,但延性明显降低。     

薄壁方钢管再生混合柱抗震性能试验研究

通过15根薄壁方钢管再生混合柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究了废弃混凝土取代率、钢管壁厚、轴压比等参数对试件抗震性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,根据国内外钢管混凝土结构的设计标准以及基于ABAQUS的纤维梁单元模型,对试件的水平承载力进行了计算分析。研究表明：废弃混凝土取代率在0~40%之间变化对试件的初始抗侧刚度、钢管局部屈曲、破坏位移、负刚度段行为、等效黏滞阻尼系数、滞回曲线形状影响有限,但再生混合柱的水平承载力总体上比全现浇柱有所降低;当钢管壁厚在1.78~5.50mm之间变化时,随钢管壁厚增加试件并未表现出更好的变形能力;在钢管壁厚仅1.78 mm（宽厚比168.5）的情况下,轴压比0.4的再生混合柱的破坏位移角可达1/35,满足我国现行抗震规范的层间位移角限值要求;采用5部现行标准计算薄壁方钢管再生混合柱的水平承载力可获得与同条件全现浇柱相当的安全性;横截面积和用钢量相同时,薄壁方钢管再生混合柱的抗震性能优于钢筋混凝土柱。研究发现,薄壁方钢管再生混合柱应用于中、低轴压比（实际轴压比小于0.4）的情况是可行的。     

T形钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

为研究T形钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点的抗震性能,取再生骨料取代率为100%,根据现行规范制作了3个节点试件模型并进行了拟静力试验。研究轴压比对节点抗震性能的影响,观察节点在加载全程中的破坏过程,分析滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、耗能能力及核心区剪切变形等抗震性能指标。结果表明:节点的破坏形态大体相似,表现为钢梁出现塑性铰的局部屈曲破坏,满足了"强柱弱梁、强节点弱杆件"的抗震设计要求;轴压比对节点的极限承载力和延性有一定影响,轴压比越大,节点的极限承载力越高,但延性和耗能能力会降低,且刚度退化越严重;节点的滞回曲线饱满、具有良好的抗震性能,可在抗震设防区及其他地区推广该类节点的使用。     

方钢管约束再生混凝土中长柱轴压性能退化研究

为了揭示方钢管再生混凝土中长柱在轴心荷载作用下的性能退化规律,以再生粗骨料取代率和长细比为变化参数,完成了5个试件的轴心受压试验。在此基础上,分析了其延性指标、能量耗散、刚度退化的演化过程。研究结果表明:方钢管混凝土试件的峰值荷载比方钢管再生混凝土试件的大;随着再生粗骨料取代率的增加,方钢管再生混凝土轴压中长柱的耗能能力具有先降后升的趋势;方钢管混凝土试件的延性系数均比其再生混凝土试件的大;试件的弹性轴压刚度随取代率的增加表现为先增后减;随着长细比的增加,钢管再生混凝土中长柱的轴压耗能和弹性轴压刚度具有稳步减小的趋势,延性系数则呈现为先降低后增长之势。所得刚度退化的简化计算模型可为工程设计提供参考。     

矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱抗震性能研究

为研究矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱的抗震性能,设计并制作了6个该类柱试件并对其进行拟静力试验,变化参数为再生粗骨料取代率(0%,50%,100%)和轴压比(0.3,0.5)。观察了矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形和破坏形态,分析了其滞回曲线、骨架曲线、承载力退化、刚度退化、延性及耗能能力等。采用ABAQUS软件对矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱抗震性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比,验证有限元模型的合理性。试验研究及数值分析结果表明：矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱变形过程及破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,表现为柱脚的鼓曲变形;轴压比为0.3时,再生骨料取代率为50%和100%的柱峰值荷载较取代率为0%的柱分别降低8.3%和13.1%;轴压比为0.5时峰值荷载较轴压比为0.3时降低约9%;平均位移延性系数接近2.7,说明其具有良好的变形能力;矩形截面钢管尾矿砂再生混凝土柱具有良好的抗震性能。     

T形钢管再生混凝土短柱的有限元分析

以再生粗骨料取代率和钢管壁厚为主要变化参数,研究T形钢管再生混凝土短柱的轴压性能,应用有限元软件ABAQUS对轴压短柱试件进行了模拟,分析了再生骨料取代率和钢管壁厚对钢管再生混凝土轴压短柱力学性能的影响,得出构件核心区混凝土的荷载-变形曲线和应力-应变曲线的变化规律。结果表明:同T形钢管普通混凝土短柱相比,T形钢管再生混凝土短柱表现出较好的力学性能;钢管混凝土轴压短柱中钢管和混凝土相互作用的机理同样适用于T形钢管再生混凝土轴压短柱;当核心区为再生混凝土时,需要钢管的约束力更大。     

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。     

型钢高性能混凝土十字形异形柱抗震性能试验研究

型钢高性能混凝土(SSRC)异形柱结构是一种新型组合结构。本文对4个不同轴压比、配钢率、加载方向的实腹式型钢高性能混凝土异形柱进行了低周反复加载试验,通过观测试件各阶段开裂变形及破坏形态并分析破坏机理,得到其荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、强度衰减、耗能能力及位移延性。分析位移延性系数,得到影响延性的主要因素。通过试验实施及相关理论计算得到了相关结论,SSRC十字形异形柱试件在剪跨比为3.25时发生弯曲破坏形态,轴压比、配钢率及不同加载方向3个方面对试件抗震性能有不同影响。     

钢骨-钢管混凝土柱抗震性能试验研究

通过4根钢骨-钢管混凝土柱试件在高轴向压力和低周反复水平荷载作用下的试验,研究钢骨-钢管混凝土柱的抗震性能。设计时主要考虑轴压比、含骨率对试件抗震性能的影响。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。试验结果表明,该组合柱滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力。随含骨率的增大,试件刚度衰减速度减缓,构件承载力和延性有明显的提高,耗能能力增加。随着轴压比的增加,试件刚度衰减速度加快,其骨架曲线下降段越陡,相应的构件延性越差,耗能能力减小。     

十字形型钢混凝土异形柱抗震性能研究

通过对8根十字形型钢混凝土异形柱进行低周往复模拟,得到相应的滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线,分析轴压比、混凝土等级、型钢偏移、荷载施加角度、含钢率等因素对十字形异形柱抗震性能的影响。结果表明:随着混凝土强度以及含钢率增加,强度衰退较慢,耗能增加,抗震性能提高。提高轴压比,试件承载力提高,但是延性及耗能变差,抗震性能下降。工字钢位置距各肢边缘越近,受力时能充分发挥能力,有利于抗震。另外,采用0°加载及采用方钢管均有利于试件抗震。     

高温喷水冷却后方钢管与圆钢管再生混凝土短柱轴压性能对比分析

为研究高温喷水冷却后方钢管与圆钢管再生混凝土短柱轴压性能差异,以方和圆两种截面形式、历经最高温度、再生粗骨料取代率和冷却方式为变化参数,对各27根方钢管和圆钢管再生混凝土短柱进行高温冷却后轴压加载试验,观察了试件的破坏过程,对比分析了方钢管与圆钢管试件的承载力、初始轴压刚度、延性及耗能的差异。结果表明:方钢管试件的初始轴压刚度和耗能能力受冷却方式的影响显著,圆钢管试件的承载力和延性受冷却方式的影响显著;随着温度T的不断升高,方钢管试件承载力退化、延性变化及耗能能力变化较圆钢管试件相比更为显著;对于初始轴压刚度,当温度较低时,方钢管试件退化更大,当温度较高时,圆钢管试件退化更大;取代率对方钢管试件的承载力和圆钢管试件的初始轴压刚度影响较大,且随着取代率r的增大,方钢管试件的延性系数和耗能系数增大,而圆钢管试件的延性系数和耗能系数减小。     

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。