RC加气混凝土砌块组合墙加固框架抗震性能试验研究

RC加气混凝土砌块组合墙(简称组合墙)是由混凝土梁柱网格与加气混凝土砌块组合形成的一种轻型网格式抗震墙,可用于框架结构的抗震加固。笔者进行了1/2比例空框架试件、组合墙试件和组合墙加固框架试件的低周反复荷载试验,分析了各试件的主要破坏过程,对比了组合墙加固框架前后试件承载能力、刚度等抗震性能变化。试验结果及分析表明:组合墙加固框架后承载力、抗侧刚度有较大幅度提高,中大震及大震阶段其承载力、等效刚度约为空框架和组合墙单独受力之和的0.9倍,两者具有良好的协同工作性能;加固试件的破坏过程基本上遵循填充砌块混凝土框格外框架的破坏顺序,能够发挥组合墙多重抗震防线的特点,采用RC加气混凝土砌块组合墙加固框架是一种较为经济实用的加固方法。     

编辑部

《土木建筑与环境工程》04/2016
　　RC加气混凝土砌块组合墙加固框架抗震性能试验研究
　　RC加气混凝土砌块组合墙(简称组合墙)是由混凝土梁柱网格与加气混凝土砌块组合形成的一种轻型网格式抗震墙,可用于框架结构的抗震加固。笔者进行了1／2比例空框架试件、组合墙试件和组合墙加固框架试件的低周反复荷载试验,分析了各试件的主要破坏过程,对比了组合墙加固框架前后试件承载能力、刚度等抗震性能变化。试验结果及分析表明：组合墙加固框架后承载力、抗侧刚度有较大幅度提高,中大震及大震阶段其承载力、等效刚度约为空框架和组合墙单独受力之和的0.9倍,两者具有良好的协同工作性能;加固框架的破坏过程基本上遵循填充砌块-混凝土框格-外框架的破坏顺序,能够发挥组合墙多重抗震防线的特点,采用RC加气混凝土砌块组合墙加固框架是一种较为经济实用的加固方法。     

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正《土木建筑与环境工程》04/2016R C加气混凝土砌块组合墙加固框架抗震性能试验研究RC加气混凝土砌块组合墙(简称组合墙)是由混凝土梁柱网格与加气混凝土砌块组合形成的一种轻型网格式抗震墙,可用于框架结构的抗震加固。笔者进行了1/2比例空框架试件、组合墙试件和组合墙加固框架试件的低周反复荷载试验,分析了各试件的主要破坏过程,对比了组合墙加固框架前后试件承载能力、刚度等抗震性能变化。试验结果及分析表明:组合墙加固框架后承载力、抗侧刚度有较大幅度提高,中大震及大震阶段     

框支密肋复合墙结构墙梁抗震性能试验研究

进行了4榀底部框架、上部密肋复合墙结构墙梁大比例模型的抗震性能试验,研究了墙梁在低周反复荷载作用下的破坏过程及特征、滞回及耗能特性、承载力、位移延性、刚度退化以及抗倒塌能力。试验结果分析表明：多层框支密肋复合墙结构墙梁以剪切型破坏为主,结构具有较高的承载能力、较大的延性和较好的抗倒塌能力;墙梁的组合作用效应显著,托梁支座斜截面受剪承载力为其主要控制因素;上部密肋复合墙体呈现“填充砌块 密肋框格-隐形框架”依次开裂的破坏特征,有利于保证结构的抗震安全性能;在洞口设置构造柱和过梁能够保证结构的承载力和刚度基本不变,但试件的延性会有所降低;密肋复合墙体的水平承载力和抗侧刚度较大,应注意合理控制结构上下刚度和承载力的分布,可通过在底层增设密肋复合墙或对密肋框格进行优化设计予以实现。     

密肋复合墙的水平薄弱层破坏准则

密肋复合墙是由填充砌块、混凝土框格(肋柱、肋梁)组成的网格式抗震墙,框格内填充砌块布置(拼砌)方式是影响框格层间承载力的重要因素。在前期研究工作基础上,分析了框格内不同布置方式下填充砌块的受力机制和变形特点;以既有密肋复合墙、框支-密肋复合墙试验为例,从试验角度验证了密肋复合墙的水平薄弱层破坏现象;引入砌块布置方式影响系数对水平薄弱层受剪承载力计算式进行改进,提出了不同砌块布置方式墙体的影响系数的建议取值范围。研究结果表明,水平薄弱层破坏是密肋复合墙的典型破坏现象之一,改进的受剪承载力计算式能够考虑填充砌块布置方式对承载力的不利影响,有助于提高密肋复合墙受剪设计的安全裕度。     

装配式混凝土砌块填充墙RC框架结构抗震性能试验研究

传统砌块墙人工砌筑的方式不符合建筑工业化要求,为发展砌墙机砌筑的无竖向灰缝的装配式砌块墙,研究了不同连接方式及梁类型对装配式混凝土砌块填充墙抗震性能的影响。对6榀框架进行低周反复加载试验,分析研究了试件的破坏特征、滞回性能、承载能力、刚度退化和延性等。试验结果表明:装配式混凝土砌块填充墙比普通空心砌块填充墙有更好的延性,裂缝发展更具规律,说明受力均匀;无竖向灰缝的接触模式改变了墙体破坏形态和破坏模式,使墙体的破坏过程从整墙受力到墙柱组合体受力,防止脆性破坏;叠合梁的设置对墙体抗震性能影响不大,故可采用墙体与框架柱钢丝绳连接,并采用叠合梁施工,提升施工效率。     

刚架-斜压杆模型在密肋复合墙板力学分析中的应用

通过对14榀不同形式的密肋复合墙板试件进行水平低周反复加载、水平单调加载以及竖向单调加载试验,研究了墙板的受力特点与破坏模式以及墙板中肋梁、肋柱与填充砌块的共同工作性能。应用刚架—斜压杆简化计算模型对影响密肋复合墙板受力特点与破坏模式的主要因素进行了研究。不同算例的分析结果表明复合墙板的剪跨比、轴压比与框格的划分形式对其受力特点具有较显著的影响;外框架、肋柱和肋梁以及填充砌块对于复合墙板的受力性能分别起不同作用。     

密肋复合墙板框格单元破坏模式研究

框格单元是密肋复合墙板的基本受力单元,为了详细研究框格单元的破坏过程、破坏模式及填充砌块与框格的相互作用机理,进行了3个框格单元的单调对角加载试验。试验表明:加载过程中首先在填充块对角线附近出现一至二条贯通的主拉裂缝;接着框格上、下节点及框格梁柱上出现垂直裂缝;填充块上下角区出现圆弧状受压裂缝后框格单元达到承载力极限状态,其最终破坏形式与填充块和框格相对刚度有关。基于弹性地基梁理论分析了加载过程中框格和填充材料的受力特点,指出框格单元存在三种破坏形式:砌块对角压碎破坏、砌块角部压碎破坏、肋柱肋梁节点局部受压破坏。其中第二种形式与复合墙板的各阶段破坏形式相对应,且塑性铰转动充分,是一种合理的破坏模式。最后结合试验及理论分析将填充块等效为铰接于框格的对角斜压杆,提出等效斜压杆宽度、强度和刚度的计算方法,建立单元格简化分析模型,为墙板的受力分析提供了理论基础。     

两种密肋框格屈曲约束低屈服点钢板剪力墙抗震性能试验研究

通过对2榀缩尺比例为1∶3的两种密肋框格屈曲约束构造的低屈服点钢板剪力墙试件进行抗震性能试验研究,对比分析了两榀试件在低周往复荷载作用下的破坏形态、滞回性能、延性、刚度、承载力和耗能性能等,考察了框-墙之间的剪力分配关系,以此为基础检验了周边框架柱刚度阈值公式的有效性,探讨了钢板剪力墙结构的变形模式。研究结果表明:两侧密肋框格屈曲约束构造能够有效地抑制内填钢板的整体屈曲,使其实现"先屈服,再屈曲"的设计目标。两个试件的破坏进程符合"强框架,弱墙板"和"强柱弱梁"的设计理念,最终均呈平面内弯-剪破坏模式。结构的滞回环饱满呈梭形,具有稳定的承载与塑性变形能力,延性好,初始侧向刚度大。外框架与内填钢板之间的剪力分配转换平稳有序,能够组成合理可靠的双重抗侧力体系。给出了框架柱脚最大剪力和抗剪强度的近似计算公式,可以用于竖向边缘构件平面内受剪屈服的校核。提出了一般钢板剪力墙结构受剪承载力和受弯承载力的计算公式,便于工程设计人员进行内填钢板和周边框架规格的初步选择。     

密肋框格防屈曲低屈服点钢板剪力墙抗震性能试验研究

密肋框格防屈曲低屈服点钢板剪力墙是一种新型抗侧力体系,采用力学性能优良的低屈服点钢作为内填墙板,通过密肋框格抑制钢板面外屈曲。为 系统研究其抗震性能,进行了3榀1/3比例单跨两层半试件的低周往复荷载试验。对比分析各试件在循环荷载作用下的承载力、延性、刚度和耗能能力,探究 不同节点刚度和框-墙连接方式的影响,考察三者的破坏形态。试验结果表明：密肋框格防屈曲钢板墙具有稳定的承载力和良好的塑性变形能力,结构初始 侧向刚度大,耗能性能优良。防屈曲密肋框格的设置起到类似两边连接的作用,有效改善了内填板的受力特性,试件的滞回曲线饱满,避免出现“捏缩”现 象。结构具有理想的屈服顺序和较为合理的破坏模式。梁柱节点对试件的抗震性能影响较小,降低连接刚度能够提高结构的延性和耗能。最后将各试件承载 力和初始刚度的理论计算值与试验结果进行对比,二者较为吻合。     

复合墙加固框架结构受剪性能试验研究

通过2榀1/2比例预损(空框架和复合墙)和2榀1/2比例加固试件的水平低周反复荷载作用下的受剪性能试验,对比分析各试件的破坏机制、滞回性能、承载能力、变形能力、刚度退化以及耗能能力等,研究复合墙加固受损框架及置换砌块加固受损复合墙的加固效果和抗震性能。试验结果表明：复合墙加固框架承载力、刚度、延性和耗能能力都有所提高,但是变形能力有所下降;填充砌块、混凝土肋格、受损框架之间相互支撑、相互约束,具有很好的协同工作能力;置换砌块加固复合墙在加载初期,墙体的刚度、变形能力有所提高,但达到峰值荷载后下降明显;基于水平薄弱层破坏准则,提出的复合墙加固受损框架结构的抗剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

组合深梁填充钢框架滞回性能试验

通过1个纯钢框架和2个内填组合深梁的拟静力试验,研究组合深梁对纯钢框架结构的承载能力、延性、滞回特性和耗能能力的影响。试验显示:加载初期,滞回曲线为直线,刚度保持不变;卸载时没有残余变形;屈服后,试件的滞回曲线饱满;骨架曲线有明显的塑性流动阶段,呈现三折线形;填充深梁试件破坏时的层间位移角分别为1/25和1/22;试验表明组合深梁提高了钢框架的初始刚度、屈服荷载和极限承载能力;钢框架的延性和耗能能力都得到了提高。因此,内填深梁钢框架结构抗震性能良好,可将组合深梁作为结构抗震设防的第一道防线。     

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。     

装配式钢管混凝土组合框架的抗震性能试验研究

圆形或方形钢管混凝土柱与钢梁通过单边高强螺栓和适宜端板连接组成框架,通过钢筋桁架混凝土组合楼板形成了新型装配式组合框架。为了解装配式钢管混凝土组合框架在地震作用下的抗震性能和受力机理,进行了2榀两层单跨钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边高强度螺栓和平齐或外伸端板连接形成的组合框架的水平低周反复荷载试验,研究了柱截面形式和端板连接类型对组合框架破坏形式和抗震性能的影响。详细地观察了此类组合框架在水平低周反复荷载作用下的受力全过程和楼板裂缝发展规律,得到了此类结构的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,单边螺栓端板连接装配式钢管混凝土组合框架结构具有良好的滞回性能和耗能能力,延性系数μ为2.13~4.28,能量耗散系数E为0.652~0.90。在柱截面含钢率相同条件下,圆钢管混凝土组合框架的承载力小于方钢管混凝土组合框架,其延性、耗能性能优于方钢管混凝土组合框架。研究成果将为我国装配式钢管混凝土组合框架设计理论与应用提供科学依据。     

耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压试验研究及承载力计算

通过16个基于耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压性能试验,得到了各试件的极限承载力与破坏形态,测得了各试件混凝土中部纵向压应力-应变曲线、试件压应力-耐碱玻纤网格中部应变曲线,分析了加固层混凝土中聚丙烯纤维含量、耐碱玻纤网格包裹方式等参数对试件轴压性能及破坏机理的影响。通过引入合理的基本假定和强度模型,提出了耐碱玻纤网格与聚丙烯混凝土复合加固方柱的轴压承载力计算方法,并将所提计算方法及相关文献计算方法得到的理论计算值与试验结果进行了比较。结果表明:试件主要破坏形态为纵向压劈破坏,裂缝最先出现在试件角部区域并向两端发展,部分试件出现加固层剥离现象; 相较于耐碱玻纤网格间隔包裹试件,全包试件表现出更好的抗压性能及延性; 随着加固层混凝土中聚丙烯纤维含量的增加,试件极限承载力呈先提高后降低的趋势; 采用所提计算方法得到的理论计算值与试验结果吻合较好,且理论计算值均小于试验值,说明所提公式具有一定安全储备,可供工程设计参考使用。     

现浇与预制装配式混凝土框架节点抗震性能试验

为研究预制装配式混凝土框架结构连接节点的抗震性能,探讨其与现浇混凝土框架结构节点之间的性能差异,设计并制作了2组预制装配式混凝土框架节点试件和1组现浇混凝土框架节点试件,通过试验研究试件的滞回特性、承载能力、位移延性、强度退化和耗能能力等抗震性能及其破坏特征。结果表明:通过合理的设计,预制装配式混凝土框架节点的滞回耗能性能与现浇混凝土框架节点相当,其承载力和初始刚度基本等同于现浇混凝土结构节点,但其承载力退化速度快于现浇混凝土框架节点,屈服后预制构件累积损伤程度较现浇构件严重;预制装配式混凝土框架节点在轴压比较大时,节点破坏较为严重,耗能更多。     

Hysteretic behaviour of flush end plate joints to concrete-filled steel tubular columns

The results of an experimental research study involving the testing of four bolted moment-resisting connections under simulated seismic loading conditions are presented. Each test specimen modeled the interior joint of a moment-resisting frame consisting of H-shaped steel beams and circular or square concrete-filled steel tube (CFST) columns using high-strength blind bolts. In order to investigate the seismic behaviour of the blind bolted flush end plate joints to CFST columns, the hysteretic performance, failure modes, stiffness degradation and energy dissipation of the connection type are evaluated in detail. The test parameters varied included the column section type and the thickness of the end plate. The experimental results indicate that both the blind bolted connections with circular and square sections exhibited excellent hysteretic behaviour in terms of their moment–rotation response, strain distributions and energy dissipation. Under cyclic loading, all tested specimens displayed large rotation ductility capacities, and the failure modes were similar to those under monotonic loads. The effects of cyclic loading on the behaviour of the composite joint were obvious, especially on load bearing and stiffness of the connections. The joint type exhibited excellent seismic performance, so that it can be effectively utilized in moment-resisting composite frame structures.     

实腹式型钢混凝土十字形截面柱抗震性能拟静力及混合试验研究

为研究实腹式型钢混凝土十字形截面柱的抗震性能,以1榀3层2跨异形柱中框架为原型,通过拟静力试验预先获得不同轴压比下对比柱的基本受力性能。构建了OpenSees-OpenFresco-MTS抗震混合试验系统,取底层十字形截面中柱作为试验单元,并利用四连杆设备进行加载,其余部分作为计算单元,基于OpenSees软件进行模拟,将模拟结果作为目标位移进行加载,观察各试件的受力过程及破坏特征,获得了试件的滞回曲线和骨架曲线,对比分析了承载力、延性、耗能及刚度退化等。研究结果表明：随着轴压比的增大,各试件的力学特征值均降低,但弹性刚度不变;与拟静力试验中各对比试件相比,地震作用的随机性对混合试验中各构件的抗震性能影响较大,导致其某一方向承载力和刚度大大降低;历经混合试验的震后损伤试件仍然具有对比试件75%的承载能力。