内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土框架结构的静力弹塑性分析

目的研究内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-工字型钢梁框架结构的工作特点和抗震性能及不同材料配置量对结构抗震性能的影响．方法使用OpenSees软件,对一个8层内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱一工字型钢梁的框架结构建立标准模型,进行Pushover分析．结果不同参数对组合柱的承载力、刚度、延性均产生影响,并且由于约束作用的存在改变了夹层混凝土和核心混凝土的本构关系,间接影响了组合柱的抗震性能．将Pushover分析中能力谱法得出的性能点反带入能力谱求出其所对应的目标位移为140mm,满足规范的限值要求．结论设计时应根据需要改变梁柱刚度比的最小值及其性能,达到在合理塑性破坏形式的前提下,使组合柱更多的参与结构抗震,以提高结构的抗震能力．     

单层单跨组合梁钢框架刚度的分析

为研究竖向荷载作用下单层单跨组合梁钢框架的刚度,将组合梁钢框架中的梁简化为阶梯形变截面梁,进行参数确定;应用试验值验证ANSYS有限元程序分析组合梁钢框架的可行性,利用此程序进行组合梁钢框架的非线性分析,确定了组合梁钢框架在竖向荷载作用下的负弯矩区长度参数,从而建立了该组合梁刚度计算模型.采用等效原理,确定出竖向荷载作用下单层单跨组合梁钢框架的等效刚度计算公式,给出工程设计时刚度取值的建议,并与有限元分析结果进行了对比.结果表明:理论分析和推导与ANSYS有限元分析结果吻合很好.     

带钢板耗能键的钢管混凝土排柱剪力墙抗震分析

为了分析带钢板耗能键的钢管混凝土排柱剪力墙的抗震性能,采用ABAQUS有限元分析软件,在低周往复荷载下,对4个不同设计参数的试件进行了破坏特征、滞回特性、耗能能力、承载力、延性、强度退化及刚度退化的研究,得出各试件应力云图、骨架曲线和滞回曲线,计算出承载力和位移延性比.结果表明,该组合剪力墙的承载力较高,刚度较大,耗能能力强,延性较大,抗震性能良好;随着钢板数量的增加,结构的承载力、耗能能力均提高,但延性下降,外包混凝土能大大提高结构的承载力和耗能能力.     

Effects of interface slip and semi-rigid joint on elastic seismic response of steel-concrete composite frames

The stiffness matrix of semi-rigidly connected composite beams considering interface slip was established and the calculation method for elastic seismic response of composite frame was derived. The corresponding calculation programs were developed. Introducing the dimensionless quantities that were related to the connector shearing stiffness and the joint rotation stiffness, the influences of interface slip and semi-rigid joint on composite frame were transferred to quantitative parameter analysis, taking account of cross sectional properties, materials and linear stiffness of composite beam synthetically. Based on the calculation programs, free vibration frequencies and seismic responses of semi-rigid joint steel-concrete composite frame considering interface slip were calculated. The influences of interface slip and semi rigid joint on dynamic characteristics and seismic response were analyzed and the seismic design advices were presented. The results show that the interface slip decreases the free vibration frequencies and increase the seismic responses of composite frame. The semi-rigid joint reduces the free vibration frequencies and increases seismic responses of composite frame compared with rigid joint. With the increase of joint rotational stiffness, the elastic seismic responses of composite frame increase firstly and then decrease. The effects are related to the ratio of joint rotation stiffness to linear stiffness of composite beam.     

PEC柱(弱轴)-削弱截面钢梁端板连接组合框架抗震试验研究

设计制作了1榀卷边PEC柱（弱轴）-削弱截面钢梁端板连接组合框架结构底部两层单跨1∶2缩尺模型试件,并对其进行拟静力抗震试验研究。结合试验过程现象记录和实测数据整理,对试件滞回特性、刚度退化、节点连接性能、抗震延性与耗能能力、损伤发展进程和破坏模式等进行分析。结果表明：采取卷边措施有效改善了常规PEC柱弱轴方向的抗侧刚度;梁端削弱截面实现了梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,且在梁与端板焊缝存在缺陷条件下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比仍达到3.77%（推）/3.37%（拉）、2.94（推）/3.23（拉）和0.281,即试件变形、抗震延性与耗能能力良好;端板预拉对穿螺栓和节点加强板设置使得节点区形成混凝土斜压带传力模式,改善了节点区剪切性能;试件破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚形成塑性铰的理想塑性机构,变形与耗能能力发挥充分。     

装配式钢管混凝土柱-混凝土叠合梁连接节点试验研究

在装配式钢管混凝土结构中,钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接方式较为复杂。首先设计一种钢管混凝土柱–混凝土梁连接节点,可以在工厂预制大部分构件,在现场进行装配,满足装配式施工要求。通过装配式施工制作5个梁柱节点试件,包括3个中间节点和2个端节点试件。对该5个节点试件进行试验研究,其中1个中间节点试件进行单调加载,考察节点的静力承载力与变形性能;其余4个试件进行低周反复加载,根据试验得出节点在低周反复荷载作用下的破坏特征及滞回曲线、延性系数、耗能能力和强度刚度退化规律等。结果表明：试件破坏位置均在叠合梁上,符合强柱弱梁及强节点弱构件的设计原则;叠合梁截面尺寸为200 mm×350 mm的试件滞回曲线较为饱满,没有明显的捏缩现象,延性系数介于3.77与6.60之间,平均等效黏滞阻尼系数为0.222,节点的抗震耗能能力较好;叠合梁截面尺寸为250 mm×450 mm的试件由于叠合梁中部箍筋没有加密,叠合梁发生了剪压破坏,节点耗能能力未得到充分发挥,可以通过加大箍筋加密区的长度提高节点的耗能能力;试件强度退化系数一般均大于0.9,表明强度和刚度退化比较稳定;所有节点试件的倒“T”形连接件钢板均没有屈服,其抗弯和抗剪承载力为钢筋混凝土梁1.3倍的设计,偏于安全。     

方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点的抗震性能,对4个节点试件进行低周反复加载试验,试验参数为内隔板形式和梁柱交界面处有无加强连接。分析各试件的破坏模式、滞回性能、延性、耗能等指标,并给出加劲板的设计建议。结果表明：4个节点试件的破坏模式均为梁端受弯破坏,滞回曲线呈反S形、有明显的捏缩现象;试件的位移延性系数μ为2.3~3.1,弹性层间位移角θ_y为1/68~1/53,弹塑性层间位移角θ_u为1/28~1/19,等效黏滞阻尼系数ζ_eq为0.12~0.16,变形能力较好,并具备一定耗能能力;改变内隔板形式对试件的承载能力影响较小,但相较于传统内隔板节点试件,分离式内隔板弱轴节点试件的耗能能力有所降低;加强梁柱交界面处的连接可减缓刚度退化速度、显著提高节点的承载能力和耗能能力。     

端部带拉筋方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁框架结构抗震性能试验研究

“柱铰”是造成结构垮塌的主要因素。采取必要的结构构造措施在不增大结构刚度的基础上避免“柱铰”的形成是一个亟待思考与解决的课题。为提高钢管混凝土组合框架结构在地震荷载作用下的抗震性能,提出了一种柱端带拉筋方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁框架结构体系。通过对普通及端部带拉筋方钢管混凝土组合平面框架结构进行水平低周反复荷载试验,研究了柱端拉筋与梁柱抗弯承载力比对组合框架结构滞回性能、变形能力和破坏模式的影响。研究结果表明：两类组合框架结构均具有较好的抗震性能和耗能能力;试件的破坏模式主要有钢管局部屈曲、混凝土板开裂和钢管撕裂等;端部带拉筋方钢管混凝土组合框架结构的承载力与耗能能力优于普通方钢管混凝土组合框架结构;柱端拉筋能延缓结构塑性铰的出现,提高结构抗震耗能性。研究成果可为钢-混组合结构体系在抗震设防高烈度地区和城市人口密集区域的推广应用提供参考。     

钢-混凝土组合框架柱的稳定设计方法

针对钢-混凝土组合框架的特点,利用考虑滑移影响的组合梁等效刚度计算方法,考虑组合楼盖的组合效应、组合梁与柱的实际约束程度以及节点的半刚性连接特征等因素,推导出有侧移和无侧移半刚性组合框架柱组合梁的刚度修正系数,提出了有侧移及无侧移组合框架柱的稳定设计方法。算例分析结果表明,该设计方法有效地利用了组合效应和节点的延性,具有较好的经济效益。     

钢纤维高强混凝土及其在框架节点中的应用分析

介绍了钢纤维高强混凝土的特点以及在框架节点中的应用,制作了1个高强混凝土和1个钢纤维高强混凝土框架中节点试件,研究其在低周反复荷载作用下的变形、强度和刚度退化、延性和耗能能力。结果表明：与普通混凝土节点相比,钢纤维混凝土节点的开裂荷载较高、承载能力和变形能力良好、滞回曲线更为饱满、延性和耗能指标也较高,有利于结构抗震,对于解决节点区箍筋过密有显著作用,指出了钢纤维高强混凝土具有广阔的应用前景。     

影响钢管混凝土组合桥墩抗震性能的结构参数

为了研究钢管混凝土（CFST）组合桥墩的抗震性能,对5个桥墩试件进行低周反复加载试验,研究轴压比、配箍率、纵筋率和剪跨比对试件骨架曲线、承载能力、位移延性、刚度退化和耗能能力的影响. 建立有限元模型模拟钢管混凝土组合桥墩在水平反复荷载作用下的滞回性能,数值计算结果与试验实测值吻合较好. 采用该有限元模型扩充结构参数范围,进一步分析各参数对组合桥墩抗震性能的影响. 试验及数值模拟结果表明：组合桥墩试件的水平侧移刚度和承载力随轴压比的增加而提高,但位移延性和耗能能力变差;提高配箍率或纵筋率均可改善组合桥墩的抗震性能;剪跨比是影响试件破坏模式的重要因素,随着剪跨比的增加,试件的水平承载力和侧移刚度降低,但变形和耗能能力明显提高.     

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栽能力、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。     

钢桁架连梁-联肢剪力墙耗能机理及抗震性能试验研究

对设置全钢桁架连梁和设置钢筋混凝土、钢桁架混合连梁的双层联肢剪力墙平面结构进行了拟动力试验和低周反复荷载试验,研究了不同工况地震波作用下剪力墙的时程响应,以及其破坏机理、承载力、滞回延性性能、耗能机理、刚度及强度退化机理。试验结果表明：全部设置钢桁架连梁的剪力墙的刚度分布合理,耗能机理及刚度强度退化机理符合联肢剪力墙抗震设计的要求。大震时,在保证较高耗能能力的同时能够维持较高的承载力和刚度,持续约束墙肢,抗震性能优于混凝土连梁联肢剪力墙体系,是一种较理想的连梁设置方案。     

波形钢腹板组合梁抗震性能试验

为探讨波形钢腹板内衬混凝土和焊接加劲肋的两种构造波形钢腹板组合梁抗震性能,通过剪跨比为1.67的波形钢腹板组合梁缩尺模型拟静力加载试验,比较分析了破坏特点、滞回曲线、承载力、延性、强度与刚度退化、耗能能力、变形恢复能力等基本力学特性.研究结果表明:钢腹板内衬混凝土和焊接加劲肋的波形钢腹板组合梁分别为弯剪和剪切破坏,腹板分别发生局部屈曲和整体屈曲,混凝土板根部均产生剪切斜裂缝;内衬混凝土相比焊接加劲肋的波形钢腹板组合梁的承载力、延性和耗能能力较高;两种构造均可提高腹板稳定性,滞回曲线形状相对饱满,强度退化系数均大于0.9,粘滞阻尼系数大于0.2,残余变形率小于0.61,表明两种构造的波形钢腹板组合梁强度退化不明显,耗能能力和变形恢复能力较强.     

内置高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能

为研究内置FRP约束UHPC高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能,基于“强柱弱梁”目标设计制作5个端板-螺栓连接节点试件,通过拟静力试验研究节点的破坏机理,并分析柱轴压比、FRP管厚度和有无芯柱对节点抗震性能的影响,对比钢梁更换前后节点的性能。试验结果表明：所有试件均在梁端形成塑性铰破坏;该破坏模式下,节点具有较高的承载力、耗能能力和较好的延性;内置芯柱时,试件承载力提高但延性降低;随着FRP管厚度增加,节点初始刚度和耗能能力均得到提升;相比原试件,更换梁试件的耗能能力、延性和初始刚度均有所降低。变形分析结果表明：节点域组合柱以受弯变形为主,两侧钢梁主要承担节点域的剪切变形。依据初始刚度判定该节点属于刚性节点。     

端部加强钢管-双钢板剪力墙抗震性能研究

为增强双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能,在双钢板混凝土组合剪力墙端部钢管引入工字型钢,有效抑制构件端部屈曲。以钢管的截面形式、工字型钢尺寸、剪跨比为主要参数,利用ABAQUS有限元软件设计了18片双钢板混凝土组合剪力墙有限元模型,对其滞回性能、承载能力、耗能能力、变形及延性和刚度退化等抗震性能进行对比研究。研究结果表明：端部加强钢管-双钢板混凝土组合剪力墙的承载能力、延性、刚度退化、耗能能力相比普通钢管-双钢板混凝土组合剪力墙构件均有较大提升。随着剪跨比增大,端部加强构件的峰值荷载、屈服荷载、延性、初始刚度、等效粘滞系数的峰值均有较大提升,钢管暗柱的截面形式和工字型钢的尺寸对构件抗震性能影响不显著,构件AZ22-2.0的抗震性能较为优越。     

可替换式偏心支撑钢框架抗震性能

为了研究耗能梁段屈服类型、柱轴压和震后替换耗能梁段对可替换式偏心支撑钢框架抗震性能的影响,采用拟静力循环加载的方法对4个可替换式偏心支撑钢框架进行试验,并从滞回曲线、刚度退化、延性系数和构件应变等方面分析其抗震性能. 结果表明,耗能梁段屈服类型对可替换式偏心支撑钢框架抗震性能影响较大,随着耗能梁段从剪切型过渡到弯曲型,结构的承载能力、延性和耗能能力均呈下降趋势;随着柱轴压的增加,试件的初始刚度和延性系数逐渐降低;震后替换耗能梁段的模型与原模型相比,仅耗能能力有所下降,其余性能变化不大,说明这种结构具有良好的可替换性. 通过对应变分析发现,直至试验结束,耗能梁以外绝大部分区域仍处于弹性阶段,说明耗能梁段作为第一道抗震防线可以保护其他构件.     

深梁填充钢框架的发展与研究进展

为实现结构抗侧刚度在一定范围内的调幅和主动控制,将深梁作为一种新型的内填墙形式进行研究,基于钢框架内填剪力墙结构体系的发展过程,总结了这一结构体系的发展规律,提出了深梁填充钢框架结构体系,并分别对钢筋混凝土深梁、钢一混凝土组合深梁、钢板深梁的研究现状及进展进行了总结。根据目前研究中存在的不足,对未来的研究方向提出了意见和建议。研究结果表明：深梁能够有效提高结构的抗侧刚度和耗能能力,能够通过改变深梁跨高比、宽厚比等实现抗侧刚度的调幅。     

方钢管混凝土穿芯螺栓-端板节点抗震性能试验研究

对3个穿芯螺栓-端板连接节点试件进行了伪静力试验研究,研究了轴压比分别为0.20、0.25、0.30时节点的滞回性能、强度及刚度退化、延性性能、耗能性能及破坏特征.试验结果表明,试件的层间位移延性系数为2.38~2.45,弹性及弹塑性层间位移角分别为0.0140~0.0158 rad、0.341~0.0377 rad,能量耗散系数为2.567~3.820.节点试件均为梁端形成塑性铰而破坏,节点具有很好的强度、刚度、延性及耗能能力,满足现行抗震规范GB50011-2001的要求.提出了相关的设计及研究建议.     

现浇钢筋混凝土框架施工缝抗震性能试验

为了研究施工缝对结构构件抗震性能的影响,对带有施工缝的两层两跨钢筋混凝土框架的抗震性能进行了低周反复试验研究.将整浇框架作为对比试件,对框架的破坏特征、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化以及残余变形进行了对比分析.结果表明,带有施工缝的框架位移延性系数低于整浇框架约11%,有施工缝框架的相对变形大于整浇框架约4.1%～5.1%;当施工缝不认真处理时,会在框架中形成薄弱跨.施工缝对结构的承载能力和刚度退化影响不显著.