钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及截面变形能力设计方法研究

通过剪跨比为2.1的钢管约束高强混凝土剪力墙试件低周反复加载试验,研究其在压弯荷载作用下的破坏形态、机理及耗能能力。试验表明,通过在高强混凝土剪力墙约束边缘构件内设置钢管,可提高其延性。在试验研究基础上,对钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及变形能力进行分析。考虑内置钢管约束影响,建立钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力计算公式。根据截面平衡条件和变形条件,计算钢管约束高强混凝土剪力墙位移延性系数,得到钢管套箍率、轴压比及墙体高宽比与位移延性系数之间关系。研究表明,增加钢管套箍率及控制墙体轴压比,可以提高钢管约束高强混凝土剪力墙延性;提出满足不同变形能力要求,对应各种轴压比情况下,钢管约束高强混凝土剪力墙钢管套箍率建议设计值。     

局部采用纤维增强混凝土剪力墙压弯性能研究

以提高钢筋混凝土剪力墙压弯性能为目的,将纤维增强混凝土(FRC)应用于剪力墙塑性变形关键部位。通过对6个高轴压比FRC剪力墙抗震性能试验结果的研究,并基于对FRC受力机理和钢套管影响的考虑,提出了与墙体开裂状态、屈服状态、峰值状态和极限状态相应的FRC剪力墙弯矩-曲率计算方法,并对影响其各阶段压弯荷载公式的因素进行了分析。研究表明,该文建议的压弯构件弯矩-曲率计算公式能较为准确地描述剪力墙各阶段的荷载-变形关系,计算值与试验值吻合较好;与普通混凝土剪力墙相比,考虑FRC材料的受拉性能,能提高正常使用状态下剪力墙截面的抵抗弯矩,减小墙体截面变形需求;显著改善承载能力极限状态下墙体的变形能力和损伤容限。     

带翼缘剪力墙截面曲率分析及延性的计算

通过对非对称截面带翼缘剪力墙的弯矩-曲率分析,分别计算了翼缘受拉和翼缘受压方向的截面屈服曲率和极限曲率,分析了轴压比、纵筋配筋率、腹板竖向分布钢筋配筋率、翼缘宽度与腹板高度比、混凝土强度、配箍特征值、腹板截面高厚比对截面曲率的影响,并结合受压区高度的变化详细阐述了截面曲率随各影响因素的变化规律。通过对4941个工况下计算结果的回归分析,建立了带翼缘剪力墙截面屈服曲率和极限曲率的简化计算公式,并进一步推导了曲率延性和位移延性的计算公式。通过与试验结果的比对,验证了计算公式的准确性。该文公式不仅将翼缘受拉和翼缘受压状态进行了区分,并择取了影响截面曲率的关键因素,可为带翼缘剪力墙的变形能力计算以及基于位移的抗震设计提供依据。     

高强钢筋高延性混凝土构件正截面承载力计算

高延性混凝土(High ductile fiber-reinforced concrete,HDC)具有良好的变形能力,用其替代普通混凝土,与高强钢筋结合形成构件,可使高强钢筋的强度利用率有效提高。本文基于我国《混凝土结构设计规范》(GB/T 50010-2010)中钢筋混凝土构件正截面承载力计算方法,对高强钢筋混凝土构件和高强钢筋HDC构件的正截面承载力进行分析,推导了相对界限受压区高度、最大与最小配筋率、受压区高度取值范围和轴压比限值等系数,研究了不同强度等级的钢筋、混凝土和HDC对各计算系数的影响,给出高强钢筋HDC构件正截面承载力计算方法,其计算结果与试验结果误差的平均值在12.5%以内。     

装配整体式网格剪力墙压弯承载力计算方法

通过6榀装配整体式网格剪力墙试件的低周反复荷载试验,研究了预制墙板竖向钢筋连接方式、竖向接缝形式,布筋方式对墙体抗震性能及压弯承载力的影响,试验结果表明：6榀墙体均发生以竖向边缘构架破坏为主的弯曲型破坏;预制墙板竖向钢筋采用预埋件焊接时,能有效提升墙体的承载力;预制墙板竖向接缝形式对墙体的承载力影响不大;井字形布筋墙体的承载力及延性略大于其他类型布筋墙体。基于平截面假定,充分考虑预制墙板可靠连接钢筋作用,忽略未连接钢筋作用,建立墙体在开裂、屈服、峰值、极限状态弯矩-曲率计算方法,并对影响其各阶段承载力计算公式的因素进行分析。结果表明,所建立的弯矩-曲率计算公式能较为准确地描述装配整体式网格剪力墙各阶段的荷载-变形关系,计算值与试验结果吻合较好。     

高强混凝土T形截面偏心受压构件正截面承载力的计算

本文通过对高强混凝土Ｔ形截面偏心受压构件的试验和理论研究，揭示了这类构件的破坏形态，编制了全过程非线性分析程序，计算结果与试验结果吻合较好，提出了高强混凝土Ｔ形截面偏心受压构件正截面承载力的计算方法。     

方钢管-钢骨高强混凝土压弯承载力计算

为了进一步研究方钢管-钢骨高强混凝土压弯构件的力学性能,作者运用合成法和有限条带法相关知识,编制了方钢管-钢骨高强混凝土压弯构件分析程序.程序计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,进一步分析了长细比、配骨率、套箍率变化对压弯构件承载力的影响规律;最后通过对大量数值计算结果的回归分析,得出了实用的压弯承载力计算公式.对典型试件的计算结果表明:该计算方法简单有效,且具有较好的精度.     

反复荷载下型钢高强混凝土短肢剪力墙受力性能及强度计算

为了揭示型钢高强混凝土短肢剪力墙(SRHCSW)的抗震承载力和变形性能,设计了6个以空腹式配钢的T形截面SRHCSW试件进行反复荷载试验。研究表明：空腹式配钢的SRHCSW的破坏形态为弯曲-剪切破坏和剪切斜压破坏,滞回曲线较饱满,耗能能力较强,但延性较差。依据中国现行抗震规范“三水准”设防目标对SRHCSW进行分析,发现无法较好地满足结构变形的需求,借鉴于已有普通强度型钢混凝土短肢剪力墙的研究成果,提出了改善该结构变形能力的措施。最后基于试验观察得到的破坏机理,建立力学分析模型,推导出SRHCSW的抗裂、抗剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

CFRP筋-高强钢筋/高强混凝土柱的抗震性能

为了研究高强钢筋和碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)混合配筋/高强混凝土柱的抗震性能,对CFRP筋-高强钢筋混合配筋的高强混凝土柱进行了低周反复荷载试验和有限元分析,研究了CFRP筋的粘结条件、不同轴压比以及高强混凝土种类等参数对其抗震性能的影响。结果表明:所有的高强混合配筋高强混凝土柱均发生延性破坏;在相同条件下,高强混合配筋混凝土中分别添加了钢纤维活性粉末和钢纤维后,表现出更好的耗能能力和延性;有粘结CFRP筋混合配筋高强混凝土柱比无粘结CFRP筋混合配筋柱的变形能力和承载力分别提高了9.6%和17.1%,但是延性系数降低了22.5%;在延性破坏的条件下,随着轴压比的增加,CFRP筋-高强钢筋混合配筋柱的屈服强度和极限强度明显增大,极限位移和耗能能力也逐渐减小;高强钢筋和CFRP筋配筋率越高,高强混合配筋柱的极限承载力和变形能力越大。      

钢纤维及约束钢筋改善高强混凝土单轴受压延性的试验研究

本文提出了单位体积韧性的定义及韧度比的概念，用韧度比作为混凝土单轴受压的韧性指标，并作了３８组棱柱体单轴受压试验，研究了不同钢纤维体积率，不同配箍率，不同配箍间距，不同配箍形式，不同纵筋配筋率对高强混凝土单轴受压韧性的影响。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压本构关系研究

约束混凝土是克服高强混凝土脆性的重要措施,采用高强箍筋约束能够有效的改善受压构件的力学性能。同时,约束混凝土的本构关系是结构非线性分析的基础,本构关系的选取对计算结果的合理性有显著影响。该文基于多组高强箍筋约束高强混凝土轴压试验数据,提出了改进的约束混凝土本构模型,分析了高强箍筋应力的发挥水平,给出了约束混凝土峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式。计算结果表明建议的本构模型与试验曲线符合较好。该模型可用于高强箍筋约束混凝土构件的非线性分析。     

钢筋混凝土剪力墙变形能力计算方法研究

为了确定钢筋混凝土剪力墙的变形指标,在考虑剪力墙构件高宽比、配箍特征值、轴压比和非线性剪切变形等影响剪力墙构件变形的因素之后,该文提出了一种剪力墙变形能力计算模型。该模型由受拉区、受压区及刚性域组成,称之为拉-压刚域模型。将该计算模型用于两组共12片剪力墙构件的变形指标计算,并将计算值与试验值进行了对比分析。结果表明,剪力墙构件顶点极限位移、极限转角、极限曲率以及顶点开裂位移、屈服位移和位移延性系数的理论值均与试验值吻合较好。对比结果验证了该文计算模型的有效性。     

型钢混凝土剪力墙抗剪承载力计算公式研究

型钢混凝土剪力墙构件具有良好的抗震性能,已在高层和超高层建筑中得以广泛应用,然而对于型钢混凝土剪力墙抗剪承载力的研究还比较薄弱,可用于分析的试验试件比较少。根据作者完成的16个型钢混凝土剪力墙试件的试验数据,结合国内其他学者的试验研究成果,对型钢混凝土剪力墙抗剪承载力计算公式进行了研究。提出的公式不但能够分析普通的型钢混凝土剪力墙,而且还能够计算中间配置型钢的型钢混凝土剪力墙的抗剪承载力,适用范围更广。通过计算结果与试验实测的对比,提出的公式较好地反映了实际试验结果。     

带框复合墙板承载力计算的简化模型与方法

建立了带框复合剪力墙板承载力计算的简化模型——带有等效斜撑的刚架,模型中考虑了复合墙板随刚度变化而产生的内力重分布现象,确定了等效斜撑的宽度和钢筋面积。基于对作为等效斜撑的夹芯板的承载力和作为刚架的边框的承载力以及复合墙板抗滑移承载力计算方法的分析,提出了带框复合剪力墙板的极限承载力计算方法。将简化模型计算结果与试验结果进行了对比分析,分析表明:应用该承载力计算的简化模型和方法分析的结果与试验结果吻合较好,说明该模型和计算方法是带框复合墙板承载力计算的一种有效的简化模型与方法。     

秸秆板轻钢高强泡沫混凝土剪力墙轴心受压性能研究

通过对7片秸秆板轻钢高强泡沫混凝土剪力墙（SSRC剪力墙）足尺试件的轴心受压试验,考察了其在轴心荷载作用下的受力性能、破坏模态和承载力,分析覆盖秸秆板、是否填充泡沫混凝土、泡沫混凝土强度和墙体厚度等因素对剪力墙试件轴心受压性能的影响。试验结果表明：剪力墙的破坏模态主要表现为轻钢立柱的局部屈曲和泡沫混凝土的局部压碎;与未填充泡沫混凝土墙体相比,填充A05级泡沫混凝土的竖向承载力和竖向刚度分别提高1.6倍和2.2倍,填充A07级泡沫混凝土可以提高2.2倍和3.1倍;是否覆盖秸秆板对墙体竖向承载力的影响很小;轻钢立柱截面宽度由89 mm增加到140 mm,墙体厚度由205 mm增加到256 mm,墙体竖向承载力提高了60%~70%。针对覆盖新型材料秸秆板的剪力墙受力性能和破坏模式,总结中、美两国规范及已有研究文献中的轴心受压构件承载力计算公式,提出SSRC剪力墙轴心受压承载力简化计算公式,其计算值与试验值基本一致。     

考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙结构分析

考虑剪力墙剪切变形影响、连梁固接连接条件,基于Timoshenko两广义位移梁理论,建立了框架-剪力墙结构分析方法。当连梁约束抗弯刚度为0时固接体系可退化成铰接体系、当剪力墙抗剪刚度趋于无穷大时弯剪型剪力墙可退化为不考虑剪切变形的弯曲型剪力墙,因此该文方法可适应多种模型的计算。导出了三角形分布荷载、均布荷载和顶部集中荷载作用下挠度、转角、剪力墙弯矩和剪力、框架剪力的计算公式。计算公式表明：“框架广义剪力按框架抗推刚度和连梁约束抗弯刚度比分配”的结论在考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙固接体系中不成立。通过算例讨论了框架-剪力墙的变形和内力分布,得到了连梁约束抗弯刚度显著影响框架-剪力墙的变形和内力分布、框架-剪力墙对剪力墙的抗剪刚度有敏感范围等结论。     

弹性剪切连接组合梁的应力计算方法

在桥梁结构中组合梁的弹性计算是一项重要的内容,然而要精确计算组合梁在弹性剪切连接(即有滑移)时的应力,须用到微分方程的解析解,在简单荷载作用下的静定结构还可得到这些解析解,但当荷载形式较复杂或为超静定结构时,要得到解析解就很困难了.目前还没有即简便,精度又高的实用计算方法,在<钢结构规范>[1](GB50017-200...     

内置碟簧自复位混凝土剪力墙基于性能的截面设计方法

内置碟簧自复位混凝土剪力墙主要由墙体及墙脚两侧的碟簧装置组成,碟簧装置具有较高的抗压能力,卸载后能恢复到变形前的状态,为墙体提供恢复力,减小结构的震后残余变形。为了较好地设计内置碟簧自复位混凝土剪力墙,该文提出基于性能的截面设计方法。定义了四水准下结构的性能目标和损伤状态,直接基于第三水准下的位移目标设计剪力墙截面尺寸,碟簧装置几何尺寸、承载能力和变形能力。根据自复位剪力墙截面的受力分析,推导其承载力理论计算公式,并对设计的内置碟簧自复位混凝土剪力墙进行弹塑性分析。结果表明,按该方法设计的自复位剪力墙具有较好的复位能力,墙体的损伤也得到有效控制,在位移角分别为0.5%和1%时,残余位移角仅分别为0.012%和0.022%,损伤指标分别为0.12和0.21,符合基于性能的设计目标。推导的理论计算公式能很好地评估剪力墙的承载能力,计算结果与有限元模拟结果吻合较好。     

钢纤维高强混凝土冲切板的挠度计算

通过钢纤维高强混凝土简支方板的冲切试验,得到冲切板的板面变形分布图及中心点荷载挠度曲线,认为板在冲切破坏之前发生的变形主要是弯曲变形。该变形反映了板在各个受力阶段的抗弯性能,也在很大程度上直接影响着冲切锥面上的应力分布和板的抗冲切能力。对冲切板在破坏前各受力阶段的挠度进行了计算,计算结果与实测曲线吻合良好。