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。     

装配整体式钢筋混凝土框架节点位移角统计分析

收集了68个装配整体式框架节点在固定竖向荷载和低周反复荷载作用下的试验结果,分析回归出了装配整体式框架节点延性系数及其各位移角与轴压比、剪跨比和配箍特征值之间的关系。结果表明:延性系数随着轴压比和配箍特征值的增大而减小,随着剪跨比的增大而增大;随着轴压比和剪跨比的增大,屈服位移角、最大位移角和极限位移角均减小;随着配箍特征值的增大,屈服位移角、最大位移角和极限位移角均增大。并在此基础上比对了规范各性能水准下层间位移角限值,给出了各性能水准量化的建议值。     

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。     

型钢混凝土T形截面构件抗震性能试验研究

通过15个型钢混凝土T形截面构件的低周反复荷载试验,研究了型钢混凝土异形柱和型钢混凝土短肢剪力墙的抗震破损机理及其性能差异,分析了配钢形式、加载方向、剪跨比、肢截面高厚比、轴压比和配箍率等参数对其抗震性能的影响,基于经典四叶状花瓣理论,提出了型钢混凝土T形截面构件双向受剪承载力预测模型。研究结果表明:剪跨比小或配空腹型钢的构件易出现剪切型破坏,而剪跨比大或配实腹式钢构件易出现弯曲型破坏,型钢外围无钢筋笼骨架的易出现黏结破坏;配实腹式钢的T形截面柱在承载能力、刚度退化、位移延性、层间位移角以及耗能能力上均优于配空腹式钢的T形截面柱,沿45°方向加载有利于两柱肢材料力学性能的发挥;肢截面高厚比的增加有利于提高构件的承载力,但降低其位移延性和耗能能力;轴压比在提高型钢混凝土T形截面构件受剪承载力的同时降低了变形能力,而增加配箍率可同时增加型钢混凝土T形截面构件的受剪承载力和变形性能。     

轴压比超限时框架柱的恢复力模型研究

根据收集到的28根轴压比超限时框架柱在固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果,分析回归出试验柱的各位移角和刚度与剪跨比、轴压比、配箍特征值等之间的关系。根据轴压比超限时框架柱屈服的截面平衡条件推出的屈服柱顶水平位移和荷载、按《混凝土结构设计规范》(50010—2002)计算的柱顶水平峰值荷载及有关试验回归公式确定出框架柱的恢复力模型。研究表明:轴压比超限时试验骨架曲线强化段在水平轴上的投影长度和屈服位移的比值与配箍特征值成正比,与轴压比和剪跨比成反比;框架柱的强化刚度与弹性刚度的比值随着轴压比增大而逐渐减小,而随着配箍特征值增大和剪跨比增大而逐渐增大。框架柱最大荷载时的刚度及退化刚度与弹性刚度比值的绝对值随着配箍特征值增大而逐渐减小,而随着轴压比增大和剪跨比增大而逐渐增大;框架柱的卸载刚度和再加载刚度随位移幅值增加而退化,且在不同位移幅值下卸载刚度和再加载刚度的退化率与轴压比有关。本文建议的恢复力模型既可     

中国钢筋混凝土柱的位移角统计分析

根据收集到的80根中国的钢筋混凝土柱在固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果,分析回归出试验柱的延性系数和各位移角与剪跨比、轴压比、配箍特征值之间的关系.结果表明;钢筋混凝土柱的延性系数随着轴压比和剪跨比的增加而减小,随配箍特征值的增加而增加,且都近似呈线性关系;随着轴压比的增大,屈服位移角和极限位移角均增大,最大位移角则随着轴压比的增大而减小;随着剪跨比的增大,屈服位移角、最大位移角和极限位移角均增大;随着配箍特征值的增大,屈服位移角、最大位移角和极限位移角亦相应增大.通过对试验柱位移角进行频数统计分析可知,我国建筑抗震设计安全水准偏低,现行规范的屈服位移角和极限位移角限值有提高的余地.     

地震作用下钢筋混凝土框架柱延性性能研究

保证框架柱的延性性能是避免结构在强震作用下发生倒塌破坏的重要前提。本文基于PEER数据库中所收集的123根钢筋混凝土(RC)柱试验数据,研究了轴压比、剪跨比、配箍特征值等参数对位移角的显著性影响,通过回归分析归纳出RC柱位移延性系数的经验公式;借助有限元软件ABAQUS对拟设计的79根RC柱试件进行了低周反复加载,分析了试件位移延性系数与轴压比、剪跨比、截面配筋率等参数之间的关系,同时验证了计算公式的合理性。研究结果表明:随着轴压比的增大,框架柱的位移延性随之减小,当轴压比大于0.50时,位移延性系数的变化幅度逐渐减小;随着剪跨比、配箍率、配筋率的增大,框架柱的位移延性有不同程度的增加;当配箍率增大到2.3%左右,位移延性系数的增长幅度逐渐减小;剪跨比大于4时,配筋率过大位移延性反而减小;位移延性系数计算值与模拟值吻合良好。     

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。     

配置高强钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究配置高强钢筋混凝土柱的抗震性能及变形能力,进行了6个配置HRB600级钢筋混凝土柱的低周反复加载试验,分析了轴压比、体积配箍率、加载方向等因素对试件破坏形态、滞回性能、骨架曲线、正截面承载能力的影响。试验结果表明:配置HRB600级纵筋柱在高轴压比下仍具有较大的极限位移角,但随轴压比增大,试件抗震性能变差;配置高强箍筋柱,在低轴压比情况下,体积配箍率变化对柱的抗震性能影响较小;在高轴压比情况下,体积配箍率较大的柱,其骨架曲线下降段更加平缓,且极限位移更大,高强箍筋能够充分发挥作用。不同加载方向对柱的承载力及变形能力有较大影响,对试件初始刚度影响较小。在试件发生正截面破坏时,受压钢筋应力能够达到屈服强度。     

基于OpenSees的RC柱拟静力数值分析

运用OpenSees软件中基于位移的梁柱单元对单根钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下进行了数值模拟。在此基础上,根据相关规范计算设计,考虑其在不同轴压比、不同配箍率、不同剪跨比等参数下的抗震性能,共设计了8个试件和3组对比试验,再运用OpenSees软件中基于位移的梁柱单元进行拟静力受力数值模拟。通过得出的骨架曲线,分析了在不同参数下的屈服荷载、屈服位移、极限荷载、极限位移、最大承载力、延性系数等结构受力性能的变化趋势。计算分析得出,其延性系数和最大承载力随着轴压比的增大而减小,极限位移和延性系数随着配箍率的增大而增大;延性系数随着剪跨比的增大而增大。结果表明,选用OpenSees中基于位移的梁柱单元能够较好地模拟出不同设计要求的钢筋混凝土柱的抗震性能。     

非对称配钢钢骨混凝土柱抗震性能试验研究

为研究非对称配钢钢骨混凝土柱的抗震性能,进行了12个T形配钢、12个L形配钢的钢骨混凝土柱试件在低周往复荷载作用下的试验研究,试验参数为剪跨比、轴压比、体积配箍率以及是否配置拉结筋,对受力过程、破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性、耗能能力等进行了分析比较。结果表明,在恒定轴向荷载和水平低周往复荷载共同作用下,非对称配钢钢骨混凝土柱表现出较好的受力性能,破坏形态主要有弯曲破坏、剪切黏结破坏、剪切斜压破坏、剪切复合型破坏4种,各试件表现出较明显的正负滞回环不对称现象。剪跨比对破坏形态有较大影响,剪切复合型破坏主要发生在配有严重不对称的L形配钢的试件中;各试件的延性性能均随轴压比的增大而降低,在L形配钢试件中更为明显;增大配箍率对T形配钢试件的延性和承载力均有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力,有效改善混凝土的脆性性质,但对于剪跨比较小的L形配钢试件受力性能的改善并不明显;配置拉结筋能够提高各试件的承载能力,改善加载后期试件的承载力衰减和刚度退化,并明显增强了L形配钢试件的变形能力。     

型钢高强混凝土柱抗剪性能的试验与分析

通过对20个混凝土抗压强度为65.3~84.9MPa的型钢高强混凝土柱在轴力和水平荷载共同作用下的试验,对型钢高强混凝土柱的抗剪性能进行研究。试验主要考虑剪跨比、轴压比、配箍率和混凝土强度4个参数对构件抗剪性能的影响。由试验得到水平荷载下型钢高强混凝土柱的破坏形态,对剪跨比、轴压比、配箍率和混凝土强度对构件抗剪承载能力的影响进行分析,提出型钢高强混凝土柱抗剪承载能力的计算公式,该公式与我国现行混凝土结构设计规范中的斜截面承载能力计算公式相衔接,且计算结果偏于安全,可直接用于工程设计。     

预制混凝土管组合柱受剪性能试验研究

为研究预制混凝土管组合柱的受剪性能,完成了 12个预制混凝土管组合柱试件和3个预制混凝土空心管对比试件的受剪试验,分析了剪跨比、轴压比、配箍率和填充混凝土强度对各试件受剪承载力、变形性能以及破坏形态的影响.结果表明:各试件均出现剪压破坏模式,主斜裂缝夹角介于28°～41°之间;剪跨比和轴压比对预制混凝土管组合柱受剪性能...     

钢管高强混凝土组合柱的受剪性能及承载力计算

为了研究钢管混凝土组合柱的受剪机理及承载力,以剪跨比、箍筋形式、体积配箍率、轴压比和钢管尺寸为变化参数,设计了12个钢管高强混凝土组合柱进行受剪性能试验,分析组合柱的破坏过程及形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、变形以及承载力等受力性能的变化规律.研究表明:组合柱破坏形态受剪跨比和箍筋形式的影响显著,除剪跨比1.5的...     

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。     

钢骨混凝土L形柱抗震性能的有限元分析

基于蜂窝状钢骨混凝土L形柱低周反复荷载试验的结果,利用大型有限元分析软件,建立蜂窝状钢骨混凝土L形柱的计算模型,并对其在不同轴压比条件下低周反复荷载全过程进行非线性有限元分析。从而进一步对蜂窝状钢骨混凝土L形柱抗震性能影响因素进行分析,并分别建立其有限元模型进行数值分析,得到不同轴压比、剪跨比、体积配箍率及腹板开洞率情况下的蜂窝状钢骨混凝土L形柱的滞回曲线和骨架曲线,分析不同因素对L形柱延性性能以及变形能力的影响。     

钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤特性及其计算方法

基于低周反复加载试验结果,研究钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤演化特性。将变形与累积能量耗散指标相结合,建立反复荷载作用下钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤的计算模型,分析影响钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤的因素。结果表明：核心区钢纤维体积率、配箍率和轴压比是影响钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤性能的主要因素;在相同的加载次数下,随钢纤维体积率、配箍率和轴压比的增大,梁柱节点损伤有所减小;其他影响因素相同的条件下,钢纤维体积率为1.0%和1.5%梁柱节点损伤曲线在破坏时的斜率较钢纤维体积率为0.5%的梁柱节点分别减小了21.6%和34.7%;配箍率为0.6%和1.2%的梁柱节点损伤曲线在破坏时的斜率较配箍率为0的梁柱节点分别减小了36.9%和59.4%;轴压比为0.3和0.4的梁柱节点损伤曲线在破坏时的斜率较轴压比为0.2的梁柱节点分别减小了12.5%和17.1%;所建立的反复荷载作用下钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤计算模型,能够较好反映梁柱节点损伤演化的特点,可用于描述此类节点的损伤演化过程。     

非对称十字形配钢型钢混凝土矩形截面柱抗震性能试验研究

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征,并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接,提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验,分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明：不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称,正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载;在相同含钢率下,非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能;剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低,延性增加,耗能能力提高;增大轴压比,柱刚度退化加剧,延性降低,耗能能力减弱;提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。     

高强箍筋高强混凝土短柱抗震性能试验研究

为了研究高强箍筋约束高强混凝土短柱在地震作用下的抗震性能,采用建研式加载装置,通过14根高强混凝土短柱试件的低周反复加载试验,研究了高强箍筋约束高强混凝土短柱的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、变形和延性、耗能能力以及高强箍筋的应力发挥水平和受剪承载力计算等,分析了轴压比、剪跨比、箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式和混凝土强度等因素对短柱破坏形态、滞回性能和承载力的影响。结果表明：短柱破坏形态受设计参数的影响有剪切破坏和剪切黏结破坏两类;与普通强度箍筋混凝土短柱相比,高强箍筋高强混凝土短柱在节约材料的同时具有优越的抗震性能和抗倒塌能力;达到极限荷载后,箍筋的应变发展较快,高强箍筋的强度发挥充分,短柱的抗震性能明显改善;通过对高强箍筋应力取值进行适当修正,采用GB 50010-2010规范公式计算高强箍筋高强混凝土短柱的受剪承载力是可行的。     

型钢混凝土T形柱剪切开裂的试验与计算

对八个设计的型钢混凝土T形柱试件进行静力单调抗剪加载试验,得到了剪切开裂荷载试验值。分析了剪跨比、轴压比、配箍率等参数对剪切开裂荷载的影响,引入了型钢、翼缘对剪切开裂荷载的提高系数α、θ,给出了型钢混凝土T形柱剪切开裂荷载的计算公式。结果表明:在一定范围内,剪切开裂荷载随剪跨比的增大而变小,随轴压比的增大而变大;随着配箍率的增大,试件的剪切开裂荷载变大;由计算公式所得剪切开裂荷载与试验值吻合较好。