基于纤维梁柱单元的RC带翼缘剪力墙抗震性能分析

为高效准确地模拟钢筋混凝土构件在复杂荷载作用下非线性行为,采用OpenSees中基于刚度法的纤维梁柱单元,建立一种考虑弯曲和剪切共同作用的RC带翼缘剪力墙非线性分析模型,并对已完成的4个不同边缘构件和截面形式的RC带翼缘剪力墙的拟静力试验进行数值模拟;通过比较数值模拟结果与试验结果,验证有限元模型的准确性;通过有限元分析,研究轴压比(0.1~0.3)、剪跨比(1.8~3.0)、翼缘宽度与腹板高度比(0.5~1.1)、混凝土强度(C30~C45)、纵筋配筋率(0.73%~2.22%)以及箍筋配箍率(0.74%~5.19%)对RC带翼缘剪力墙抗震性能的影响。研究表明：随着轴压比、翼缘宽度与腹板高度比、混凝土强度以及纵筋配筋率的增大,带翼缘剪力墙的承载力逐渐增大,其极限变形能力在翼缘受拉方向也相应增大,而在翼缘受压方向不断减小。剪跨比的增大使得带翼缘剪力墙的承载力明显减小,但是变形能力大幅提高。箍筋配箍率的提高可以有效延缓带翼缘剪力墙翼缘受拉方向的破坏。     

钢筋混凝土带翼缘剪力墙承载力计算分析

利用非线性有限元软件ABAQUS对已有的钢筋混凝土带翼缘剪力墙模型试验进行模拟分析,通过与试验结果的比对验证了有限元模型的准确性,进而分别研究了轴压比、剪跨比、剪力墙长宽比、翼缘截面宽厚比、混凝土强度等参数对带翼缘剪力墙承载力的影响,得出了一些有价值的结论。     

考虑剪切变形和弯剪相互作用的带翼缘剪力墙数值模型（英文）

提出了一种基于柔度法的考虑剪切变形和弯剪耦合效应的有限元模型,通过T形和L形剪力墙试件拟静力试验验证了模型的正确性。结果表明,所有试件的破坏形态为无翼缘腹板端部混凝土压碎、纵筋压曲的弯曲破坏;增强无翼缘腹板端部约束和边缘构件约束,可以防止其发生受压过早破坏;腹板和翼缘相交处未观察到明显的混凝土剥落现象,腹板和翼缘相交处的约束边缘构件抗震设计可以适当放宽;随着剪跨比的减小,试件延性明显降低;当翼缘处于受拉时,试件表现出较高的强度、刚度和较低的延性。基于模型对钢筋混凝土带翼缘剪力墙的拟静力试验进行了非线性数值模拟分析,分析结果与试验结果吻合较好,表明模型能较好地模拟钢筋混凝土带翼缘剪力墙的非线性性能。     

CFRP筋/钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验

为研究不同轴压比和边缘构件中的箍筋形式对碳纤维增强复合材料(CFRP)筋/钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响,设计了6个剪跨比为2.0的CFRP筋/钢筋混凝土剪力墙,其中3个剪力墙的边缘构件中配置矩形复合箍筋,另外3个剪力墙的边缘构件中配置圆形箍筋,完成了轴压比分别为0.17,0.26,0.33的剪力墙低周反复荷载试验,研究了剪力墙滞回曲线和骨架曲线的特征、强度和刚度退化规律及耗能能力等。结果表明:轴压比和边缘构件中的箍筋形式对剪力墙抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,剪力墙承载能力和耗能能力增大,刚度退化程度减缓,但是极限荷载对应的变形和极限变形有所降低;箍筋形式对剪力墙的极限承载力影响较小,但是配置矩形复合箍筋的剪力墙比配置圆形箍筋剪力墙有较大的极限变形,累积耗能能力也较高;轴压比较大时,剪力墙的裂缝发展高度减小,墙角混凝土破坏区域增大,配置圆形箍筋剪力墙墙角混凝土破坏区域和破坏程度比配置矩形复合箍筋的剪力墙大;所有剪力墙的残余变形较小,自复位性能良好。     

纵筋配筋率对无腹筋钢筋混凝土梁受剪性能的影响研究

为研究纵筋配筋率在集中荷载作用下对无腹筋钢筋混凝土简支梁受剪性能的影响,收集整理了719根发生剪切破坏的无腹筋钢筋混凝土细长梁的试验数据来进行分析,并探讨了我国规范GB50010—2010《混凝土结构设计规范》(2015年版)中的计算公式在反映纵筋配筋率对受剪承载力的影响方面的效果。分析结果表明,纵筋配筋率对无腹筋混凝土简支梁受剪承载力影响显著,尤其在纵筋配筋率较小时,但不同剪跨比下影响有较大差异。《混凝土结构设计规范》在预测较小纵筋配筋率下无腹筋混凝土构件受剪承载力时,偏于不安全。     

加固钢筋混凝土柱抗震性能参数影响分析

为研究轴压比、新增纵向钢筋配筋率、新增箍筋的直径及间距对增大截面加固钢筋混凝土柱抗震性能的影响,建立了加固钢筋混凝土柱有限元模型,通过与加固柱在往复荷载作用下的试验滞回曲线进行比较,验证了模型的有效性,并将模型应用于加固柱的抗震性能分析中。参数分析结果表明:增大截面加固钢筋混凝土柱随轴压比的增加滞回曲线饱满程度降低,屈服后位移循环次数减少,不利于抗震;加固柱的水平承载力和刚度随着新增纵筋配筋率的增加而大幅提升;减小加密区的箍筋间距、增加新增箍筋的直径改善增大截面加固柱的延性性能效果显著。     

冷挤压套筒连接装配式剪力墙有限元分析

基于冷挤压套筒连接装配式剪力墙的抗震性能试验结果,采用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型。对加载全过程中装配式剪力墙的力学性能进行分析,有限元模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了影响剪力墙力学性能的主要因素,包括墙体剪跨比、轴压比、边缘构件纵筋配筋率等。结果表明:随着轴压比提高,剪力墙极限承载力提高,延性降低;随着剪跨比减小,延性降低;随着边缘构件纵筋配筋率提高,极限承载力略有提高,剪力墙的延性降低。     

工字形截面RC剪力墙抗震性能对比分析

基于有限元软件对工字形截面带翼缘剪力墙的抗震性能进行了数值模拟,通过与试验结果对比,验证了有限元模型的正确性,进而分析了约束区增加翼缘对剪力墙抗震性能的影响。结果表明:工字形截面带翼缘剪力墙与矩形截面剪力墙随轴压比的变化规律相似。     

T形短肢剪力墙的延性分析

基于有限元原理分析了混凝土强度等级、轴压比、翼缘宽度和墙肢截面配筋率对T形短肢剪力墙构件延性性能的影响。结果表明:翼缘可以大大改善T形短肢剪力墙的延性性能,增加短肢剪力墙在地震作用下的耗能能力,在设计和墙体的侧移计算中应考虑翼缘的参与作用,翼缘的宽度可取大于8倍翼缘的厚度;随着轴压比的增加,结构的延性性能降低;在混凝土强度等级为C30～C40和配筋率为0.012～0.016时,结构的位移延性相对较好。故在工程设计中,应合理选择这些参数,使短肢剪力墙具有良好的延性,增强结构的抗震能力。     

带翼缘钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

对5个带翼缘钢筋混凝土剪力墙进行了拟静力试验,各片墙体的主要变化参数为截面形式、加载方式、腹板自由端边缘构件长度和配箍率,以及是否在腹板与翼缘交界处添加边缘构件,研究其在单轴及双轴荷载作用下的破坏机理,滞回性能,承载力和变形能力。结果表明：带翼缘混凝土剪力墙的破坏主要集中在腹板自由端边缘构件内,翼缘除有少许裂缝外保持完好,在腹板与翼缘交界处设置边缘构件对剪力墙受力性能影响不大;翼缘受拉方向的承载力更高,刚度更大,而翼缘受压方向的延性更好,刚度退化较慢,耗能能力更强;双轴加载对剪力墙腹板方向的承载力和变形能力影响不大;增强腹板自由端边缘约束可有效改善剪力墙的抗震性能。     

工字形钢筋混凝土剪力墙变形指标试验研究

根据我国现行规范要求,设计20个工字形RC剪力墙试件进行低周往复试验,各片墙体的主要变化参数为剪跨比、边缘构件的纵筋配筋率、设计轴压比,对其破坏形态、滞回特性、位移延性进行研究。根据试验结果,分别采用基于骨架曲线和基于试验现象的方法给出20个试件在完好、轻微损坏、轻中等破坏、中等破坏、较严重破坏、严重破坏6个性能状态对应的变形限值,最后,对比同批20个矩形RC剪力墙的试验结果,分析翼缘对RC剪力墙构件变形限值的影响。结果表明,基于骨架曲线划分得到的性能状态具有明确的破坏现象,是合理的;设置翼缘的工字形剪力墙的变形能力强于矩形剪力墙。     

钢筋混凝土剪力墙变形性能指标试验研究

为研究矩形截面钢筋混凝土剪力墙变形指标,根据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设计了20个剪力墙试件进行低周往复荷载试验,研究不同剪跨比、试验轴压比、边缘构件纵筋配筋率对矩形截面剪力墙破坏形态、滞回性能、变形能力的影响。试验结果表明：随着剪跨比减小,剪力墙的破坏形态由弯曲破坏转向剪切破坏;随着试验轴压比增大,剪力墙的延性降低;随着边缘构件纵筋配筋率提高,弯曲破坏剪力墙延性提高,弯剪破坏与剪切破坏剪力墙延性降低。根据试验结果,建立了构件变形-构件损坏程度-构件承载能力的关系,提出了基于骨架曲线和破坏现象两种性能状态划分方法,得到剪力墙的变形性能指标,并将两种方法的结果进行对比,结果表明两者较为吻合,验证了基于骨架曲线划分性能状态方法的合理性与有效性。     

带端柱高强混凝土剪力墙非线性有限元的参数分析

采用有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤模型,考虑材料非线性,建立带端柱高强混凝土剪力墙的非线性有限元模型,进行数值模拟分析,并将数值分析结果与试验结果进行对比,验证了有限元模型的合理性和可靠性。在此基础上,分析了轴压比、剪跨比、边缘约束构件箍筋间距和纵筋配筋率对剪力墙抗震性能的影响。研究结果表明:随着轴压比的增大,承载能力逐渐增加,延性系数逐渐减小;随着剪跨比的减小,承载能力逐渐增加,延性系数逐渐减小;随着边缘约束构件箍筋间距增大,承载能力和延性系数均逐渐减小;随着约束边缘构件纵筋配筋率的增大,承载能力稍有增大,延性系数先增大后逐渐减小。     

型钢连接装配式剪力墙抗震性能研究

采用带锚筋的锚板、腹板、端板以及加劲板作为连接件,可实现相邻上下层预制混凝土墙板之间的干式连接。为研究该新型全装配式剪力墙的受力性能和抗震性能,进行了2个剪跨比为1.916的试件和1个相同剪跨比和配筋率的现浇整体墙体的低周往复拟静力试验,分析了该全装配式剪力墙的承载能力、耗能能力、延性、位移角、耗能效率、刚度退化等性能。研究结果表明：现浇整体墙体和全装配式剪力墙的破坏形式均为受弯破坏,全装配式剪力墙的耗能能力、延性、位移角、耗能效率、刚度退化等抗震性能指标与现浇整体墙体基本接近,但承载力有所提高。全装配式剪力墙从弹性阶段至破坏阶段,型钢连接件依然处于弹性阶段,满足“强节点弱构件”抗震要求。基于试验结果建立了有限元分析模型,对轴压比、高宽比、暗柱纵筋配筋率和型钢节点连接位置等关键参数对型钢连接装配式剪力墙抗震性能的影响开展了研究。     

钢筋PVA-ECC柱复合受扭性能试验研究及损伤分析

为研究复合受力状态下钢筋PVA-ECC构件的受扭性能,进行了9根PVA-ECC柱和1根普通混凝土(RC)柱的单调加载试验,考虑不同轴压比、扭弯比、剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距等参数,研究其破坏特征、扭矩-扭率曲线特征,并进行了损伤演变分析。结果表明,PVA-ECC试件受力过程均经历了弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;PVA-ECC试件在受扭承载能力和扭转变形方面与RC试件相比有很大提升;降低轴压比、增大扭弯比和剪跨比可有效提高试件的扭转延性,减小箍筋间距和剪跨比、增大轴压比可有效延缓试件开裂;采用PVA-ECC材料能有效抑制试件的损伤发展;剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距对复合受扭作用下试件的损伤有较大影响;纵筋配筋率越大和剪跨比、箍筋间距越小,试件复合受扭的损伤程度越小。     

反复荷载作用下纤维增强复材筋-钢筋混凝土剪力墙的抗震性能

剪力墙是高层和超高层建筑物的主要抗侧力构件,对建筑结构的抗震性能至关重要。采用ABAQUS有限元分析软件对7个轴压比分别为0.2、0.3和0.4的纤维增强复材(FRP)筋-钢筋混凝土剪力墙进行反复荷载作用下的拟静力分析,研究轴压比和FRP筋力学性能对剪力墙的滞回性能、骨架曲线、抗震性能和残余变形等的影响,对剪力墙的损伤分布特征进行了对比分析。结果表明:剪力墙边缘构件配置FRP纵筋能够有效控制混凝土剪力墙的残余变形,改善剪力墙的延性,促进筋材与混凝土的共同工作,采用的FRP筋强度和弹性模量越高,效果越明显,但墙体的耗能能力有所降低;随着轴压比的增加,配有FRP筋的剪力墙的极限承载力逐渐增大,极限承载力对应的位移减小,墙体延性降低,墙体残余变形逐渐增大,且当轴压比小于0.3时,轴压比对墙体残余变形的不利影响较小,轴压比大于0.3时,轴压比对墙体残余变形的不利影响急剧增加。     

错列开洞钢筋混凝土剪力墙抗震性能数值模拟

为探究错列开洞剪力墙的抗震性能,通过有限元软件ABAQUS对错列开洞剪力墙抗震试验进行数值模拟,通过试验结果验证所建立精细化有限元模型的准确性。基于已验证的有限元模型开展参数分析,研究剪跨比、轴压比、开洞率以及有无附加纵筋等参数对错列开洞剪力墙抗震性能的影响。结果表明:不考虑轴压比时,剪跨比较大的剪力墙主要破坏于底部翼缘及墙体; 随着剪跨比的提高,剪力墙的峰值荷载减小,延性提高; 随着轴压比的提高,剪力墙的延性降低,峰值荷载先增加后减小,且峰值荷载的拐点在轴压比为0.2～0.5之间; 剪力墙的峰值荷载和延性随开洞率的提高而降低; 考虑附加纵筋时,若错列开洞剪力墙的开洞率较小且满足规范基本要求时,可以按照无洞口剪力墙计算其承载力; 考虑了附加纵筋影响的错列开洞剪力墙具有较好的承载力和延性,无附加纵筋的错列开洞剪力墙应力集中现象较严重; 开洞率较小时,剪力墙底部是薄弱区域,以剪切破坏为主; 开洞率较大时,剪力墙受到不协调的变形作用而发生破坏。     

配置HRB600E高强钢筋的混凝土柱抗震性能试验研究

HRB600E钢筋是一种新型高强度钢筋,为改善矩形柱抗震性能并推广HRB600E级高强钢筋的应用,通过对6个配置HRB600E钢筋的不同轴压比、不同钢筋强度和纵筋配筋率的混凝土矩形柱进行低周往复荷载试验,得到试件的滞回曲线、骨架曲线和纵筋应变曲线。对比分析高强钢筋混凝土柱的破坏特征、滞回特性、骨架曲线、刚度退化等抗震性能指标。研究结果表明:配置HRB600E高强钢筋的混凝土柱的破坏特征与配置普通钢筋的混凝土柱相似;通过减小轴压比或增加钢筋强度均能改善配置HRB600E高强钢筋试件的滞回特性、减缓刚度退化、提高试件的抗震性能;配置高强钢筋的构件与高强混凝土配合使用时受力性能更优。     

基于OpenSees钢筋混凝土空心桥墩的抗震性能分析

运用OpenSees软件,利用纤维模型方法建立了钢筋混凝土空心桥墩有限元模型,并进行了拟静力加载过程分析,研究恒载轴压比和纵筋配筋率对混凝土空心桥墩抗震性能的影响,结果表明:基于OpenSees有限元软件建立的纤维单元有限元模型,模拟结果和试验结果吻合度较高,说明建立的模型能正确反映桥墩的抗震性能;提高恒载轴压比和增大纵筋配筋率,钢筋混凝土空心桥墩的抗震性能均得到显著改善,但随着恒载轴压、纵筋配筋率的增大,残余位移也相应增大。     

冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙受剪性能试验研究

通过7个冷弯薄壁型钢混凝土(CTSRC)剪力墙的拟静力水平往复试验,研究了其破坏过程和破坏模式,分析了混凝土强度、剪跨比、轴压比、水平分布筋和竖向型钢量等参数对其受剪性能的影响。试验结果表明：随着水平配筋率、轴压比和混凝土强度的增加受剪承载力提高;随着剪跨比提高,墙体受剪承载力降低;轴压比增加可提高墙体刚度,推迟墙体裂缝的出现,但不利于墙体延性;增加水平配筋可使墙体峰值后的承载力保持稳定。研究表明：CTSRC剪力墙与传统钢筋混凝土剪力墙的破坏特征和受力性能不同,在水平力作用下将出现沿冷弯薄壁型钢的竖向裂缝,经历整体墙到分缝墙的演变,避免了脆性剪切破坏。通过合理设计,CTSRC剪力墙可实现正常使用阶段有较高的刚度、峰值后有较好的延性、破坏时仍具有较高的竖向承载能力的目标。