钢筋混凝土框架结构层间变形与构件局部变形关系的试验研究

将柱端弯矩增大系数、轴压比和梁剪跨比作为设计参数设计了9个1/2比例的钢筋混凝土框架节点,进行了低周反复荷载试验,研究了构件的破坏形式、各种构件的局部变形对层间位移的贡献。研究表明,结构的层间变形与构件局部变形的关系与试件的破坏形式有关。对于发生梁端弯曲破坏的试件,节点剪切变形引起的层间变形很小,在进行框架结构的弹塑性地震反应分析时,可近似忽略节点区的剪切变形;对于发生梁端弯曲破坏—节点剪切破坏或柱端弯曲破坏—节点剪切破坏的试件,在构件进入屈服状态后,节点的剪切变形引起的层间位移较大,在进行框架结构的弹塑性地震反应分析时,不能忽略节点剪切变形的影响。     

钢筋混凝土梁柱节点区非弹性变形的改进模型研究

节点区非弹性变形包括梁端纵筋黏结滑移和节点剪切变形,对钢筋混凝土梁柱组合体的弹塑性受力特征有明显影响。计算采用的节点区非弹性变形本构模型直接影响结构强震反应有限元分析结果的合理性。在纤维模型的基础上,采用在非线性梁柱单元端部附加零长度截面单元的方法,可简便、有效地模拟节点区非弹性变形。基于39个钢筋混凝土中节点和12个边节点的纵筋滑移和节点剪切角的实测数据的显著性分析及非线性拟合结果,提出了可同时考虑梁端纵筋滑移和节点剪切变形影响的σ^-s_slip-shear本构模型。以4个不同节点参数的梁柱组合体试验为例,对提出的本构模型进行了验证。结果表明：忽略节点区非弹性变形的计算结果明显高估了梁柱组合体的承载力和耗能能力;考虑节点区非弹性变形的计算方法能更准确地模拟梁柱组合体的非弹性受力特征,并能正确模拟随着节点区非弹性变形增大,构件端部的塑性变形向节点区转移的变形特征。     

腋板加强型节点钢框架弹塑性动力时程分析

为研究腋板加强型节点钢框架在地震荷载作用下抗震性能,分别建立1∶2缩尺比例的腋板加强型节点空间钢框架(SHF)与普通节点空间钢框架(NSF)的ANSYS模型,通过加载罕遇地震波,分析两种节点类型框架在地震荷载作用下层间位移、最大层间位移角、反应加速度和柱底剪力.研究结果表明:腋板加强型节点框架具有明显的梁铰破坏机制,能显著地将梁端塑性铰外移到远离梁柱节点焊缝部位的梁上;腋板加强型节点框架最大层间位移角均小于普通节点框架,在一定程度上限制结构水平位移,避免结构出现较大变形;腋板加强型节点可以减少框架柱底剪力,结构在强震作用下柱脚剪切破坏程度有所降低.     

钢筋混凝土框架结构层间弹塑性位移计算方法及试验研究

钢筋混凝土框架结构的层间弹塑性位移是判别结构倒塌极限状态的重要指标,目前我国抗震规范规定的弹塑性位移限值仍是基于构件试验研究的结果,缺乏结构层面的计算方法和试验验证.为此,将规则框架结构的层间位移等效为梁柱组合体的侧移变形,分析组合体变形的组成,建立了梁柱组合体变形与构件变形的转换方法,提出了"强柱弱梁"型框架结构层间...     

框架结构变梁异型节点核芯区弹塑性静力分析

运用房屋建筑结构分析与设计软件MIDAS GEN,模拟并对比了变梁异型节点核芯区是否剪切变形下结构整体的周期、位移、性能点、层间剪力、层间位移角等,以此为依据提出了基于塑性铰理论下变梁异型节点的框架结构,在罕遇地震时梁柱节点处刚域值改变时结构的整体性能评估体系,研究表明:考虑框架结构的变梁异型节点核芯区的剪切变形,其结果将直接影响结构的内力与变形,同时对结构的整体抗震性能也产生较大的影响。     

钢筋混凝土框架结构强柱弱梁破坏机制的控制

框架结构的破坏机制是构件间变形发展差异的最终结果，现有的破坏机制控制方法大多是基于梁柱间的强度关系，忽视了其本质原因。为此，从构件变形的角度，以梁柱线刚度比为控制参数，建立了框架结构“强柱弱梁”型破坏机制的控制方程；同时，通过试验和有限元分析，对框架结构的破坏机制、构件变形和塑性铰分布进行了进一步分析。结果表明：轴压比及梁柱线刚度比的减小会使梁端变形增加，使其塑性铰发育更为充分，且其在一定程度上可以减小柱端的变形；“强柱弱梁”破坏机制下，梁端变形明显大于柱端，底层构件的变形普遍高于上层构件，中跨构件的变形略高于边跨，但并不明显；采用建立的破坏机制控制方程对结构进行调整后可以有效地减小框架结构中柱端的塑性铰数量及其发展程度，使结构呈现“强柱弱梁”破坏。     

装配U形阻尼器的SMA自复位钢框架梁柱节点抗震性能研究

为解决传统SMA螺杆自复位钢框架梁柱节点在工作过程中SMA材料利用率低的问题,简化节点耗能构件的设计、施工和震后更换,提高灾后结构的快速恢复能力,提出了由超弹性SMA螺杆贯穿钢柱翼缘连接且装配U形阻尼器的自复位钢框架梁柱节点,并对关键构件的受力性能进行分析,给出节点的受力变形理论模型。通过循环拉伸试验考察了SMA棒材的超弹性特性,以此为基础,设计了1个足尺边柱节点试件,通过拟静力试验研究其承载力、初始转动刚度、残余变形、滞回耗能等。研究结果表明：节点中SMA螺杆可以有效拉伸变形并提供自复位驱动力,U形阻尼器的两肢能够产生相对位移从而进行塑性耗能,钢梁腹板处的抗剪螺栓可在连接槽钢的长圆孔中滑动,梁柱节点核心区未出现剪切变形;在设计层间位移角为0.04 rad的循环结束时,节点残余变形仅为0.004 9 rad,且梁柱构件在试验过程中未出现屈服,节点具有良好的自复位能力和可修复性;节点的初始转动刚度和极限弯矩均小于普通抗弯钢框架梁柱节点,但其拥有良好的转动能力,最大层间位移角为0.05 rad,满足节点的变形设计要求。     

两层两跨现浇柱叠合梁框架抗震性能试验研究

以六层现浇柱叠合梁框架底部两层为原型,通过一榀1/2比例的两层两跨现浇柱叠合梁框架低周反复荷载试验,对其受力过程、破坏形态、破坏机制、恢复力模型、变形恢复能力、位移延性、滞回特性、刚度退化、耗能能力等进行了较系统的研究。研究表明:参照现浇混凝土框架抗震设计方法设计的现浇柱叠合梁框架实现了强柱弱梁、强节点弱构件的设计目标;框架的破坏机制为混合机制,即塑性铰首先在一层梁端出现,在一层梁端出现3个塑性铰后柱端出现塑性铰,试件以柱脚混凝土压溃、柱内纵筋压曲外露为破坏标志;在试件受力全过程中,节点核心区箍筋一直处于弹性状态;框架整体及层间的滞回曲线均较为饱满,表明现浇柱叠合梁框架具有良好的耗能能力;框架正、反向的整体位移延性系数分别为5.1和4.2,表明其在低周反复荷载下具有较好的位移延性;得到了四折线型的框架水平荷载-侧移恢复力模型。     

新型钢管混凝土梁柱节点力学性能试验研究

为研究内加强环式圆钢管混凝土柱与矩形钢管混凝土梁这种新型连接节点的力学性能,设计了缩尺钢管混凝土梁柱节点试件,开展了相同梁柱节点试件的静力加载试验和低周往复加载试验。通过研究该节点试件的破坏模式、荷载-位移曲线以及拟静力加载试验的骨架曲线、核心区剪切变形等,分析了节点试件的承载能力、延性和耗能能力,全面考察了同一梁柱节点在静力加载和低周往复加载两种工况下的受力性能和破坏模式。结果表明：钢管混凝土梁柱节点试件核心区强度较强,破坏模式主要为梁端破坏,低周往复加载试验时试件梁柱连接处附近的梁端钢板发生拉裂破坏和钢板鼓曲,静力加载试验时试件梁端焊缝发生拉裂破坏;试件延性较好,加载过程中经历了弹性、弹塑性和塑性发展阶段。最后提出了该类钢管混凝土梁柱节点核心区的抗剪强度计算公式。     

冻融循环下钢筋混凝土框架梁柱中节点抗震性能试验研究

通过6个不同冻融循环次数和轴压比的RC框架中节点梁柱组合体试件的低周反复加载试验,研究冻融循环次数和轴压比变化对节点核心区和梁柱组合体破坏模式、水平承载力、变形及耗能能力等抗震性能指标的影响。结果表明:随着冻融循环次数的增加,混凝土力学性能劣化,贯穿节点的梁端纵筋与混凝土之间的黏结强度显著退化,使得通过"斜压杆机构"与"桁架机构"传入节点核心区的剪力比例发生变化,导致低周反复荷载作用下节点核心区破坏模式发生转变,承载力降低,组合体耗能能力下降,延性稍有增大;当剪压比较大时,轴压比的增大使经冻融循环后的节点承载力降低,延性和耗能能力均出现不同程度的下降;冻融循环次数增加,由节点核心区剪切变形引起的柱顶水平位移在总柱顶水平位移中所占的比例增大。     

Sources of elastic deformation in steel frame and framed-tube structures: Part 1: Simplified subassemblage models

Three simple models for including the effect of beam-column joint deformation in the analysis of steel moment resisting frame and framed tube structures are presented. The first model, called the Fictitious Joint model, is based on two-dimensional frame analysis and is useful for preliminary analysis only. The second model, called the Krawinkler Joint model, and the third model, known as the Scissors Joint model, use an assembly of rigid links and rotational springs to represent the joint, and may be used in preliminary and final analysis of full structural systems. All derivations are provided in the form of “displacement participation factors”, which allow a detailed breakdown of the various components of subassemblage displacement.When applied to isolated beam-column subassemblages, it is shown that all three modeling approaches produce the same general expression for computing deflections arising from shear deformations in the panel zone region. However, the Krawinkler and Scissors models do not include the effects of flexural deformation within the beam-column joint, whereas the Fictitious Joint model does. While not the dominant source of deformation, it is shown in the paper that the effects of flexural deformations in the beam-column joint should not be ignored.It is also shown in this paper that the overall displacements predicted by the simplified models correlate very well with displacements computed from detailed three dimensional finite element analysis of the same subassemblage. However, the finite element analysis approach, taken alone, is not capable of providing a breakdown of the subassemblage displacements into components, such as panel zone shear, or column joint flexure. Part 2 of the paper presents a method for providing this information from the results of detailed finite element analysis.     

Effect of replaceable coupling beams on damage of frame-core structures

为定量评估罕遇地震作用下结构的损伤程度,结合国内外抗震设计规范与相关研究成果,给出了较为实用的结构与构件地震损伤判别标准。综合分析认为结构最大瞬时层间变形角、残余变形以及各类构件的最大转角可以较为全面反映整体结构与构件的损伤情况,便于在结构抗震设计时应用。针对以剪切变形为主的构件特点,提出一种可更换连梁,并给出了相应的设计方法。算例分析结果表明：可更换连梁对结构侧向刚度影响较小,通过改善结构的耗能能力,减小结构在罕遇地震作用下的层间位移角与相应的破坏程度;采用可更换连梁后,核心筒剪力墙的受损程度明显降低,顶部残余变形显著减小;尽管可更换连梁的耗能段变形集中,但与其相连的混凝土梁段基本保持弹性状态;对于钢框架-混凝土核心筒混合结构,边框柱与边框梁在罕遇地震作用下的损伤程度均较低,可更换连梁对其影响较小。     

钢筋混凝土中间层边节点模型化方法研究

钢筋混凝土梁柱节点区非弹性变形包括梁纵筋黏结滑移和节点核心区剪切变形,对钢筋混凝土梁柱组合体的受力性能影响较大,在有限元模型中合理地考虑节点区的这两种非弹性变形是数值计算的难点和关键。利用OpenSees结构分析平台中的梁柱节点单元,根据中间层边节点的受力特点和试验结果,通过对钢筋滑移分量和剪切块分量的计算模型、参数计算方法进行改进,提出了修正梁柱节点单元模型,并以多组试验结果为依据,校核了修正梁柱节点单元模型计算的准确性和适用性。分析结果表明：修正梁柱节点单元模型能有效模拟中间层边节点的整体受力性能和局部非弹性变形特性;改进的梁纵筋滑移模型能更合理地模拟贯穿节点梁纵筋的受力特性;改进的剪切块计算模型能准确模拟节点核心区的剪应力大小,以及两个不同加载方向的节点剪应力差异。     

少剪力墙框架结构在多遇地震下的抗震性能计算分析

纯框架结构的整体侧向刚度较小,在强烈地震作用下侧向变形大,易造成结构整体倒塌破坏。从增加结构整体冗余度的角度出发,考虑添加少量钢筋混凝土剪力墙来提高框架结构的整体抗倒塌能力。并对添加少量剪力墙的各种布置方式及数量进行分析比较,得出可行的平面布置形式及其对框架结构变形形态的影响。分析增设少量剪力墙在多遇地震作用下对框架结构弹性层间位移角的改善情况,在此基础上,进一步得出承担不同倾覆力矩比例的墙体与弹性层间位移角的对应关系。     

Shaking table test of a steel frame with replaceable curved knee braces

为实现钢框架结构的震后快速修复，提出了一种配置可更换弧形角撑和高强钢构件的抗弯钢框架结构。在目标水准地震作用下，结构塑性变形集中在弧形角撑上，高强钢构件基本保持弹性以降低震后残余变形，震后可通过更换弧形角撑快速修复结构。为研究所提出结构体系的抗震性能以及更换弧形角撑的可操作性，设计了1个带混凝土楼板的1/2缩尺模型进行振动台试验。试验结果表明：该模型实现了预定的损伤控制机制，能够满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的最大层间位移角限值要求；由于该模型在超罕遇水准的地震作用下可以保持较大的屈服后刚度，因此其残余层间位移角很小(不超过0.028%)，震后弧形角撑易更换；更换弧形角撑后，模型得到了一定程度的修复，但混凝土楼板开裂使得模型刚度未能完全恢复;在重复强震作用下，模型的最大层间位移角未发生显著变化，弧形角撑耗能稳定，但部分弧形角撑的最大变形有所增大，损伤在模型各局部呈现出不均匀发展的趋势。     

钢框架-混凝土剪力墙混合结构的基本自振周期计算

分析了考虑钢梁与钢柱半刚性连接时钢框架-混凝土剪力墙混合结构的基本自振周期的计算,并与不考虑半刚性的钢框架-混凝土剪力墙混合结构体系做比较.分析考虑了钢框架部分节点的半刚性连接,推导了钢框架-混凝土剪力墙混合结构中钢框架部分的层抗侧移刚度,从而得到结构的基本自振周期.算例分析表明,考虑半刚性连接对结构的抗震有利.     

SRC柱-RC梁组合件抗震性能试验研究

进行了4个1/2比例SRC柱-RC梁组合件的低周反复加载试验,研究不同强节点系数的SRC柱-RC梁节点在各受力阶段的抗震性能、变形组成和合理的节点构造形式。试验结果表明,试件的破坏形态和变形组成与强节点系数有关,所采用的节点连接构造合理。基于试验数据和局部-整体变形关系,探讨了各受力阶段SRC柱-RC梁组合件的弯曲变形、节点核心区剪切变形、纵向钢筋在节点区的滑移变形等组成部分在组合件整体变形中所占比例及其变化规律。分析结果表明,梁变形所产生的侧移在强柱弱梁型SRC柱-RC梁组合件总侧移中所占比例最大,核心区剪切变形所占比例随强节点系数的减小而增大。通过对各受力阶段破坏特征描述和相应特征参数试验结果的分析,提出了强柱弱梁型SRC柱-RC梁框架结构满足运行、基本运行、可修和避免倒塌等四个抗震性能水平的位移角限值分别为1/500、1/150、1/75和1/30。研究成果可供SRC柱-RC梁组合结构地震反应分析和工程应用参考。     

三层足尺分层装配支撑钢框架结构的振动台试验研究

为探究分层装配支撑钢框架体系在真实地震动力作用下的响应与性能,以某3层足尺房屋钢框架结构为研究对象,输入不同水准下的3条地震波进行振动台试验,分析了结构动力分步损伤行为、主（余）震层间变形、残余位移响应及其柔性支撑的可修复性。研究结果表明,结构满足我国规范对于抗震安全性的要求。在罕遇地震作用下,结构损伤集中于柔性支撑而主框架基本保持弹性,表现出损伤控制的特征,且震后基本无残余位移。未对支撑进行修复的结构在余震作用下的位移响应有所放大,但对支撑进行简易修复之后,结构抗震性能基本完全恢复。在超大地震作用下,主框架作为第二道抗震防线发展局部塑性变形,但震后残余位移仍然很小。柔性支撑初始是否张紧对结构初始刚度和层间位移分布有较大影响。支撑在动力作用下的突然张紧对结构产生了冲击效应,而支撑的延性可有效缓解此效应的影响。研究总体表明分层装配支撑钢框架体系应用于低多层建筑时具有优良的抗震性能与震后可恢复性。