新型连梁剪力墙结构拟静力试验研究

设计了两个足尺的单层双肢剪力墙试件,其中一个带有传统的钢筋混凝土连梁,另一个连梁中安装有改进的三角钢板阻尼器,通过拟静力试验研究两个试件的屈服破坏模式和抗震性能。研究结果表明:这种新型连梁的耗能能力和变形能力明显优于传统连梁,刚度和强度退化小于传统连梁;新型连梁的变形和耗能都集中在阻尼器中,混凝土连梁基本保持完好,阻尼器能够很好地控制结构的损伤,有利于实现连梁震后的可更换。     

PRC连梁-混合联肢剪力墙抗震性能分析

PRC连梁-混合联肢剪力墙是将传统的钢筋混凝土联肢剪力墙中的混凝土连梁用钢板-混凝土组合（PRC）连梁代替而形成的一种新型结构体系,对其抗震性能尚缺乏系统研究。该文在对PRC小跨高比连梁构件研究成果的基础上,设计出了PRC连梁-混合联肢剪力墙的BS基本模型试件,利用有限元软件对PRC连梁-混合联肢剪力墙抗震性能进行数值模拟,研究了连梁内嵌钢板部分、连梁钢筋部分和混凝土部分的应力分布情况,分析了结构的塑性铰发展规律。研究了耦联率、连梁截面尺寸、单面墙肢高宽比、楼层总高度和楼板作用等参数对该种新型结构体系抗震性能的影响,建议适合于高烈度抗震设防区PRC连梁-混合联肢剪力墙合理耦联率的取值范围为40%~60%。     

高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙抗震性能试验研究

该文完成了2个四层1:4缩尺高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙低周反复加载试验,详细分析了该剪力墙结构的承载力、延性、耗能、破坏机制和破坏特征等,并与高阻尼混凝土带混合暗支撑双肢剪力墙进行了对比分析。利用有限元分析软件ABAQUS对试验模型进行了模拟,并分析了双肢剪力墙相对含钢率对高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙承载力的影响。结果表明:与高阻尼混凝土带混合暗支撑相比,带钢板暗支撑的高阻尼混凝土双肢剪力极限承载力和耗能能力均有一定程度的提高,剪力墙连梁剪跨比越小,高阻尼混凝土剪力墙的抗震性能越好,当墙肢及连梁含钢率分别在2.5%和3%以下时,墙肢及连梁含钢率对双肢剪力墙的极限承载力有较大影响。     

带可更换连梁的超高层结构抗震性能研究

近年来,国内外的部分学者提出了在剪力墙中设置可更换连梁,即在连梁的跨中设置一个耗能构件,称之为保险丝,通过保险丝的塑性变形耗散能量,而且震后易于对保险丝进行修复更换。本文根据之前提出的可更换连梁实用设计方法,将作者开发的一种可更换连梁保险丝安装在一个超高层Benchmark模型的部分连梁中,对带可更换连梁的结构和带传统连梁的结构分别进行地震反应分析,比较两个结构在大震下的层间位移角、基底反力以及损伤状况,研究表明：带有可更换连梁的超高层结构层间位移角会有所减小,剪力墙的损伤也会有所减轻,基底反力变化不大,而且可更换连梁的损伤集中在保险丝,易于震后修复更换。     

钢框架-钢板墙和组合柱-钢梁框架振动台试验研究EI北大核心CSCD

为深入研究钢框架-钢板剪力墙和钢管混凝土柱-钢梁框架两种典型装配式结构体系的整体抗震性能和拓展其在高烈度区的应用,以甘肃省装配式示范工程中的两栋高层(10层)住宅建筑方案为原型,进行了1/8缩尺模型的地震模拟振动台试验。结果表明,钢框架-钢板剪力墙结构中的钢板剪力墙首先达到屈服状态,随后框架上出现塑性铰,塑性损伤主要集中在钢板墙及相邻梁端,个别1层柱脚出现损伤,体现了“多道抗震防线”的理念,巨震后(1.200g)结构的自振频率降幅约为19.5%(X向)和17.4%(Y向);钢管混凝土柱-钢梁框架结构的损伤主要在1层、4层及5层梁端,1层柱脚也出现少量塑性铰,体现了“强节点弱构件”的设计原则,巨震后结构的自振频率降幅约为19.5%(X向)和17.8%(Y向)。两类结构体系均能实现“小震不坏、大震不倒”的抗震设防目标,具有良好的抗震性能。此外,结构体系的侧向变形模式与整体结构的刚度分布密切相关,并且随着地震动峰值的增大愈加明显,钢框架-钢板剪力墙的抗侧刚度沿着高度呈降低趋势,整体呈现弯曲型的特征,钢管混凝土柱-钢梁框架(1层除外)抗侧刚度沿着高度分布较均匀,整体呈现剪切型的特征。     

钢筋混凝土框架-联肢剪力墙结构的地震能量分布研究

基于能量抗震设计需解决的一个重要问题是确定结构累积滞回耗能的分布。该文通过两个具有不同跨高比连梁的钢筋混凝土框架-联肢剪力墙结构,选用一定数量的地震波进行弹塑性动力时程分析,研究了框架-联肢剪力墙结构在地震作用下的累积滞回耗能分配和分布规律。分析研究结果表明:当连梁跨高比合适,可以实现强墙弱(连)梁的屈服模式,连梁可以承担绝大部分耗能,框架梁也可以承担部分耗能,从而降低墙肢的耗能比例,减轻墙肢损伤程度。同时,不同频谱特性地震波虽然不会影响结构中各构件的耗能比例分配,但是会影响各构件的耗能分布模式,因此在确定各构件的层耗能需求时,需要考虑不同耗能分布模式的影响。     

带扩孔螺栓连接型消能梁段的Y形偏心支撑结构抗震性能研究

地震作用下,Y形偏心支撑结构需有效增大消能梁段的延性和耗能能力、减小消能梁段的变形,以使其满足"多遇地震、设防地震下无损伤,罕遇地震下损伤较小且震后功能可快速修复"的抗震设防目标。基于短剪切型消能梁段和剪切扩孔型螺栓连接的力学性能,提出一种用于Y形偏心支撑结构中的新型扩孔螺栓连接型消能梁段;采用校正的数值仿真分析法对短剪切型消能梁段、剪切扩孔型螺栓连接、扩孔螺栓连接型消能梁段进行研究,以明确扩孔螺栓连接型消能梁段的力学性能和耗能模式。经对某合理设计的带扩孔螺栓连接型消能梁段的Y形偏心支撑结构分析表明,多遇地震和设防地震下消能梁段无明显变形和损伤,罕遇地震下通过剪切扩孔型螺栓连接和短剪切型消能梁段双重耗能机制,有效提高偏心支撑结构的抗震性能和减小消能梁段的损伤,为偏心支撑结构的抗震设计提供新的思路和方法。     

联肢加劲钢板剪力墙滞回性能试验研究与数值分析

完成了3个1/3比例的3层联肢钢板剪力墙试件的低周反复加载试验。3个试件的钢板剪力墙分别采用非加劲、槽钢竖向加劲和井字加劲的形式,钢板剪力墙的竖向边缘构件采用方钢管混凝土。得到了联肢钢板剪力墙试件的荷载-位移滞回曲线和破坏形态,对试件的骨架曲线、应力发展、延性及耗能能力等进行了分析。采用有限元软件ABAQUS对试件进行了数值模拟。结果表明:非加劲和槽钢竖向加劲墙板先屈曲后屈服,井字加劲墙板先屈服后屈曲,墙板屈服后连梁与钢板剪力墙边框梁相继屈服。方钢管混凝土柱脚屈服较早,屈服后仍具有良好的承载力和弹塑性变形能力。采用非加劲墙板的试件承载力最低,滞回环捏缩效应最严重,其次是采用槽钢竖向加劲墙板的试件。采用井字加劲墙板的试件滞回环较饱满。井字加劲和槽钢竖向加劲试件的峰值荷载分别比非加劲试件的峰值荷载提高了11.7%和6.9%,井字加劲和槽钢竖向加劲试件的等效黏滞阻尼系数分别比非加劲试件的等效黏滞阻尼系数提高了65.9%和19.9%。各试件的延性系数均大于4.5,表明不同加劲形式的联肢钢板剪力墙均具有良好的延性。数值分析与试验结果吻合较好,可充分地反映试件的滞回性能和破坏过程。加劲肋对连梁和边缘构件的内力影响较小,但可显著提高剪力墙板的抗剪承载力。相较于两片单肢钢板剪力墙,联肢钢板剪力墙的承载力和耗能能力均有大于20%的提高。     

波形钢板剪力墙及组合墙抗剪承载力研究

为研究波形钢板剪力墙及其组合墙在水平荷载作用下的破坏形态、受力性能以及抗剪承载力计算方法,设计了4个波形钢板剪力墙及其组合墙试件,进行了低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对24个波形钢板剪力墙及其组合墙模型进行了模拟分析。研究结果表明:波形钢板剪力墙具有较好的变形能力,波形钢板能有效抑制混凝土裂缝的发展,并与混凝土具有很好的界面粘结力,水平波形钢板剪力墙较易在约束边缘构件底部形成塑性铰;波形钢板剪力墙及其组合墙具有较好的承载能力、延性和耗能能力,且承载力下降缓慢; ABAQUS有限元软件能较好地模拟试验,模拟结果与试验结果吻合较好,有限元计算结果表明:承载力随波形钢板的厚度和波角的增加有少量增加,此外,波形钢板-混凝土组合剪力墙承载力随剪跨比的增加而降低,竖向波形钢板剪力墙的抗侧承载力性能与水平波形钢板剪力墙的基本相同;该文提出的波形钢板剪力墙及其组合墙抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好,可为设计和工程实际参考; H型钢柱对波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力贡献最小,竖向波形钢板对组合墙剪力分担率大于水平波形钢板的,竖向波形钢板更有利于提升组合墙的承载性能。     

外包钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为改善小跨高比连梁的抗震性能,采用高延性混凝土（HDC）代替混凝土,设计了2个外包钢板-HDC组合连梁、1个外包钢板-混凝土组合连梁和1个内置钢板-HDC组合连梁试件。通过拟静力试验,研究其破坏形态、变形能力及耗能能力。试验结果表明:采用HDC代替混凝土可提高外包钢板组合连梁的变形能力和耐损伤能力;HDC与钢腹板的协同工作性能较好,有利于钢腹板抗剪作用的发挥;外包钢板-HDC组合连梁的耗能能力明显高于外包钢板-混凝土组合连梁和内置钢板组合连梁;外包钢板-HDC组合连梁的剪压比设计值为0.65~0.70,其剪压比明显高于内置钢板组合连梁。因此,采用外包钢板-HDC组合连梁,可提高小跨高比连梁的剪压比限值,解决连梁设计中剪压比超限的问题。     

内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为提高钢板与混凝土的协同变形能力,提出采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土,设计了2个内置钢板-高延性混凝土(HDC)组合连梁与2个内置钢板-混凝土组合连梁对比试件。通过拟静力试验,研究试件的破坏过程、破坏形态、滞回特性、耗能能力及刚度退化等。结果表明:跨高比为1.5的试件均发生剪切破坏,跨高比为2.5的试件均发生剪切黏结破坏;与混凝土组合连梁相比,HDC组合连梁的延性和耐损伤能力均得到明显提高;试件发生剪切破坏时,HDC组合连梁较混凝土组合连梁的极限位移角和累积耗能分别提高了44.4%和83.5%;试件发生剪切黏结破坏时,HDC组合连梁的耗能能力仍有较大幅度提高。根据4个小跨高比组合连梁试验结果,计算得到其设计剪压比为0.48~0.57,明显高于小跨高比连梁的剪压比限值。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比组合连梁的受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

混凝土联肢剪力墙结构抗震性能控制方法

联肢剪力墙结构抗震性能控制是目前尚未很好解决的问题之一。该文以连续化方法的解析解为基础,在联肢剪力墙高度、截面尺寸和材料性能等已知的条件下,首先通过控制联肢剪力墙满足整体位移延性需求的耦联率来确定连梁的截面尺寸;然后通过控制联肢剪力墙结构顶点和层间侧移角来确定其基底剪力,并假定水平地震作用沿高度为倒三角形分布;最后确定连梁满足位移延性需求的弦转角需求,并依据连梁两端相对竖向变形需求确定连梁所需要的约束箍筋数量,连梁箍筋数量同时应满足受剪承载力要求。分析结果表明,根据联肢剪力墙的整体位移延性需求、目标耦联率以及连梁两端相对竖向变形需求所确定的连梁约束箍筋数量比较合理;当耦联率在0.4~0.66取值时,连梁的箍筋数量由受剪承载力计算控制。     

连梁骨架曲线与滞回特性研究

连梁作为剪力墙的主要耗能构件,对结构在罕遇地震作用下的抗震性能具有很大影响。该文主要着眼于连梁在往复荷载作用下的受力特点与极限变形能力,对国内外47个连梁模型试验结果进行较为深入的分析。连梁的破坏形态与其配筋形式密切相关。受到混凝土交叉裂缝以及钢筋滑移等影响,平行配筋连梁的滞回曲线捏拢严重。对于小跨高比连梁,通过配置对角斜筋或综合配筋等方式,可改善连梁的耗能性能。该文引入弯矩-变形角表征连梁内力与变形的关系,可以综合考虑弯曲变形、剪切变形、混凝土开裂以及钢筋滑移等因素的影响。连梁最大变形角与跨高比、配箍特征值和剪箍比的相关性分析结果表明,配筋形式对连梁极限变形能力的影响不大。基于连梁在往复荷载作用下试验结果得到连梁的标准骨架曲线,与我国相关设计规范对连梁的要求保持一致,便于在实际中工程应用。通过假定卸载刚度与加载刚度相同、滞回曲线包裹面积相等的方法,确定滞回曲线的捏拢控制参数,得到的连梁简化滞回曲线与试验结果符合良好。     

含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构滞回性能研究

为了研究含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RDSL)的滞回性能,利用ABAQUS有限元分析软件建立了2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RDSL子结构试件的有限元模型,对耗能梁段所用钢材进行循环加载试验得到其循环本构,验证了有限元模型的准确性和适用性。建立了16个足尺子结构有限元模型,分析耗能梁段长度比、裙梁净跨高比、耗能梁段腹板加劲肋间距、连接处螺栓直径和加固板厚度对结构滞回性能的影响规律。研究结果表明:HSS-FTS-RDSL子结构主要通过双槽钢截面耗能梁段进入塑性耗散地震能量,其余构件基本处于弹性状态或者轻微发展塑性;随着耗能梁段长度比的增加,结构承载力、刚度和耗能能力逐渐降低,耗能梁段超强系数减小,建议耗能梁段长度比取0.84~1.40;双槽钢截面可更换耗能梁段可较好地应用于净跨高比不超过4.6的裙梁中;改变耗能梁段加劲肋间距对结构承载力、刚度和耗能能力影响较小;减小螺栓直径会使连接区域螺栓滑移提前,对结构刚度和承载力影响较小;减小加固板厚度会增加连接变形,降低耗能梁段的塑性变形程度。     

Experimental study of retrofitted reinforced concrete shear wall and concrete-encased steel girders using a new CarbonFlex composite for damage stabilization

A bi-axially loaded shear wall and two fatigue-damaged concrete-encased steel girders are experimentally tested using a retrofit technique that utilizes a newly developed composite wrap. The composite, which is being termed “CarbonFlex,” helps to stabilize the propagation of damage, specifically fracture, in retrofitted beams and a shear wall via an energy dissipation mechanism, resulting in significant ductility and confinement, and high-strength sustainability. The CarbonFlex-retrofitted shear wall had been initially damaged to a level corresponding to 40% of its peak strength under bi-axial loading (constant vertical load and quasi-static cyclic lateral load). Following the CarbonFlex-retrofit, the capacity doubled to 80% of its original strength while exhibiting significant ductility and having tremendously improved confinement. The fatigue-damaged beams are retrofitted using conventional carbon–fiber reinforced polymers (CFRPs), and then, separately, using the new prototype CarbonFlex composite. The latter beam sustained over 68% of its peak strength following dissipation of the initial shock energy of the fractured welds of the encased steel girder; the beam also exhibited significant displacement ductility, having an ultimate displacement three times that of its CFRP counterpart.     

考虑滑移、剪力滞后和剪切变形的钢-混凝土组合梁解析解

通过在Newmark 模型中引入(1)描述横向非均匀分布的纵向位移的翘曲形函数和(2)描述钢梁腹板剪切变形的Timoshenko 梁假定,建立了一个能考虑滑移、剪力滞后和剪切变形的钢-混凝土组合梁模型,并推导了均布荷载作用下的解析解。最后通过4 个算例验证了模型和解析解的正确性和适用性,并显示了考虑组合梁剪切变形的必要性。另外,算例还表明,在组合梁的三维有限元建模中采用Timoshenko 梁单元来考虑钢梁的剪切变形会导致显著的误差。