火灾后型钢混凝土柱抗震性能有限元计算模型

该文建立了型钢混凝土柱温度场计算模型,计算结果与实测结果吻合较好。同时,还提出了型钢混凝土柱过火最高温度场的计算方法,并在考虑型钢与混凝土之间以及钢筋与混凝土之间的界面粘结滑移特性的基础上提出了火灾后型钢混凝土柱抗震性能的有限元计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。该文模型可用于型钢混凝土柱火灾后抗震性能的计算与分析。     

火灾后型钢混凝土框架结构力学性能试验研究及分析

考虑受火时间、荷载比等参数的影响,对火灾后型钢混凝土框架结构的破坏形态、变形性能以及剩余承载力等火灾后性能进行了试验研究。试验结果表明：火灾后型钢混凝土框架梁出现3个塑性铰而破坏,梁端弯剪变形明显,剪压区混凝土均出现部分脱落。随着受火时间的增加,型钢混凝土框架的剩余承载力逐渐减小。同时,建立了考虑升降温及火灾后全过程的火灾后型钢混凝土框架力学性能分析模型。计算结果与试验结果对比表明,二者吻合较好。可见,提出的模型是正确的。     

火灾后型钢混凝土柱加固试验研究

通过火灾后碳纤维布和外包角钢加固型钢混凝土柱的静力加载试验及常温与火灾后未加固试件的对比试验,研究了碳纤维布和外包角钢加固对火灾后型钢混凝土柱承载力与刚度的修复效果。试验结果表明:火灾后经碳纤维布和外包角钢加固后,型钢混凝土柱破坏时变形发展更充分、延性更好。碳纤维布加固,能在一定程度上提高火灾后型钢混凝土柱的承载力,但对火灾后型钢混凝土柱刚度的修复效果不明显。外包钢加固对火灾后型钢混凝土柱承载力的修复效果比碳纤维布加固更加显著,能将火灾后型钢混凝土柱的承载力修复至常温未受火以前的水平,但外包钢加固也仅对火灾后长细比较大的试件的刚度有一定的提高作用,对长细比较小的试件的刚度修复效果不明显。     

火灾后型钢混凝土轴压柱剩余承载力试验

进行了5个火灾后型钢混凝土柱轴心压力作用下的试验,研究长细比、混凝土强度对构件破坏形态和剩余承载能力的影响。试验结果表明,火灾后型钢混凝土轴心受压柱在荷载作用下的破坏形态与常温下基本相同,试件破坏时其内部核心型钢依然完好,不会发生局部屈曲现象。混凝土强度和长细比是影响型钢混凝土轴心受压柱火灾后承载能力的两个重要因素,当长细比相差不太大的情况下,混凝土强度高的试件,其火灾后极限承载力相对较高;在混凝土强度大致相当的情况下,随着长细比的增大,火灾后试件的极限承载力降低。利用YB规程和JGJ规程方法,对所有试件常温下的极限承载力进行了计算,结果表明在该文的试验条件下得到的火灾后型钢混凝土轴心受压柱承载能力的试验值与常温下承载力计算结果的比值在62%~71%之间,经历火灾作用后型钢混凝土轴心受压柱承载能力显著降低,火灾后的剩余承载力水平平均为常温下承载力水平的67%。     

火灾后型钢混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

通过4个火灾后型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点试件及2个常温未受火对比试件的低周反复加载试验,研究火灾后该类节点的滞回特性、延性、耗能性能、承载力与刚度退化规律,分析了受火时间、轴压比对火灾后该类节点的抗震性能的影响。结果表明：火灾后试件与常温未受火试件的破坏过程和破坏形态基本一致。经历火灾损伤后,型钢混凝土梁柱节点的滞回曲线仍然饱满,但试件承载力降低、变形增大、延性减弱,受火时间越长,承载力下降程度越高、变形增加程度越大、延性系数越小。反复荷载下型钢混凝土梁柱节点的强度出现衰减,加载初期的衰减系数随位移的增大而减小,加载后期的衰减系数随位移的增大总体保持稳定,体现出良好的抗荷载循环能力。与常温未受火试件相比,高温后试件加载初期的刚度降低、等效阻尼比增大,受火时间越长,刚度降低和等效阻尼比增大的程度越高。随着加载的进程,高温后试件的刚度与常温未受火时间刚度逐渐趋向一致,但等效阻尼比相比常温未受火试件减小,受火时间越长,减小程度越高。轴压比对火灾后节点的抗震性能产生一定影响,随着轴压比的增大,试件强度和刚度有所提高,但延性下降。     

部分预制装配型钢混凝土柱火灾后偏压试验研究

通过6个试件的火灾后偏压试验以及1个试件的常温下偏压试验,对配置活性粉末混凝土外壳的部分预制装配型钢混凝土（Partially Precast Steel Reinforced Concrete,PPSRC）柱和空心预制装配型钢混凝土（HollowPrecast Steel Reinforced Concrete,HPSRC）柱的火灾及火灾后偏压性能进行了对比分析。研究了受火时间、偏心率和核心混凝土强度对PPSRC柱及HPSRC柱的火灾下内部温度分布及火灾后剩余承载力、变形能力等方面的影响,并基于试验结构,对火灾下试件截面温度场进行了数值模拟分析。试验结果表明：火灾升温过程中试件截面测点温度存在明显的温度平台,火灾后试件的活性粉末混凝土外壳未发生爆裂现象,混凝土对型钢具有较好保护作用;模拟结果表明,截面温度及温度变化幅度由表及里逐渐降低,核心混凝土受到良好保护作用,温度相对较低;在偏压荷载下,火灾后试件的偏心受压破坏过程以及破坏形态和常温下类似,剩余承载力随火灾升温时间的增长和偏心率的增大而降低,随核心混凝土强度的增大而升高,试件的延性随核心混凝土的强度增大而增大。     

型钢混凝土柱火灾后恢复力计算模型

根据8根大比例型钢混凝土柱试件温度场和火灾后抗震性能试验结果,考虑受火时间、轴压比的影响,通过理论推导和回归分析,提出了开裂点、屈服点、峰值点和极限点为特征点的型钢混凝土柱恢复力-位移骨架曲线,并给出了这些特征点的计算公式。同时,通过试验数据的回归,得出卸载刚度与弹性刚度之间的关系。在上述工作的基础上提出了火灾后型钢混凝土柱的四线型荷载-位移恢复力模型。研究表明：建议的四线型恢复力模型与试验结果吻合较好,可用于火灾后型钢混凝土柱抗震性能的评估以及非线性地震反应分析。     

CFRP加固火灾后混凝土短柱抗震性能的试验研究

进行了1根未受火混凝土短柱、1根火灾后混凝土短柱、1根CFRP加固未受火混凝土短柱和3根CFRP加固火灾后混凝土短柱的拟静力试验,考察了CFRP的加固量和加固方式对火灾后混凝土短柱抗震加固效果的影响情况,建议了CFRP加固火灾后混凝土柱抗剪承载力的实用计算方法。研究结果表明：外包CFRP加固可将未受火混凝土短柱的抗剪承载力提高21.8%、可将火灾后混凝土短柱的抗剪承载力提升至未受火试件的111.2%~117.1%、可提高受火前后短柱的极限变形能力和累积滞回耗能。与未受火试件相比,外包CFRP不会提高火灾后加固混凝土短柱的割线刚度。对于相同的加固量,全包CFRP柱的抗剪承载力略优于条带包裹柱。受火前、后和外包CFRP加固前、后混凝土短柱的滞回规则均类似。     

火灾后型钢混凝土柱剩余承载力数值模拟分析

利用MSC.MARC软件对火灾后型钢混凝土柱的截面温度场及剩余承载力进行了模拟分析,数值分析结果得到了试验验证。考虑混凝土强度、长细比、含钢率、荷载偏心率、受火时间等参数,利用MSC.MARC软件对ISO834标准火灾作用后型钢混凝土柱剩余承载力进行了进一步计算。计算结果表明,经历ISO834标准火灾作用后,型钢混凝土柱的极限承载力显著降低,在该文参数范围内,承载力降低幅度在8.5%~45.3%变化。定义火灾作用后型钢混凝土柱剩余承载力与常温下型钢混凝土柱极限承载力的比值k为火灾后型钢混凝土柱剩余承载力影响系数。数值模拟分析结果表明,混凝土强度、截面含钢率、受火时间对k值的影响较大,而长细比、偏心率对k值的影响相对较小。在数值计算结果基础上,通过回归分析的方法得到了火灾后型钢混凝土柱剩余承载力影响系数k的简化计算公式,公式计算结果与数值模拟分析结果符合较好。     

型钢混凝土异形柱框架滞回性能分析

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱框架的滞回性能,对3榀框架模型进行低周反复加载试验,结果表明:SRC异形柱框架的滞回曲线饱满对称,耗能能力较强;实腹式配钢框架的抗震性能比空腹式更为优越。基于OpenSees系统对SRC异形柱框架的滞回性能进行有限元分析,计算结果与试验结果符合较好。根据试验及有限元模拟结果,得到SRC异形柱框架的骨架曲线模型和卸载刚度退化规律,进而建立其恢复力模型,为该新型结构体系的弹塑性分析提供参考。     

足尺空腔式RC框架柱抗震性能试验研究

该文提出了一种角部螺旋箍筋约束的新型空腔式钢筋混凝土框架柱。为了验证上述新型构造的合理性和可靠性,明确该新型空腔式RC柱的抗震性能,设计了3个足尺空腔柱和1个足尺实心柱试件,开展了低周反复荷载下的拟静力试验。对比分析了空腔柱和实心柱的破坏模式、承载能力、变形能力和耗能能力,探究了空腔率和轴力对空腔柱抗震性能的影响规律。结果表明：空腔柱中的螺旋箍筋对混凝土提供了强有效的约束,使得相同轴力作用下的空腔柱延性优于实心柱,同时承载力与实心柱相当;空腔率对空腔柱的破坏模式和抗震性能具有显著影响,低空腔率空腔柱试件和实心柱试件发生了弯曲破坏且延性较好,高空腔率试件发生了弯剪破坏且延性小于低空腔率试件;轴力对空腔柱的破坏模式和抗震性能存在一定影响,低轴力试件延性更好。该文的相关研究成果可为空腔式RC框架柱的进一步发展提供重要参考。     

配钢率对型钢混凝土异形柱抗震性能的影响分析

设计了16个型钢混凝土异形柱试件,包括L形柱、沿腹板加载的T形柱、沿翼缘加载的T形柱和十形柱各4个,采用试验研究和有限元模拟相结合的方法分析配钢率对试件抗震性能的影响,得到了试件的破坏形态及滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度、耗能能力等性能指标。结果表明：剪跨比为2.5的试件在低周反复荷载作用下发生弯曲破坏,配钢率对试件破坏形态的影响较小,但配钢率增大能够抑制混凝土裂缝的开展,延缓试件的破坏;试件的滞回曲线饱满、对称,延性好,耗能能力强,刚度退化先快后慢;随着配钢率增大,试件的滞回环面积越来越大,承载力显著提高,延性明显改善,刚度退化变缓,但耗能能力变化较小。     

强约束大尺寸钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究箍筋强约束钢筋混凝土柱的抗震性能,完成了6个配箍特征值0.34~0.44、截面尺寸450mm#x000d7;450mm的大尺寸钢筋混凝土柱试件的拟静力试验研究。结果表明,试件的破坏形态为压弯破坏,纵筋压曲甚至断裂,部分试件箍筋拉断,底部1倍柱截面高度范围内混凝土保护层剥落,箍筋约束核心区混凝土局部压碎。试件水平力-位移滞回曲线饱满,极限位移角达到1/39~1/33,延性系数均大于3.0。对于箍筋强约束柱,改变箍筋形式或改变箍筋肢距,对其正截面承载力及极限变形能力影响不大;相同位移往复加载由3次增加至5次,对其正截面承载力及峰值位移影响不大,但变形能力降低约15%。     

实腹式型钢混凝土T形柱抗震性能试验研究

为研究实腹式型钢混凝土T形柱的抗震性能,进行了10个试件的水平加载试验,考虑了加载制度、轴压比和配钢率的影响,观察了试件的受力过程和破坏形态,分析了荷载-位移曲线、侧移角、延性、强度、刚度及耗能等力学性能。结果表明,试件均发生弯曲破坏,但不同加载制度下试件的破坏形态不同;试件的滞回曲线饱满,极限侧移角介于1/36~1/9,位移延性系数介于3.97~12.11,破坏时等效粘滞阻尼系数介于0.319~0.374,体现出良好的变形和耗能能力;随着加载循环次数的增多和轴压比的增大,试件的延性降低,强度衰减和刚度退化加快;随着配钢率的增大,试件的延性提高,强度衰减和刚度退化变缓。     

型钢高延性混凝土短柱抗震性能试验研究

提出采用高延性混凝土和核心区配置型钢提高短柱的抗震性能和变形能力,设计了2个高延性纤维混凝土（HDC）短柱和2个型钢高延性混凝土（SHDC）短柱试件,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：试件剪跨比减小,有利于发挥HDC良好的抗剪性能,使HDC短柱表现出良好的延性和耗能能力;核心区配置型钢,可显著提高HDC短柱的延性和耗能能力,提高构件的耐损伤能力;HDC与型钢具有良好的协调变形能力,改善了短柱的脆性剪切破坏模式,使SHDC短柱发生剪切粘结破坏时仍表现出较好的延性;SHDC短柱在不同性能水平下的变形能力明显高于HDC短柱,能满足我国规范对框架结构竖向构件的变形要求。     

低周反复荷载下型钢再生混凝土短柱抗震性能试验研究

通过8个不同再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率下的型钢再生混凝土短柱的低周反复加载试验,观察其受力过程及破坏形态,分析了不同设计参数对短柱的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度退化、延性及耗能等力学性能的影响。试验结果表明：型钢再生混凝土短柱的主要破坏形态为剪切斜压破坏;试件荷载-位移滞回曲线基本呈梭形;试件达到峰值荷载后,承载力下降较快、变形小、延性较差;再生粗骨料取代率对试件承载力影响不大,延性耗能随着取代率增大而有所减低;随着轴压比的增大,试件承载力提高但延性耗能降低幅度大;随体积配箍率的增大,试件承载力及延性耗能均相应增大。除轴压比较小的短柱外,其余型钢再生混凝土短柱的延性系数均小于3,表明短柱抗震性能较差。因此,在实际工程中应采取相应的措施以改善短柱抗震性能。     

钢筋混凝土柱地震破坏分析的多尺度建模方法

结构多尺度计算技术在保证计算精度的同时,可大幅度地降低计算成本。该文提出了钢筋混凝土柱多尺度模型界面连接和引入等效塑性铰长度的精细化区域界定的方法,并在LS-DYNA程序中二次开发了混凝土多维损伤本构模型,建立了钢筋混凝土柱地震破坏分析的多尺度建模方法。通过对钢筋混凝土柱拟静力试验和单调推覆数值试验的模拟与对比分析,验证了所建立方法的适用性;通过对一钢筋混凝土柱的地震模拟振动台试验的模拟与分析,直观地观察了强震作用下钢筋混凝土柱的混凝土压碎、钢筋屈曲等破坏过程。