Rehabilitation of RC frame joints using local steel bracing

Reinforced concrete (RC) structural frames that were built prior to the 1970s generally do not meet current design code requirements and may behave in a non-ductile manner. The lateral load carrying capacity of these structures is often insufficient due to non-ductile reinforcement detailing, which includes insufficient or no beam-column joint transverse reinforcement and inadequate anchorage for the beam's bottom reinforcement. Experience shows that such frames are prone to earthquake damage and often suffer shear and bond slip non-ductile modes of failure. Recent earthquakes have demonstrated that the beam-column joint safety is an important factor in keeping the integrity of the entire structure. Concentric steel bracing systems have been used for the rehabilitation of non-ductile RC buildings in a number of countries. However, the application of eccentric (local) steel bracing in the rehabilitation of RC structures still lags behind due to the limited research and information on the design, modelling and behaviour of such a combined concrete-steel system. In this paper a new beam-column joint rehabilitation technique using local steel brace members is proposed. Two full-scale specimens representing a standard joint and a rehabilitated joint were made and tested under reversed cyclic load. Their behaviour was compared to that of a non-rehabilitated specimen. It is shown that the rehabilitation technique was successful in enhancing the overall performance of the deficient joint and upgrading it towards a close to current standard performance.     

节点加强后钢筋混凝土梁柱节点剪切性能的二维有限元分析

本文以研究节点加强后钢筋混凝土(RC)梁柱节点的力学特性为目的,将加强情况、主筋与混凝土的粘结特性、节点的破坏模式以及裂缝模型作为参数,对RC梁柱节点进行二维有限元(2DFEM)分析,分别考察了节点的荷载变形特性、节点变形模式、混凝土的损伤和梁主筋的应变分布。试验和2DFEM分析表明,节点加强后能防止梁主筋的粘结滑移、减少并延缓节点混凝土的损伤,使RC节点由加强前的节点剪切破坏模式转变成梁端的弯曲破坏模式,从而提高RC梁柱节点的抗剪性能和延性。     

扇形铅黏弹性阻尼器加固RC框架的抗震性能试验研究

针对钢筋混凝土框架结构梁柱节点震害严重的抗震问题,提出采用扇形铅黏弹性阻尼器加固框架结构的 方法,结合扇形阻尼器型式提出外包箱形钢板和外包U形钢板两种不同的加固连接方式。为研究扇形铅黏弹性阻 尼器加固框架的抗震性能,设计并制作了3榀框架试件,分别为空框架和两榀不同连接的扇形铅黏弹性阻尼器加 固框架,通过低周反复加载试验分析了其滞回性能、承载能力、刚度退化、耗能能力等参数。试验结果表明：采 用扇形铅黏弹性阻尼器加固的框架滞回曲线饱满、耗能能力强、加固效果良好;扇形铅黏弹性阻尼器为框架提供 了一定的抗侧刚度,提高了框架的水平承载能力,延缓了框架塑性铰的产生,使框架具有良好的耗能能力;外包 U形钢板和外包箱形钢板用于扇形铅黏弹性阻尼器与主体结构的连接都是有效的,这两种不同的连接方式对加固 框架的整体抗震性能影响不大。     

装配式新型梁-柱钢连接节点抗震性能研究

与传统建筑业相比,装配式建筑具有能耗低、施工周期短、施工现场环境好等优点.本文基于现有的装配式RC结构梁-柱节点连接方式,提出了一种用于装配式RC结构的新型梁-柱钢连接节点,以期克服现浇混凝土连接节点施工效率低的缺点,同时保证节点的强度和稳定性,进而确保结构具有良好的整体性.通过有限元分析软件ABAQUS对现浇与新型梁...     

装配式人工消能塑性铰节点低周往复#br# 试验数值模拟研究

为提高装配式钢筋混凝土(RC)框架结构的抗震性能,并针对梁、柱构件震后损伤严重等问题,提出一种人工消能塑性铰(artificial dissipative plastic hinge,简称ADPH)装配式混凝土框架节点,人工消能塑性铰即梁、柱构件在梁端采用机械铰及附加消能钢板连接的节点构造。使用ABAQUS软件对2组ADPH节点及1组RC节点在低周往复荷载下的试验进行数值模拟分析,分析结果表明:数值模拟得到的塑性应变、损伤位置、破坏模式、滞回曲线等结果与节点试验结果吻合较好,表明ADPH节点的有限元模拟方法是可行的,结果具有一定可靠性;引入ADPH节点的关键参数——屈服弯矩降低系数γ,通过10组不同附加钢板的ADPH节点的滞回往复试验模拟,对参数γ的取值进行分析研究,结果表γ近似取在0.75～0.85时,可使得ADPH节点有效控制塑性损伤发生在附加钢板上,并发挥附加钢板的耗能能力。     

楼板对钢筋混凝土柱-钢梁空间组合体抗震性能影响研究

楼板在地震作用下对钢筋混凝土柱-钢梁组合体抗震性能的影响是建立地震作用下节点计算模型的基础,也是准确评价组合结构体系抗震性能的关键问题之一。为此,完成了3个钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)空间组合体试件在考虑不同楼板宽度情况下的抗震性能试验,分析整个受力过程中楼板受力性态对组合构件受力特征、破坏模式等抗震性能的影响。各试验模型在加载过程中均产生梁铰破坏,并表现出较好的延性和耗能能力,最终因节点区钢梁屈曲、扁钢箍开裂和柱端混凝土压碎而丧失承载力。分析表明,楼板裂缝以横向裂缝为主,随着楼板宽度增加,次生斜裂缝增多,板底混凝土压碎区域增大;混凝土楼板与钢梁组合体对节点核心区的约束作用较明显地改善了空间组合体受力性能。对楼板混凝土和板内纵筋在受力过程中的应变进行分析,结果表明,随着楼板宽度的增加,楼板对RCS空间组合体刚度、承载力的贡献值有限。对现浇板受拉有效翼缘宽度进行分析,结果表明考虑钢-混凝土组合梁翼缘有效宽度对梁端受弯承载力、惯性矩影响较大。     

低周反复荷载作用下钢筋混凝土框架梁柱节点核心区抗剪强度的试验研究

本文通过30个钢筋混凝土框架梁柱节点在低周反复荷载作用下的试验,对梁柱节点核心区的受力性能以及影响核心区混凝土抗剪强度的几个主要因素,如直交梁约束、轴压比、剪压比、配箍率以及梁纵筋在核心区的锚固滑移等进行了研究,并提出节点核心区混凝土抗剪强度计算公式及有关设计建议。同时进行了6个转移梁塑性铰的节点试验,探索了避免梁纵筋在节点核心区的滑移、改善节点抗震性能的新途径。     

双钢管混凝土柱与钢筋混凝土间环梁节点抗震性能研究

介绍了新型节点——在双钢管混凝土柱(CFTSTs)与钢筋混凝土梁(RC)之间使用间断套管的环梁节点。由于该节点处外钢管被打断,因此RC梁中纵向钢筋在连接区域能够连续。依靠连续钢筋传递弯矩和剪力;连接区内箍筋起到了限制作用,柱外侧的八角形环梁使受压区得到改善,补偿了外钢管不连续所引起组合柱刚度的减小。在循环荷载下对4个梁-柱组合试样进行试验,研究节点的抗震性能,包括:加载变形性能、典型破坏模式、应力应变分布、能量耗散能力。试验结果显示,节点的抗震性能较好,能够达到抗震设计准则中"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的要求。采用有限元模型对相关参数进行分析。     

自复位装配式钢-混凝土混合框架节点抗震性能试验研究

结合装配式梁、柱构件螺栓连接施工便捷的特性与后张预应力筋预压连接的抗震性能优势,提出一种自复位装配式钢-混凝土混合结构框架节点,该节点由钢筋混凝土柱和钢-混凝土混合梁通过高强螺栓拼装而成,主要通过后张梁内的无黏结预应力筋提供复位力,并通过摩擦耗能装置与钢梁段塑性变形进行耗能。共完成了5个边节点的低周往复加载试验,分别研究了混合梁内预应力筋的初始预拉力与摩擦装置中高强螺栓的初始预紧力对该节点承载能力、抗震性能、耗能能力和复位能力的影响。研究结果表明：试件表现出明显的两阶段滞回特性,第一阶段为钢梁段屈服前,混凝土梁与钢梁段接触面呈现出持续开合复位机制,滞回曲线呈现明显双旗形,复位效果明显;第二阶段为钢梁段屈服后,随着荷载增大,钢梁的塑性变形逐渐增大,滞回曲线趋于饱满,试件耗能能力显著增加。试件的峰值荷载、延性系数和累积耗能值随摩擦装置中高强螺栓的初始扭矩增大而增大,峰值荷载和复位能力随梁内预应力筋的初始预拉力增大而增大。在整个试验过程中,各试件梁、柱主体构件损伤不明显,基本实现震后可恢复。     

火电厂主厂房型钢混凝土混合结构异型中节点抗震性能试验研究

火电厂主厂房型钢混凝土混合结构中存在由于错层、变梁变柱截面引起的异型中节点,选取5个代表性节点进行1∶5缩尺拟静力试验,研究该类节点的滞回性能、耗能能力、延性、刚度退化以及承载能力。研究结果表明：受强梁弱柱特性的影响,4个型钢混凝土异型中节点主要发生不利于抗震的柱端塑性铰破坏,而钢筋混凝土异型中节点由于梁柱刚度比较大主要发生核心区剪切破坏;大小梁错层高度对型钢混凝土异型中节点的承载力、延性性能与刚度特性均有一定的影响,但规律并不明显;型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁异型中节点的耗能能力强于钢筋混凝土异型中节点,但受破坏模式的影响,其承载能力、延性与刚度等均低于钢筋混凝土异型中节点;相比采用钢筋混凝土梁的型钢混凝土异型中节点,采用型钢混凝土梁的型钢混凝土异型中节点的开裂荷载高,初始刚度较大,但承载力、延性与耗能能力并未得到明显提高。     

Seismic behaviour of infilled and pilotis RC frame structures with beam-column joint degradation effect

The influence of the exterior joints capacity deterioration on the local and global failure mechanisms of reinforced concrete structures with infills is investigated. Exterior beam-column joints with reduced capacity is the common case for the majority of RC structures designed according to older design standards. Nevertheless in common practise the response of these regions is typically assumed as rigid. A key parameter of this investigation is the inclusion of the joints strength and stiffness degradation in the study of the seismic performance of the structures. In this direction, a special-purpose rotational spring element that incorporates a special behaviour model is employed for the simulation of the exterior joints’ local response. The spring element has been incorporated in a well-established general program for nonlinear static and dynamic analysis. The effectiveness of the used joint element model has been demonstrated in a previous paper through comparisons with experimental data reported in literature. In this paper an attempt is presented for the investigation of the influence of the exterior joint damage on the seismic behaviour of bare and infilled RC frame structures. Two types of masonry infilled structures are considered: (a) infilled frame and (b) infilled frame without infills at the base storey (pilotis frame). A parametrical study of the overall seismic response using push over analyses and step-by-step analyses is performed. Results in terms of interstorey drifts, base shear, failure mode, ductility requirements and joints rotational requirements demonstrate that neglecting the possible local damage of the exterior joints may lead to erroneous conclusions and unsafe design or seismic behaviour evaluation that subsequently may become critical in some cases. Furthermore the influence of exterior joints degradation has been proven of vital importance for the overall behaviour of pilotis frames.     

钢纤维钢筋混凝土扁梁柱节点极限抗剪承载力的计算方法

在四个扁梁柱节点试验的基础上,研究了钢纤维钢筋混凝土节点内钢筋应变的变化规律,分析了节点内、外核心区的混凝土、剪力筋和钢纤维对扁梁柱节点极限抗剪承载能力的贡献,提出了节点极限抗剪承载力的计算公式及截面限制条件,并给出了节点的两种破坏形态的判别方法.计算结果与试验情况符合良好.提出的计算公式可供工程设计参考使用.     

Research on seismic behavior of GFRP-reinforced concrete beam-column joints

为提高RC框架结构震后可恢复性，采用GFRP筋替代钢筋应用于混凝土梁柱结构中。以配箍率、轴压比、混凝土强度为变量对梁柱组合体开展了拟静力试验研究。试验中共对8个GFRP筋混凝土梁柱组合体、1个RC梁柱组合体进行了测试，比较了GFRP筋与普通钢筋混凝土梁柱组合体的变形和破坏过程，对比分析了各梁柱组合体的滞回曲线、承载能力、残余位移、能量耗散以及钢筋的应变分布等。试验结果表明：GFRP梁柱顶点残余位移显著下降，较RC柱顶残余位移降低60%左右，但其耗能能力低于RC梁柱节点的；在往复荷载作用下，GFRP筋混凝土梁柱框架破坏符合“强柱弱梁”特征，能够承受较大侧向位移，其在达到5.5%位移角时仍未表现出脆性破坏特征；GFRP筋梁柱组合体承载能力、耗能能力和纵筋利用率随着配箍率、混凝土强度的增加而增大。此外，综合考虑配箍率、轴压比、混凝土强度对GFRP筋梁柱节点核心区受剪性能的影响，提出了该种节点核心区受剪承载力计算方法，并基于国内外相关试验数据对其进行了验证。结果表明，提出的计算式能有效计算GFRP筋梁柱节点核心区受剪承载力。     

附加曲线钢板支撑的预制预应力混凝土装配式梁柱节点抗震性能

为研究附加曲线钢板支撑的预制预应力混凝土装配式梁柱节点的抗震性能,对不同截面宽度和不同偏心距离的附加曲线钢板支撑的预制预应力混凝土装配式梁柱节点,以及无支撑装配式梁柱节点对比试件进行低周往复荷载试验研究以及数值模拟分析,研究节点试件破坏形式、承载力、刚度、耗能等变化规律。结果表明：在层间位移角不大于5％时,节点试件具有稳定的受力性能,节点梁端混凝土压碎,同时曲线钢板支撑受弯屈服;曲线钢板支撑可提高预应力装配式梁柱节点试件的承载力、刚度和耗能,随着支撑截面宽度的增加以及偏心距离的减小,节点试件承载力、刚度和耗能逐渐提高;在层间位移角为4%时等效黏滞阻尼系数为0.12~0.20,相对无支撑预应力装配节点提高约2~3倍;在曲线钢板支撑偏心率小于0.3时,节点试件承载力受偏心距离影响较大,偏心率大于0.3时,承载力基本不变。     

配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架抗震性能试验研究

进行两榀配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架试件在水平低周往复荷载作用下的试验研究,观察试验过程及破坏形态,研究试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能,同时对梁柱端纵筋、钢骨翼缘及钢管在不同加载位移下的应变变化规律进行分析,得到框架结构的出铰顺序。研究结果表明：两榀框架滞回曲线饱满,施加预应力后仍具有较好的耗能能力和延性,表现出良好的抗震性能;框架柱底塑性铰区的钢管环向应变在整个加载过程中呈不均匀变化趋势,截面受压区钢管环向受拉,能够对受压区混凝土提供有效约束;钢骨混凝土梁由于施加预应力的作用,可延缓其裂缝的出现;此外,两榀框架试件均呈现“先梁端后柱底”的出铰顺序,能实现梁铰耗能机制,延迟柱底出铰时刻。     

预制装配式混合框架屈曲约束狗骨式节点抗震性能试验研究

为充分发挥装配式混凝土结构施工便捷的特性及钢结构中狗骨式钢梁的抗震性能优势,提出了预制装配式混合框架屈曲约束狗骨式节点。该混合框架节点由预制钢筋混凝土柱和预制钢-混凝土混合梁通过高强螺栓连接而成,其中混合梁由屈曲约束狗骨式钢梁段与混凝土梁段采用高强螺栓连接。完成了2个框架中节点及2个框架边节点的低周往复加载试验。通过对节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化的研究,对节点类型及梁内是否布置预应力筋对该节点抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：该节点的拼装方式采用全螺栓连接,施工便捷;节点的破坏主要集中于钢梁段,达到了塑性铰外移的目的;节点梁内布置预应力筋能明显提高混凝土梁段的抗裂性能及节点整体抗震能力;提出了该节点中梁端受弯承载力计算方法,试验值与计算值吻合较好。     

GFRP筋混凝土梁柱组合体抗震性能试验研究

为提高RC框架结构震后可恢复性,采用GFRP筋替代钢筋应用于混凝土梁柱结构中。以配箍率、轴压比、混凝土强度为变量对梁柱组合体开展了拟静力试验研究。试验中共对8个GFRP筋混凝土梁柱组合体、1个RC梁柱组合体进行了测试,比较了GFRP筋与普通钢筋混凝土梁柱组合体的变形和破坏过程,对比分析了各梁柱组合体的滞回曲线、承载能力、残余位移、能量耗散以及钢筋的应变分布等。试验结果表明：GFRP梁柱顶点残余位移显著下降,较RC柱顶残余位移降低60%左右,但其耗能能力低于RC梁柱节点的;在往复荷载作用下,GFRP筋混凝土梁柱框架破坏符合“强柱弱梁”特征,能够承受较大侧向位移,其在达到5.5%位移角时仍未表现出脆性破坏特征;GFRP筋梁柱组合体承载能力、耗能能力和纵筋利用率随着配箍率、混凝土强度的增加而增大。此外,综合考虑配箍率、轴压比、混凝土强度对GFRP筋梁柱节点核心区受剪性能的影响,提出了该种节点核心区受剪承载力计算方法,并基于国内外相关试验数据对其进行了验证。结果表明,提出的计算式能有效计算GFRP筋梁柱节点核心区受剪承载力。     

酸性大气环境下多龄期钢框架节点抗震性能试验研究

为研究酸性大气环境下钢材力学性能及钢框架节点抗震性能随锈蚀程度加剧的退化规律,分别对不同锈蚀程度的24个标准钢材材性试件、12个焊接梁柱节点试件进行了单向拉伸试验、低周往复加载试验。基于材性试验数据,建立了钢材屈服强度、抗拉强度、弹性模量和伸长率等基本力学性能指标与失重率之间的线性回归关系,分析了不同锈蚀率及加载制度对钢框架节点试件荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度和承载力退化、变形能力、滞回耗能等的影响,获得锈蚀钢框架节点试件承载力、刚度以及耗能能力随锈蚀程度加剧的退化规律。研究结果表明：锈蚀对钢框架节点的破坏形态有着显著影响,随着锈蚀程度的增加,钢框架节点试件的耗能能力逐渐减小,加载后期的承载力急剧下降,而且脆性断裂现象表现得愈发明显;随着水平位移幅值及循环次数的增加,钢框架节点试件的塑性变形累积、刚度与承载力退化明显;在相同锈蚀程度下,试件在变幅加载下的耗能能力最大,混合加载下的次之,等幅加载下的最小。研究成果可为在役钢框架结构地震易损性研究提供试验支撑。     

Damage evaluation of reinforced concrete and steel frames under critical successive scenarios

This paper compares the vulnerability of initial shock-damage reinforced concrete (RC) with steel frames in successive scenarios, as an essential part of developing a framework to consider seismic sequence hazard into structural design. For this, two sets of regular RC and steel moment resisting frames with 3, 5, 7, 10, 12 and 15 stories, are designed and analyzed under two different databases with/without seismic sequences in OpenSees software.The damage states of the model frames were then measured by the Park and Ang’s damage index. From the results of this investigation, it is observed that only considering the mainshock will underestimate the seismic risk in both sets of RC and steel frames. The results of damage evaluation also reveal that RC frames have better performance than steel frames in seismic sequence phenomena. Furthermore, steel frames damage is about 53% more than the damage caused by RC frames under critical successive earthquakes.     

传统风格建筑混凝土梁-柱节点承载力 影响参数灰色关联分析

为研究传统风格建筑混凝土梁-柱节点的破坏特征及力学性能,进行了2个节点试件的动力循环加载试验,包括1个传统风格建筑混凝土双梁-柱节点试件和1个单梁-柱节点对比试件,获得了试件的恢复力特征曲线。基于试验研究结果,采用ABAQUS软件建立试件三维有限元模型,在验证模型结构合理性的基础上,结合灰色系统理论的关联分析方法,以轴压比、混凝土强度、上下梁间距及配箍率等关键参数为关联因子,对影响传统风格建筑混凝土梁-柱节点承载力的关键参数进行关联度计算,得出了各参数对其承载力影响权重排序。结果表明:相对于单梁-柱节点,传统风格建筑混凝土双梁-柱节点承载力及耗能能力较高,滞回曲线更饱满,但其位移延性略小于单梁-柱节点; 总体上,传统风格建筑混凝土梁-柱试件节点域的变形及耗能能力较强,抗震性能良好; 传统风格建筑混凝土梁-柱节点承载力关键影响因素的权重依次为混凝土强度、配箍率、型钢强度、轴压比; 所得结论为传统风格建筑力学性能及承载力计算的进一步研究提供了新思路。