锈蚀钢筋混凝土构件抗震动力性能研究

研究钢筋锈蚀对混凝土构件抗震动力性能的影响,通过6个不同锈蚀率的大尺寸钢筋混凝土构件低周反复荷载试验及精细化有限元分析,得到不同锈蚀程度的各试件滞回曲线,分析了锈蚀率对试件承载力、刚度、延性、耗能能力等的影响。试验发现钢筋锈蚀在一定程度上改变了试件的失效模式和破坏形态,分析结果表明,随钢筋锈蚀率的增大,试件承载力下降,滞回曲线丰满程度和滞回环面积逐渐减小,刚度、延性和耗能能力逐步降低。钢筋锈蚀后,构件各阶自振频率及振型最大位移随锈蚀率的增大而降低,锈蚀对构件高阶模态影响更为显著。     

开孔形式影响装配式耗能支撑滞回性能研究

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑是由腹板开孔H型钢和传力槽钢通过螺栓连接组成的新型耗能支撑,可有效避免支撑构件失稳。为了研究腹板开孔形状对这种支撑的耗能性能的影响,进行了装配式耗能支撑试件低周往复加载试验,并采用有限元软件进行了模拟计算。试验结果表明:装配式H型钢腹板开孔耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。在轴向荷载作用下,试件主要依靠开孔腹板孔间板件进入塑性变形耗能阶段,腹板开长圆孔的试件与腹板开椭圆孔的试件孔间板件端部为薄弱部位,腹板开菱形孔的试件孔间板件中间部位为薄弱部位,加载过程中这些部位首先进入塑性变形阶段并最先发生断裂。加载过程中螺栓与槽钢始终处于弹性变形状态。有限元分析表明:改变腹板宽度对于腹板开长圆孔的耗能支撑的承载能力与初始刚度影响最大,对于腹板开椭圆孔的耗能支撑影响最小;改变孔间板件宽度对于腹板开菱形孔的耗能支撑影响较小。改变腹板厚度对于三种腹板开孔形式耗能支撑的承载力与初始刚度影响相近。当试件主体过早失稳,可通过增大高宽比、减小腹板厚度或选用翼缘更大的槽钢来避免。耗能板件螺栓连接部位安全可靠,未见变形或破坏,布置螺栓时孔距不应超过4.5d₀。     

钢筋混凝土框架-核心筒结构地震反应能量分析

通过对9个不同结构特性的钢筋混凝土框架-核心筒结构,选用一定数量的地震波进行时程分析,研究了此类结构在地震作用下的总输入能及其在滞回耗能和阻尼耗能之间的分配规律,以及滞回耗能在构件及层间的分布规律。研究表明,随着地震动幅值的增大,滞回耗能比也随之增加;不同频谱特性的地震波对滞回耗能影响较大;刚度特征值对结构总滞回耗能影响不大,但对构件的耗能分配具有较大影响;结构滞回耗能主要集中于底层剪力墙和中部连梁处。     

腹板式钢制防屈曲支撑力学性能试验研究

防屈曲支撑是一种具有良好应用前景的耗能减震构件,兼具中心支撑和位移型阻尼器的功能,克服了传统支撑受压屈曲的缺点.提出了由平板截面焊接组合而成且芯板为低屈服点钢的腹板式钢制防屈曲支撑,为检验其抗震性能,对4个试件进行拟静力往复加载试验.研究了试件的受力过程及耗能机理,并对力-位移滞回曲线、恢复力模型、累计塑性变形及能量耗散能力等抗震性能进行了分析,基于ANSYS软件对试件的滞回性能进行了模拟,并与试验结果进行了对比分析,验证了这种防屈曲支撑工作可靠,具有良好的滞回性能及低周疲劳性能.数值计算表明,在地震动作用下装有这种防屈曲支撑的框架结构具有良好的减震效果.     

采用端板螺栓连接的可更换耗能梁抗震及可更换性能试验研究

为研究端板-螺栓连接可更换耗能梁的抗震及可更换性能，设计制作了4个可更换耗能梁试件并进行了拟静力试验，研究不同长度系数对可更换耗能梁抗震性能和可更换能力的影响。结果表明：当长度系数较小时，试件发生剪切破坏，破坏特征包括腹板-加劲肋焊缝撕裂、腹板屈曲和腹板撕裂；当长度系数较大时，试件发生弯剪破坏，破坏特征包括梁端翼缘-端板焊缝撕裂和梁端翼缘屈曲；所有试件的滞回曲线非常饱满，具有优异的变形能力和耗能能力；可更换耗能梁的抗剪承载力强化明显，超强系数均值为1.9；采用端板-螺栓连接的可更换耗能梁均可实现震后可更换，当梁端残余转角为0.0020 rad～0.0046 rad时耗能梁可以实现震后更换，且更换快捷、操作简单；同时，根据耗能梁构件与带可更换构件的RCS混合框架结构体系的几何变形特征，可以将耗能梁的主要受力阶段划分为正常使用、非必要更换和必要更换3个阶段。     

耗能型辅助墩抗震性能数值研究

耗能型辅助墩可以有效地实现大跨度斜拉桥的地震损伤控制。刚度和强度是耗能型辅助墩的关键设计参数,因此,该文对安装剪切型连梁和屈曲约束支撑两种耗能构件的双柱墩进行理论分析,推导了耗能型辅助墩的刚度和强度的简化计算公式,能够快速准确地估算其弹性刚度和屈服强度。通过有限元模型,仿真分析了其滞回性能,可以准确地模拟耗能型辅助墩的非线性行为,为大跨度斜拉桥的整体弹塑性分析提供了可靠的依据。与试验结果对比,验证了简化公式和有限元模型的准确性。对比研究了安装耗能构件的双柱墩试件和拆除耗能构件的裸双柱墩试件的性能差异,结果表明耗能构件能够显著提高辅助墩的抗震能力。最后,对安装屈曲约束支撑的辅助墩抗震性能进行了参数分析。     

底部设置BRB自复位剪力墙抗震性能和韧性试验研究

提出一种底部设置屈曲约束支撑(BRB)的自复位混凝土剪力墙,提高了剪力墙的自复位能力和耗能能力,同时考虑了耗能构件可更换性。为了研究该自复位混凝土剪力墙的抗震性能和韧性,该文设计制作1片剪力墙试件和2组BRB构件,进行了拟静力试验和更换试验研究,分析了试件的破坏特征、滞回性能、自复位性能和可恢复性能等。试验结果表明:该文提出的自复位墙损伤主要集中在BRB上,其耗能能力较好,具有一定的自复位能力;BRB更换较为方便,更换前后自复位混凝土墙的抗震性能基本保持不变,表明其功能可恢复性较好。     

冻融 RC 梁抗震性能与数值模拟方法

为分析冻融环境下钢筋混凝土（RC）梁在地震荷载作用下的响应,采用人工环境模拟方法对 4 件 RC 梁试件进行了快速冻融试验,进而对其进行拟静力加载试验。结果表明,随着冻融次数的增加,梁试件滞回曲线的捏缩现象越发明显,构件延性和耗能能力下降。同时,通过理论推导建立了可考虑冻融损伤的粘结滑移模型,采用有限元分析软件 OpenSEES 中的零长度截面单元,并基于可考虑冻融损伤分布的纤维截面模型,对 RC 梁试件的地震破坏过程进行了数值模拟。分析与试验结果对比表明,采用数值建模与分析方法得到的滞回曲线与试验数据基本相符,骨架曲线诸特征值误差较小,且较好地反映了冻融损伤引起 RC 梁滞回曲线的捏缩效应,从而验证了所提出的模拟方法的准确性。     

钢筋混凝土剪力墙基于变形和滞回耗能非线性组合的损伤演化分析

为研究钢筋混凝土结构的损伤演化规律,提出一种基于变形和滞回耗能非线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型。通过引入组合参数考虑不同损伤状态下构件变形与滞回耗能的权重,该损伤模型能很好的反映变形和滞回耗能的相互影响,有效评估构件在不同破坏状态下的损伤程度。对4片钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验进行数值模拟分析,结果表明：该损伤模型计算的损伤值与试验破坏形态吻合较好,能很好的描述钢筋混凝土剪力墙的损伤演化过程,且能够定量确定构件不同破坏程度的损伤界限;对钢筋混凝土剪力墙进行地震作用下动力时程分析,结果表明,该损伤模型能很好的描述不同峰值加速度作用下剪力墙构件的损伤演化规律,剪力墙损伤在峰值加速度出现时段内发展迅速,并且随着地震强度的增大而增大,损伤值超过限值时构件失效。     

一种新型装配式梁柱节点抗震性能试验研究

提出一种新型装配式全栓接的方钢管柱H型梁梁柱节点。为研究节点的抗震性能,对6个1：2试件进行了拟静力试验。分析轴压比、抗弯、抗剪螺栓预拉力、槽形钢厚度、狗骨式连接等参数对节点的破坏模式、滞回性能、延性的影响。研究结果表明：在0.2~0.4范围内提高轴压比,节点的极限承载力略有降低,但耗能能力和延性均有提高;降低抗剪螺栓的预拉力,节点的极限承载力,耗能能力与延性均有降低;降低槽形钢的板厚,节点承载力微有提高,节点梁柱相对转角提高,但耗能能力降低;降低抗弯螺栓预拉力,节点的极限承载力提升,但耗能能力与延性均有降低;采用狗骨式连接,虽然梁翼缘削弱部位在加载后期出现撕裂,但节点表现出良好的延性和耗能能力以及稳定的刚度退化性能。节点层间位移延性系数μ=2~2.66,弹性层间位移角φ_y=0.0208~0.0327,弹塑性层间位移角φ_u=0.0486~0.079,梁柱相对极限塑性转角θ_u=0.05~0.087。极限荷载时等效粘滞阻尼系数h_e=0.287~0.45,试验结果表明节点具有良好的抗震性能。     

偏心腹杆式交错桁架结构滞回性能试验研究

为了改善交错桁架结构的抗震性能,对空腹式交错桁架和混合式交错桁架分别内填Y形偏心腹杆,形成纯偏心腹杆式交错桁架和混合偏心腹杆式交错桁架结构。对两种偏心腹杆式桁架单元试件进行了低周反复荷载试验,分析了试件的滞回性能、耗能能力、延性、承载力和刚度退化规律。试验结果表明：两种偏心腹杆式交错桁架单元试件的滞回曲线比较饱满,耗能性能较好;耗能段的滞回曲线较整体结构的滞回曲线饱满,偏心腹杆式桁架单元主要由耗能段耗散能量;两个试件的能量耗散系数、位移延性系数比较接近;在每级循环荷载中,试件的承载力降低较少,接近破坏时,试件的承载力下降较多;纯偏心腹杆式桁架单元的变形能力优于混合偏心腹杆式桁架单元的变形能力;混合偏心腹杆式桁架单元抗侧刚度比纯偏心腹杆式桁架单元抗侧刚度大,前者刚度退化相对后者快。     

自复位粘弹性腹杆的力学原理与滞回性能研究

为改善超高层建筑伸臂桁架抗震性能,消除传统斜腹杆屈曲后强度刚度退化明显、耗能不足和残余变形较大等问题,该文设计了一种兼具稳定刚度、耗能和复位功能的自复位粘弹性斜腹杆（SC-VEDM）代替传统型钢腹杆。通过合理的构造措施,将粘弹性材料、预应力筋和型钢组装起来,利用粘弹性材料剪切变形提供耗能能力,预应力筋始终受拉提供复位能力;建立SC-VEDM的理论力学模型,分析不同工作阶段的受力特征,推导其理论恢复力模型;利用通用有限元软件MSC.Marc建立SC-VEDM的精细有限元模型,对其滞回性能进行了模拟预测。结果表明,该文提出的构造措施可行,设计的SC-VEDM具有稳定的刚度、较好的耗能和复位能力。且SC-VEDM的数值模拟结果与理论恢复力模型结果吻合良好,腹杆第一刚度相对偏差为0.4%,受压承载力最大相对偏差约为4.64%,累积滞回耗能最大相对偏差约为10.9%,为后续SC-VEDM的试验和设计方法研究奠定了基础。     

锈蚀钢框架柱抗震性能试验研究及有限元分析

为深入研究锈蚀钢框架柱的抗震性能,通过改变加载制度和轴压比,对6榀相同锈蚀程度的钢框架柱进行了低周往复加载试验,观察其受力过程和破坏形态,分析了不同加载制度和轴压比对锈蚀钢框架柱的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力等抗震性能的影响。并采用通用软件ABAQUS对试验框架柱进行了非线性有限元分析。结果表明：有限元分析结果与试验结果吻合较好,试件均发生延性较好的破坏,其滞回曲线也较为饱满,表现出良好的耗能能力和延性;加载路径对试件的塑性发展与耗能能力有较大影响;随着轴压比的增大,试件极限承载力和耗能能力降低,强度和刚度退化加快。     

CFRP加固火灾作用后圆钢管混凝土构件的侧向撞击性能研究

建立了火灾作用后和碳纤维增强复合材料(CFRP)加固受火后圆钢管混凝土构件的侧向撞击数值模型,通过不同试验分别验证了模型的准确性.分析了加固受火后构件的撞击全过程,对比了构件的撞击力、跨中挠度和截面弯矩.对构件的抗撞击承载力和抗弯承载力,塑性变形和吸能能力,以及内力分布与发展进行了分析,并给出构件在撞击荷载作用下跨中最...     

PVC-CFRP管混凝土柱-钢筋混凝土环梁T型节点拟静力试验与弯矩-曲率恢复力模型研究

开展11根PVC-CFRP管钢筋混凝土柱-钢筋混凝土环梁T型节点低周反复加载试验,分析环梁尺寸、环筋配筋率、CFRP条带间距、梁纵筋配筋率、轴压比等因素对其破坏形态、滞回性能、骨架曲线等影响。结果表明：节点破坏经历初裂、通裂、极限和破坏四个阶段,节点的弯矩-曲率滞回曲线包括弹性段、弹塑性段和平稳段,节点滞回环饱满,显示出良好的抗震性能。基于软化混凝土本构关系模型,考虑各因素对骨架曲线特征点的影响,提出骨架曲线特征点简化计算公式。基于退化三线型恢复力模型,给出卸载刚度计算公式,提出节点滞回规则,建立预测精度较高的环梁节点弯矩-曲率恢复力模型。     

预压弹簧自恢复耗能支撑恢复力模型与滞回特性研究

为研究新型预压弹簧自恢复耗能支撑结构的自恢复性能和耗能性能,对预压弹簧自恢复耗能支撑在低周往复荷载作用下的滞回特性进行了模拟研究,分析了自恢复耗能支撑旗形滞回曲线的特点,给出了支撑恢复力的计算方法,建立了基于Bouc-Wen模型的预压弹簧自恢复耗能支撑恢复力模型,并与ANSYS数值模拟结果进行了对比,结果表明建立的恢复力模型可准确模拟支撑在动力荷载作用下的力学性能。恢复力-位移曲线整体吻合程度较高,该恢复力模型对自恢复耗能支撑结构的设计及抗震性能研究具有较好的参考价值。     

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。     

荷载历程对预应力梁的耗能及破坏特征的影响

对预应力混凝土梁在不同荷载历程下的滞回特性进行了分析研究。在预应力混凝土梁的拟静力试验中,采用了四种加载方案模拟不同的地震作用,获得了荷载历程对构件的耗能特性以及破坏特征的影响。研究表明:荷载历程中的最大位移,是影响预应力构件耗能特性的重要因素;最大位移出现的越早,对构件在随后中、小位移处的刚度影响越大,且构件的总耗能能力损失也越多。     

高延性混凝土加固无筋砖墙抗震性能试验研究与承载力分析

为研究高延性混凝土(HDC)加固无筋砖墙的抗震性能,设计制作了3片HDC面层加固砖墙、1片钢筋网水泥砂浆面层加固砖墙和1片作为对比试件的未加固砖墙,通过拟静力试验,研究了HDC面层加固砖墙的破坏形态、滞回性能及耗能能力。试验结果表明：HDC面层可对墙体形成约束作用,延缓墙体开裂并改变墙体的破坏模式,提高墙体的承载力和延性;与钢筋网水泥砂浆面层加固相比,单面HDC加固的墙体开裂荷载与耗能能力明显提高,承载力下降缓慢。针对试件的破坏形态,考虑未开裂区加固面层对墙体水平承载力的贡献,提出了加固墙体的承载力计算方法,并根据试验结果进行了验证。