轴向往复荷载作用下圆钢管混凝土柱恢复力模型研究

为研究钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,设计制作了8个钢管混凝土柱试件并对其进行轴向往复加载,分析其受力机理和恢复力特性。基于试验结果,选用退化三线型模型,建立了钢管混凝土柱无量纲骨架曲线模型,并提出其轴拉与轴压方向的峰值承载力和位移的计算方法。鉴于钢管混凝土试件在轴拉与轴压方向受力机理的差异,对滞回曲线的正负向选用不同的滞回规则,建立了相应的卸载刚度函数。据此提出了钢管混凝土柱的轴向恢复力模型,并与试验滞回曲线进行对比,验证了恢复力模型的合理性,所建立的恢复力模型可为斜交网格结构体系的弹塑性分析提供依据。     

附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁-柱节点恢复力模型试验研究

为了研究附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁柱节点的恢复力模型,设计制作了4个试件,进行了快速动力加载试验,对试件的受力过程和破坏形态进行观察和记录。基于对试件在受力过程中表现出的典型特征的研究,并考虑加载动力效应,提出了试验试件的四折线骨架曲线模型及恢复力模型,并将其与试验结果进行了对比分析。研究结果表明:试件的从开始加载到最终发生破坏可分成开裂、屈服、极限、破坏4个阶段。试件从屈服阶段开始,随着加载的进行产生了明显的加载和卸载刚度退化及卸载残余变形;提出了四折线骨架曲线模型,其结果与试验结果的骨架曲线吻合度较高;并采用所提出的四折线恢复力模型计算得到了滞回曲线,将其变化趋势与试验滞回曲线的进行对比可以发现二者具有较高相似度,该模型可以较好地描述附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁柱节点的滞回性能。     

带圆弓形脱空缺陷的钢管混凝土构件在压弯扭复合受力作用下的滞回性能试验研究

为研究圆弓形脱空缺陷对钢管混凝土试件在压弯扭复合受力作用下抗震性能的影响,进行了16个钢管混凝土试件（包括8个带脱空缺陷试件、6个无脱空试件和2个空钢管对比试件）在恒定轴压力和反复弯扭耦合荷载作用下的滞回试验,主要试验参数为:脱空率、轴压比和弯扭比。基于试验结果,考察了脱空缺陷对钢管混凝土压弯扭试件破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力和应变发展等的影响,结果表明:圆弓形脱空缺陷对钢管混凝土试件滞回曲线的形状影响不大,但会导致其达到极限荷载后的强化段刚度有所降低。试件的承载力、刚度和耗能能力均随着脱空率的增大而有所降低。变化轴压比对带缺陷试件的力学性能影响并不显著,而随着弯扭比的增大,脱空缺陷对试件极限承载力、刚度和耗能能力的影响有趋于显著的趋势,表明相较于受扭作用,脱空对钢管混凝土受弯性能的影响更为显著。     

圆CFRP-钢管混凝土压弯构件滞回性能的参数分析与恢复力模型

应用有限元软件ABAQUS模拟了圆CFRP-钢管混凝土压弯构件的中截面侧向荷载-挠度滞回曲线和变形模态,模拟结果与试验结果的比较表明该模型是合理的。研究了受力全过程中钢管与混凝土之间的相互作用力,发现始终是在受压区的相互作用力较大,并且钢管屈服后该力显著增大。分析了CFRP的层数、轴压比和长细比等参数对滞回曲线的影响,发现轴压比的影响效果最显著:试件的侧向承载力和刚度都减小,并且在加载后期曲线出现了下降段。最后提出了圆CFRP-钢管混凝土压弯构件的恢复力模型,依据该模型的计算结果与有限元模拟的结果吻合良好。     

复合受扭实腹式型钢混凝土柱恢复力模型研究EI北大核心CSCD

为研究复合受扭作用下实腹式型钢混凝土柱的恢复力模型,考虑扭弯比、轴压比和剪跨比的影响,完成了9个实腹式型钢混凝土柱的拟静力加载试验,获取了扭矩-扭转角骨架曲线和滞回曲线,分析了扭弯比、轴压比和剪跨比等试验变化参数对其扭转滞回性能的影响。基于试验扭转骨架曲线和滞回曲线,提出以屈服点、峰值点和破坏点为特征点的三折线骨架曲线模型,同时对滞回规则进行简化,建立实腹式型钢混凝土柱复合受扭恢复力模型。结果表明:随着扭弯比的增大,试件破坏形态由弯曲破坏为主转为扭转破坏为主;扭弯比对实腹式型钢混凝土柱的抗扭承载力影响最大;在扭转骨架曲线特征参数计算时考虑了扭弯比、轴压比和剪跨比的影响,计算结果与实测结果吻合较好。提出的考虑卸载刚度退化影响的扭转恢复力模型,能较好地预测复合受扭作用下实腹式型钢混凝土柱的扭转滞回曲线,可为此类结构在压弯剪复合受扭作用下的弹塑性地震分析提供参考。     

酸雨环境下锈蚀RC剪力墙恢复力模型研究

出于酸雨环境下锈蚀RC剪力墙结构抗震性能评估的需要,该文提出了酸雨环境下RC剪力墙宏观恢复力模型,通过对6榀锈蚀RC剪力墙拟静力试验结果进行回归分析,得到了考虑轴压比与钢筋锈蚀率影响的锈蚀RC剪力墙骨架曲线特征点荷载与位移修正系数计算公式,以循环退化速率来表征构件强度和刚度的退化,确定了基于循环耗能的循环退化指数β_i,并进一步建立了可考虑捏缩效应、屈服强度退化、峰值强度退化、卸载刚度退化及再加载刚度退化的锈蚀RC剪力墙滞回模型。与试验结果对比发现:采用该模拟方法得到的各试件的骨架曲线、滞回曲线以及试件破坏时的累积耗能均与试验结果吻合较好,表明所建立的锈蚀RC剪力墙宏观恢复力模型能较为准确的反应酸雨环境下RC剪力墙结构的力学性能及抗震性能,可为该类结构的抗震性能评估提供理论参考。     

装配式复合箍筋约束高强混凝土柱恢复力模型研究

对6个装配式复合箍筋约束高强混凝土柱及1个现浇对比柱进行循环往复加载试验,主要研究了轴压比、配箍率对装配柱的骨架曲线及滞回特性的影响。试验结果表明：装配柱在骨架曲线及滞回特性上与现浇柱有着较为明显的特征差异;当轴压比减小或配箍率增大时,装配柱的滞回环变得丰满,初始刚度增加,承载力衰减速率减小,卸载刚度退化速率变慢。根据试验结果和现有恢复力模型理论,提出了考虑轴压比和配箍率影响的适用于装配柱的三折线恢复力模型。通过对骨架曲线特征参数的计算并与试验骨架曲线对比,两者吻合较好;在此基础上提出相应的滞回规则,计算得到的恢复力模型与装配柱滞回曲线较为一致,这表明所建议的恢复力模型可较好地反映轴压比和配箍率对其滞回特性的影响,可为该装配柱的结构弹塑性分析及工程应用提供参考。     

预应力自复位混凝土框架节点恢复力模型研究

基于角钢-高强螺栓连接的预应力自复位混凝土框架节点（简称PTED节点）具有良好的自复位能力和耗能能力。通过7个PTED节点的低周反复荷载试验,研究其恢复力特性。根据试验结果确定骨架曲线为三折线模型,定义并理论推导骨架曲线对应的关键状态点,构建节点恢复力滞回规则,进而建立节点恢复力滞回模型。计算结果表明:该文建立的节点骨架曲线、恢复力滞回模型以及计算所得的耗能能力均与试验结果较吻合,验证了建立的恢复力模型的有效性,可用于PTED节点和结构的弹塑性分析。     

钢骨超高强混凝土框架节点恢复力模型

为了研究钢骨超高强混凝土框架节点的恢复力特性,设计制作了12个试件,进行了低周反复加载试验。观察、记录了试件的受力过程和破坏形态,基于受力过程中试件表现出的典型特征,提出了三折线骨架曲线模型和恢复力模型,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明,试件从受力至破坏的过程可归纳为开裂、通裂、失效3个阶段;在通裂和失效阶段,试件加载、卸载刚度退化明显,出现明显的卸载残余变形;所建议的三折线骨架曲线模型与骨架曲线试验结果吻合较好,直接反映出了试件的受力破坏过程。由建议的三折线恢复力模型计算得到的滞回曲线与试验得到的滞回曲线变化趋势大致相同,吻合程度较高,很好地描述出了钢骨超高强混凝土框架节点的滞回性能。所建议的恢复力模型可供钢骨超高强混凝土框架结构非线性地震反应分析应用。     

核心约束空腹式型钢混凝土柱恢复力模型研究

为了研究核心约束空腹式型钢混凝土(LSRCC)柱的恢复力模型,通过8个LSRCC柱试件的低周反复加载试验,获取了骨架曲线和滞回曲线,分析了其滞回特性;基于骨架曲线和滞回曲线特征,在弹塑性刚度、软化刚度和卸载刚度等模型特征参数的计算中,量化了型钢与螺旋箍筋的约束效应,建立了考虑型钢与螺旋箍筋复合约束作用的骨架曲线模型和恢复力模型。结果表明:核心约束空腹式型钢混凝土柱的滞回特性主要受轴压比、截面类型、螺旋箍筋配箍率和型钢间接配钢率的影响;所建议的三折线型骨架曲线模型与实测骨架曲线吻合较好,所建议的定点指向型恢复力模型与滞回曲线也较好的吻合,并且能反映不同轴压比和复合约束效应对滞回特性的影响,可为该结构的弹塑性地震反应分析提供参考。     

型钢混凝土异形柱基于损伤的恢复力模型研究

根据16个实腹式配钢的型钢混凝土异形柱试件在低周反复荷载作用下的试验结果,进行了构件的滞回性能分析及基于损伤的恢复力模型研究。提出了一种弹性段-强化段为双折线、下降段为指数函数曲线的复合骨架曲线模型,采用理论推导与回归拟合相结合的方法给出了构件对应不同截面形式、轴压比及配钢率的骨架曲线特征值计算方法;考虑二阶矩效应、轴压附加抗侧刚度、强度衰减、包辛格效应及加载历程对构件性能退化的影响,并通过引入基于试验结果拟合的损伤模型,定量描述了构件滞回环卸载刚度退化规律,建立了恢复力模型。研究表明:试件的抗震性能良好,滞回曲线基本呈梭形,采用实腹式配钢的异形柱在各级荷载循环下的滞回环大致汇交于2点;所提出的基于损伤的恢复力模型是经过理论推导并考虑了多种因素的影响,计算结果与试验结果拟合度较好,可为该类型结构进行高效非线性地震反应分析提供依据。     

钢筋混凝土矩形空心桥墩抗震性能

针对钢筋混凝土(RC)矩形空心桥墩基于性能抗震设计所需要的性能量化参数和抗震性能问题,该文对高宽比、轴压比、纵向和横向配筋率不同的12个约束良好的RC矩形空心桥墩,开展了恒定轴力作用下的水平循环荷载试验研究,并把试验观测到的桥墩主要损伤状态与工程设计参数联系起来,以满足基于性能抗震设计所需要的量化指标。在此基础上,基于OpenSees软件平台,采用纤维模型对试件体桥墩的滞回性能进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合良好。结果表明:使用累积概率曲线,可以较好地把混凝土开裂和剥落等主要损伤状态与混凝土压应变和纵向钢筋拉应变等工程极限状态联系起来,为基于性能的桥梁抗震设计提供量化指标。试件体桥墩的延性系数在3.71~8.29,等效粘滞阻尼比在0.19~0.31,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。该横向配筋构型的RC矩形空心桥墩,可以作为当前我国公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B02-01-2008)矩形空心截面横向配筋构型的一种补充。     

考虑受压屈曲的圆钢管杆单元等效弹塑性滞回模型

强震作用下网格结构杆件的破坏形式为受拉屈服和受压屈曲,而常用的理想弹塑性模型却不能考虑杆件受压屈曲的情况。使用LS-DYNA软件对不同长细比圆钢管杆单元的受压极限承载力、屈曲前后平衡路径以及卸载路径进行计算,并分析拉压往复作用下的滞回规律。通过统计这些杆单元的轴力、伸长量与长细比之间的关系,提出了一个能同时考虑受拉屈服和受压屈曲的圆钢管杆单元的等效弹塑性滞回模型。进一步将该等效弹塑性模型应用于一球面网壳结构的罕遇地震作用时程计算,发现杆件的破坏形式和结构薄弱区域与理想弹塑性模型的结果有明显区别,也反映了本文提出的等效弹塑性滞回模型的有效性。     

配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架力学性能非线性分析

基于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结果,分别采用三维实体单元和纤维梁柱单元建立了试验框架数值模型,并开展力学性能和滞回全过程分析。考察了试验框架的破坏形态和内置钢骨架、钢筋骨架及预应力筋的应力状态。对组合框架开展滞回性能参数分析,考察了柱长细比、轴压比、梁柱内型钢截面抵抗矩和配筋率、柱内钢管的含钢率、钢管约束系数和径厚比、混凝土强度和预应力度的影响,并在大量参数分析的基础上建立了单层单跨组合框架的恢复力模型。结果表明:基于三维实体单元的数值模型可较为直观的反应试件的破坏形态;计算所得组合框架滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力,当轴压比超过0.6以后,组合框架的位移延性才有所变小,变形能力变差;建立的滞回模型可对组合框架在水平荷载下的滞回性能进行可靠的预测。     

基于变轴力和定轴力试验对比的钢筋混凝土柱恢复力滞回特性研究

在讨论了框架柱在地震作用下轴力变化规律的基础上,通过由变轴力柱和定轴力柱的低周交变加载试验获得的恢复力滞回曲线对比,给出了用各个“轴力变化半周”的“等效滞回轴力”修正恢复力骨架曲线,和用“等效累积滞回轴力”随时间步长调整累积强度退化系数从而修正恢复力滞回曲线的再加载刚度的建议。该建议能更有效、更方便地反映轴力变化的整个历程对变轴力柱恢复特征的影响,有利于提高钢筋混凝土杆系结构非弹性地震反应分析的有效性。     

高轴压比配筋PVA纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土柱在高轴压比下的抗震性能,采用聚乙烯醇（PVA）纤维增强混凝土代替普通混凝土是可选择的措施之一。设计6个剪跨比为4的钢筋混凝土柱试件,其中4个试件采用PVA纤维增强混凝土,另外2个对比试件采用普通混凝土,进行拟静力试验以研究高轴压比下的抗震性能。通过改变轴压比和纤维掺量,在水平循环往复荷载作用下,观测试件裂缝开展及破坏过程,研究滞回性能、骨架曲线、延性性能及耗能能力。试验结果表明:高轴压比下,PVA纤维增强钢筋混凝土柱破坏时,裂缝开展缓慢,纤维的桥接作用有效地抑制了裂缝的开展;纤维增强混凝土柱主要表现为延性破坏模式,极限位移角约为普通混凝土柱的1.47倍~1.53倍,表明其具有良好的塑性变形能力和损伤容限;PVA纤维增强钢筋混凝土柱的耗能比约为普通混凝土柱的1.82倍~1.95倍,表明其耗能能力显著提高,抗震性能优越。     

钢-混凝土组合节点连接PC柱抗震性能影响参数分析

为了研究钢-混凝土组合节点连接PC柱的抗震性能，对1个整浇柱试件和2个PC柱试件进行低周往复加载试验，对比分析PC柱与整浇柱的抗震性能差异，研究轴压比对PC柱抗震性能的影响。利用ABAQUS建立有限元模型，模拟PC柱在水平往复荷载作用下的滞回性能，数值计算结果与试验结果吻合较好。扩充分析参数范围，采用该有限元模型进一步分析各参数对PC柱抗震性能的影响。研究表明:PC柱试件具有与整浇柱试件相当的滞回性能；轴压比和剪跨比是影响PC柱抗震性能的重要因素，轴压比增大或剪跨比降低时，PC柱的水平刚度和水平承载力提高，但变形和耗能能力降低；提高配箍率或纵筋率均可改善PC柱的抗震性能，改变拼接段各节点参数对PC柱抗震性能的影响较小。     

钢筋套筒挤压连接的预制RC柱抗震性能试验研究

为研究纵筋套筒挤压连接的预制柱抗震性能,完成了7个配箍特征值0.15~0.187、轴压比0.65~0.80、截面尺寸500 mm×500 mm的钢筋混凝土预制柱试件及1个用于对比的现浇柱试件的拟静力试验。结果表明,套筒挤压连接能够有效传递钢筋的拉、压力,预制柱试件与现浇柱试件的破坏过程、破坏形态基本相同,预制柱试件的水平力-位移滞回曲线饱满,偏心受压承载力试验值为计算值的1.26倍~1.42倍,极限位移角为1/42~1/26,抗震性能满足规范要求。套筒挤压连接可用于抗震设计的钢筋混凝土柱的纵向钢筋连接。     

预应力钢绞线网加固钢筋混凝土柱恢复力模型研究

基于16根采用新型预应力钢绞线网张拉锚固技术加固的钢筋混凝土柱和2根对比柱在反复荷载作用下的试验结果, 进行了恢复力模型研究。结合之前相关试验研究, 确定出材料的本构关系, 建立了预应力高强钢绞线网约束加固钢筋混凝土的应力-应变关系方程;考虑构件轴力的二次矩效应, 提出了在反复荷载下预应力加固钢筋混凝土柱骨架曲线的计算方法, 建立了相应理论模型;结合Clough滞回规则, 建立了相应的恢复力模型。研究表明:对试验的材料本构关系适当简化, 通过合理的假定, 由基本的内外力平衡方程和简单的滞回规则, 可得到构件从加载到破坏全过程与试验吻合良好的骨架曲线和滞回曲线, 由此建立的恢复力模型简单、适用, 可为预应力高强钢绞线网加固钢筋混凝土柱设计和施工提供参考。