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。     

压弯剪扭实腹型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,以截面尺寸、型钢含钢率、纵筋配筋率、体积配箍率和栓钉位置为变化参数,完成了12根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱的压弯剪扭低周反复试验。观察了试件在复合受扭状态下的破坏形态,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能及延性性能。结果表明：在压弯剪扭受力状态下,所有试件均发生弯扭破坏;荷载-柱顶位移滞回曲线呈饱满的梭形,扭矩-扭转角曲线为捏拢的“S”形;增大截面尺寸和配筋率可有效提高SRC柱的抗扭和抗弯承载力;峰值荷载前,抗扭刚度的退化速率明显快于抗弯刚度的退化速率,增大型钢含钢率和配筋率可延缓SRC柱的刚度退化;SRC柱的抗弯耗能能力优于抗扭耗能能力,扭转延性大于弯曲延性;与方形截面相比,矩形截面具有更好的扭转变形能力;在工字钢翼缘上焊接栓钉可有效提高SRC柱的抗震性能;根据现行规范和试验数据,提出SRC柱构造设计的相关建议和扭转耗能退化的经验公式。     

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。     

拉-弯-剪复合作用下型钢混凝土柱抗震性能研究及损伤量化分析

为研究拉弯剪复合受力型钢混凝土柱的抗震性能,以剪跨比、轴拉比、偏心距为变化参数,设计13个型钢混凝土柱试件进行低周反复试验,观察试件的破坏过程与破坏形态,得到了试件的荷载-位移曲线以及试件的特征点参数。基于试验数据,详细分析了拉弯剪复合受力型钢混凝土柱的承载力、位移延性、能量耗散、刚度退化等抗震性能以及损伤指标。结果表明:型钢混凝土柱的主要破坏形态为弯曲破坏、拉弯破坏以及弯剪破坏;其滞回曲线饱满,位移延性系数均超过6.0;破坏时损伤指数在0.804～0.963;随剪跨比的增大,各试件延性及耗能能力不断增加,极限承载力下降明显,损伤指标最大减小11.55%;随轴拉比以及偏心距的增大,各试件极限承载力逐渐降低,延性及耗能能力逐渐减小,损伤指标不断增大。总体上看,在拉弯剪复合受力状态下型钢混凝土受拉柱具有较好的抗震性能,可将其运用在实际工程中。     

结构尺寸对RC柱剪扭复合受力抗震性能影响分析

在地震水平作用下,曲线梁桥的桥墩、不规则钢筋混凝土（RC）框架结构的边柱、角柱等受力构件,由于上部结构的重心偏心,使构件处于剪扭复合受力状态,而产生脆性破坏,脆性破坏往往会加剧钢筋混凝土构件的尺寸效应行为。为探究剪扭荷载相互作用下钢筋混凝土柱的抗震性能和尺寸效应,建立了不同扭弯比的钢筋混凝土柱剪扭复合受力三维细观数值模型,模拟分析了扭弯比对RC柱剪扭复合受力抗震性能和尺寸效应的影响。研究结果表明：在剪扭复合荷载作用下,钢筋混凝土柱破坏更具脆性,承载能力降低;扭弯比的增大导致构件变形能力,延性能力和耗能能力下降;扭矩的存在,在一定范围内增强了钢筋混凝土柱抗剪强度的尺寸效应。对比并修正了中国规范提出的剪-扭承载力相关方程,保证了预测结果的安全度。     

压弯剪扭作用下异形柱的抗扭性能研究

为研究复合受力下异形柱的抗扭性能, 进行了一根L形柱、四根T形柱和一根十字形柱在压弯剪扭复合受力下抗扭性能的试验研究, 分析了轴压比、扭剪比、截面形状对异形柱抗扭性能的影响情况. 利用有限元软件建立了复合受力下异形柱抗扭性能的数值分析模型, 建议了相应的模型分析参数. 研究结果表明:在试验参数范围内, 轴压比和扭剪比会提高T形柱的抗扭性能. 轴压比为0.314的T形柱的极限扭矩和极限扭转角比轴压比为0.114的提高了203.8%和41.7%. 扭剪比为1.34的T形柱的极限扭矩和极限扭转角比扭剪比为0.57的提高了62.9%和112.5%. 截面形状对压弯剪扭复合受力下异形柱的开裂扭矩、极限扭矩的影响规律较复杂. 建立的有限元模型能够较准确的模拟压弯剪扭作用下异形柱的开裂扭矩和极限扭矩.     

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。     

装配式钢套管混凝土组合剪力墙竖向受拉-水平滞回荷载试验研究

进行6个剪跨比为1.62的装配式钢套管混凝土(CFST)组合剪力墙试件的拟静力试验,研究钢管混凝土芯柱含量比、平面外偏心距、初始轴拉力对装配组合剪力墙抗震性能的影响,分析试件的破坏特征、滞回性能、变形和延性、承载力以及刚度退化和耗能。结果表明:装配组合试件的破坏形态整体为弯剪复合破坏,在竖向受拉-水平弯剪滞回复合作用下仍具有较高的承载力,滞回曲线饱满,变形和耗能较好,破坏时残余刚度大;剪切变形分量与总变形呈线性关系,约占总位移的21%;试件平均极限位移角1/42,平均延性系数5.0,表明组合剪力墙装配整体性较好。截面承载力参数分析表明抗剪承载力随钢管混凝土含量比增大而增大,而变形曲率随之减小;抗剪承载力随初始轴拉力和平面外偏心距增大而减小,适当的轴拉力能增大截面变形能力,但平面外偏心距对变形不利。     

高轴压比、低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验研究

双钢板-混凝土组合剪力墙可减小墙体厚度、提高承载力和延性,为研究双钢板-混凝土组合剪力墙高轴压比下的抗震性能,完成了5个剪跨比为1.0的双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验,研究了剪力墙在低周往复荷载作用下的受力性能和破坏模式等,分析了轴压比、距厚比等因素对抗震性能的影响。试验结果表明:低剪跨比试件发生弯剪破坏;墙体钢板在平均位移角1/83时发生局部屈曲,初始屈曲形态受距厚比影响显著;试件峰值荷载、位移延性系数、刚度等受轴压比、距厚比的影响较小;试件平均极限位移角达1/72、平均有效破坏位移角达1/52,具有良好的变形能力;距厚比增大,试件滞回性能稳定性降低;试件耗能随变形增大而迅速增长,抗震性能良好。建议低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙轴压比限值取0.7。     

扭弯比对SRC柱抗震性能影响的试验研究与分析

为研究扭弯比对弯曲和扭转复合作用下型钢混凝土组合（SRC）柱的受力及变形性能影响,以扭弯比为主要控制参数对7个SRC柱进行了弯矩和扭矩成比例加载的低周往复试验,研究分析了扭弯比对SRC柱的破坏特征、滞回性能、承载力以及变形等特征的影响规律,并建立了SRC柱在弯扭复合作用下的抗弯、抗扭承载能力及变形计算方法。研究结果表明:扭弯比是影响SRC柱抗震性能的主要参数,扭弯比参数决定了SRC柱的破坏类型;弯扭复合作用降低了SRC柱的抗弯、抗扭承载能力,但扭弯比对弯曲和扭转存在相反的影响;弯矩与扭矩成比例往复加载相比定扭矩弯矩往复加载,抗弯和抗扭承载力的相互影响程度减小且偏于安全。     

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。     

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。     

部分预制装配型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

为了充分发挥预制装配结构在施工性能及型钢混凝土结构在抗震性能方面的优势,提出了部分预制装配型钢混凝土柱(PPSRC柱)及预制装配型钢混凝土空心柱(HPSRC柱)。PPSRC柱由高性能混凝土预制部分与普通强度混凝土现浇部分组成;为进一步减轻柱自重,HPSRC柱保持柱横截面空心。结合2个系列10个试件的拟静力试验,对PPSRC短柱与HPSRC短柱的抗震性能进行了研究。通过对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、变形及耗能能力的研究,对柱截面形式、现浇混凝土强度、轴压力、配筋率及配箍率对PPSRC短柱和HPSRC短柱滞回性能的影响进行了分析。研究结果表明:配筋率较低的PPSRC短柱与HPSRC短柱的最终破坏形态为弯剪破坏,其余配筋率较高的试件均发生剪切破坏;所提出的预制高性能混凝土外壳、型钢及现浇混凝土能较好地协同工作,试件柱身未发现明显的纵向黏结裂缝;由于柱芯混凝土的存在,PPSRC短柱比HPSRC短柱表现出更好的耗能及变形能力;轴压力较低、配箍率较大、现浇混凝土强度较高的试件表现出更好的耗能及变形能力。基于试验结果和现行规范,提出了PPSRC短柱与HPSRC短柱的受剪承载力计算式,其计算值与试验值吻合较好。     

型钢混凝土异形柱框架空间受力性能分析

为研究型钢混凝土异形柱框架的空间受力性能,对一个五层的双向两跨空间框架模型进行了低周反复加载试验,得到了空间框架的破坏形态及滞回曲线和骨架曲线,分析了其延性、位移角、刚度、耗能等抗震性能指标。基于此,采用OpenSees建立了空间框架的有限元模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而对空间框架的破坏机制和协同工作机制进行了探讨,并分析了不同加载角下轴压比和柱肢长宽比对空间框架受力性能的影响。研究结果表明:型钢混凝土异形柱空间框架的梁端先于柱端发生破坏,节点损伤相对轻微,边框架的破坏程度比中框架严重;出铰顺序呈现为从梁端到柱端、从低层到高层、从中榀到边榀的发展规律;空间框架的滞回曲线基本对称且较为饱满,具有较好的延性及较强的耗能能力和抗倒塌能力,受力性能优于没有连接的独立框架;随着加载角的增大,空间框架的承载能力和耗能能力显著提高,初始刚度略微增大,延性先变好后变差;在相同加载角下,随着轴压比增大,空间框架的承载能力、延性和耗能能力均降低,初始刚度先增大后减小;随着柱肢长宽比增大,空间框架的承载能力、初始刚度和耗能能力均提高,延性变差。     

预应力钢带加固钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

预应力钢带加固技术是一种新型加固技术,采用预应力钢带加固技术对钢筋混凝土框架梁端、柱端和节点核心区进行约束加固,可以有效提高钢筋混凝土框架结构抗震性能。对一榀采用预应力钢带加固的1/2比例的单跨三层钢筋混凝土框架试件进行低周反复加载拟静力试验,结合试验研究结果,对预应力钢带加固钢筋混凝土框架试件的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、层间位移角、位移延性系数、耗能性能和刚度退化等抗震性能进行了深入分析。研究结果表明,试件最大层间弹塑性位移角可以达到1/28.8,预应力钢带加固钢筋混凝土结构具有良好的延性和耗能性能,是一种切实可行、效果良好的抗震加固技术。     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。     

低周反复荷载下型钢混凝土-钢筋混凝土竖向混合结构转换柱受剪性能试验研究

为了研究型钢混凝土-钢筋混凝土竖向混合结构转换柱的受剪性能,对16个转换柱试件和1个钢筋混凝土柱对比试件进行了低周反复荷载试验。分析了转换柱试件的破坏形态,研究了其位移延性、承载能力、强度衰减,以及耗能能力等方面的力学性能,并与钢筋混凝土柱试件进行了对比。试验结果表明:转换柱的破坏形态可以分为剪切破坏、粘结破坏和弯曲破坏;转换柱中钢与混凝土之间的相互作用方式导致了其特殊的破坏特征;发生粘结破坏和弯曲破坏的试件,其最大承载力之后的强度衰减较大;转换柱的耗能能力介于型钢混凝土柱与钢筋混凝土柱之间。绝大多数转换柱试件的延性性能能够满足位移延性系数大于3的抗震设防要求。     

CFRP筋-高强钢筋/高强混凝土柱的抗震性能

为了研究高强钢筋和碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)混合配筋/高强混凝土柱的抗震性能,对CFRP筋-高强钢筋混合配筋的高强混凝土柱进行了低周反复荷载试验和有限元分析,研究了CFRP筋的粘结条件、不同轴压比以及高强混凝土种类等参数对其抗震性能的影响。结果表明:所有的高强混合配筋高强混凝土柱均发生延性破坏;在相同条件下,高强混合配筋混凝土中分别添加了钢纤维活性粉末和钢纤维后,表现出更好的耗能能力和延性;有粘结CFRP筋混合配筋高强混凝土柱比无粘结CFRP筋混合配筋柱的变形能力和承载力分别提高了9.6%和17.1%,但是延性系数降低了22.5%;在延性破坏的条件下,随着轴压比的增加,CFRP筋-高强钢筋混合配筋柱的屈服强度和极限强度明显增大,极限位移和耗能能力也逐渐减小;高强钢筋和CFRP筋配筋率越高,高强混合配筋柱的极限承载力和变形能力越大。      

结构尺寸对钢筋混凝土短柱抗震性能影响:细观分析

地震作用下,钢筋混凝土短柱由于承受竖向和水平荷载共同作用而往往产生脆性压-剪破坏行为,该脆性破坏可能表现出尺寸效应行为。借助混凝土细观结构特征,考虑非均质性以及钢筋/混凝土非线性相互作用的影响,建立了钢筋混凝土短柱力学行为研究的三维细观尺度数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,研究了轴压比对不同结构尺寸尤其是大尺寸钢筋混凝土短柱抗震性能,如抗剪承载力、滞回特性、延性性能和耗能能力等参数的影响。最后,借助相关试验和模拟数据,基于经典的Bažant尺寸效应律思想提出了能够反映尺寸效应影响钢筋混凝土短柱抗剪承载力修正公式。