足尺钢桁架连梁抗震性能试验研究及非线性有限元分析

对4 个足尺的新型钢桁架连梁试件进行了低周反复荷载试验,研究了试件的破坏形态,测量分析了连梁加载点的荷载位移滞回曲线,并分析了连梁的延性、刚度退化规律和耗能能力。采用通用软件ABAQUS 对钢桁架连梁进行了单调加载及低周反复加载作用下的非线性有限元分析。有限元计算和试验结果对比分析表明:两者的荷载位移曲线及承载力特征点吻合较好,都证明钢桁架连梁具有较好的延性,能够耗散较大的地震能量。在此基础上对钢桁架连梁进行了参数分析,研究了腹杆截面、弦杆截面和跨高比对连梁受力性能的影响,以供进一步研究和工程设计参考。     

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。     

内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为提高钢板与混凝土的协同变形能力,提出采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土,设计了2个内置钢板-高延性混凝土(HDC)组合连梁与2个内置钢板-混凝土组合连梁对比试件。通过拟静力试验,研究试件的破坏过程、破坏形态、滞回特性、耗能能力及刚度退化等。结果表明:跨高比为1.5的试件均发生剪切破坏,跨高比为2.5的试件均发生剪切黏结破坏;与混凝土组合连梁相比,HDC组合连梁的延性和耐损伤能力均得到明显提高;试件发生剪切破坏时,HDC组合连梁较混凝土组合连梁的极限位移角和累积耗能分别提高了44.4%和83.5%;试件发生剪切黏结破坏时,HDC组合连梁的耗能能力仍有较大幅度提高。根据4个小跨高比组合连梁试验结果,计算得到其设计剪压比为0.48～0.57,明显高于小跨高比连梁的剪压比限值。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比组合连梁的受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

型钢混凝土异形柱-钢梁空间边节点的抗震性能及影响因素分析

为了研究型钢混凝土异形柱-钢梁空间边节点的抗震性能,以配钢形式、加载角度和轴压比为变化参数,通过1个平面节点和9个空间节点的拟静力试验,获取其滞回关系,并在此基础上探讨了该类新型空间节点的抗震行为。研究结果表明:实腹式配钢试件在骨架曲线的上升段为最陡,承载能力最大,刚度退化最轻,但T形钢桁架试件在耗能能力和延性性能上为最优;该类空间节点的抗震性能在不同加载角度下具有一些区别,45°试件的骨架曲线包围了其余加载角度下的骨架曲线,同时该角度的节点抗剪承载力为最大,耗能能力较之0°和60°的更强,但略比30°的低,而位移延性在平面节点上表现为最佳;提高轴压比可增强型钢混凝土异形柱边节点的受剪承载力和耗能能力,同时轴压比的增大对试件的初期刚度较为有利而后期刚度退化较快。     

外包钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为改善小跨高比连梁的抗震性能,采用高延性混凝土（HDC）代替混凝土,设计了2个外包钢板-HDC组合连梁、1个外包钢板-混凝土组合连梁和1个内置钢板-HDC组合连梁试件。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:采用HDC代替混凝土可提高外包钢板组合连梁的变形能力和耐损伤能力;HDC与钢腹板的协同工作性能较好,有利于钢腹板抗剪作用的发挥;外包钢板-HDC组合连梁的耗能能力明显高于外包钢板-混凝土组合连梁和内置钢板组合连梁;外包钢板-HDC组合连梁的剪压比设计值为0.65~0.70,其剪压比明显高于内置钢板组合连梁。因此,采用外包钢板-HDC组合连梁,可提高小跨高比连梁的剪压比限值,解决连梁设计中剪压比超限的问题。     

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。     

双钢板混凝土组合剪力墙试验研究及结构弹塑性时程分析

以16个不同参数的带约束拉杆的双钢板混凝土组合剪力墙滞回加载试验为基础,研究了不同高宽比、轴压比以及不同约束拉杆间距的组合剪力墙破坏模式,得到了试件的滞回曲线、承载力、骨架曲线以及位移延性等抗震性能参数,并通过数值计算其与普通钢筋混凝土剪力墙的对比,分析得出组合剪力墙具有比普通剪力墙更好的承载力和延性。同时采用ABAQUS有限元软件对双钢板混凝土组合剪力墙结构和普通混凝土剪力墙结构进行不同地震作用水平的弹塑性时程分析,对比了二者的层间位移角及构件的塑性耗能,结果表明较之普通混凝土剪力墙,组合剪力墙可以有效的减小结构的层间位移角,降低剪力墙的塑性耗能,提高连梁的耗能比例,对结构抗震更为有利。     

轴压比与剪跨比对部分包覆钢-混凝土组合剪力墙抗震性能影响研究EI北大核心CSCD

与传统钢筋混凝土剪力墙相比,部分包覆钢-混凝土组合剪力墙(partially encased composite shear wall,PEC剪力墙)具有自重小、延性好和施工方便等特点。本文通过低周反复加载试验,探究6个PEC剪力墙试件在不同轴压比和剪跨比下的抗震性能,试验结果表明:PEC剪力墙试件均表现为典型的压弯破坏,滞回曲线较为饱满,耗能性能良好。试件极限层间位移角达1/56,超过罕遇地震下规范限值要求,具有良好的变形能力。随着轴压比的增大,试件的刚度和耗能能力呈先增大后减小的趋势,延性降低明显;随着剪跨比的减小,试件的承载力和刚度有较大幅度提高,但其耗能能力降低、刚度退化速度加快。     

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。     

自复位钢框架-蝴蝶形钢板剪力墙体系两层结构抗震试验研究

为了研究蝴蝶形钢板剪力墙-自复位结构体系的抗震性能,对7个两层单跨1/2缩尺蝴蝶形钢板的自复位钢框架试件进行了低周反复荷载试验。根据试验结果着重分析了蝴蝶形钢板的高厚比、高宽比和蝴蝶杆层数以及试件的初始预应力等参数对试件的承载力、滞回性能、耗能能力和复位效果等性能的影响。试验结果表明:随着钢板的高厚比和高宽比的减小,试件的承载力和耗能能力增大,但残余变形随着高厚比减小而增加,且几乎不受高宽比的影响;蝴蝶杆层数越多,试件的承载力和残余变形越大,前期耗能越迅速,但最终耗能量相同;初始预应力越大,试件的承载力越大,耗能能力越弱,残余变形越小。     

高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙抗震性能试验研究

该文完成了2个四层1:4缩尺高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙低周反复加载试验,详细分析了该剪力墙结构的承载力、延性、耗能、破坏机制和破坏特征等,并与高阻尼混凝土带混合暗支撑双肢剪力墙进行了对比分析。利用有限元分析软件ABAQUS对试验模型进行了模拟,并分析了双肢剪力墙相对含钢率对高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙承载力的影响。结果表明:与高阻尼混凝土带混合暗支撑相比,带钢板暗支撑的高阻尼混凝土双肢剪力极限承载力和耗能能力均有一定程度的提高,剪力墙连梁剪跨比越小,高阻尼混凝土剪力墙的抗震性能越好,当墙肢及连梁含钢率分别在2.5%和3%以下时,墙肢及连梁含钢率对双肢剪力墙的极限承载力有较大影响。     

连梁骨架曲线与滞回特性研究

连梁作为剪力墙的主要耗能构件,对结构在罕遇地震作用下的抗震性能具有很大影响。该文主要着眼于连梁在往复荷载作用下的受力特点与极限变形能力,对国内外47个连梁模型试验结果进行较为深入的分析。连梁的破坏形态与其配筋形式密切相关。受到混凝土交叉裂缝以及钢筋滑移等影响,平行配筋连梁的滞回曲线捏拢严重。对于小跨高比连梁,通过配置对角斜筋或综合配筋等方式,可改善连梁的耗能性能。该文引入弯矩-变形角表征连梁内力与变形的关系,可以综合考虑弯曲变形、剪切变形、混凝土开裂以及钢筋滑移等因素的影响。连梁最大变形角与跨高比、配箍特征值和剪箍比的相关性分析结果表明,配筋形式对连梁极限变形能力的影响不大。基于连梁在往复荷载作用下试验结果得到连梁的标准骨架曲线,与我国相关设计规范对连梁的要求保持一致,便于在实际中工程应用。通过假定卸载刚度与加载刚度相同、滞回曲线包裹面积相等的方法,确定滞回曲线的捏拢控制参数,得到的连梁简化滞回曲线与试验结果符合良好。     

钢管混凝土边框内藏钢桁架组合核心筒抗震性能试验研究

提出了钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒,为了解其抗震性能,进行了1个钢管混凝土边框混凝土组合核心筒和1个钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒的低周反复荷载试验研究,2个试验模型为1/6缩尺。在试验基础上,分析比较了2个核心筒的承载力、延性、滞回特性、耗能能力、刚度衰减过程和破坏特征,分析结果表明:钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒抗震性能较好。在试验研究基础上,建立了钢管混凝土边框内藏钢桁架混凝土组合核心筒承载力简化力学计算模型与公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙力学性能研究

为研究适用于低层和多层冷弯薄壁型钢建筑的冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙(Cold-formed steel Framed Shear Wall with Slits,简称CFS-WS),该文开展了1面普通CFS-WS和3面加劲CFS-WS的拟静力试验,得到了CFS-WS的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和耗能能力等力学性能,提出了其抗剪承载力设计值。试验结果表明:CFS-WS加载时依靠竖缝间钢板"扭转-恢复-逆向扭转"和型钢框架变形来共同抵抗水平荷载和耗散能量,试件破坏时钢板撕裂,帽形柱端部屈曲;CFS-WS具有良好的承载力、塑性、延性和耗能能力,但其滞回曲线捏缩现象较为严重;加劲CFS-WS较普通CFS-WS而言,其抗剪刚度、承载能力和耗能能力更高,滞回曲线捏缩现象有所减轻。此外,通过加劲肋连接件将加劲肋和冷弯薄壁型钢梁柱连接成钢框架,可有效提高CFS-WS的前期抗剪刚度、承载力和耗能能力,大大改善结构的抗震性能。     

圆钢管玄武岩纤维再生混凝土短柱轴压力学性能

为研究圆钢管玄武岩纤维再生混凝土(BFRRC)短柱的轴压力学性能,以再生粗骨料取代率和玄武岩纤维掺量为变化参数,设计并完成了15根圆钢管BFRRC短柱试件的轴压试验。观察了试件的受力全过程及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线,分析了变化参数对圆钢管BFRRC短柱轴压性能的影响,建立了可行的组合截面应力-应变全过程曲线方程。研究表明:试件均发生鼓曲破坏,但核心混凝土在钢管约束下处于碎而不散状态;随着再生粗骨料取代率的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,耗能因子、延性系数提升幅度最高可达1.84%和10.36%,承载力逐渐降低,降低幅度最大达5.03%;随着玄武岩纤维掺量的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,增加幅度最高可达2.97%和4.93%,承载力提高幅度不大;不同的玄武岩纤维掺量下,试件实测的荷载-位移曲线饱满,且具有较长的变形流幅,延性较好。      

高延性混凝土加固高轴压比剪力墙抗震性能试验研究

为提高高轴压比下(低矮)剪力墙的抗震性能,提出采用高延性混凝土(HDC)面层对其加固。设计了3片剪跨比为1.1的混凝土剪力墙,其中1片为对比试件,其余2片分别采用HDC面层和钢筋网HDC面层进行加固。通过拟静力试验,研究剪力墙试件的破坏形态、变形能力、耗能能力及刚度退化特性。试验结果表明:采用HDC面层加固的剪力墙试件,加固层裂而不坏,与内部墙体协同工作性能良好,可对内部混凝土形成一定的约束作用,改善了剪力墙的脆性剪切破坏特征;HDC面层能有效提高剪力墙的受剪承载力、变形能力和耗能能力;在HDC面层中配置钢筋网片使加固面层斜裂缝开展延缓,可充分发挥HDC良好的拉伸性能和耐损伤性能,使加固试件在破坏阶段的刚度退化缓慢。基于软化桁架模型,考虑HDC加固层贡献,提出了加固试件的受剪承载力公式。     

一般大气环境下低剪跨比RC框架梁抗震性能试验研究

为研究一般大气环境下受酸雨侵蚀RC框架梁的抗震性能,在人工气候模拟实验室对7个剪跨比为2.5的RC框架梁试件进行人工模拟酸雨环境（PH=3.0）加速侵蚀试验,随后对其进行拟静力试验,得到不同钢筋锈蚀程度和配箍率下框架梁抗震性能的衰减规律。结果表明:酸雨侵蚀初期,酸化深度较小时,钢筋尚未锈蚀,试件的承载力、刚度、延性和耗能能力略有增加;酸雨侵蚀后期,酸化深度接近钢筋表面时,钢筋开始锈蚀,且锈蚀程度随酸化深度的增大不断加重;随钢筋锈蚀率的增大,试件的强度、刚度、延性和耗能能力均发生不同程度的退化,表现为构件的承载力和变形能力下降;锈蚀程度相近时,随着配箍率的减小,试件的承载力和刚度不断减小,延性和变形恢复力也逐渐降低,抗震能力变弱。