塑性铰区采用FRC柱试验研究及正截面承载力分析

采用简化的纤维增强混凝土应力应变关系,根据截面变形的平截面假定和截面力的平衡方程,推导出塑性铰区采用纤维增强混凝土柱在不同极限状态时的曲率。根据各极限状态点曲率,求得截面上各分布力,对截面形心轴取距,到塑性铰区采用FRC柱的开裂、屈服、峰值和极限点的弯矩表达式。与试验结果对比表明,计算值与试验值吻合较好。     

地震荷载作用下FRP用量对加固RC圆柱变形能力影响研究

纤维增强复合材料(FRP)加固钢筋混凝土(RC)圆柱可以有效提高其抗震性能。本文研究地震荷载作用下FRP用量对加固圆柱变形能力的影响。运用数值计算方法对加固柱截面曲率进行计算,发现FRP用量对屈服曲率影响很小,但对极限曲率有显著的影响。试验结果显示,加固柱顶点侧向位移角并不随FRP加固用量的增加一直增加,当FRP用量达到一定值后进一步增加会降低侧向位移角。理论分析表明,这是由于加固柱塑性铰长度也受FRP用量的影响,随着FRP用量的增加塑性铰长度变小。最后讨论了具有良好加固效果的FRP用量上限范围。     

基于推覆分析的型钢混凝土构件塑性铰特性研究

推覆分析中的基本问题之一是如何描述各种构件的极限承载力或变形能力,针对型钢混凝土构件塑性铰本构关系的有效表述问题进行研究。在型钢混凝土梁截面弯矩-曲率关系的基础上,对构件弹塑性状态下截面曲率与转角关系进行推导,提出反映截面弯矩与转角关系的型钢混凝土梁铰特性值计算方法,并介绍型钢混凝土柱铰中弯矩-轴力关系的常用确定方法。根据型钢混凝土梁柱框支剪力墙结构模型试验结果,对提出的实用方法进行可行性验证。推覆分析与试验结果对比表明所提出的型钢混凝土构件塑性铰特性值的确定方法合理可行。     

钢筋混凝土柱极限位移的计算方法及试验研究

为了研究高轴压比下钢筋混凝土柱的变形,对4个钢筋混凝土柱分别进行低周反复和单调加载试验。通过对塑性铰区域局部变形的测量,研究了塑性铰区域的弯曲变形、剪切变形和粘结滑移变形所产生的侧移在柱中总侧移中所占的比例,结果表明:即使对于剪跨比较大的试件,其剪切变形和粘结滑移变形仍不能简单地被忽略。根据试验结果,提出了等效屈服曲率和极限曲率的计算方法,推导出了考虑弯曲变形、剪切变形和粘结滑移变形影响的极限位移计算公式,计算结果与试验结果符合较好。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为了提高钢筋混凝土柱的抗震性能,考虑在其潜在的塑性铰区采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土。设计6个剪跨比为3、柱内箍筋配置较少的钢筋混凝土柱试件,其中5个试件的潜在塑性铰区采用了FRC,另外1个试件的潜在塑性铰区未采用FRC,并对其进行拟静力试验。通过改变FRC区高度和强度以及柱轴压比,观测试件在低周反复水平荷载作用下的裂缝开展和破坏过程,研究其滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,塑性铰区采用FRC且柱内箍筋配置较少的柱,其破坏形态为纵向受力钢筋屈服后的剪切破坏,具有较好的变形能力和损伤容限;在材料强度、柱轴压比不变时,FRC区高度增加1倍,位移延性系数、极限位移角分别提高45%和21%,耗能能力提高81%;局部使用FRC可以减少约束箍筋和抗剪箍筋用量。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为了提高钢筋混凝土柱的抗震性能,考虑在其潜在的塑性铰区采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土。设计6个剪跨比为3、柱内箍筋配置较少的钢筋混凝土柱试件,其中5个试件的潜在塑性铰区采用了FRC,另外1个试件的潜在塑性铰区未采用FRC,并对其进行拟静力试验。通过改变FRC区高度和强度以及柱轴压比,观测试件在低周反复水平荷载作用下的裂缝开展和破坏过程,研究其滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,塑性铰区采用FRC且柱内箍筋配置较少的柱,其破坏形态为纵向受力钢筋屈服后的剪切破坏,具有较好的变形能力和损伤容限;在材料强度、柱轴压比不变时,FRC区高度增加1倍,位移延性系数、极限位移角分别提高45%和21%,耗能能力提高81%;局部使用FRC可以减少约束箍筋和抗剪箍筋用量。     

人工气候环境下锈蚀RC框架柱抗震性能试验研究

通过人工气候环境模拟技术模拟近海大气环境,对6根剪跨比为5的RC框架柱试件进行了加速腐蚀,并对腐蚀后试件进行拟静力加载试验,研究不同钢筋锈蚀程度和轴压比对锈蚀RC框架柱承载能力、变形能力和耗能能力等抗震性能指标的影响。结果表明:锈蚀程度较严重的试件,加载过程中柱底部水平裂缝数量较少,裂缝之间的间距较大,裂缝宽度较宽;随锈蚀程度的增加,试件的承载力、变形能力和耗能能力均有不同程度的退化,由塑性铰区弯曲变形引起的柱顶水平位移占柱顶总水平位移的比例逐渐减小;当锈蚀程度相同时,随轴压比的增大,试件破坏形态由大偏心受压破坏转变为小偏心受压破坏,试件承载力先增大后减小,而变形能力和耗能能力逐渐减小,由塑性铰区弯曲变形引起的柱顶水平位移占柱顶总水平位移的比例呈下降趋势。     

纤维增强混凝土对剪压柱塑性铰形成影响的比较试验

针对汶川地震中钢筋混凝土结构出现大量脆性破坏,以改善抗震结构延性为研究目标,对7根具有相同截面和配筋、不同纤维品种和掺量的纤维增强混凝土结构柱进行了低周反复加栽试验,得到了框架柱的剪切荷栽一位移曲线、骨架曲线以及各阶段的荷栽位移值.并据此分析了不同的纤维品种和掺量对混凝土柱延性的影响.试验结果表明,纤维增强混凝土显著改善了剪压柱的延性,延缓了塑性铰的产生.试验数据比较说明,在承受剪压的框架结构柱非线性变形过程中,钢纤维混凝土具有最强的耗能能力,碳纤维混凝土对剪压柱的水平延性提高幅度较大,合成纤维能有效延缓塑性铰的出现,但是对柱端最大承载力提高幅度较小.     

钢桁架约束混凝土组合柱约束机理及截面曲率分析

钢桁架(ST)约束混凝土组合柱具有良好的力学性能及抗震性能,且其截面形式能够有效提高内部钢材的利用率。基于已进行的轴向力学性能试验,对ST约束混凝土的约束机理进行详细分析,建立有效约束力计算模型、承载力计算模型以及本构模型。进行ST约束混凝土组合柱低周反复荷载试验研究,在试验研究的基础上,建立组合柱的截面弯矩-曲率分析模型。基于所提出截面分析模型,分析轴压比、混凝土强度等级、角钢含钢率、缀板宽度与角钢间距之比、缀板净距与角钢间距之比、角钢间距与缀板厚度之比对柱截面屈服曲率和极限曲率的影响。建立组合柱截面屈服曲率和极限曲率的计算公式,进一步推导截面曲率延性系数和位移延性系数的计算公式,并与试验结果进行对比,验证公式的准确性与适用性。所提出公式基于大量计算数值,所考虑的因素较为全面,可为后续组合柱的变形能力计算以及基于位移的抗震设计提供一定依据。     

单调水平荷载作用下钢筋混凝土柱受弯性能尺寸效应试验研究

为了研究钢筋混凝土柱的受弯性能尺寸效应,对6个钢筋混凝土柱试件进行不同轴压比下的单调水平加载试验。试件的轴压比和截面尺寸不同,剪跨比和配筋率保持一致。分析名义极限弯矩、延性、中和轴高度和塑性铰长度等受弯性能随截面尺寸的变化规律。结果表明：名义极限弯矩、峰值荷载时混凝土压应变、延性、中和轴高度和塑性铰长度都表现出明显的尺寸效应,随截面尺寸的增大而减小;轴压比越高,名义极限弯矩和峰值荷载时混凝土压应变尺寸效应越明显;轴压比较低时,位移延性系数的尺寸效应更明显。在试验基础上,提出考虑截面尺寸影响系数的钢筋混凝土柱受弯承载力计算式,使大小尺寸试件计算结果的安全储备系数趋于一致。     

钢-连续纤维复合筋增强混凝土柱抗震性能试验研究

具有稳定二次刚度和良好震后可修复性的钢-连续纤维复合筋(SFCB)增强混凝土柱的抗震性能与普通RC柱有较大差别,本文对在水平往复荷载作用下,轴压比为0.12的4个SFCB增强混凝土柱及1个RC对比柱的抗震性能进行试验研究。SFCB增强混凝土柱主要变化参数为SFCB中的纤维种类(玄武岩纤维和碳纤维)和钢/纤维比例。研究结果表明:①SFCB增强混凝土柱相对普通RC柱具有稳定的二次刚度,在复合筋内芯钢筋屈服后,SFCB增强混凝土柱承载力仍可稳定提高;②SFCB增强混凝土柱由于复合筋的二次刚度,实现了在与普通RC柱相同柱顶变形能力的前提下,具有较小柱脚曲率需求的特点,从而实现较小的卸载残余位移,较高的震后可修复性能;③SFCB增强混凝土柱的性能特点与复合筋中外侧纤维有直接关系,钢-玄武岩纤维复合筋增强混凝土柱相对于钢-碳纤维复合筋柱具有更好的延性(二次刚度有效长度)和相同柱顶侧向位移水平下卸载时更小的残余位移。     

钢筋混凝土梁和柱性能界限状态及其变形限值

根据以受弯为主的钢筋混凝土梁、柱的地震破坏过程提出了各性能水平和性能界限状态的划分标准,并建立了对应于各性能界限状态的变形计算方法。通过对梁、柱截面的弯矩-曲率分析,分别建立了梁、柱截面受压区高度的计算方法。利用对美国太平洋地震工程研究中心建立的钢筋混凝土柱试验数据库的统计分析和钢筋混凝土受弯构件的塑性铰理论,提出了柱在各性能界限状态时截面压区边缘混凝土的应变限值计算方法。通过混凝土受压应变和钢筋受拉应变的限值得到钢筋混凝土梁、柱的变形限值。研究结果可为钢筋混凝土结构基于位移的抗震设计和抗震性能评价提供依据。     

钢筋混凝土T形柱曲率延性系数研究

在钢筋混凝土结构的延性设计和基于位移的抗震设计中,需要对构件截面的变形能力进行设计,如用曲率延性系数表示截面的变形需求,需要首先确定构件的屈服曲率和极限曲率。分别对T形截面柱的屈服曲率、极限曲率和曲率延性系数进行了推导和简化,给出了曲率延性系数的实用计算公式。研究结果表明,曲率延性系数的计算值与试验值比较吻合。     

超高强混凝土型钢组合柱抗火性能试验研究

为研究型钢保护层厚度、柱截面尺寸、荷载比、长细比和箍筋间距对超高强混凝土型钢组合柱高温承载力的影响,开展了14根纤维增强120MPa混凝土型钢组合柱在ISO 834标准升温曲线下的承载力试验。组合柱高温破坏现象和竖向位移历程表明：体积掺量0.15%的聚丙烯纤维能够有效防止超高强混凝土的高温爆裂;随着长细比的增加,组合柱从截面强度破坏转变为屈曲破坏。总体上,竖向位移历程曲线可分为受火初期膨胀阶段、后继的压缩变形稳定增长阶段和破坏前的压缩变形急剧增长阶段。纤维增强120MPa混凝土型钢组合柱的耐火极限随着长细比和荷载比的增加而降低;随着截面尺寸和型钢保护层的增加而增长;双肢箍间距在80~150mm范围变化,对耐火极限的影响较小。对比耐火极限的试验值和EN 1994-1-2及规程DBJ/T 15-81—2011简化计算方法的建议值发现,EN 1994-1-2的计算值低于试验值30%~186%,规程DBJ/T 15-81—2011的计算值与试验值偏差为-49%~16%。因此,现行规范不适用于预测120MPa混凝土型钢组合柱的耐火极限。     

基于塑性铰转角需求的剪力墙边缘构件设计方法

剪力墙边缘约束构件设计方法是剪力墙结构设计中未很好解决的问题之一.首先建立了悬臂剪力墙在弹塑性极限状态的侧移模式,以塑性铰转角需求定义不同抗震等级剪力墙的变形能力设计目标,建立了剪力墙塑性铰转角与底部截面曲率、轴压比与相对受压区高度的关系,通过平截面假定计算剪力墙边缘构件约束区长度及配箍特征值需求.通过20个剪力墙试件理论与试验极限位移角的对比分析说明了所介绍方法的可靠性,最后给出了不同抗震等级、不同轴压比剪力墙边缘构件约束区长度及配箍特征值的建议值.     

钢筋混凝土梁对应于各地震损伤状态的变形计算

对以受弯为主的钢筋混凝土梁对应于5个主要损伤状态(屈服、混凝土保护层压碎、剥落、纵向受力钢筋屈曲、极限状态)的变形进行了研究.首先通过对梁截面的弯矩-曲率关系分析建立了各损伤状态下梁截面受压区高度的计算方法.接着,利用在另文中得到的钢筋混凝土柱在各损伤状态下的截面压区边缘的混凝土应变大小,采用平截面假定和钢筋混凝土受弯构件的塑性铰理论建立了钢筋混凝土梁对应于各损伤状态的变形计算公式.文中提出的方法可为钢筋混凝土梁基于位移的抗震设计和抗震性能评价提供依据.     

单调荷载作用下高强混凝土梁受弯性能尺寸效应研究

进行了不同截面尺寸高强混凝土梁的弯曲试验,研究了梁高对其受弯性能的影响。试件采用C70高强混凝土,纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋。试件截面尺寸不同,截面长宽比、剪跨比和配筋率等参数保持一致。分析了不同截面尺寸对高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩、名义极限弯矩、延性以及塑性转动能力的影响。研究结果表明,高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩和名义极限弯矩无明显尺寸效应,而试件的位移延性系数和塑性铰区的塑性转动能力则表现出明显的尺寸效应,随截面尺寸的增大梁的位移延性系数和塑性铰区塑性转动能力有所降低。     

钢筋混凝土框架柱在轴压比超限时抗震性能的研究

首先讨论了钢筋、混凝土、配箍特征值和轴压比的平均值、标准值及设计值之间的关系,又推导出框架柱轴压比限值与截面界限相对受压区高度之间的计算公式。然后根据26个轴压比超限的框架柱在固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果,主要分析了轴压比、配箍特征值、截面尺寸形状、混凝土强度等级、箍筋形式及剪跨比等因素对轴压比超限框架柱的骨架曲线、滞回曲线、位移延性及极限位移角的影响及作用。根据试验结果提出了钢筋混凝土框架柱轴压比超限值。最后根据近31根轴压比超限的钢筋混凝土框架柱试验结果,回归出试验柱延性系数和极限位移角与配箍特征值和轴压比之间的计算公式,根据回归公式确定出轴压比超限的抗震框架柱箍筋加密区最小配箍特征值的建议值,建议值与新规范值吻合的较好。     

纤维增强混凝土耗能墙-钢筋混凝土框架结构抗震性能数值研究

在高性能纤维增强混凝土(HPFRC)耗能墙-钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能试验研究的基础上,考虑了RC框架混凝土强度等级、框架柱配筋率、框架柱截面尺寸三个因素,进行了有限元模拟分析。结果表明:建立的HPFRC耗能墙-RC框架结构有限元模型较为准确,有限元计算结果与试验结果吻合较好;随着RC框架混凝土强度等级的提升,试件各个荷载特征点的水平承载力均有所提高,但变形能力变化不大;随着框架柱配筋率和框架柱截面尺寸的增大,试件各个荷载特征点的水平承载力均明显提高,极限位移也有所增加;为了保证此类结构的抗震性能,针对RC框架混凝土强度等级、框架柱配筋率和框架柱截面尺寸,提出了可供设计参考的相关建议值。     

往复荷载下带约束拉杆方形钢管混凝土短柱应变特性

通过带约束拉杆方形截面钢管混凝土短柱在往复荷载下的试验,实测构件在往复荷载作用下塑性铰区约束拉杆和钢管壁表面的应变情况,分析了约束拉杆和钢管壁表面应变的发展规律。结果表明,塑性铰区约束拉杆和钢管壁的应变值随着位移角和循环次数的增加不断增大,加载方向约束拉杆的应变发展快于非加载方向,轴压比增加或约束拉杆间距增大,都使约束拉杆和钢管壁表面的应变值明显增加,表明约束拉杆的作用效应增强。钢管壁表面的纵向应变满足平截面假定。试件角部由于受到相邻钢板的约束作用钢管壁表面的应变发展较慢,约束拉杆限制了钢管壁的局部屈曲,并使约束拉杆设置处钢管壁表面的应变发展缓慢。带约束拉杆方形钢管混凝土短柱塑性铰的长度为其截面宽度的0. 43～1. 20倍。