Z形柱框架结构顶层中节点的抗震性能试验研究

通过低周反复荷载作用下的2个Z形柱框架顶层中节点的试验研究,分析了节点核心区的破坏特征、承载能力和延性、滞回特性等性能指标。最后,将按照异形柱设计规范[1]中节点抗剪承载力公式的计算值与实验值进行比较,验证了利用现有L形柱设计公式计算Z形截面柱顶层节点抗剪承载力计算的可行性。     

高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点抗震性能试验研究

为了研究高强箍筋约束高强混凝土Z形截面柱框架节点在地震作用下的抗震性能,对缩尺比为1∶2的5榀配置高强箍筋和1榀配置普通强度箍筋的高强混凝土Z形截面柱框架节点试件进行拟静力试验。研究了高强箍筋约束高强混凝土节点的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化、受剪承载力以及高强箍筋应力发挥水平等。分析了剪压比、轴压比、箍筋的体积配箍率等参数对Z形截面柱框架节点破坏形态、滞回性能和受剪承载力的影响。结果表明：Z形截面柱节点的破坏形态受设计参数的影响,有弯曲破坏和弯剪破坏两类;与普通强度箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点相比,高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点在显著提高节点最大剪压比控制值的同时具有优越的抗震性能。给出了高强箍筋应力的取值,采用JGJ 149—2017《混凝土异形柱结构技术规程》公式计算高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点的受剪承载力是可行的,将其计算结果与试验结果进行了比较,两者吻合较好。     

不同肢高厚比钢筋混凝土Z形截面柱梁柱节点抗震性能研究

基于钢筋混凝土Z形截面柱梁柱节点的试验结果,运用有限元软件ANSYS对Z形截面柱梁柱节点进行非线性有限元分析,并与试验结果进行对比分析。同时,通过ANSYS对低周反复水平荷载作用下Z形截面柱梁柱节点的受力性能进行数值模拟分析,研究其在不同肢高厚比下的抗剪承载力和延性等受力性能,并验证了不同肢高厚比条件下模拟的抗剪承载力按规范提供的异形柱节点抗剪承载力设计计算建议公式设计是偏于安全的,剪压比最小限制可由0.19适当放宽到0.2。     

纤维增强钢筋混凝土T形柱框架边节点抗震性能试验研究

T形柱框架边节点的核心区截面薄弱,是异形柱结构的抗震薄弱部位。为改善节点抗震性能,提出一种T形柱框架边节点区及相邻梁端一定范围内采用聚丙烯纤维混凝土替代普通混凝土的增强方法。通过梁端反复荷载作用下4个纤维增强范围不同的T形柱框架边节点试件的试验结果,对比试件滞回特性、承载能力和变形能力、延性和耗能能力、刚度退化、残余变形等抗震性能指标,确定最佳的纤维增强范围,提出纤维增强T形柱框架边节点受剪承载力的设计计算方法。对比分析结果表明,纤维增强T形柱框架边节点破坏程度减轻,承载能力和变形能力、耗能能力增强,刚度退化和残余变形减小,纤维最佳掺入范围是节点核心区至邻近1倍梁高范围。考虑纤维增强作用,提出T形柱框架边节点受剪承载力的计算模型并与节点受剪承载力试验值进行对比验证,结果表明模型计算式形式简单,用于结构设计具有足够的安全性。     

圆钢管混凝土柱框架节点抗剪承载力计算方法

圆钢管混凝土(CFCT)柱承载力高、延性好,可与不同类型的混凝土梁、钢梁或钢-混凝土组合梁可靠连接,形成满足不同功能需求的CFCT柱框架结构。CFCT柱框架节点抗剪承载力主要由节点核心区混凝土、钢管和加劲构造等抗剪元件承担,并受柱轴压力影响。总结提出了CFCT柱框架节点的抗剪机理以及各抗剪元件的抗剪贡献计算方法。基于课题组前期完成的CFCT柱框架节点抗剪试验结果,确定了柱轴压力对节点承载力的定量影响,并提出了CFCT柱框架节点抗剪承载力计算方法。该方法计算结果与国内外相关试验结果吻合良好。     

钢筋混凝土Z形截面柱框架节点抗震性能试验研究

为了研究钢筋混凝土Z形截面柱框架节点的抗震性能,进行了8榀缩尺比为1∶2的Z形柱中间层节点的低周反复加载试验,得到了节点试件的破坏模式、滞回曲线和骨架曲线,以及受剪承载力和延性系数等用以评价节点抗震性能的主要参数。将试验得到的承载力与规程公式计算结果进行比较,结果表明Z形截面柱节点的承载力可按两个L形截面柱节点的承载力公式计算,计算结果和试验结果吻合较好。分析了轴压比、节点的配箍特征值、剪压比和Z形柱肢高肢厚比等试验参数对节点的抗震性能的影响,分析表明剪压比是Z形截面柱节点延性的最主要影响因素,剪压比小的节点试件具有良好的位移延性和滞回特性,而肢高肢厚比对节点的延性影响不大。     

型钢混凝土十形截面柱-梁平面与空间节点滞回性能试验研究

为了研究型钢混凝土十形截面柱-梁框架节点在平面受力与空间受力状态下受低周循环荷载作用的滞回性能,以柱截面配钢形式和水平加载角度为变化参数,进行了4个平面和3个空间十形截面柱-梁节点的低周反复加载试验。比较研究了两类节点在破坏形态、滞回曲线、承载能力、耗能能力及变形延性等抗震性能指标上的差异。研究结果表明:型钢混凝土十形截面柱平面节点主要发生核心区混凝土的剪切斜压破坏,垂直于加载方向左右两侧的柱肢对斜裂缝的发展有一定的抑制作用,而空间节点则发生核心区混凝土剪切斜压伴随黏结裂缝的破坏模式;与平面节点相比,空间节点的滞回环饱满,延性和耗能能力更大,但其承载力有所下降。基于试验与理论分析结果建立型钢混凝土十形截面柱-梁平面与空间节点的受剪承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

型钢混凝土十形柱空间节点受剪机理及抗剪强度研究

为了研究型钢混凝土(SRC)十形柱空间节点在斜向荷载作用下的受剪机理、抗裂承载力及抗剪承载力,开发一套加载装置,采用柱端斜向加载方式对5个型钢混凝土十形柱空间节点进行低周反复荷载试验。观察节点核心区剪切面破坏形态,分析节点区两个主轴方向的箍筋、水平腹杆、钢腹板的应变分布规律及空间节点受剪机理和抗剪影响因素。结果表明:节点受剪面破坏为典型的剪切斜压黏结破坏;两主轴方向的箍筋、水平腹杆及钢腹板应变分布规律基本相同;空间节点受剪机理与型钢混凝土异形柱框架平面节点有着共性,但斜向荷载作用下,空间节点抗剪能力变弱,受力更为复杂。斜向加载角度对抗裂承载力影响不明显,而对抗剪承载力的影响应予以考虑,抗剪承载力与斜向荷载角度相关曲线近似于菱形。最后,基于各种配钢形式的SRC十形柱空间节点单向受剪下(沿工程轴)抗剪承载力计算方法的研究,提出在斜向荷载作用下节点抗裂承载力及抗剪承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

型钢混凝土T形柱-钢梁空间边节点开裂剪力计算方法

为建立型钢混凝土T形柱框架边节点开裂剪力计算模型,对按"弱节点"设计的10个型钢混凝土T形柱-钢梁空间边节点进行低周反复荷载试验,获取了节点核心区的开裂模式及剪切裂缝的开裂部位。采用叠加原理和弹性理论对型钢混凝土T形柱框架边节点开裂剪力进行分析;基于截面置换法,将实腹式配钢节点核心区型钢腹板的抗剪贡献计入计算模型。研究结果表明:型钢混凝土T形柱-钢梁空间边节点最初于型钢的混凝土保护层出现竖向黏结裂缝;之后,于核心区柱肢面上出现剪切裂缝,其首条斜裂缝的产生部位与加载角度有关,加载角不超过45°时,剪切裂缝最先出现于腹板上,加载角在45°时,剪切裂缝在腹板和翼缘出现的概率一致,加载角为60°时,剪切裂缝最先出现在翼缘上。当加载角在0°~45°以及45°~90°时,T形柱框架空间边节点的开裂剪力验算肢分别以核心区腹板和核心区翼缘为主。无论是叠加原理还是弹性理论,所计算的开裂剪力均大于试验值;相比于实用性更强的叠加原理,弹性理论的计算值更加接近试验结果。     

混凝土异形柱-钢梁装配式节点受剪性能试验研究

为研究混凝土异形柱-钢梁装配式框架节点核心区的受剪性能,按照预制混凝土异形柱中预埋钢牛腿节点未加强、增配X形筋、增配X形钢板三种方式,分别制作3个预制混凝土异形柱-钢梁节点试件进行拟静力试验,得到其破坏特征、承载力、滞回曲线、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标。由节点剪切变形、节点区钢筋应变、钢板应变测量结果,分析了不同牛腿加设方式对节点核心区受力性能的影响。结果表明：试件位移延性系数在3.22~5.94之间,破坏时位移角都超过1/50,抗震性能良好;牛腿内侧加设的X形钢筋与X形钢板均与节点核心区混凝土协同受力,可有效提高节点核心区受剪承载力。采用有限元软件ABAQUS对采用X形钢板增强的试件进行了数值模拟和参数分析,依据试验分析结果,推导出X形钢板增强的预制异形柱-钢梁混合装配式框架节点核心区受剪承载力计算公式,计算结果与试验实测值和有限元模拟值吻合较好。     

钢筋混凝土Z形截面双向受剪柱抗震性能试验研究

为研究钢筋混凝土Z形截面双向受剪柱的抗震性能,对4个缩尺比为1/2的试件进行拟静力试验,分析不同水平加载方向（加载角α分别取0°、45°、90°、135°）对其抗震性能的影响,研究Z形截面柱的破坏形态,得到试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载力、位移延性系数、刚度退化和耗能能力等力学性能指标。研究结果表明：试件在水平反复荷载作用下的破坏形态为弯剪破坏、弯曲破坏、剪切黏结破坏和剪切斜压破坏,其中剪切破坏的试件延性较差;双向水平荷载作用方向对Z形截面柱受剪承载力的影响近似符合椭圆规律,在加载角为45°时,试件的耗能能力最强,当加载角为0°和135°时,试件的耗能能力相差不大。提出钢筋混凝土Z形截面柱双向受剪承载力的计算方法,按该方法对本次试验和已有试验共22个试件进行计算,计算结果与试验值吻合较好。     

基于简化修正压力场理论的钢筋混凝土柱荷载-变形分析

基于简化修正压力场理论对钢筋混凝土柱抗剪机理进行了分析,并考虑核心混凝土膨胀对箍筋抗剪承载力贡献的影响,计算了骨料咬合作用及受压区的抗剪承载力贡献,获得受拉区和受压区的抗剪强度,从而建立箍筋屈服后柱构件抗剪强度计算方法;结合传统截面纤维分析法,同时引入弯曲变形、剪切变形及滑移变形3种变形分量,在箍筋屈服前对柱构件进行抗弯分析,最终得出压弯剪作用下钢筋混凝土柱荷载-变形曲线,并与所收集的15个钢筋混凝土柱低周反复试验结果进行了对比。研究结果表明:采用该方法计算的荷载-变形曲线与试验骨架曲线吻合较好,对发生弯曲破坏、弯剪破坏及剪切破坏3种不同破坏类型的钢筋混凝土柱均有较好的分析效果,可用于压弯剪作用下钢筋混凝土柱的荷载-变形分析。     

不同节点配箍率下Z形截面柱框架节点抗剪性能研究

利用ANSYS有限元程序,对低周反复荷载作用下Z形截面钢筋混凝土柱框架节点受力性能进行了非线性有限元分析,研究了不同节点配箍率对节点裂缝发展、抗剪承载力、延性和耗能能力的影响。结果显示节点配箍率对框架节点受力性能的影响较大,并指出在低周反复荷载作用下Z形柱节点核心区翼缘上裂缝呈现"X"型。建议在实际设计中对Z形柱节点配箍率取为0.7%至0.8%。     

钢框架-混凝土核心筒结构框架地震设计剪力标准值研究

为研究双重体系钢框架-混凝土核心筒结构的框架设计地震剪力标准值,对20个钢框架-混凝土核心筒结构模型进行了静力弹塑性分析。从承载力、结构失效模式和框架破损程度三个方面评价20个计算模型的抗震能力。根据推覆分析结果,提出了如下设计建议:8度抗震设防时钢框架-混凝土核心筒结构的刚度特征值λ大于0.65,各层框架的设计地震剪力标准值不小于本层总剪力的18%和不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力的1.2倍(加强层和顶层的剪力可不小于框架-核心筒结构计算得到的地震剪力),框架角柱轴压比不大于0.5。算例表明,符合建议的钢框架-混凝土核心筒结构,在地震作用时不会出现不合理的破坏形态。     

钢管混凝土斜交框筒节点试验研究

钢管混凝土斜交网格框筒的网格节点汇集了斜柱、环梁、径向梁等构件,其构造和应力分布较为复杂。为了改进该类节点的受力性能,针对工程实际,设计了核心区采用转换柱体与中央竖板相结合的节点构造形式,并以相贯的方式与斜柱连接。为研究此类节点的承载能力和破坏形态,验证节点构造的合理性,实现“强节点弱构件”的设计目标,进行了6个缩尺比为1∶5.5的柱倾斜45°的节点模型试验,在10MN级自平衡钢结构加载架内,采用两个5MN千斤顶对相贯节点的柱端施加轴向荷载。结果表明,节点设计符合“强节点弱构件”的设计要求,即使节点区混凝土浇筑不密实,节点的受力性能也能够达到设计要求,节点的设计方法可行,构造合理。     

基于ANSYS的Z形截面钢筋混凝土柱受剪性能研究

通过对5根不同轴压比条件下Z形截面钢筋混凝土柱的有限元研究,得出抗剪承载力的模拟值,并与理论计算值和试验值进行对比,证明ANSYS模拟Z形截面柱的可行性,为下一步的试验研究奠定一个好的基础。     

暗柱配置1000 MPa级高强钢筋混凝土剪力墙抗震性能研究

通过对4片剪跨比为2.43的钢筋混凝土剪力墙试件进行低周反复加载试验,研究1 000 MPa级高强钢筋用于剪力墙边缘约束暗柱时的抗弯承载力、延性、耗能能力及破坏特征。结果表明:与普通钢筋混凝土剪力墙相比,边缘约束暗柱内配置高强钢筋的剪力墙抗弯承载力提高,屈服位移和极限位移也有较大提高。在试验基础上提出了考虑暗柱高强钢筋的混凝土剪力墙水平承载力计算式,计算值与试验值吻合较好。