用带防屈曲支撑的内嵌式钢框架加固混凝土框架的试验研究

针对既有混凝土框架抗震性能的不足,研究增设防屈曲支撑(BRB)的消能减震加固技术方案。为尽量减少原主体结构的受力负担、提高加固效果,设置了内嵌式钢框架并安装BRB,对加固后的混凝土框架进行了试验研究。该文设计、制作了2榀用此法加固的混凝土框架,1榀纯混凝土框架作为对比。通过低周反复荷载试验,研究了荷载-侧移滞回曲线、骨架线、支撑轴向变形曲线、等效刚度及退化规律、等效粘滞阻尼比等抗震减震性能。结果表明设计的减震加固混凝土框架荷载-侧移滞回曲线饱满,BRB耗能稳定,能显著提高结构承载力,增加结构阻尼,有效降低地震反应。内嵌式钢框架传力可靠,可有效平衡支撑承载力,充分发挥BRB的作用,挖掘梁、楼板的延性潜力,改进了受力工作机制,抗震性能改进明显。     

铰支桁架-框架结构抗震设计与性能研究

合理设计的框架会因为地震力分布不均匀致使框架的部分楼层梁率先屈服,导致结构层间位移角不均匀系数（DCF）增加,很难出现所有楼层梁端和柱底出铰的完全梁铰机制。为改善普通钢框架层间集中损伤和侧向刚度偏小问题,提出在框架中设置拉链柱和斜撑,形成铰支桁架-框架,控制框架侧向位移大小和分布。推导了框架弹性DCF值,并以此作为铰支桁架-框架的DCF目标值,进而提出了铰支桁架与框架的合理刚度比;给出了基于DCF抗震设计流程,设计算例达到了预期的位移和DCF性能目标。对比了框架、摇摆墙框架和铰支桁架-框架的抗震性能,结果表明:铰支桁架可以提高框架的抗侧刚度,使框架的塑性铰分布模式由不完全梁铰机制转变为完全梁铰机制,使框架层间位移角及剪力分布均匀;相比于摇摆墙框架,铰支桁架-框架具有较大的侧向刚度和相近的侧向变形模式。     

防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架的实用设计方法

防屈曲支撑可以显著减小地震作用下钢筋混凝土框架的层间变形需求,该文提出一种新的防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架实用设计方法,以实现在增设防屈曲支撑的同时避免对构造措施不满足现行抗震设计规范要求的主体结构构件逐个进行局部加固这一抗震加固目标。首先提出层间承载力最薄弱柱和层间最弱塑性铰抗震思路来分别解决小震下结构构件承载力设计问题和大震下结构层间变形验算问题;然后给出了设计方法的具体设计流程;最后,将设计方法应用于一栋图书馆阅览楼抗震加固设计中,分析结果表明防屈曲支撑加固框架结构的承载力和层间变形均满足现行抗震规范要求,验证了提出的结构实用设计方法的有效性。研究成果可为防屈曲支撑加固钢筋混凝土结构的初步设计提供参考。     

基于剪力比的防屈曲支撑-RC框架抗震设计方法研究

该文提出了基于剪力比的防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构抗震设计方法。根据不同的剪力比α设置不同参数的防屈曲支撑并进行了多个不同层数结构的抗震设计;基于大震弹塑性时程分析,研究了不同剪力比结构的最大层间位移角和防屈曲支撑滞回耗能比随剪力比α的关系曲线,并得出剪力比α的合理取值范围为0.3 < α < 0.5。在剪力比合理的取值基础上研究了层间位移角最大值随不同刚度主体框架的变化规律,并建议了主体混凝土框架最大层间位移角的设计取值。该文所提方法简便、实用,为防屈曲支撑耗能减震结构的设计提供了一种新的思路。     

芯筒式双法兰刚性连接平面及减震框架试验对比分析

该文提出一种芯筒式双法兰刚性连接平面钢框架及其减震框架,设计并完成了两种框架的子结构拟动力试验,通过对比分析两榀框架的滞回性能、典型部位应变变化、抗侧刚度、耗能能力等指标,研究该类框架的抗震性能。结果表明:在8度多遇及设防地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器可以提供刚度,控制层间位移角,减轻甚至避免结构塑性损伤;在8度罕遇、8度(0.30 g)罕遇、9度罕遇地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器进行滑移摩擦耗能,耗能能力稳定,有效延缓结构塑性损伤,减震框架结构刚度、耗能能力均优于平面框架,平面框架和减震框架芯筒式双法兰刚性连接节点抗震性能良好且减震框架节点抗震性能优于平面框架。     

T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

为研究T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架的抗震性能,进行了1榀3层2跨、缩尺比例为1∶3的框架试件拟静力试验,了解其破坏形态、滞回曲线和骨架曲线,分析了试件的延性、耗能能力、刚度和强度退化规律。基于纤维模型对框架试件进行了数值模拟,研究了结构抗震性能在不同轴压比、配钢率和混凝土强度下的变化规律。结果表明:在水平低周往复荷载作用下,试件出现"梁铰"破坏,具有良好的延性和耗能能力,满足"强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件"的抗震设计要求。轴压比对试件屈服后的性能影响较大,结构的承载力和延性随轴压比增大而有所降低,设计时需合理控制轴压比;配钢率主要影响初始刚度和极限承载力,结构的抗震性能随配钢率增大得到有效改善;结构的极限承载力随着混凝土强度增大而提高,但结构的延性会略有降低,设计时需合理考虑。研究成果可为该类结构的设计提供可靠的支撑。     

地震荷载作用下FRP加固钢筋混凝土圆柱变形能力计算方法研究

基于性能的抗震设计要求对结构的变形能力能够进行计算,以确保不同的性能目标要求得以满足。该文研究地震荷载作用下纤维增强复合材料(FRP)加固钢筋混凝土(RC)圆柱截面曲率延性和柱顶侧向位移角计算方法。根据数值计算结果,得到了截面屈服曲率计算方法,由试验结果得到了FRP加固RC圆柱截面极限曲率计算方法。试验结果表明加固柱塑性铰长度和FRP用量密切相关,通过对29个大比例柱试验结果进行回归,得到了加固柱塑性铰长度计算方法,并分析了高FRP用量导致加固柱塑性铰长度减小的原因。经参数分析,探讨了FRP用量、轴压比与加固柱顶侧向变形能力的关系,提出了具有理想加固效率的FRP用量上限范围。     

改进型节点钢框架整体模型的抗震性能对比分析

针对钢框架梁柱加宽型节点、削弱型节点和加宽-削弱型节点,在已经完成了三种改进型梁柱节点试验与有限元分析的基础上,采用ABAQUS有限元软件建立了8层三种改进型节点框架和普通刚接框架模型,对其进行模态和8度罕遇地震作用下的动力时程分析,并详细对比分析四种钢框架的抗震性能。分析结果表明:与刚接框架相比,三种改进型节点框架在8度罕遇地震下实现了节点塑性铰外移,保护了梁端焊缝。与节点削弱型框架相比,节点加宽-削弱型框架有效的控制了结构的层间位移角;与节点加宽型框架相比,节点加宽-削弱型框架对结构基底剪力影响不大,柱脚和节点域塑性应变小于节点加宽型框架,因此具有更为可靠的抗震性能。     

箱形柱芯筒式双法兰刚性连接节点平面框架拟静力试验研究

提出一种箱形柱芯筒式双法兰刚性连接节点平面纯框架及减震框架,设计了两榀5层原型结构,对两榀原型结构试验子结构进行0.7倍缩尺,完成拟动力试验之后继续进行拟静力试验,该文对拟静力试验中两榀框架的滞回性能、各典型部位应变变化、刚度退化及耗能能力等进行对比研究。试验结果表明,当层间位移角为0.005 rad(1/200)时,纯框架和减震框架整体均保持弹性状态,中间柱型摩擦阻尼器开始摩擦耗能,占结构总耗能的71.3%;当层间位移角为钢结构弹塑性位移角限值0.02 rad(1/50)时,两榀试验结构滞回曲线均呈双线性,节点域均无塑性产生,减震框架柱脚塑性发展较纯框架更小;当层间位移角为0.04 rad(1/25)时,滞回曲线均更为饱满,节点域仍无塑性产生,纯框架柱脚屈曲更为明显。拟静力试验中两榀框架连接节点可靠,中间柱型摩擦阻尼器通过摩擦耗能,有效延缓减震框架主体结构塑性发展,减震框架结构刚度、耗能能力、抗震性能优于纯框架。     

上覆荷载对浅埋地下结构抗震性能的影响EI北大核心CSCD

保障地下结构具备足够的抗震性能对于降低结构损伤和提升灾后恢复效率均具有重要意义。为此,利用静-动力耦合的非线性数值分析方法,对不同上覆荷载作用下典型地铁车站的塑性铰发展特性及承重构件截面的弯曲延性需求进行了分析。研究表明:地震作用下弯曲塑性铰首先出现在中柱端部,高轴压比极大削弱了中柱的抗震性能并导致结构整体水平变形能力劣化;结构上覆荷载条件对中柱截面曲率延性系数的影响显著,但对侧墙的影响较为有限;车站承重构件截面延性系数与层间位移角的关系可采用二次多项式函数描述,给出的相应拟合关系式可为抗震设计中构件截面延性比需求的评估提供相关参考。     

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。     

钢筋混凝土框架结构强柱弱梁整体失效模式可控设计

该文发展了钢筋混凝土框架结构强柱弱梁地震整体失效模式可控设计方法。基于能量平衡概念和塑性内力设计机制,提出了改进的能量平衡方程和塑性内力设计方法来实现具有不同滞回性能结构在不同设防烈度下的结构设计。设计了4个具有不同几何配置的结构,并研究了结构沿楼高的强柱弱梁系数分布。分别对结构进行Pushover分析和22条地震下的大震弹塑性时程分析,研究了结构的整体能力曲线、屈服机制、最大层间位移角分布和柱端弯矩需求。分析结果表明,该文所提方法不需要任何迭代便能实现结构预期的抗震性能和整体失效模式,克服了传统抗震设计需不断试凑迭代来满足抗震性能的缺点。     

钢筋混凝土剪力墙和连梁易损性曲线研究

构件易损性曲线表征了构件的指标参量(如位移角、转角等)与达到某个指定损伤等级的概率之间的函数关系,可用于评价构件的损伤程度和确定修复方法,是结构抗震性能和韧性评价的重要依据。该文对满足中国GB 50011―2010《建筑抗震设计规范》要求的74个钢筋混凝土(RC)剪力墙试件和32个RC连梁试件的试验数据进行了统计分析,确定了构件的各损伤等级对应的损伤状态现象及相应的修复方法;并分别采用位移角和连梁转角为指标参量,建立了RC剪力墙和连梁的易损性曲线。分析讨论了设计轴压比对RC剪力墙易损性曲线的影响,以及跨高比对RC连梁易损性曲线的影响。比较了该文建立的易损性曲线和美国FEMA P-58规定的易损性曲线,并分析了两者差异原因。     

含转动摩擦型干式梁-柱节点的新型装配式混凝土框架结构抗震性能研究

该研究提出了一种转动摩擦型干式装配梁-柱节点(rotational friction dissipative joint, RFDJ),具有刚度、屈服弯矩易调控和变形、耗能能力强的特点。为了研究RFDJ对于装配式框架结构抗震性能的影响并验证其可行性,该研究以含RFDJ和灌浆套筒柱脚节点的新型装配式框架结构体系(novel precast concrete frame, NPCF)作为研究对象,基于2个不同楼层数量的传统现浇框架结构(reinforced concrete frame, RCF)分析案例,综合考虑总起滑弯矩比(ρ)和3种起滑弯矩(M_s)分布模式影响,设计了120个NPCF结构分析案例,开展了多遇和罕遇地震作用下的结构非线性时程分析,结果表明:RFDJ具备用于装配式框架结构的可行性,可实现等同或优于RCF的抗震性能;ρ和M_s分布模式是决定NPCF抗震性能的关键设计参数;结构响应随ρ的增加而降低;M_s分布模式对结构的地震响应控制机制具有显著影响,均匀累积分布模式可以最小的ρ值实现最好的层间位移角控制效果,且有利于节点深化设计和施工。该研究成果可为含干式梁-柱节点的装配式框架结构的研发和设计方法的研究提供参考。     

基于改进能力谱法的砼框架Pushover分析

基于钢筋砼杆件截面的轴力-弯矩-曲率关系,建立了考虑杆件P-Δ效应和剪切变形且能分析框架极限状态的非线性有限元法。提出了改进能力谱法,定义了砼框架结构唯一的延性系数,确定Pushover曲线的极限状态点为性能点,通过性能点位于由延性系数所折减的非弹性需求谱曲线上的条件,求出框架的最大抗震谱加速度,评估框架的抗震性能。兼顾承载能力,得出相对受压区高度0.25―0.35,轴压比0.6―0.8的框架,具有较好的抗震性能。     

上下层插筋连接预制混凝土空心模剪力墙有限元分析

讨论了有限元软件ABAQUS中模拟新老混凝土界面的不同方法,建议了有限元界面模型的参数定义方法,并通过试验验证了其合理性。基于新老混凝土界面模拟方法,对上下层插筋连接的预制混凝土空心模剪力墙的有限元模拟方法进行了验证。通过恒定轴压力及单调水平力作用下的有限元推覆分析,针对空心模剪力墙的受力性能进行了关于插筋搭接长度、插筋端头位置、插筋总受拉承载力、后浇混凝土强度和轴压比的参数分析。结果表明,所采用的新老混凝土界面模拟方法及基于其进行的空心模剪力墙有限元模拟准确、合理;插筋搭接长度取1.2倍锚固长度能够满足要求;增大插筋总受拉承载力可提高墙体承载力,受拉开裂较严重的区域上移并向内延伸;为充分发挥墙体的承载能力,建议后浇混凝土强度不应低于预制混凝土强度;轴压比较大时,墙体受压损伤区域增多,影响墙体的承载力稳定性和变形能力,建议在墙体底部增设拉筋及水平分布筋,以改善墙体在较高轴压比下的抗震性能。     

型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙结构恢复力模型试验研究

对7榀1/2.5比例单层单跨型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙模型进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究,分析了墙体设置形式、填充墙砌块强度、拉筋构造形式、轴压比以及墙体宽高比等设计参数对该种结构抗震性能的影响。研究了模型的典型破坏形态、荷载-位移曲线、承载能力以及位移延性等。结果表明:试验模型的典型破坏形态均符合“强柱弱梁”的破坏模式,框架部分的破坏程度随墙体全高填砌而减轻;在框架中加设墙体后可明显提高结构承载力和初始刚度,墙体填充率越大、填充墙砌块强度越高、拉筋间距越小、轴压比越高、墙体宽高比越大,结构承载力与初始刚度提高越明显;结构的位移延性均值达到6.26,高于钢筋再生混凝土框架-填充墙、普通钢筋混凝土框架-填充墙以及钢筋混凝土异形柱框架-填充墙等结构,抗倒塌能力较强。在试验研究的基础上,通过有限元与试验结合的方法,建立了相应的四折线恢复力模型,可用于型钢再生混凝土框架结构的弹塑性地震反应分析。