预应力自复位装配式混合框架结构抗震性能试验研究

为了提高传统装配式混凝土结构的抗震能力,结合螺栓连接的施工性能、后张预应力筋的复位性能和腹板摩擦装置的耗能性能优势,提出一种预应力自复位装配式混合(SPH）框架结构。SPH框架结构由预应力钢筋混凝土柱和预制预应力钢-混凝土混合梁通过高强螺栓拼装而成,主要通过布置在梁与柱内的后张无黏结预应力筋提供复位力,通过混合梁内的摩擦装置与钢梁段的塑性变形进行耗能。完成了1榀无预应力装配式混合(NPH）框架及2榀SPH框架的低周往复加载试验,分别考虑了预制梁、柱内预应力筋初始预应力、摩擦装置处高强螺栓初始预紧力及柱脚构造措施对该类结构承载能力、复位性能及耗能能力等抗震性能的影响。研究结果表明：采用千斤顶非接触锚具的后张预应力筋方法行之有效;SPH框架相较于NPH框架表现出更好的承载性能、复位效果、变形及耗能能力;SPH框架表现出明显的两阶段特征,即在位移角2.0%以前,结构整体表现为“强复位、低耗能”特点,可以有效控制残余变形,相对自复位率保持在85%左右,在位移角2.0%以后,结构整体表现为“弱复位、强耗能”特点;整个试验过程中SPH框架主体构件损伤不明显,基本实现震后可恢复功能。     

超高性能混凝土连接的装配式现浇混凝土框架抗震性能

将超高性能混凝土材料(UHPC)浇筑于预制装配式框架结构的节点核心区,能有效改善预制梁、柱等构件受力钢筋的复杂连接形式,更好地应对节点核心区的复杂应力,以提高其结构的整体性及抗震性能。通过对1榀新型装配式钢筋混凝土框架和1榀整浇对比框架进行拟静力试验,对比分析二者的破坏形态、受力情况等抗震性能。试验结果表明:装配式框架节点受力钢筋连接采用短连接和搭接形式易施工且安全可靠,UHPC材料的使用有效改善了节点的受力性能,提高了框架的承载力和抗侧刚度;两榀框架的滞回曲线形状及饱满程度较为接近,位移延性和耗能能力基本处于同一水平;装配式框架的强度及刚度退化情况与整浇框架基本相似。新型预制装配式框架的抗震性能基本等同现浇水平。     

防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架拟静力试验设计

防屈曲耗能支撑由于兼具普通支撑和金属阻尼器双重功能,近年来在高抗震设防烈度地区的新建筑结构设计和既有结构抗震加固中得到越来越多的应用。本文以河北省图书馆抗震加固工程为依托,从图书馆原结构中选取单榀、单层、单跨钢筋混凝土框架的1/2缩尺模型作为试验模型,制作两榀钢筋混凝土框架试件,并对其中一榀框架用课题组自主研发的一种组合钢管混凝土式防屈曲耗能支撑进行加固。对两榀框架试件分别进行拟静力试验,来考察防屈曲支撑对钢筋混凝土框架的强度、刚度、延性和耗能能力等抗震性能的影响。有限元分析结果表明,未加固框架试件的强度和刚度低、耗能能力较差;防屈曲支撑加固的框架试件的强度和刚度显著提高,耗能能力较好;防屈曲耗能支撑具有很好的滞回性能。本文的试验设计可为相关抗震分析和试验设计提供参考。     

用附加防屈曲支撑钢筋混凝土框架加固既有钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

利用附加防屈曲支撑（BRB）钢筋混凝土框架对既有钢筋混凝土框架结构进行减震加固。设计3榀钢筋混凝土框架,其中2榀为附加设置BRB加固框架的钢筋混凝土框架,另外1榀为纯钢筋混凝土框架以作对比。通过低周反复加载试验,验证所设计的外贴防屈曲支撑钢筋混凝土框架加固既有钢筋混凝土框架的可行性。分析既有及外贴钢筋混凝土框架的开裂、荷载 侧移滞回曲线、骨架曲线、荷载 防屈曲支撑变形曲线,以及等效黏滞阻尼比和等效刚度等特性。结果表明：所设计的附加钢筋混凝土框架、预埋件、连接构造受力可靠,附加设置BRB的钢筋混凝土加固框架具有良好的减震耗能能力;水平荷载-侧移滞回曲线圆润饱满;防屈曲支撑在小层间位移角下可屈服耗能,大位移下不失效,耗能稳定;附加框架能够显著增加既有钢筋混凝土框架结构的阻尼,有效降低地震反应,改善既有框架结构抗震性能。     

带非承重墙预制梁装配式混凝土框架结构抗震性能试验研究

针对一种新型装配式框架——带非承重墙预制梁装配式混凝土框架的抗震性能进行了深入研究。通过对空框架、砌块填充墙框架、带非承重墙预制梁框架的足尺试件进行抗震性能试验,主要研究了各类填充墙及不同连接构造的预制非承重墙对框架受力性能的影响。结果表明,与传统砌块填充墙相比,预制非承重墙对框架受力性能的影响较大,破坏形态为框架受剪破坏,其承载力、刚度、耗能能力等提高显著,但变形能力及位移延性下降。根据试验结果,给出了预制非承重墙对框架结构的周期折减系数范围。试验研究表明,带非承重墙预制梁框架的抗震性能与砌块填充墙框架有较大区别,从结构分析、构件设计等方面均需要采用不同的设计方法。     

设有接地梁的掉层钢筋混凝土框架抗震性能试验及有限元分析

为研究位于陡坡上的框架结构的抗震性能,进行了1榀比例为1/4的5层3跨设有接地梁的掉层钢筋混凝土框架试件的低周往复加载试验,观察试件的裂缝开展过程和破坏形态,分析接地梁对试件滞回性能、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标的影响。利用有限元软件OpenSees对试验框架进行了低周往复荷载作用下的模拟分析,得到的滞回曲线与试验滞回曲线总体吻合良好,验证了有限元分析模型的有效性和准确性。在此基础上,进一步对框架进行了不同结构布置的拓展分析。试验及有限元分析结果均表明：接地梁显著提高了掉层框架的抗震承载力并改善了其破坏模式,使其坎上部分抗震性能与平地框架相当,掉层部分则损伤轻微;但按常规框架梁设计的接地梁出现了沿构件全长度范围的受拉破坏,建议将其按拉弯构件设计,并适当提高抗震等级。     

现浇与预制装配式混凝土框架节点抗震性能试验

为研究预制装配式混凝土框架结构连接节点的抗震性能,探讨其与现浇混凝土框架结构节点之间的性能差异,设计并制作了2组预制装配式混凝土框架节点试件和1组现浇混凝土框架节点试件,通过试验研究试件的滞回特性、承载能力、位移延性、强度退化和耗能能力等抗震性能及其破坏特征。结果表明:通过合理的设计,预制装配式混凝土框架节点的滞回耗能性能与现浇混凝土框架节点相当,其承载力和初始刚度基本等同于现浇混凝土结构节点,但其承载力退化速度快于现浇混凝土框架节点,屈服后预制构件累积损伤程度较现浇构件严重;预制装配式混凝土框架节点在轴压比较大时,节点破坏较为严重,耗能更多。     

装配式人字撑复合墙板异形柱框架抗震性能研究

提出一种新型装配式人字撑复合墙板异形柱框架结构。为研究其抗震性能,对一榀1/2缩尺异形柱框架结构进行低周反复荷载试验,分析其破坏形态、滞回曲线、承载力、耗能能力、位移延性、刚度退化等指标,并通过ABAQUS有限元软件模拟后将模拟结果与试验结果进行了对比分析。研究结果表明：装配式人字撑复合墙板异形柱框架结构呈现“泡沫混凝土-人字撑-叠合框架梁-组合异形框架柱”分级破坏顺序;复合墙板以剪切破坏为主;人字撑在水平往复位移荷载作用下,可与异形柱框架结构形成双重抗震体系,提高结构的抗震能力;有限元模拟结果与试验结果吻合良好,该有限元模拟方法适用于装配式人字撑复合墙板异形柱框架结构。     

预应力装配加固混凝土框架结构抗震性能研究

通过对一榀预应力装配式加固混凝土框架在低周反复荷载作用下的试验,深入研究预应力装配式加固后的钢筋混凝土框架裂缝分布、破坏形态、滞回曲线及位移延性等抗震性能。并利用SAP2000有限元分析软件对试件模型进行推覆分析。结果表明:预应力装配式加固钢筋混凝土框架具有良好的抗震性能,试验极限承载力大小和塑性铰出现位置与推覆分析结果吻合较好。     

后张预应力预制混凝土框架梁柱节点抗震性能试验研究

采用后张预应力筋将预制梁柱拼装在一起的连接方式属于延性连接,地震作用下塑性变形主要集中在连接部位,梁柱构件均保持弹性。采用这类连接的预制混凝土框架结构具有结构恢复性能好、耐久性好、有利于实现大跨度预应力混凝土框架结构的"梁铰耗能机制"等优点。为了研究其抗震性能,对4榀梁柱中节点进行低周反复加载试验。其中,2榀试件中预应力筋为有黏结,另外2榀预应力筋在梁端一定范围内设置为无黏结。试验结果表明,4榀试件的破坏主要集中在梁柱连接截面附近,梁柱构件本身及节点核心区破坏都比较轻微;与普通钢筋混凝土构件相比,试件滞回环面积较小,耗能能力较差,但残余变形较小,恢复性能较好;预应力筋在梁柱连接截面附近为无黏结的试件由于预应力筋没有达到屈服强度,耗能更小,恢复性能也更好;4榀试件最大楼层位移角介于0.359～0.439之间,大于我国抗震规范规定的框架结构最大弹塑性层间位移角限值,具有足够的变形能力。     

自复位装配式混凝土框架结构抗震性能试验研究

提出了一种采用新型连接节点构造的自复位装配式混凝土框架结构。设计并制作了两榀单层单跨框架结构试件,包括一榀现浇混凝土框架和一榀新型装配式混凝土框架。其中,对装配式混凝土框架结构进行了两次拟静力试验,第二次试验是在第一次试验完成后并更换结构的耗能钢筋进行的。试验结果表明：新型装配式混凝土框架结构的承载能力和耗能能力略低于现浇混凝土框架结构,但延性较现浇框架有较大提高,层间位移角超过1/50时,承载力仍无下降趋势;另外,装配式混凝土框架结构在第一次试验后的残余变形约为现浇框架结构的15%,构件损伤轻微,结构可以实现自主复位;装配式框架结构在第二次试验中的承载力较第一次试验略有下降,残余变形有所增大,仍然具有一定的自主复位能力,结构损伤仍较轻微,说明其经过简单地更换耗能钢筋就可以实现抗震能力的基本恢复。     

带耗能器-限位斜撑RC框架震损修复后抗震性能研究

对两榀带钢筋混凝土耗能器-限位斜撑框架的低周反复加载试验,及其复位加固后再进行的二次加载试验,以考察其残余抗震能力,得到了各种情况下构件的破坏过程、破坏特征及框架的滞回特性等。结果表明,加固后框架的水平承载能力较原型试件有所降低,但很大程度提高了框架整体的延性;复位后框架结构的残余承载力降低,但仍具有一定的抗震能力。     

附加减震钢框架的加固混凝土框架结构抗震性能试验研究

为提高既有混凝土框架抗震性能,在不显著增加既有结构构件受力的同时,在混凝土框架外部增设钢框架并设置屈曲约束支撑。设计并制作1榀纯混凝土框架和2榀设置附加减震钢框架的混凝土框架,通过低周往复加载试验,研究其开裂和破坏状态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、等效阻尼比以及钢筋混凝土梁、附加钢框架的应变发展等。试验结果表明：增设附加减震框架后,结构破坏机制更加合理,屈曲约束支撑耗能性能稳定,加固后结构的滞回曲线饱满;采用外部附加钢框架加固钢筋混凝土框架,可提高既有混凝土框架结构的受剪承载能力至3倍以上,既有结构、外部附加钢框架和屈曲约束支撑可协同工作,在设防目标下可避免混凝土柱发生压剪脆性破坏;最后对附加减震框架改进连接构造设计提出了建议。     

带中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架拟动力试验

为解决较大跨度自复位钢框架结构层间位移角可能超限或耗能不足的关键问题,课题组前期提出将中间柱型阻尼器应用于装配式自复位钢框架。但是因门窗开洞等要求而不能在跨中处设置中间柱型阻尼器,从而提出了带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架,对其进行了拟动力试验,并与带单中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架的拟动力试验进行了对比,分析了其位移响应、滞回性能、中间柱摩擦阻尼器滑动、索力及典型部位应变变化等。结果表明,两榀框架震后短梁-长梁连接界面处残余转角和索力降低均较小,具有良好的开口闭合机制,耗能能力较优,能够有效避免主体结构的损伤,且带双中间柱摩擦阻尼器的装配式自复位钢框架控制结构侧移效果更好,耗能性能更优,适用于较大跨度的多高层结构。     

预应力装配式框架结构试验研究与分析

通过对1榀现浇框架(KJ1)和1榀预应力装配式框架(KJ2)在水平低周反复荷载作用下的试验,深入研究了预应力装配式钢筋混凝土框架裂缝分布、破坏形态、滞回曲线及位移延性等的抗震性能.并利用ABAQUS有限元分析软件对试件建立分析模型,对比ABAQUS分析数据和试验数据,吻合较好.结果表明,ABAQUS有限元分析软件,可以较好地分析钢筋混凝土结构体系;预应力装配式钢筋混凝土框架具有良好的抗震性能.     

PEC柱-钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震试验研究

为系统研究梁柱采用自复位连接组合框架的抗震机理,选取预拉杆长度设置、PEC柱截面强弱轴布置和柱脚连接方式3个设计参数,设计制作了4榀PEC柱-钢梁梁柱摩擦耗能部分自复位连接组合框架1∶2缩尺试件并进行拟静力抗震试验。通过试验现象观察和数据分析,对试件的滞回特性、抗侧刚度退化、复位能力、滞回耗能等抗震性能进行研究。结果表明：摩擦耗能部分自复位连接通过T形件长圆孔合理设置实现了“设计地震水平阶段实现复位,大震设计水平阶段自复位连接连接转化为伴随出现螺栓承压型受力实现部分自复位”的性能化设计目标;设计地震阶段,试件主要通过辅助摩擦耗能件耗能,且卸载残余侧移小于自复位结构侧移限值（0.3%）,在大震作用阶段,试件通过辅助摩擦耗能件与结构构件损伤联合耗能,承载能力仍继续增大,且仍具有部分自复位能力;预拉杆设置有限长度可显著增强结构整体性,PEC柱弱轴布置一定程度上降低了结构整体性,而PEC柱脚采用铰接可显著削弱结构整体性。     

预应力自复位预制框架中节点试验研究

为了研究预应力自复位混凝土框架结构的抗震性能,分别进行了一榀预应力自复位预制框架中节点和现浇框架中节点的低周往复荷载试验。试验结果表明:与现浇框架中节点相比,预应力自复位预制框架中节点损伤主要集中在角钢上,梁、柱构件及预应力筋基本保持弹性;预应力自复位预制框架中节点的残余变形远远小于现浇节点,能量耗散系数约为现浇节点的一半。     

薄壁钢板组合截面PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架结构的抗震性能数值模拟

为系统研究底部2层单跨薄壁钢板组合截面PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架结构的抗震性能,使用CAD设计制作1榀组合结构框架底部两层子结构1:2缩尺试验试件,针对这榀组合结构框架建立ABAQUS有限元模型进行数值模拟,另外还设置了4种不同的参数模型对比分析(对穿螺栓布置方式、竖向力作用、长圆孔尺寸、柱底连接形式),得出各设计参数对试件滞回性能、自复位连接力学性能、耗能能力和残余侧移等抗震性能的影响规律。研究结果如下:本试验自复位结构通过设置BRS耗能板和预拉杆拥有自复位能力并满足结构遭遇地震时的耗能能力需求和残余侧移限值;采用对穿螺栓单边布置的试件比双边布置的试件,自复位能力较强但耗能能力较弱;施加一定的柱顶轴向力对试件的自复位效果影响不大;适当增加BRS板长圆孔的径向孔长,可以使试件进入承压型受力时间滞后;在达到层间侧移角5.0%时,各有限元参数模型的整体残余侧移角均小于0.016rad,具有良好的抗震性能和自复位功效。     

钢筋机械连接的装配式框架抗震性能试验研究#br# 与有限元分析

为研究钢筋套筒挤压搭接连接的装配式叠合梁-预制柱框架结构的抗震性能,通过2个1/2缩尺的两层两跨装配式框架试件的拟静力试验,对其破坏形态、变形能力、承载能力等进行研究。试验结果表明：设计为“强柱弱梁”及设计为“强梁弱柱”的试件均实现预期的破坏形态;试件的水平力-位移滞回曲线较为饱满;2个试件的极限层间位移角最小分别为1/29和1/31,层间位移延性系数都大于4.0,表明试件具有很好的延性性能;套筒挤压搭接连接能有效传递钢筋拉、压力。采用有限元分析程序MSC.MARC,对装配式框架试件进行非线性数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,试件KJ1按现浇框架推覆分析与按装配式框架推覆分析所得水平力-位移曲线基本一致。钢筋套筒挤压连接的装配式混凝土框架,其抗震性能满足现行规范的要求,且可按现浇框架进行内力、变形和承载力计算。     

配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架抗震性能试验研究

进行两榀配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架试件在水平低周往复荷载作用下的试验研究,观察试验过程及破坏形态,研究试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能,同时对梁柱端纵筋、钢骨翼缘及钢管在不同加载位移下的应变变化规律进行分析,得到框架结构的出铰顺序。研究结果表明：两榀框架滞回曲线饱满,施加预应力后仍具有较好的耗能能力和延性,表现出良好的抗震性能;框架柱底塑性铰区的钢管环向应变在整个加载过程中呈不均匀变化趋势,截面受压区钢管环向受拉,能够对受压区混凝土提供有效约束;钢骨混凝土梁由于施加预应力的作用,可延缓其裂缝的出现;此外,两榀框架试件均呈现“先梁端后柱底”的出铰顺序,能实现梁铰耗能机制,延迟柱底出铰时刻。