钢管约束高强混凝土剪力墙抗震性能试验研究

高强混凝土剪力墙承载力高,刚度大,但变形能力较差。为改善此类构件的变形能力,在剪力墙边缘构件采用钢管约束形式代替普通箍筋,进行了钢管约束高强混凝土剪力墙低周反复加载试验,研究试件的破坏形态、破坏机理、延性、滞回特性、刚度退化及耗能性能。试验表明,通过约束边缘构件内设置钢管,试件水平承载力下降缓慢,在较大竖向压力作用下,试件仍可保持竖向承载能力,可明显提高高强混凝土剪力墙的变形能力;相同轴压比下,钢管约束高强混凝土剪力墙试件较普通配筋高强混凝土剪力墙试件,极限位移增大27%,耗能值增加81%。根据试验结果,建立了钢管约束高强混凝土剪力墙正截面承载力计算公式,建议在高强混凝土剪力墙底部加强区采取钢管约束构件的形式,以提高高强混凝土剪力墙抗震性能。     

新型钢管混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出在普通钢筋混凝土剪力墙的边缘构件和截面中部配置多根钢管的新型钢管混凝土组合剪力墙形式,完成了2个新型钢管混凝土组合剪力墙试件和1个普通钢筋混凝土剪力墙试件在高轴压比下的低周反复加载试验,研究其破坏形态、承载力、变形能力、刚度、滞回耗能、应变分布等抗震性能。结果表明,试件的破坏形态为压弯破坏,钢管的加入减轻了墙底混凝土和钢筋的破坏程度,限制了剪切斜裂缝的发展;新型钢管混凝土组合剪力墙试件的承载力比普通钢筋混凝土剪力墙试件提高25%左右;峰值位移角为1/100~1/75,极限位移角达到1/50,极限变形能力比普通钢筋混凝土墙提高30%左右。新型钢管混凝土组合剪力墙试件的滞回曲线比较饱满,刚度和强度退化过程比较平缓。总体来看,新型钢管混凝土组合剪力墙具有较好的抗震性能,其抗弯承载力可以按普通钢筋混凝土剪力墙进行计算,但将钢管等效为钢筋参与计算,结果过于保守,应适当考虑钢管对混凝土的约束作用。     

外方内圆复合钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了6个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比、方钢管壁板厚度及其宽厚比、圆钢管混凝土套箍指标。试验结果表明：6个试件的破坏形态基本相同,均为距柱底约300 mm高度范围内方钢管外鼓屈曲,方、圆钢管之间混凝土局部破坏;试件的水平荷载 位移滞回曲线饱满,无明显捏拢;峰值水平荷载时,轴压比设计值约为1.0的试件位移角略小于1/100,其它5个试件位移角均大于1/100;减小方钢管壁板的宽厚比,或增大圆钢管混凝土的套箍指标,可增大试件的初始割线刚度以及极限位移角;增大方钢管壁板的厚度,可提高试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力。采用叠加方法与平截面假定方法计算试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力,计算值与实测值吻合较好。     

高轴压比下内置钢板高强混凝土组合剪力墙#br# 抗震性能试验研究

内置钢板混凝土组合剪力墙主要应用于超高层建筑结构中,是主要的抗侧力构件,其底部剪力墙往往承担巨大的竖向荷载,轴压比和混凝土强度是影响其抗震性能的主要因素。为研究内置钢板高强混凝土组合剪力墙在高轴压比下的抗震性能,进行2个剪跨比为2.28的组合剪力墙试件拟静力试验,设计轴压比分别为0.6和0.8,C70混凝土。研究组合剪力墙在低周反复荷载作用下的受力性能和破坏模式,分析轴压比对抗震性能的影响。结果表明：2个试件最终均发生压弯破坏,破坏截面基本符合平截面假定,滞回曲线均较饱满,耗能性能良好,同时具有比较稳定的水平承载力;随着轴压比增大,组合剪力墙的水平承载力、初始刚度和耗能能力增大,侧向变形能力有所降低,但屈服位移角仍大于1/120,极限位移角为1/46。研究可为内置钢板高强混凝土组合剪力墙的工程应用提供理论参考。     

钢管高强混凝土组合柱抗震性能试验研究

为研究钢管高强混凝土组合柱的抗震性能,完成了10个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比和配箍特征值,探讨了组合柱在反复水平荷载作用下的破坏形态、滞回特性、位移延性、耗能比、截面应变分布和承载力等受力性能。试验结果表明:10个试件的破坏形态为柱根部混凝土压溃而丧失竖向承载力,力-位移滞回曲线饱满,位移延性系数在4.0以上,极限位移角大于1/40,以耗能比表示的耗能能力接近。用平截面假定和叠加法计算得到的试件在轴压力作用下的正截面承载力与试验结果符合较好,《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(CECS 188:2005)方法计算的正截面承载力偏小较多。     

壁式钢管混凝土柱抗震性能试验研究

通过3个截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱足尺试件在高轴压比下的低周反复加载试验和有限元分析,研究壁式钢管混凝土柱的破坏模式、滞回行为、承载能力、变形性能和能量耗散能力。结果表明：试件的破坏模式为压弯破坏,破坏区域钢板受压鼓曲、钢管纵向焊缝涨裂、混凝土压溃;试件滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢现象;纵向隔板能够约束钢管壁板平面外变形,提高钢板局部屈曲强度;试件破坏时位移延性系数大于3.0,等效黏滞阻尼系数大于0.4,减小钢管壁板宽厚比可有效增加试件耗能能力。设计轴压比为0.54～0.69时,壁式钢管混凝土柱屈服位移角大于0.005rad,极限位移角大于0.02rad,具有良好的变形性能和耗能能力。建立的精细有限元模型可准确预测壁式钢管混凝土柱在恒定轴力和反复水平力下的滞回行为。有限元分析表明,轴压比对壁式钢管混凝土柱的极限位移影响显著,提高含钢率可有效增加其承载力和变形性能。     

高强混凝土钢板组合剪力墙压弯性能试验研究

通过对9片不同形式的高轴压比高强混凝土组合剪力墙试件进行低周往复拟静力试验,研究钢筋混凝土剪力墙、两端暗柱设置型钢剪力墙和中部内藏钢板剪力墙等形式试件在压弯状态下的破坏机理、滞回特性、承载力特性以及变形能力等。试验结果表明,钢板的加入可以大幅提高剪力墙试件的抗弯承载力,当设计轴压比小于0.5时,高强混凝土钢板组合剪力墙的变形能力可以满足设计要求,当设计轴压比超过0.5时,高强混凝土钢板组合剪力墙试件在受弯状态下的变形能力较弱。根据试验结果,提出了高强混凝土钢板组合剪力墙抗弯承载力计算的建议公式。     

高强混凝土多重复合芯柱抗震性能试验研究

以某地铁站房工程为背景,设计并制作了8个高强混凝土多重复合芯柱试件,选取轴压比、箍筋形式、配箍率为变量,进行低周反复荷载试验研究,分析其破坏过程及形态,系统研究该类多重复合芯柱的滞回性能、骨架曲线、变形能力、刚度退化和耗能能力,应用Park-Ang损伤模型对该类新型混凝土柱的损伤演化规律进行分析,基于性能化设计理念给出高强混凝土多重复合芯柱的损伤指数与破坏程度的对应关系。研究结果表明：高强混凝土多重复合芯柱发生弯剪破坏和剪切破坏;随轴压比增大,峰值荷载增大,但变形性能和延性降低,承载力衰减和刚度退化加快,耗能能力明显减弱;随配箍率增大,芯柱试件滞回环面积增大,延性提高,承载力衰减和刚度退化减缓,耗能能力显著增强;配箍形式对芯柱试件耗能能力影响较大,其中试件C-SC-100和C-DC-100的滞回性能、变形性能、耗能能力明显改善,表明外螺旋内圆和内外双圆箍筋的配箍方式增强了核心区混凝土的约束,从而提高该类芯柱的抗震性能;层间位移角1/50时,各试件损伤指数D为0.17～0.35,均未发生严重破坏,表明该类多重复合芯柱抗震性能较好,复合芯柱最终破坏时的层间位移角为1/29～1/21,且损伤指数均大于1。     

高轴压比下钢管混凝土矮墙抗震性能试验研究

为了提高矮墙的轴向稳定性以及侧向变形能力,在墙体中部布置多根钢管,形成钢管混凝土矮墙的形式。通过对5片剪跨比为0.95的矮墙试件在高轴压比(0.5)下的拟静力试验,研究了其承载力、变形能力、破坏形态、滞回耗能等抗震性能,并给出了内部钢筋与钢管应变。主要设计参数为钢管布置、轴压比、抗剪件类型以及钢管间连接。试验结果表明：钢管混凝土矮墙在峰值荷载之前呈现明显的剪切受力状态,腹板上布满大量剪切裂缝;峰值荷载之后损伤集中于钢管部位,形成开缝墙的受力模式,侧向变形能力得到明显提升;加载结束时墙体腹板混凝土剥落,但墙体仍然具有很好的竖向与侧向稳定性。墙体的峰值位移角约为1/290~1/106,极限位移角达到1/70,并且滞回性能明显改善,表明钢管混凝土矮墙具有良好的抗震性能和抗倒塌能力。     

高轴压比下钢管混凝土矮墙抗震性能试验研究

为了提高矮墙的轴向稳定性以及侧向变形能力,在墙体中部布置多根钢管,形成钢管混凝土矮墙的形式。通过对5片剪跨比为0.95的矮墙试件在高轴压比(0.5)下的拟静力试验,研究了其承载力、变形能力、破坏形态、滞回耗能等抗震性能,并给出了内部钢筋与钢管应变。主要设计参数为钢管布置、轴压比、抗剪件类型以及钢管间连接。试验结果表明:钢管混凝土矮墙在峰值荷载之前呈现明显的剪切受力状态,腹板上布满大量剪切裂缝;峰值荷载之后损伤集中于钢管部位,形成开缝墙的受力模式,侧向变形能力得到明显提升;加载结束时墙体腹板混凝土剥落,但墙体仍然具有很好的竖向与侧向稳定性。墙体的峰值位移角约为1/290～1/106,极限位移角达到1/70,并且滞回性能明显改善,表明钢管混凝土矮墙具有良好的抗震性能和抗倒塌能力。     

高轴压比钢管混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究约束边缘构件内配置圆钢管的钢管混凝土剪力墙的抗震性能、探讨钢管混凝土剪力墙的轴压比限值及其约束边缘构件的配箍要求,完成了6个剪跨比大于2.0的高轴压比钢管混凝土剪力墙试件和1个钢筋混凝土剪力墙试件的拟静力试验。试验结果表明：剪力墙的破坏形态为压弯破坏及底部混凝土压溃而丧失竖向承载能力;钢管混凝土剪力墙的开裂水平力、名义屈服水平力、正截面受弯承载力和变形能力均比相同参数的钢筋混凝土剪力墙大;配置双钢管剪力墙的变形能力大于配置单钢管的剪力墙,约束边缘构件为端柱的剪力墙的变形能力大于约束边缘构件为暗柱的剪力墙;正截面受弯承载力试验值大于计算值。根据试验结果,提出了钢管混凝土剪力墙的设计建议。图9表7参13     

高轴压比钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究高轴压比钢骨混凝土剪力墙的抗震性能,完成了6片剪跨比为2.43、轴压比试验值为0.33~0.35的钢筋、钢骨和钢管混凝土剪力墙试件的往复水平力加载试验。试验表明:试件的纵筋和钢骨(钢管)受压屈服先于受拉屈服。试件的破坏形态为底部混凝土压碎剥落,约束边缘构件内的纵筋和钢骨(钢管)压曲,试件丧失竖向承载力。钢骨和钢管提高了试件的正截面承载力,且随位移增大试件能稳定地保持最大承载力。配置工字钢、槽钢和方钢管的试件的极限位移角为1/73~1/59,与钢筋混凝土试件基本相同;配置圆钢管的试件的极限位移角达1/44,墙端约束边缘构件配置圆钢管对提高高轴压比剪力墙的变形能力有显著作用。根据试验结果,提出了高轴压比钢骨混凝土剪力墙屈服、承载力极限状态和变形极限状态的截面应变、应力分布,建立了正截面承载力的计算式和顶点水平位移计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种适用于超高层建筑底部楼层的钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙,通过5个剪跨比为2.5的一字形截面组合剪力墙试件的拟静力试验,研究组合剪力墙的抗震性能。试验结果表明：试件的破坏形态为压弯破坏,墙底部边缘构件矩形钢管管壁和钢板鼓曲、钢管断裂、混凝土压溃;矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度显著影响试件的变形能力和耗能能力;钢板含钢率基本不影响试件的变形能力;矩形钢管混凝土边缘构件内设置圆钢管可提高试件承载力,但对其变形能力影响不大。矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度为0.2倍墙截面高度、设计轴压比为0.45时,组合墙试件的屈服位移角不小于0.005 rad、极限位移角可达0.030 rad。提出组合墙正截面承载力的计算式,计算结果与试验值吻合较好,误差小于10%。     

间隔钢管混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

间隔钢管混凝土组合剪力墙是一种新型抗侧力构件,其施工方便、布置灵活,具有良好的经济效益和工程应用价值。为研究轴压比对这种新型抗侧力构件的抗震性能的影响,对3个不同轴压比的足尺四管间隔钢管混凝土组合剪力墙试件进行水平低周反复加载试验,观察组合剪力墙破坏特征和破坏过程,得到组合剪力墙的滞回曲线、骨架曲线、承载力和刚度退化、延性、耗能能力等抗震性能指标。结果表明：组合剪力墙的破坏形式均为受压区钢管内混凝土压溃和钢管壁凸屈,缀板与钢管连接区域撕裂;随着轴压比增大,组合剪力墙的刚度和承载力增大,延性降低,与轴压比为0的组合剪力墙相比,轴压比为0.4的剪力墙承载力提高25%,延性降低19%;组合剪力墙的位移延性系数在2.401~3.479之间,极限位移角在1/40~1/34之间,等效黏滞阻尼系数达到0.15,整体抗震性能良好。     

拉压变轴力下小剪跨比预应力混凝土墙往复受剪试验研究

为了研究预应力混凝土（PC）剪力墙的抗震性能,提出剪力墙在拉压变轴力作用下的水平往复加载试验加载制度,完成3片剪跨比为1.0的预应力混凝土墙在恒定轴拉力、恒定轴压力和拉压变轴力作用下的水平往复加载试验,研究其破坏模式、滞回性能、承载力、变形能力、刚度和残余裂缝宽度,并与型钢混凝土（SRC）墙和普通RC墙的抗震性能进行了对比。试验结果表明：恒定轴拉力试验中,预应力混凝土墙发生了腹板剪切破坏;恒定轴力试验中墙体发生了斜压破坏;拉压变轴力试验中,墙体在压剪方向加载时发生剪压破坏。拉压变轴力加载导致预应力混凝土墙拉剪和压剪承载力分别降低了18.7%和10.5%。预应力混凝土墙在恒定轴拉力和拉压变轴力作用下的极限位移角为1.2%~1.6%,变形能力大于JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》规定的弹塑性位移角限值(1/100);恒定轴压力试验中水平峰值荷载超过了墙体截面受剪承载力限值,出现斜压破坏,极限位移角仅为0.6%。预应力混凝土墙试件与SRC墙试件的刚度、承载力和变形能力接近,前者的残余裂缝宽度小于后者的,表现出更好的震后可修复性。由于预应力有效抑制了墙体水平贯通裂缝的形成、防止出现沿水平裂面的滑移破坏,因此在较大轴拉力水平时预应力混凝土墙比普通RC墙的抗侧刚度和承载能力均显著提高。总体来看,预应力混凝土墙抗震性能优良,是一种改善高层建筑中受拉剪力墙抗震性能的有效手段。     

Seismic behaviour of circular CFST columns and RC shear wall mixed structures: Experiments

The use of concrete-filled steel tubular (CFST) columns and reinforced concrete (RC) shear wall mixed structures has attracted the interest of structural engineers in recent years. An experimental investigation including four test models was thus conducted on circular CFST columns and RC shear wall mixed structures subjected to constant axial load and cyclic lateral load. The test parameters included axial load level in the composite column and height–width ratio of the RC shear wall. The effects of these parameters on the strength, ductility, rigidity and dissipated energy of the specimens were investigated. It was found that all the tested specimens failed in a shear-dominant mode. The ductility and energy dissipation capacity of the specimens decreased with an increase of axial load level or decrease of height–width ratio.     

不同构造内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压性能试验研究

为研究在高轴压比下内置钢板 混凝土组合剪力墙中钢板与混凝土墙体的协同工作性能,以北京中国尊大厦核心筒剪-力墙为原型,进行了4个1/4缩尺的内置钢板混凝土组合剪力墙轴压性能试验。4个试件的几何尺寸相同,区别在于钢板与混凝土连接构造不同。采用单向重复加载方法,分析了各试件的承载力、刚度退化、应力分布、变形能力等,进行了轴压承载力计算。结果表明：各试件达到极限承载能力时,钢板轴力分担比率在25%~32%之间,内置钢板的抗压能力得到发挥;与无拉结钢筋、无栓钉的试件相比,钢板中部设置长栓钉的试件承载力提高23.6%,轴向变形提高22.6%,刚度退化减缓17.42%,钢板与混凝土协同工作性能好;采用强度叠加理论进行内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压承载力计算,试验结果与计算值吻合良好。     

高轴压比钢-混凝土组合剪力墙压弯性能试验研究

通过对13片不同形式的高轴压比、大剪跨比剪力墙进行往复水平力加载试验,研究墙体两端暗柱设置型钢、墙身增设内藏钢板等形式组合剪力墙的压弯承载力、延性性能及破坏机理。试验结果表明:基本试件、两端暗柱设置型钢试件、内藏钢板试件的破坏过程相近,两端暗柱设置型钢试件和内藏钢板试件裂缝条数较多、宽度较小,内藏钢板试件的破坏情况相对较轻;两端暗柱设置型钢、增设内藏钢板,对压弯承载力、变形能力提高显著;组合剪力墙轴压比计算可以计入两端型钢和内藏钢板的作用。根据试验结果,提出钢板组合剪力墙压弯承载力计算的建议公式。     

装配复合模壳体系混凝土剪力墙抗震性能试验研究

装配复合模壳体系剪力墙是一种新型的免拆模现浇混凝土剪力墙。进行了6个装配复合模壳体系剪力墙试件的拟静力试验,其中试件的剪跨比包括1.75和1.0,试验轴压比包括0.11、0.25和0.38。研究了模壳剪力墙试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度、耗能与位移延性等抗震性能和极限承载力,并与整浇剪力墙试件进行对比,分析了拼缝连接钢筋构造以及模壳对模壳剪力墙抗震性能的影响。结果表明：模壳试件均为受弯破坏,破坏时试件两端根部模壳剥裂,且轴压比为0.38的试件的墙身下部模壳出现胀裂;模壳试件与整浇试件的滞回曲线相似,均较为饱满;达到峰值荷载前,模壳试件的刚度比整浇试件的略大,但破坏时二者刚度基本相同;模壳试件位移延性系数为2.46~4.71,极限位移角为1/50~1/38,具有较好的延性性能;模壳试件的极限承载力与整浇试件相当,二者之比平均为1.04;对边缘构件竖向纵筋采用逐根搭接、对竖向分布纵筋采用双排或单排钢筋搭接以及对水平分布纵筋采用双排钢筋搭接的构造做法,能保证装配复合模壳体系剪力墙的有效传力。最后,进行装配复合模壳体系剪力墙受力分析,并提出了相关设计建议。