型钢高强混凝土框架柱抗震性能试验研究

基于16个型钢高强混凝土(SRHSC)框架柱试件的低周反复加载试验,对其抗震性能进行了研究。试件设计参数为剪跨比、轴压比、混凝土强度、含钢率和配箍率。对不同设计参数试件的受力特点、破坏形态、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、位移延性等主要抗震性能指标进行了分析,得到了试件耗能指标、位移延性与诸设计参数之间的关系曲线。试验结果表明：试件荷载-位移滞回曲线饱满,下降段较为平缓,其他各项抗震性能指标较为优异,总体上表现出良好的抗震性能;混凝土强度等级超过C100的SRHSC框架柱的承载力优势明显,但由于高强混凝土的脆性导致其耗能能力及延性较普通型钢混凝土框架柱稍差;试件剪跨比、含钢率以及配箍率的提高能够增强其抗震性能,而混凝土强度、轴压比的提高将降低其抗震性能。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

考虑纤维种类、轴压比、剪跨比、配筋率等因素,设计制作22根钢-聚丙烯混杂纤维混凝土框架柱试件,通过低周反复荷载试验研究柱的抗震性能。基于实测的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及破坏形态,探讨纤维种类等因素对试件耗能能力和延性的影响规律,建立钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱位移延性系数计算公式。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维在增强柱耗能能力方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,并随轴压比的增大,其发挥作用越明显;剪跨比、纵筋配筋率和配箍率对混杂纤维混凝土柱耗能能力和延性的影响与普通混凝土柱类似,随其增大而提高。     

钢筋混凝土框架抗震位移延性系数研究

综合现有的试验研究成果和模拟分析结果,讨论了影响钢筋混凝土框架柱和框架结构位移延性的因素,指出框架柱的轴压比、配箍特征值、剪跨比和强柱系数是最主要的影响因素。通过对国内15 0个钢筋混凝土框架柱和框架试验数据的整理和分析,得出位移延性系数的试验结果服从自然对数正态分布,并回归得到考虑多因素的位移延性系数经验公式,该公式可供钢筋混凝土框架结构抗震设计和评估参考。     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。     

高轴压比下加芯混凝土框架柱延性与承载力试验研究

通过高轴压比下8个加芯混凝土框架柱和1个普通混凝土框架柱低周往复加载的模型试验,阐述了主要试验现象及破坏形态,对各试件的P-Δ滞回曲线、位移延性系数、极限位移转角、屈服荷载和极限荷载等试验结果进行了研究,分析了加芯混凝土框架柱延性和承载力的影响因素。结果表明:通过对芯柱进行合理设置,加芯混凝土框架柱具有良好的滞回延性和较高的抗震承载力,可明显改善普通混凝土框架柱在高轴压比下的抗震性能,弹塑性变形能力能够满足抗震要求;芯柱的纵筋配筋率、截面面积和体积配箍率是影响加芯混凝土框架柱延性和承载力的主要因素。结合以往的研究成果,本文提出了加芯混凝土框架柱轴压比限值的建议值、正截面承载力计算公式以及相关设计建议。     

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。     

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能研究

为研究T形钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能,进行了两榀T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架拟静力试验,探讨了柱轴压比对框架滞回性能的影响。试验结果表明,框架在往复荷载作用下均呈理想的梁铰破坏机制;随着水平位移荷载的增大,框架滞回曲线渐趋饱满,最终框架正负向位移延性系数均大于4.0,满足建筑结构抗震延性需求;随着柱轴压比增大,其耗能能力提高,但框架的延性下降。提出了该类框架的简化三折线恢复力模型,可为T形钢管混凝土柱-钢梁框架的深化研究及工程设计提供参考。     

地震作用下钢筋混凝土框架柱延性性能研究

保证框架柱的延性性能是避免结构在强震作用下发生倒塌破坏的重要前提。本文基于PEER数据库中所收集的123根钢筋混凝土(RC)柱试验数据,研究了轴压比、剪跨比、配箍特征值等参数对位移角的显著性影响,通过回归分析归纳出RC柱位移延性系数的经验公式;借助有限元软件ABAQUS对拟设计的79根RC柱试件进行了低周反复加载,分析了试件位移延性系数与轴压比、剪跨比、截面配筋率等参数之间的关系,同时验证了计算公式的合理性。研究结果表明:随着轴压比的增大,框架柱的位移延性随之减小,当轴压比大于0.50时,位移延性系数的变化幅度逐渐减小;随着剪跨比、配箍率、配筋率的增大,框架柱的位移延性有不同程度的增加;当配箍率增大到2.3%左右,位移延性系数的增长幅度逐渐减小;剪跨比大于4时,配筋率过大位移延性反而减小;位移延性系数计算值与模拟值吻合良好。     

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能非线性有限元分析

在已有试验结果的基础上,采用OpenSeeS有限元软件模拟了在低周往复荷载作用下T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架的受力全过程,并通过对模拟结果的分析,来研究此类框架结构位移与骨架曲线的影响因素。结果表明:采用OpenSEES计算得到的滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好;框架的水平极限承载力和弹性阶段刚度随柱截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、柱翼缘宽度、柱腹板高度的增大而增大;框架荷载-位移骨架曲线的形状与混凝土强度、柱翼缘宽度、柱腹板高度有关;框架柱轴压比和梁柱线刚度比是影响框架骨架曲线的形状的重要因素,可以间接反映框架延性性能。     

孔洞缺陷对钢筋混凝土框架柱抗震性能的影响

使用ANSYS有限元软件建立了20种带不同孔洞缺陷的钢筋混凝土框架柱有限元模型,并对其进行了模拟低周反复加载,分析了孔洞缺陷对框架柱荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性比、塑性滞回耗能、刚度退化及强度退化等抗震性能指标的影响规律。结果表明,孔洞缺陷可以改变框架柱的破坏形式,降低框架柱的极限承载能力、位移延性比和塑性滞回耗能能力,加剧了框架柱的刚度退化和强度退化,给框架柱的抗震带来较为不利的影响,贯穿孔洞造成的影响最大。     

PVA纤维增强混凝土框架柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下PVA纤维增强混凝土框架柱的抗震性能,基于有限元模拟软件Open Sees,采用纤维模型对PVA纤维增强混凝土柱和普通钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行数值模拟,从柱滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能及耗能能力方面对数值模拟结果与试验结果进行对比分析,校准采用的PVA纤维增强混凝土本构模型参数。在此基础上,重点分析了PVA纤维增强混凝土柱剪跨比、轴压比等参数对其抗震性能的影响。参数分析结果表明:随着柱剪跨比的增加,位移延性系数先增后减,在剪跨比为3时达到最大,极限位移角随剪跨比的增加而增加;随着柱轴压比的增加,位移延性系数和极限位移角均减小。     

低周反复荷载下传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土组合框架抗震性能研究

对一缩尺比为1/2的传统风格建筑钢筋混凝土(RC)-钢管混凝土(CFST)组合框架模型进行了低周反复加载试验,研究了模型结构的破坏过程、破坏特征,得到了结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、应变特征、延性、耗能性能、刚度退化与承载力退化。试验分析表明：乳栿为模型结构的第一道抗震防线;模型结构的滞回曲线呈现出“捏缩”效应,表现出剪切滑移特征;试件破坏时,其等效黏滞阻尼系数为0.146,小于常规现代混凝土框架结构;模型框架的位移延性系数大于3.0,极限位移角为1/27,表现出良好的变形能力及抗倒塌能力。由应变分析可知,金柱纵筋先于檐柱纵筋屈服;混凝土柱纵筋先于方钢管屈服。基于试验结果,采用ABAQUS软件对模型进行了有限元分析,计算结果与试验实测结果吻合较好。在此基础上对模型进行参数分析,结果表明：随组合柱轴压比和CFST柱与RC柱线刚度比的提高,模型框架的水平承载力增大,但延性变差;随混凝土柱纵筋配筋率的增大,模型框架的水平承载力和延性均明显提高。     

考虑轴压比影响时框架侧移计算的试验及理论研究

为研究轴压比对框架柱侧移的影响,以轴压比为框架柱的主要变化参数,完成了10根钢筋混凝土柱与5根钢柱压弯试验。试验结果表明:随轴压比增加,框架柱抗侧刚度增加,侧移减小;对于混凝土柱,裂缝间距和宽度都增大,裂缝越集中于柱底,压区混凝土破坏越严重,延性越差;对于钢柱,则压区屈曲越严重。随着名义偏心距的增大,二阶效应加剧,轴力对框架柱抗侧刚度的提高有所减弱;轴力对钢柱抗侧刚度的有利影响不及混凝土柱明显。结合试验数据,拟合了考虑轴压比影响的柱抗侧刚度计算公式。根据此公式计算内力侧移的框架算例表明,考虑轴压比影响时,框架结构侧移明显减小;轴力从上至下逐渐增大,轴压比对框架结构的影响愈大,结构侧移减小愈明显。考虑轴压比对框架柱抗侧刚度的影响,符合工程实际,能为现行规范对高层框架侧移计算的完善提供参考。     

配箍率对钢骨高强混凝土短柱轴压力系数限值影响的试验研究

通过 2 7根不同剪跨比的试件对钢骨高强混凝土短柱的位移延性进行了研究 ,分析了配箍率对钢骨高强混凝土短柱延性的影响 ,并得出了配箍率和延性间的关系曲线。增加配箍率可以提高短柱的延性 ,因此可以将轴压力系数限值适当放宽。本文根据试验结果 ,提出了满足一定延性要求的、对应于不同配箍率的钢骨高强混凝土短柱轴压力系数限值     

配箍率对SRHC短柱延性的影响

通过 19根剪跨比为 1 5的试件对钢骨高强混凝土 (SRHC)短柱的位移延性进行了试验研究 ,分析了钢骨高强混凝土短柱的破坏形态和配箍率对钢骨高强混凝土 (SRHC)短柱位移延性及轴压力系数限值的影响 ,得出了满足一定延性要求的对应于不同体积配箍率的钢骨高强混凝土 (SRHC)短柱的轴压力系数限值。     

钢管约束钢筋混凝土压弯构件滞回性能试验研究与分析

进行了4个圆钢管约束钢筋混凝土(CTRC)和4个方钢管约束钢筋混凝土(STRC)压弯构件滞回性能的试验研究,并进行了两个钢筋混凝土(RC)对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.34、0.65和0.80)和混凝土强度等级(C30和C60)。试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到了显著提高。随轴压比和混凝土强度的提高,CTRC压弯构件的受弯承载力提高;但轴压比和混凝土强度对试件的延性无明显影响。随轴压比和混凝土强度的提高,STRC压弯构件的受弯承载力提高,但延性下降。相同轴压比条件下,CTRC压弯构件的受弯承载力和延性明显优于STRC构件。根据试验结果,建议了钢管约束钢筋混凝土柱截面受弯承载力的计算方法。建立了钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型数值计算方法,计算中采用随荷载的增加而不断增大钢管对核心混凝土的约束效应的方法,数值计算结果与试验结果吻合良好。