带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构抗震性能参数分析

带耗能腋撑型钢混凝土梁转换结构是新型的转换结构,通过试验研究验证该新型结构与普通型钢混凝土转换结构相比具有良好的耗能能力和抗震性能。采用有限元数值模拟方法,研究框架柱轴压比、转换梁托柱轴压比、腋撑设置位置、腋梁刚度比等设计参数对该新型结构抗震性能的影响。分析结果表明,在框架柱和托柱轴压比较大的结构中设置耗能腋撑,可以更加明显的改善结构的抗震性能。综合结构响应分析和腋撑变形耗能分析的结果,得出腋撑角度θ的最佳取值为30°～45°,腋撑端部距梁端距离a的最佳取值为Lb/6～Lb/5,腋梁刚度比Kh’的最佳取值为0.2～0.3。     

带耗能腋撑型钢混凝土转换结构减震性能分析

为了解决底部大空间结构上刚下柔,底部框支层变形大的问题,在不影响建筑使用空间的前提下,本文提出在柔性底层设置耗能腋撑以改善转换结构抗震性能。以带梁式转换层的型钢混凝土框架结构为研究对象,利用大型通用有限元程序ETABS对型钢混凝土转换结构及带耗能腋撑型钢混凝土转换结构进行地震反应对比分析,研究耗能器类型与场地土类型对耗能腋撑工作性能和转换结构受力性能的影响作用。研究表明,粘滞型耗能腋撑对本文算例的层间位移角与层间剪力的最大值减幅均可达到36%左右,结构顶层加速度与基底剪力的峰值最大减幅分别为29%和56%;而粘弹型耗能腋撑仅对转换层处有一定减震作用,控制效果不理想;软弱场地与坚硬场地上带耗能腋撑转换结构的减震位移比分别介于0.80～0.90和0.65～0.85之间,耗能腋撑对坚硬场地上转换结构的减震效果较佳。     

双型钢混凝土转换梁柱节点抗震性能试验研究

以广东某高层建筑为工程背景,针对大跨度转换结构,提出了双型钢混凝土转换梁柱节点的构造组合形式,通过对2个转换节点的竖向和水平荷载作用下的低周反复荷载试验,研究了节点的破坏形态、承载能力、刚度、滞回特性、延性、耗能能力及关键位置钢筋和型钢的应变等性能。试验结果表明：转换梁内置双型钢腹板形成的封闭空间对混凝土有约束作用,提高了节点区混凝土的抗剪能力;双型钢混凝土转换梁柱节点的滞回曲线饱满,极限变形能力较强,承载力较高,刚度、延性和耗能能力均较好;被转换柱与双型钢混凝土梁采用“端板螺栓连接”实现了“在被转换柱底部先出现塑性铰”,达到了“强梁强柱,更强节点”和“强转换层,弱框架层”目的。     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱节点抗震性能试验研究

通过5个试件的低周反复荷载试验,对预应力型钢混凝土(PSRC)梁-钢管混凝土(CFT)柱节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、强度与变形特征值、延性、变形恢复能力、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行了较为系统的研究,对预应力、轴压比、预应力筋穿越钢管壁的成孔方法（先成孔与后成孔）等因素对节点抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：PSRC梁-CFT柱节点发生了节点核心区剪切破坏;节点核心区水平剪力-剪切变形滞回曲线较丰满,但在大变形阶段有一定的捏拢效应;各试件节点核心区的极限剪切变形介于28.60×10^-3~60.90×10^-3 rad,剪切变形延性系数则介于4.72~6.69;各试件节点核心区的剪切刚度退化规律基本一致;施加预应力及后成孔方法对节点核心区受剪承载力有一定的有利影响,但施加预应力对节点核心区剪切变形能力及剪切变形延性不利;当轴压比n从0.2增至0.4时,节点核心区受剪承载力提高16.62%,而轴压比n从0.4增至0.6时,节点核心区受剪承载力仅提高1.09%。     

型钢高性能混凝土梁抗震性能试验研究

基于5榀型钢高性能混凝土梁低周反复加载试验,对梁的破坏形态以及不同参数下梁的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能能力等方面的规律和特点进行较为系统的研究。分析不同设计参数对梁抗震性能的影响。结果表明:在低周反复荷载作用下,经过合理设计的型钢高性能混凝土框架梁一般发生弯曲型破坏,且具有良好的延性和抗震耗能能力。     

部分预制装配型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为充分发挥型钢混凝土结构受力性能及预制装配结构施工性能方面的优势，提出了部分预制装配型钢混凝土实心柱(PPSRC柱)和空心柱(HPSRC柱)，结合2个系列10个柱试件的拟静力试验，对两种柱的抗震性能进行了研究。通过对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化的研究，并结合各试件的实测应变结果，对柱截面形式、轴压力、配箍率和现浇混凝土强度对PPSRC柱和HPSRC柱抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：PPSRC柱试件的最终破坏形态分为弯曲破坏与弯剪破坏，HPSRC柱试件均发生弯剪破坏，所提出的高强高性能预制混凝土外壳能够很好地与型钢及现浇混凝土协同工作，主要受力方向型钢与外部混凝土之间未发现明显的黏结裂缝；由于内部混凝土的存在，PPSRC柱相比于HPSRC柱拥有更好的耗能及变形能力；轴压力较低、配箍率较大的试件表现出更好的耗能能力及变形能力。通过对两种柱试件的受弯承载力分析可知，中低轴压比的PPSRC柱与HPSRC柱拥有相近的受弯承载力，在同一结构中HPSRC柱可与PPSRC柱沿竖向混合使用，以有效避免柱变截面处的刚度及承载力突变带来的影响。     

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。     

分离式型钢混凝土柱抗震性能试验研究

实腹式型钢混凝土柱被广泛应用于超高层建筑的巨型柱构件中。由于截面巨大和吊装额度限制，实腹式型钢柱段内的多条现场焊缝对巨柱的整体性和延性造成不利影响。为解决这一问题，采用彼此独立的型钢替换实腹式型钢，增加起吊段的长度，从而达到减少柱段内型钢焊缝的目的。为研究分离式型钢混凝土柱的抗震性能，对实腹式和分离式型钢混凝土柱试件进行拟静力加载，分析试件在轴力和弯矩共同作用下的承载能力、变形能力、耗能性能和刚度退化。试验结果显示：分离式型钢试件的最大水平剪力和极限变形能力与实腹式型钢试件基本相同，且具有良好的滞回耗能性能；分离式型钢试件在达到峰值剪力后抗侧刚度并未大幅衰减；在偏心率达到20%时，分离式型钢试件的截面应变分布基本满足平截面假定。     

高温后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为评估火灾后型钢混凝土柱的抗震能力,为其火灾后加固提供参考,进行了11个型钢混凝土柱试件的高温后抗震性能试验。试件在升降温过程中施加恒定轴向荷载,并且在高温后抗震试验中保持相同的轴向荷载水平。试验中考虑轴压比和受火时间对抗震性能的影响,以获取并分析试件的破坏特征、荷载-位移滞回曲线、刚度、延性和耗能能力。试验结果表明：型钢混凝土柱试件在反复荷载作用下由柱底混凝土剥落形成塑性铰,塑性铰长度为0.14H~0.44H(H为柱截面高度);试件在反复荷载作用下出现贯通全柱的黏结滑移裂缝,滞回曲线大致呈梭形,耗能能力较好;较之未受火试件,受火后试件滞回曲线更为饱满,骨架曲线更为平缓,位移延性系数略有增大,刚度和承载力退化明显,耗能能力略有降低。受火时间相同时,轴压比大的试件极限荷载略高,极限位移较小,延性差,耗能能力更强;轴压比相同时,受火时间越长,承载力和刚度下降越明显,延性略有提高,耗能能力变差。     

型钢超高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢超高强混凝土柱的抗震性能,开展了27根型钢超高强混凝土柱试件的低周反复加载试验。试件设计参数为剪跨比、轴压力水平、配箍、型钢和栓钉配置情况。针对不同设计参数的试件的破坏特征、滞回曲线、水平承载力、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化等进行了分析,得到了各设计参数的影响规律。试验结果表明：型钢超高强混凝土柱的滞回曲线饱满且较稳定;剪跨比较大、轴压比较低、箍筋有效约束指标较大、配置H型或十字型钢的试件具有更好的抗震性能;型钢在箍筋约束效果较好时,能更充分地发挥提高柱抗震性能的作用;通过配置高强度八边形复合箍筋,能有效避免型钢超高强混凝土短柱发生脆性剪切破坏,使得其最终破坏形态为弯曲破坏,从而改善其抗震性能;配置栓钉能提高柱的抗震性能,且当柱的变形能力较强时效果更明显;试验轴压比为0.38或0.45的试件仍具有较强的耗能能力和变形能力,即型钢超高强混凝土柱具有较好的抗震性能。     

带黏滞阻尼器腋撑钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

为研究黏滞阻尼器腋撑对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响,设计制作了带黏滞阻尼器腋撑的钢筋混凝土框架模型和普通框架模型各1榀,对其进行水平正弦稳态激励荷载作用下的抗震性能试验,研究了两榀框架的滞回特性、耗能能力以及关键测点应变等。试验结果表明：设置黏滞阻尼器腋撑框架的滞回曲线较普通框架饱满,结构的耗能能力及附加阻尼比显著提高;激振频率变化对两榀框架的滞回特性以及钢筋应变影响较小;设置黏滞阻尼器腋撑可较大幅度降低梁柱节点处的内力,延缓框架柱顶塑性铰的产生和发展,有效地保护梁柱节点,改善钢筋混凝土框架的抗震性能,但黏滞阻尼器腋撑加大了梁柱加腋处及柱脚的内力;带黏滞阻尼器腋撑钢筋混凝土框架和普通框架均为柱脚塑性铰发展严重而破坏。     

含有屈曲约束支撑平面框架的抗震性能试验研究

为了研究含有屈曲约束支撑结构的抗震性能,对含有屈曲约束支撑和普通支撑的平面框架进行了试验研究。结合试件破坏现象及试验结果,对屈曲约束支撑的力学性能、破坏机理以及作用效果进行了分析探讨。同时,还对试验过程进行了数值模拟分析。试验及理论分析结果表明:与含普通支撑框架相比,含屈曲约束支撑的框架在提高承载力的同时,还具有更稳定的耗能能力;经过适当的设计,可以使屈曲约束支撑先于主体结构进入弹塑性状态,提高结构的抗震性能。     

高层建筑基于性能的粘滞耗能支撑结构抗震加固设计

根据我国79系列规范设计的某钢筋混凝土高层建筑,由于使用功能的改变需要对结构进行抗震评估和加固。引入基于性能的抗震评估与加固方法,以结构层间位移和构件承载力需求作为性能目标,通过基于地震加速度记录的非线性快速时程积分(FNA)方法进行结构分析。论证了该既有钢筋混凝土高层建筑在控制加固费用的前提下采用增设粘滞耗能支撑的方法,加固后结构满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防目标。     

装配式钢管混凝土柱-盖梁节点抗震性能试验研究

装配式钢管混凝土柱-盖梁节点施工简单、工期短,逐渐在桥梁建设中广泛运用。提出一种带抗剪环的新型钢管混凝土柱-盖梁节点,介绍装配式节点在桥梁施工中的施工工序。设计7个钢管直径超过508mm 的大规模节点试件,通过低周反复荷载试验对6个抗剪环节点和1个钢筋笼节点进行了地震响应分析。对比分析节点的破坏形态、有效刚度、延性、滞回性能和极限承载能力等力学特性,得到如下结论：钢管混凝土柱出现初始撕裂时的位移随着构件的有效刚度增大而增大,盖梁的开裂情况则随着钢管混凝土柱埋深的增加而减少。埋深相近的情况下,抗剪环节点的极限荷载承载力大于钢筋笼节点;抗剪环节点的整体延性随着径厚比D/t的增大而减小。     

SRC柱-RC梁组合件抗震性能试验研究

进行了4个1/2比例SRC柱-RC梁组合件的低周反复加载试验,研究不同强节点系数的SRC柱-RC梁节点在各受力阶段的抗震性能、变形组成和合理的节点构造形式。试验结果表明,试件的破坏形态和变形组成与强节点系数有关,所采用的节点连接构造合理。基于试验数据和局部-整体变形关系,探讨了各受力阶段SRC柱-RC梁组合件的弯曲变形、节点核心区剪切变形、纵向钢筋在节点区的滑移变形等组成部分在组合件整体变形中所占比例及其变化规律。分析结果表明,梁变形所产生的侧移在强柱弱梁型SRC柱-RC梁组合件总侧移中所占比例最大,核心区剪切变形所占比例随强节点系数的减小而增大。通过对各受力阶段破坏特征描述和相应特征参数试验结果的分析,提出了强柱弱梁型SRC柱-RC梁框架结构满足运行、基本运行、可修和避免倒塌等四个抗震性能水平的位移角限值分别为1/500、1/150、1/75和1/30。研究成果可供SRC柱-RC梁组合结构地震反应分析和工程应用参考。     

不同配箍形式型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究不同配箍形式对型钢混凝土(SRC)框架柱抗震性能的影响,进行了8个1∶2比例SRC柱试件的低周反复加载试验。主要研究参数为配箍形式、体积配箍率和剪跨比。通过试验研究了各参数对试件强度衰减、延性、滞回特性和耗能能力等性能的影响。研究表明,试件变形能力随体积配箍率和剪跨比的增大而增大,强度衰减随配箍率的增大而减小,配箍率对试件刚度衰减影响不明显。配箍形式对SRC柱滞回性能有明显影响,八角复合箍优于井字复合箍,矩形箍增设角箍,可有效延缓纵筋压曲,提高试件的极限承载能和变形能力。研究成果可为SRC结构工程实践提供参考。     

非对称十字形配钢型钢混凝土矩形截面柱抗震性能试验研究

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征,并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接,提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验,分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明：不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称,正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载;在相同含钢率下,非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能;剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低,延性增加,耗能能力提高;增大轴压比,柱刚度退化加剧,延性降低,耗能能力减弱;提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。     

Experimental study on seismic behavior of steel reinforced concrete rectangular column with unsymmetrical cross-shaped steel section

为适应型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)框架结构在边柱、角柱部位不均匀受力的特征，并简化施工、避免大量型钢开孔和钢筋焊接，提出非对称十字形配钢SRC矩形截面柱构造。开展7根非对称十字形配钢SRC矩形截面柱和1根对称十字形配钢SRC矩形截面柱的低周往复加载试验，分析配钢形式、剪跨比、轴压比和体积配箍率等主要设计参数对柱抗震性能的影响。结果表明：不对称配钢形式使SRC柱的正、负向承载力不对称，正向加载(型钢内缩侧受压)比负向加载先达到峰值荷载；在相同含钢率下，非对称十字形配钢SRC矩形截面柱可达到与对称配钢形式相近的抗震性能；剪跨比的增大使柱的刚度衰减率降低，延性增加，耗能能力提高；增大轴压比，柱刚度退化加剧，延性降低，耗能能力减弱；提高体积配箍率将改善柱的耗能能力和延性。