单层钢筋混凝土框架结构水平向连续倒塌试验研究

钢筋混凝土(RC)框架结构因竖向构件抗侧能力不足而引起的水平向连续倒塌模式会引起破坏在更大的范围内传播,目前国内外关于RC框架结构水平向连续倒塌的研究有待深入。试验中设计了一榀非对称的单层RC平面框架,对其进行静力倒塌试验,分析了该框架在局部竖向构件失效后的水平向连续倒塌的受力机理和倒塌抗力。结果表明:RC框架在水平向连续倒塌的最终破坏形式为梁端和柱底发生塑性破坏、框架形成机构;柱对梁板水平约束的不足导致梁板在压拱机制下发生了较大的竖向位移,使得梁板内压力对该阶段的框架倒塌抗力贡献降低;梁板在悬链线机制下的倒塌抗力受柱提供的水平约束的刚度和承载力的影响,当约束不足时框架倒塌抗力随竖向位移的增大不断下降,这与既有竖向倒塌试验结果相反。     

预压装配式预应力混凝土框架边柱拆除时抗连续倒塌性能试验研究与理论分析

对一榀二层二跨预压装配式预应力混凝土(PC)平面框架进行了静力拆除底层边柱的试验及理论分析,探究了裂缝发展、变形能力、破坏模式及连续倒塌机理。根据试验框架达到极限承载力时的状态,提出了边柱失效时简化的结构抗力分析模型,并推导出结构抗倒塌极限承载力的计算方法; 基于能量法建立近似的动力响应评估模型,根据试验框架静力加载荷载-位移曲线近似得到其在边柱瞬时失效时的动力响应曲线。结果表明:框架的受力过程可分为弹性、弹塑性、塑性铰以及倒塌4个阶段; 加载时试件的混凝土裂缝开展及破坏集中在失效边柱相邻区域框架梁两侧梁端结合部,除失效边柱外,其余框架柱以及失效柱远离区域框架梁端基本完好; 框架在小变形阶段按梁机制受力,存在压拱效应及空腹效应; 在大变形阶段不能按悬链线机制受力,由梁的受弯机制和空腹机制共同抵抗不平衡荷载; 边柱失效时预压装配式预应力混凝土框架最大抗力达到60.9 kN,最终倒塌位移为430 mm,梁端转角为10.0°～15.3°,具有较好的抗连续倒塌能力。     

钢筋混凝土框架结构底部相邻两柱失效的抗连续倒塌性能研究

为研究钢筋混凝土结构在角柱和相邻边柱同时失效情况下的抗连续倒塌性能,采用12点等效均布荷载加载系统,对移除角柱和相邻边柱后的钢筋混凝土梁-板-柱子结构进行PUSHDOWN加载,并对钢筋混凝土子结构的破坏模式、承载能力、变形能力、钢筋局部应变、支座水平位移及边梁扭转变形进行分析。试验结果表明：角柱和相邻边柱同时失效的钢筋混凝土梁-板-柱子结构反应与悬挑板相近,梁与板无法形成有效的压拱机制、悬链线机制或薄膜机制来抵抗连续倒塌的发生。采用有限元软件DIANA建模对试验结果进行了数值模拟分析,证明了数值模型的合理性。采用塑性铰线法对试验屈服荷载和第一极限荷载进行分析,理论分析结果表明,与试验结果相比,塑性铰线法的分析结果偏于保守。     

关键柱失效后组合框架抗倒塌试验研究及理论分析

通过一榀四跨单层钢-混凝土组合框架试验研究,分析中柱失效后结构体系的抗倒塌性能。试验结果表明：中柱失效后,组合框架的连续倒塌过程分为6个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段、压拱阶段、塑性阶段、过渡阶段及悬链线阶段,结构主要通过塑性铰机制和悬链线机制进行内力重分配;组合梁可以保证悬链线作用的形成,其特有的压拱效应可在一定程度上提高结构关键柱失效初期的承载能力;根据现行规范设计的组合框架在关键柱失效后仍具有较高的承载力,具有一定的抗倒塌能力。同时采用ABAQUS建立了试验试件的有限元分析模型,有限元分析结果和试验结果进行对比,验证了有限元分析结果的正确性。针对组合框架中的压拱效应进行分析,并结合试验现象提出一种新的“桁架弹簧”压拱模型,推导了竖向位移-荷载相关计算式及竖向位移-水平位移相关计算式,计算式计算结果与试验结果吻合良好。     

下弦与撑杆改进构型张弦梁结构抗连续倒塌动力试验研究

为研究下弦与撑杆改进构型张弦梁结构在连续倒塌过程中的动力响应与失效机理，参考国内某工程张弦梁结构，设计了一个改进构型的张弦梁结构模型。采用基于电磁控制的局部初始失效装置模拟跨中下弦杆失效，对该模型开展了抗连续倒塌动力试验研究。基于ANSYS/LS-DYNA程序对该类结构建立抗连续倒塌有限元模型，并通过试验和有限元联合分析明确了该类结构的备用传力路径、关键构件以及竖向位移动力放大系数的变化规律等。结果表明：改进构型张弦梁结构任一段下弦失效后，失效区域形成的空腹桁架为结构提供了备用传力路径，提高了结构抗连续倒塌性能；下撑杆作为下弦失效后的第二道防线，是剩余结构的关键构件，其失效将引发结构连续倒塌；当剩余结构受力处于弹性阶段时，竖向位移动力放大系数在1.2左右，随着结构进入塑性的程度增大，竖向位移动力放大系数逐渐增大，当荷载达到3.0倍设计工况时，动力放大系数接近2.0。     

钢筋混凝土框架边柱突然失效模拟试验与分析研究

在偶然荷载作用下结构的失效机理是结构设计研究的重要内容。为研究框架结构在边柱突然失效瞬间结构的动力反应、内力重分布和破坏形态,湖南大学与美国南加州大学(USC)、美国加州大学戴维斯分校(UCDAVIS)、美国国家标准技术研究所(NIST)共同进行了1/2比例的3层3跨钢筋混凝土空间框架的倒塌试验。通过研究破坏瞬间结构的位移反应、加速度反应、钢筋应变和裂缝分布情况,揭示结构在竖向构件突然失效时结构的抗倒塌性能。研究结果表明按照抗震规范进行设计的框架结构在底层单个边柱突然失效时具有较好的抗连续倒塌性能,动力效应对结构的影响并不显著。并采用SAP2000有限元软件对结构在竖向构件突然失效时的位移反应、内力变化进行模拟分析,分析结果与试验结果吻和良好。     

预应力加强型钢拱梁及其改进结构的性能研究

加强型钢拱梁是根据结构在承受竖向荷载时的内力及变形图,在钢拱梁平面内增加适当的撑杆和加强型索,以改善其受力性能、提高刚度和承载力的新型结构体系.通过有限元软件AN SY S分析了加强型钢拱梁在不同竖向荷载作用下以及不同初始加强型时应力和位移的变化规律,并依据钢拱梁在全跨和半跨荷载作用下的受力特征对加强型钢拱梁进行了改进和有限元分析.结果表明能较大地提高结构的刚度和承载力,而改进后的加强型钢拱梁对于抵抗半跨荷载的刚度和承载力又有明显的改善.     

全填充墙钢管混凝土组合框架抗连续倒塌性能研究

现有建筑结构的抗连续倒塌设计主要以提高失效柱上部梁构件的梁机制和悬链线机制承载力作为主要的设防目标,忽略了既有非结构构件共同承担竖向构件失效后的抗倒塌能力贡献。为研究填充墙对钢管混凝土组合框架抗连续性倒塌性能的影响,该文对拆除中柱构件后的全填充墙钢管混凝土柱 压型钢板组合梁框架剩余结构进行单调竖向静力加载,获得试件竖向荷载 位移关系曲线、整体/局部破坏模式以及构件关键部位的应变变化曲线,并与钢管混凝土组合框架倒塌试验结果进行对比分析。研究结果表明：该类结构的荷载 位移关系曲线分为四个阶段,弹性阶段、弹塑性阶段、裂缝发展阶段和破坏阶段。填充墙作用可以提高钢管混凝土组合框架的抗倒塌承载力,但结构的延性有所降低。基于试验研究结果,利用ABAQUS/Implicit建立了全填充墙钢管混凝土组合框架抗倒塌精细化有限元模型,并验证了建模方法的合理性。在此基础上,分析了不同填充墙开洞率对钢管混凝土组合框架抗倒塌承载力和破坏模式的影响,发现不同开洞率对试件的初始刚度、峰值荷载和位移延性均有一定影响,研究结果以期为该类结构的抗倒塌设计提供一定的参考。     

低周反复荷载作用下PVC-CFRP管钢筋混凝土柱受剪承载力分析

为研究PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的受剪性能,在已完成的8根PVC-CFRP管钢筋混凝土柱和2根PVC管钢筋混凝土柱的低周反复荷载试验基础上,考虑轴压比、剪跨比、CFRP条带环箍间距对PVC-CFRP管钢筋混凝土柱受剪承载力的影响,选择CFRP布、PVC管、核心混凝土和钢筋的应力-应变关系模型,将圆形截面等效为矩形截面。利用桁架-拱模型对PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的受剪机理进行分析,提出PVC-CFRP管钢筋混凝土柱受剪承载力计算公式。考虑低周反复荷载作用对构件受剪承载力的影响,引入位移延性系数,给出了低周反复荷载作用下PVC-CFRP管钢筋混凝土柱受剪承载力的设计公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

方钢管框架钢板剪力墙核心筒结构抗倒塌分析

为研究方钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构的抗连续倒塌性能,建立一栋15层原型结构,在不同初始损伤模型下采用拆除构件法对结构进行非线性动力分析,得到失效节点竖向位移时程曲线以及失效柱范围内梁、柱内力变化情况。研究表明:底层内柱失效后节点竖向位移最大,底层筒体柱失效后节点竖向位移最小;底层柱失效后,内力重分布主要发生在失效柱相邻跨范围内,梁柱内力均增大,荷载传递遵循就近原则;结构在不同抽柱工况下均未发生倒塌,其中内柱属于最不利位置。     

基于粘结强度变化的锈蚀无腹筋梁承载能力的研究

基于锈蚀钢筋混凝土梁内钢筋与混凝土间粘结强度随锈蚀量的变化,对锈蚀梁承载能力和破坏模式进行了研究。首先,基于梁内粘结强度的变化,计算锈蚀梁的抗弯承载力。其次,基于“拉、剪临界破坏”的概念和“梁-拱”共同作用的混凝土抗剪抵抗机制,计算锈蚀无腹筋梁的抗剪承载力。较小钢筋锈蚀量时,与粘结强度有关的“梁作用”因粘结强度的增加而增加;随锈蚀量的增加和粘结强度的退化,与粘结强度有关的“梁作用”不断降低,“拱作用”则有所增加。再次,对锈蚀梁随钢筋锈蚀量变化破坏模式的变化进行了分析。最后,对文中提出的模型进行了试验验证。     

反拱法粘贴碳纤维加固混凝土梁试验研究

通过对不同反拱荷载作用下试验梁开裂荷载和极限荷载的分析,提出了反拱法粘贴碳纤维布加固的最佳反拱荷载,在最佳反拱荷载作用下粘贴碳纤维布能使试验梁达到最佳开裂荷载和极限荷载。通过对比分析挠度数据,得到了反拱法粘贴碳纤维布加固能降低梁挠度,增加速率,延迟梁破坏,提高梁承载力等结论。     

无腹筋锈蚀钢筋混凝土深梁承载力分析

锈蚀钢筋混凝土深梁的承载力不仅与纵向钢筋的截面损失有关,而且和钢筋与混凝土之间的粘结强度的降低,混凝土保护层中出现的纵向锈胀裂缝有关,本文先考虑了由于钢筋的截面损失引起的钢筋混凝土深梁的抗弯承载力的降低;再在梁-拱共同作用抵抗剪力的机制上,计算了无腹筋锈蚀钢筋混凝土深梁的抗剪承载力,进而提出了无腹筋锈蚀钢筋混凝土深梁的承载力计算公式。     

螺栓连接预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌机理研究

为研究螺栓连接预制混凝土(PC) 结构的抗连续倒塌性能,制作一个两跨1/3缩尺的螺栓连接PC梁-板子结构试件,采用堆加均布荷载与Pushdown相结合的加载方式研究其在受力过程中的开裂模式和抗力曲线。结果表明：螺栓连接PC框架具有较好的变形能力;在加载初期试件抗力主要由梁和板的抗弯机制提供;与RC结构不同的是压拱机制作用对PC梁抗倒塌贡献较少。由于梁柱节点部位螺栓附近混凝土容易发生撕裂破坏导致预制梁提早退出工作,但板中钢筋网在大变形阶段可以发展拉膜机制使得子结构可以继续承受荷载,不至于发生倒塌破坏。通过有限元软件LSDYNA建模,进一步分析了螺栓连接PC结构的预制梁与板(预制板和后浇叠合层)对结构抗力的贡献。有限元分析表明,预制板及后浇叠合层在加载初期的抗力贡献高达87%,在大变形阶段由于叠合层钢筋网发展拉膜机制,其抗力贡献也高达72%。     

无腹筋锈蚀钢筋混凝土梁承载能力的计算

锈蚀钢筋混凝土梁的承载力不仅与纵向钢筋的截面损失有关 ,而且和钢筋与混凝土之间的粘结强度的降低、混凝土保护层中出现的纵向锈胀裂缝有关。本文先考虑了由于钢筋的截面损失引起的钢筋混凝土梁的抗弯承载力的降低 ;再在梁 拱共同作用抵抗剪力的机制上 ,计算了无腹筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力 ,进而得到了无腹筋锈蚀钢筋混凝土梁的承载力及其相应的破坏模式。对一实例的计算结果表明 ,当混凝土保护层出现纵向锈胀裂缝后 ,钢筋与混凝土之间的极限粘结强度相应降低 ,梁的破坏模式由受弯破坏转向受剪破坏 ,承载能力有较大的降低。同时 ,锚固区的粘结强度的降低 ,导致梁也可能发生粘结锚固破坏。     

钢管混凝土复合柱静力试验与偏心率折减系数计算方法

以偏心率为参数,对4根钢管混凝土复合柱和4根钢管混凝土格构柱进行了受压试验和有限元分析,对比分析了试件的破坏过程与特征、受压承载力和荷载-位移曲线以及荷载-应变曲线。试验结果表明：轴压复合短柱的破坏以钢筋混凝土板的压碎和纵筋屈服为特征,此时钢管混凝土柱肢没有充分发挥其自身的轴压承载能力;偏压复合短柱的破坏形态为近载侧钢筋混凝土板压碎同时柱肢钢管出现鼓曲,对应柱肢的受力状态与钢管混凝土格构柱的相似。当偏心率相同时,钢管混凝土复合柱的初始受压刚度和承载力均大于钢管混凝土格构柱,两者的初始抗弯刚度接近,但由于钢筋混凝土板在受力后期仍可有效传递截面剪力,钢管混凝土复合柱的侧向位移明显小于钢管混凝土格构柱。钢管混凝土复合柱的偏心率折减系数随偏心率的变化情况与钢管混凝土格构柱的基本相似。以钢管混凝土格构柱的基本计算式为基础,利用试验和有限元参数分析结果对其进行修正,得到钢管混凝土复合柱的偏心率折减系数计算方法,折减系数的计算结果与试验结果吻合良好。     

碳纤维布加固低强度混凝土梁的抗弯承载力

针对既有历史建筑和中小型桥梁维修改造工程的实际需要,采用梁底粘贴单向碳纤维布的方法对12根低强度等级(混凝土立方体抗压强度低于15MPa)混凝土梁进行加固,并对加固梁进行单调加载试验。结果显示,由于混凝土强度较低,加固梁易发生剥离破坏,纵筋屈服后梁底纤维应变大于梁底混凝土应变,平截面假定无法保持;设置U形压条既能提高加固梁的承载力,又能改善加固梁的变形性能;当加固前梁上持荷值超过未加固梁承载力40%时,加固效果会明显降低。根据试验梁的破坏特征,提出基于拉杆-拱模型的加固梁抗弯承载力的计算方法。理论计算和试验结果比较表明所提方法能够全面考虑纤维剥离、U形压条以及持荷对加固梁抗弯承载力的影响。     

钢筋混凝土加固梁的有限元分析

为了深入了解CFRP加固RC梁的受力性能和加固机理,采用试验和有限元软件ANSYS仿真分析相结合的方法,分析了CFRP布加固梁的承载能力、变形特性、破坏形式和CFRP布加固混凝土结构的承载机理。     

环梁连接的RC梁-钢管混凝土柱框架试验研究

介绍了一个采用钢筋混凝土 (RC)环梁连接的 2层 2跨RC梁 -钢管混凝土 (STCC)柱框架的拟动力试验和静力试验。为了研究环梁在地震作用下的破坏形态 ,大部分节点设计成“弱环梁、强框架梁” ,即环梁屈服先于框架梁 ;少量节点设计成“强环梁、弱框架梁” ,即框架梁屈服先于环梁。试验表明 :小震时 ,框架的刚度降低很少 ;中震时 ,刚度降低约 3 0 % ;大震时 ,层间位移角小于 1 10 0 ;即使弱环梁已经破坏、层间位移角达 1 3 4,框架的承载力仍未下降 ;能够实现“强柱弱梁”和实现塑性铰形成于框架梁端的“强连接、弱构件”的抗震设计概念。RC环梁与STCC柱之间局部范围的缝隙不影响框架的整体抗震性能 ;环梁与柱之间几乎无相对竖向滑移。采用RC环梁连接的RC梁 -STCC柱框架具有良好的抗震性能。     

钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土简支梁试验研究

钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁技术,是建立在钢板-混凝土组合梁基础上的一种加固方法。为了研究其受弯性能,对1根钢筋混凝土对比梁和10根钢板-混凝土组合加固简支梁进行了试验研究。加固试件包括直接加固、损伤后加固及持载加固试件。量测分析了试件的荷载、挠度、应变、裂缝宽度及其发展等。试件的破坏形态包括弯曲破坏和新老混凝土剥离破坏。试验表明,组合加固可以大大提高钢筋混凝土梁的承载力和刚度,试件具有良好的延性。采用弹性方法和塑性方法分析了试件的开裂荷载和极限受弯承载力,计算结果与试验吻合良好;用现有规范方法对试件刚度进行估算存在一定误差。