预制减震墙板加固震损框架抗震性能试验研究

本文中提出先对震损框架进行局部修复,再采用预制减震墙板进行加固的预制减震墙板加固震损框架的方法,设计制作震损修复框架(RBF)、预制减震墙板加固震损框架(DWF)以及预制普通墙板加固震损框架(CWF)3榀足尺试件,对其进行拟静力加载试验,对比研究3个试件的滞回性能、承载能力、破坏形态以及延性等抗震性能。结果表明：对震损框架进行局部修复,再采用预制减震墙板对其进行抗震加固可提高震损修复框架的抗侧刚度、承载能力和屈服后的变形能力;预制减震墙板加固震损框架(DWF)滞回曲线稳定、饱满,其承载力衰减缓慢,具有良好的持续抵抗外荷载的能力,不改变震损修复框架结构的受力和破坏特征,其变形能力满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》罕遇地震作用下1/50层间位移角的要求,具有良好的抗倒塌能力;预制减震墙板单元与框架间的拉结筋构造措施提高了结构的整体性,保证了预制减震墙板既定的摩擦滑移耗能机制的有效实现。     

摩擦耗能支撑加固震损框架抗震性能试验研究

进行3榀采用摩擦耗能支撑修复震损框架试件和2榀对比框架试件在水平往复荷载作用下的抗震性能试验,重点研究采用一种新型摩擦耗能支撑修复震损框架的效果和摩擦耗能器预紧力对加固试件抗震性能的影响。根据试验结果对试件的破坏特征、强度、刚度和耗能性能等抗震性能指标进行分析。试验结果表明,新型摩擦耗能器在往复荷载作用下滞回曲线接近理想矩形,摩擦耗能支撑工作性能稳定;耗能支撑加固后的震损框架水平承载力和抗侧刚度显著提高;随着摩擦耗能器预紧力增大,加固效果明显提升;耗能支撑加固震损框架的耗能能力可以恢复甚至大幅度提高,且耗能支撑是加固框架的主体耗能部位。研究成果可为震损框架的加固改造提供参考。     

纤维增强水泥基复合材料加固震损RC框架抗震性能试验研究

针对震损钢筋混凝土框架,提出了基于纤维增强水泥基复合材料（ECC）的加固修复方法,并开展了振动测试和低周反复荷载试验。研究结果表明：震损加固框架在加载试验后的基本频率仅下降了6.8%,损伤程度较轻,屈服和峰值荷载时的顶点位移角分别为1/48和1/25,破坏时位移角超过1/19。震损加固框架的峰值荷载较未损伤原框架提高了9.6%,表明ECC加固修复震损框架的方法能够使其抗震承载能力完全恢复并略高于原框架;ECC加固震损框架的耗能能力也可恢复至原框架的水平。此外,ECC加固对震损框架的刚度提高有限,震损加固框架的初始刚度仅为原框架的36.0%,但刚度退化较为缓慢。应变分析结果表明,ECC置换梁端混凝土能够显著改善塑性铰区的受力性能和破坏模式。     

增大截面法加固震损钢筋混凝土框架的抗震性能试验研究

为研究已震损及未损钢筋混凝土框架采用增大截面法加固后的抗震性能,按照1/2缩尺制作4榀两层双跨钢筋混凝土框架模型,其中1榀为原型对比框架,1榀直接加固,另外2榀进行不同程度的预损后采用增大截面法进行加固,对所有框架模型进行低周反复破坏试验。试验结果表明,经过对震损及未损钢筋混凝土框架采用增大截面法进行合理和可靠的加固,框架结构的承载力有较大程度的提高,并且具有良好的延性变形和耗能性能,震损程度对加固框架的刚度、强度退化以及耗能性能未产生明显影响。对于混凝土框架结构而言,无论从承载力、延性、耗能及对震损的加固修复等各方面来看,采用钢筋混凝土增大截面法是一种非常有效的抗震加固方法,可以满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震要求。     

竖向分布钢筋部分连接装配整体式剪力墙抗震性能试验及有限元分析

为研究竖向分布钢筋部分连接的装配整体式剪力墙的抗震性能,完成1个预制墙板部分分布钢筋采用预埋件焊接连接试件和1个预制墙板分布钢筋不连接试件的拟静力试验。试验结果表明：采用预埋件焊接连接试件裂缝分布均匀,滞回曲线相对饱满,承载力较高,抗震性能表现良好。采用ABAQUS软件对2榀试件进行有限元分析,得到试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线且与试验结果吻合较好。研究竖向边缘构件纵筋配筋率、连接钢筋直径、高宽比、轴压比、预埋焊板数量及位置等参数对试件抗震性能的影响,结果表明：竖向边缘构件配筋率、高宽比、轴压比对墙体承载力影响较大;预制墙板内连接钢筋直径对墙体承载力影响较小;预制墙板底部两侧合理布置预埋件可有效提升墙体的承载力及延性。     

喷射混杂玄武岩-碳纤维复合材料加固震损混凝土框架柱试验研究

通过对3根模型比为1/2的钢筋混凝土框架柱试件在低周水平往复荷载作用下的抗震试验,研究喷射混杂玄武岩-碳纤维增强复合材料加固震损钢筋混凝土框架柱的抗震性能及加固效果。试验结果表明:震损至纵筋屈服的框架柱经喷射加固后,其极限承载力基本可恢复到震损前框架柱的极限承载力,位移延性系数和循环累积耗能则分别提高了7.43%和22%,且软化阶段刚度退化速度明显慢于未加固框架柱。震损至极限破坏的框架柱经喷射加固后,其峰值荷载和循环累积耗能分别降低了11.9%和39%,而位移延性系数略有提高;虽然因预损程度严重,其初始刚度明显低于未加固框架柱和震损屈服后加固框架柱,但因喷射纤维增强材料FRP加固层的拉结约束作用,其刚度退化速度仍能与未加固框架柱和震损屈服后加固框架柱基本持平。喷射混杂纤维复合材料可以有效恢复甚至改善震损框架柱的抗震性能,抗震加固效果良好。喷射加固方法可以对地震区已震损框架柱进行快速加固,有效防止框架结构在地震余震中发生倒塌等严重破坏。     

阻尼填充墙加固震损框架抗震性能试验研究

提出先对震损框架进行局部修复,再采用阻尼填充墙对其进行加固的阻尼填充墙加固震损框架方法,设计制作震损修复框架（CRF）、阻尼填充墙加固震损框架（CRDIWF）以及阻尼填充墙框架（DIWF）三榀足尺试件,对其进行拟静力加载试验,对比研究三个试件的滞回性能、承载能力、耗能能力与延性、破坏特征等。试验结果表明：对震损框架先进行局部修复,再采用阻尼填充墙对其进行抗震加固的方法是可行的;试件CRDIWF的抗侧刚度、承载能力、耗能能力、位移及延性与DIWF基本相当,且均比试件CRF高;阻尼填充墙实现了既定的滑移耗能机制,释放了对框架的刚度效应和约束效应;试件CRDIWF、试件DIWF的破坏特征与试件CRF一致,破坏时层间位移角为1/37,满足《建筑抗震设计规范》中罕遇地震作用下层间位移角1/50的要求,具有良好的抗倒塌能力;为保证阻尼填充墙工作机制与耗能机制的实现,阻尼填充墙砌体单元的砂浆剪切强度应大于SBS阻尼层的剪切强度。     

外设自复位构件加固钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

针对某既有钢筋混凝土框架结构抗震加固改造项目中存在的问题,提出了采用外设装配式自复位构件对钢筋混凝土框架进行抗震加固的方法,即对既有框架梁、柱采用增大截面法加固,沿框架梁并排安装预制梁构件,预制梁内通长设置无黏结预应力筋并锚固于框架柱外侧,预制梁与框架柱之间设置耗能钢筋,使被加固框架在给定的性能设计目标下获得一定的自复位能力。为验证该方法的加固效果,设计并制作了3榀平面框架结构试件,对其进行了拟静力试验研究,其中1榀为未加固的对比试件,2榀为采用外设装配式自复位构件加固的框架试件。试验结果表明：外设装配式自复位构件加固法可以显著提高钢筋混凝土框架结构的抗震承载力和延性,耗能能力显著增强,同时,在一定层间位移角范围内,加固框架的残余变形明显小于未加固框架,震后自主复位能力显著增强。对试验进行了精细化有限元仿真分析,有限元分析结果与试验结果符合较好。该加固方法可与性能化抗震加固设计相结合,以实现基于位移的性能化加固设计需求。     

碳纤维布加固震损方钢管混凝土框架边节点抗震性能试验研究

为了研究碳纤维布加固震损钢管混凝土柱-钢梁框架节点的抗震性能,按1:2的缩尺比例设计并制作4个方钢管混凝土柱-钢梁框架边节点试件,进行了预损加载、碳纤维布加固和节点加固后的低周往复荷载破坏试验。研究了碳纤维布加固震损节点的有效性,探讨了不同震损程度对加固效果的影响。通过对节点试件的滞回曲线、骨架曲线、碳纤维布应变、延性、耗能能力、刚度退化及承载力退化等参数分析可知:碳纤维布加固方钢管混凝土柱-钢梁框架边节点,保证了"强柱弱梁"的抗震延性设计目标的实现,破坏形态均为钢梁弯曲破坏;碳纤维布加固提高了节点试件承载力,抗震性能得到明显改善;在一定损伤程度情况下,加固节点恢复并超过受损前的抗震性能。     

线支承式预制外挂墙板抗震性能试验研究

线支承式连接是预制外挂墙板和主体结构之间采用的一种新型连接形式。为了考查采用此种连接形式时主体结构、预制外挂墙板、连接三者在地震作用下的工作性能,制作6个试件,并对试件进行了往复水平力加载试验。试验研究结果表明:1)预制外挂墙板对主体结构的破坏模式没有明显影响;2)预制外挂墙板对主体结构的承载力、刚度和延性基本没有影响,预制外挂墙板对主体结构承载力的影响在1%左右,对刚度和延性的影响在10%左右;3)整个试验过程中,预制外挂墙板、预制外挂墙板和主体结构之间的连接未见开裂和破坏。线支承式连接在主体结构大变形时工作性能良好。     

扇形铅黏弹性阻尼器加固RC框架的抗震性能试验研究

针对钢筋混凝土框架结构梁柱节点震害严重的抗震问题,提出采用扇形铅黏弹性阻尼器加固框架结构的 方法,结合扇形阻尼器型式提出外包箱形钢板和外包U形钢板两种不同的加固连接方式。为研究扇形铅黏弹性阻 尼器加固框架的抗震性能,设计并制作了3榀框架试件,分别为空框架和两榀不同连接的扇形铅黏弹性阻尼器加 固框架,通过低周反复加载试验分析了其滞回性能、承载能力、刚度退化、耗能能力等参数。试验结果表明：采 用扇形铅黏弹性阻尼器加固的框架滞回曲线饱满、耗能能力强、加固效果良好;扇形铅黏弹性阻尼器为框架提供 了一定的抗侧刚度,提高了框架的水平承载能力,延缓了框架塑性铰的产生,使框架具有良好的耗能能力;外包 U形钢板和外包箱形钢板用于扇形铅黏弹性阻尼器与主体结构的连接都是有效的,这两种不同的连接方式对加固 框架的整体抗震性能影响不大。     

Performance of alternative CFRP retrofitting schemes used in infilled RC frames

A number of experimental studies have been reported in recent literature about the beneficial effects of infill walls on the seismic response of reinforced concrete (RC) frames. The experimental study presented in this paper mainly focuses on the behavior of bare and carbon fiber reinforced polymer (CFPR)-retrofitted infilled RC frames with different bracing configurations. Quasi-static experimental results are presented and discussed on six 1/3-scaled infilled RC frames that were retrofitted using CFRP material in various schemes. The test results showed a significant increase in the yield and ultimate strength capacities of the frames with a decrease in relative story drifts, especially in the cross-braced and the cross diamond-braced type of retrofitting schemes. The energy dissipation capacities of the retrofitted frames turned out to be more than those of the bare infilled frame, thus reducing the seismic demand imposed on the frames. The cross diamond-braced type of retrofitting scheme, which was positioned on the infill wall and outside the beam–column connection regions of RC frame, showed the best behavior among the other schemes. This scheme not only prevented brittle shear failures of the infill wall, but also prevented the transfer of additional forces to the weak and brittle beam–column connections.     

Modelling and analysis of retrofitted and un-retrofitted masonry-infilled RC frames under in-plane lateral loading

In the context of various developing countries where many old structures require retrofitting or strengthening work to mitigate earthquake hazards, a cost-effective method is the retrofitting of damaged masonry-infilled reinforced concrete (RC) frames using ferrocement overlays, and the strengthening of existing infilled RC frames with ferrocement. However, no reliable mathematical or computational tool is accessible in the open literature to estimate the effect of such a retrofitting technique quantitatively. The present study is a numerical investigation of the retrofitting effect of masonry-infilled RC frames using ferrocement. A finite element technique has been used effectively to develop a computational model for analysing bare RC frames, together with un-retrofitted and retrofitted masonry-infilled RC frames. The proposed model accounts for the material nonlinearities of both concrete and masonry, and the yielding of reinforcing steel. It is shown that the proposed model can be used effectively in predicting the load carrying capacity of existing RC frames, as well as the required degree of strengthening when ferrocement overlays are applied as a retrofitting scheme. A parametric study was performed using the proposed model on bare and infilled frames to quantify the effects of different parameters. This enabled the development of a simplified equation for predicting the ultimate load carrying capacity of masonry-infilled RC frames, which proved to be reasonably accurate and which was validated by both experimental and numerical results.     

Retrofitting of reinforced concrete beams using composite laminates

This paper presents the results of an experimental study to investigate the behaviour of structurally damaged full-scale reinforced concrete beams retrofitted with CFRP laminates in shear or in flexure. The main variables considered were the internal reinforcement ratio, position of retrofitting and the length of CFRP. The experimental results, generally, indicate that beams retrofitted in shear and flexure by using CFRP laminates are structurally efficient and are restored to stiffness and strength values nearly equal to or greater than those of the control beams. It was found that the efficiency of the strengthening technique by CFRP in flexure varied depending on the length. The main failure mode in the experimental work was plate debonding in retrofitted beams.     

磁流变阻尼智能加固体系的试验研究

提出利用磁流变阻尼器(MRD)对有损伤结构进行智能加固。根据MRD的特点,结合我国抗震设计规范,给出MRD智能加固的三个等级性能目标,对其进行量化,并确定MRD智能加固的设计要点。利用MRD对一有损伤钢筋混凝土框-剪偏心结构进行抗震加固,并进行振动台试验。结果表明,采用MRD智能加固后的结构抗震性能大大提高,优于用被动控制方法加固的结构。     

U形预应力钢板箍加固T形截面钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

为改进T形截面钢筋混凝土(RC)梁的受剪加固工艺,提出了一种采用U形预应力钢板箍对T形截面RC梁进行受剪加固的技术。采用简支梁跨中集中力加载的方法,完成了1个足尺未加固RC梁和5个足尺加固RC梁的单调静载试验,研究U形钢板箍间距和预应力水平对加固RC梁受剪性能的影响。通过试验得到了试件的损伤发展过程、破坏形态、荷载-变形曲线以及钢板箍、钢筋和混凝土的应变曲线。研究表明：采用U形预应力钢板箍可有效提高既有T形截面RC梁的斜截面受剪承载力,试件受剪承载力随钢板箍间距的减小而提高,最大提高幅度可达46.1%。当钢板箍间距小于400mm时,加密钢板箍对试件受剪承载力的提高作用逐渐减弱。钢板箍预应力水平在0.35以上时,进一步提高预应力水平对试件受剪承载力无明显影响。提出了U形预应力钢板箍加固T形截面RC梁受剪承载力的计算式,计算结果与试验结果吻合良好,可为既有T形截面RC梁的加固设计提供参考。     

Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架的滞回性能试验

为研究Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架结构的抗震性能,通过对2榀1/3缩尺、单层、单跨损伤的混凝土框架采用Y型偏心钢支撑加固后的低周往复加载试验,系统研究Y型偏心支撑加固震损混凝土框架的滞回性能、刚度退化、延性性能、耗能能力及耗能梁段的剪切变形等。结果表明:Y型偏心钢支撑加固震损混凝土框架具有较高的水平承载力和抗侧刚度,并具有较强的耗能能力。随着耗能梁段腹板高度的增加,加固后试件的水平承载力有所提高,但试件的位移延性和耗能等性能略有劣化。     

酸雨环境下钢筋混凝土框架梁抗震性能试验研究

为研究酸雨侵蚀环境中RC框架梁的抗震性能,设计了3组不同剪跨比（剪跨比分别为5.0、4.2、3.4）的RC框架梁,采用人工气候盐雾箱对其进行酸雨环境（pH值为3.0）加速侵蚀试验,随后对其进行拟静力试验,分析了不同酸雨酸化深度下的钢筋锈蚀程度和剪跨比对RC框架梁抗震性能的影响。结果表明：在酸雨溶液中的H⁺和SO₄^2-的共同侵蚀作用下,RC框架梁混凝土表面出现坑蚀小洞,且蚀洞随着侵蚀程度的增加而逐渐加重;当酸化深度小于混凝土保护层厚度时,RC框架梁的承载力和延性略有增加;随着酸雨侵蚀程度的加深,相同剪跨比的试件,其破坏状态由弯曲破坏转变为以弯曲变形为主的弯剪破坏,当纵筋锈蚀率为6.5%时,承载力下降了17.6%,延性降低了5.24%,累积耗能减少30.87%;当钢筋锈蚀程度相近时,试件的弯剪破坏形态随着剪跨比的减小逐渐明显,承载力增大,延性和耗能能力随之减小。     

Seismic performance parameters of RC beams retrofitted by CARDIFRC

A new high performance fibre-reinforced cementitious composite material (designated CARDIFRC^®), to be used for retrofitting concrete members, has been developed at Cardiff University. The material is compatible with concrete and possesses favourable strength and ductility properties desirable for seismic retrofit. It overcomes some of the problems associated with the current techniques based on externally bonded steel plates and fibre-reinforced polymer (FRP) laminates caused mainly by the mismatch of their tensile strength and stiffness with that of the concrete member being retrofitted.

This paper reports on the results of three-point and four-point flexure tests conducted on a number of non-ductile and ductile small scale RC beams retrofitted with externally bonded CARDIFRC^® strips. A number of different strip configurations and two strip thicknesses are investigated and their effect on the retrofitting process examined. Some strength and seismic performance parameters including toughness and ductility are evaluated for each retrofitted beam and compared with those of the corresponding control beams. It is shown that precast CARDIFRC^® strips, adhesively bonded to the surface of the RC beam can greatly increase the strength and ductility of the retrofitted beam; hence, they can be used successfully to enhance the seismic performance of both damaged and undamaged RC beams.