钢管约束钢筋混凝土转换短柱抗震性能试验研究

钢管约束钢筋混凝土短柱具有优越的延性和弹塑性层间变形能力,因此在转换柱中应用时可显著提高转换结构的整体抗震性能。对大连中国石油大厦外筒的钢管约束钢筋混凝土转换短柱进行了抗震性能模型试验,模型比例为1∶6。试验中的主要参数为轴压比、剪跨比和对拉钢筋设置。试验结果表明,钢管约束混凝土短柱中,钢管对核心混凝土的有效约束限制了核心混凝土剪切破坏的产生,改变了钢筋混凝土短柱在水平地震作用下的剪切脆性破坏模式。在抗震工程中采用钢管约束钢筋混凝土柱可有效提高钢筋混凝土框架短柱的延性、弹塑性层间变形能力和耗能性能,从而显著提高结构的整体抗震性能。     

方钢管约束型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的方钢管约束型钢混凝土短柱和1个相同用钢量的型钢混凝土对比试件的拟静力试验研究,试件的主要变化参数为轴压比(0.3,0.4和0.5)。试验结果表明：轴压比为0.3的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.4和0.5的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为剪切破坏和粘结破坏相结合。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。随轴压比的增加,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力提高,但延性和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。图8表2参13     

冻融循环作用下钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究冻融环境下钢筋混凝土柱的抗震性能,采用人工气候实验室对6根依据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》所设计的框架柱进行了冻融循环试验,并观察了该冻融循环下材料层面和构件层面的冻融损伤发展过程。通过拟静力加载试验,分析了不同冻融循环次数和轴压比对试件破坏形态、滞回曲线、承载能力、变形能力和耗能能力等的影响。结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件均发生以弯曲变形为主的弯剪破坏,承载力和耗能能力均有不同程度的退化,延性呈现先增后降的变化;当冻融循环次数相同时,随着轴压比的增大,试件破坏形态由大偏心受压破坏转为小偏心受压破坏,试件承载力和耗能能力均呈先增大后减小的趋势,延性逐渐减小。     

圆钢管薄壁空心混凝土短柱轴压性能试验研究

进行12个圆钢管薄壁空心混凝土轴压短柱轴压承载力的试验研究,考察轴压承载力—变形特性以及破坏模式,分析了圆钢管轴向、环向变形的发展规律,试验研究表明当薄壁混凝土壁厚达到一定厚度后,圆钢管内的薄壁空心混凝土在环向形成较好的拱效应,能有效地阻止外侧钢管局部失稳。     

预应力钢带加固钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

为研究预应力钢带加固钢筋混凝土短柱的抗震性能,对6个预应力钢带加固钢筋混凝土短柱试件和3个对比试件进行低周反复荷载试验。结合试验研究结果,分析预应力钢带加固柱的破坏形态、滞回曲线、位移延性系数、骨架曲线、耗能性能和刚度退化;研究轴压比、剪跨比、钢带间距对加固试件抗震性能的影响。试验结果表明,采用预应力钢带加固钢筋混凝土短柱可以明显改善其延性、变形能力和耗能性能,并且能显著提高短柱的抗剪承载力,抗震性能得到显著提高和改善。     

轴向约束混凝土短柱受火后抗震性能试验研究

为研究高温下混凝土短柱的持荷和端部轴向约束对受火后混凝土短柱抗震性能的影响,进行了10根受火1h后混凝土短柱和2根未受火对比柱的拟静力试验,分析了轴向约束、持荷、轴压比和剪跨比等因素对受火后混凝土短柱的破坏形态、峰值荷载、延性和耗能的影响.结果表明:高温下未持荷短柱、高温下持荷短柱和高温下轴向约束短柱受火1h后峰值荷载均显著降低,是未受火时的67.7％ ～ 75.3％.高温下初始轴压比为0.2时,高温下轴向约束短柱、高温下持荷短柱的高温后峰值荷载分别为高温下未持荷短柱的92.0％ ～ 99.9％、99.5％～102.2％.随着轴压比的增大,高温下轴向约束混凝土短柱的附加轴压力减小,高温后受剪承载力增大.当受火时间不超过1h且轴压比不超过0.3时,受火后混凝土短柱的受剪承载力评定可不考虑高温下持荷和轴向约束的影响.     

圆钢管约束型钢再生混凝土短柱抗震性能

针对圆钢管约束型钢再生混凝土短柱的抗震性能进行研究,在验证了分析模型合理性的前提下,考虑了圆钢管径厚比、再生粗骨料取代率和轴压比等设计参数对试件力学性能的影响规律,获取了试件滞回曲线、骨架曲线、延性系数、等效黏滞阻尼系数等抗震性能指标和试件的峰值承载力,并与已有试验进行了对比分析。结果表明：在再生混凝土取代率、轴压比、含钢率等参数基本相同时,圆钢管约束型钢再生混凝土短柱比型钢再生混凝土柱和圆钢管型钢再生混凝土柱表现出更好的变形和耗能能力;再生粗骨料取代率对滞回曲线等抗震性能指标影响不大,可基本满足工程抗震要求,并可广泛应用于工程的承重结构中;在取代率和轴压比相同时,随着径厚比的增大,试件弹性阶段初始刚度、峰值承载力和耗能能力逐渐下降,但延性会有一定幅度的提升,延性变形能力可提高30%～40%;在取代率和径厚比相同时,随着轴压比的增大,试件的峰值承载力和耗能能力变化不大,延性越来越差。     

钢梁-圆钢管混凝土柱穿心连接抗震性能试验研究

为研究钢梁-圆钢管混凝土柱穿心连接的抗震性能,进行了3个大尺寸钢梁根部翼缘不处理的标准型、翼缘削弱型及翼缘扩大型节点试件的拟静力试验。试验结果表明:试件的破坏形态为钢梁根部坡口焊缝与钢管之间开裂,钢梁端部翼缘局部屈曲;钢梁悬臂端的极限位移角达0.04左右;钢梁固端弯矩-悬臂端转角滞回曲线饱满;翼缘削弱型试件的极限承载力为标准型试件的78%。建议在抗震设计的建筑工程中,钢梁-圆钢管混凝土柱可采用梁端部翼缘不处理的标准型穿心连接。     

高温后钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

通过对7根高温后钢筋混凝土短柱试件和1根常温对比试件的拟静力试验,研究受火时间、轴压比和剪跨比对火灾后钢筋混凝土短柱的破坏形态、受剪承载力、骨架曲线、刚度退化、延性比、滞回耗能等的影响。利用有限元程序计算了高温后截面混凝土抗压强度的平均折减系数,提出了四周受火后钢筋混凝土柱受剪承载力的计算方法。研究结果表明：高温后短柱的受剪承载力随受火时间的增加、剪跨比的增大而减小;剪跨比对受火前后受剪承载力影响变化的程度相差较小;高温后短柱的受剪承载力先随轴压比的增大而增大,但当轴压比增大至界限轴压比后,受剪承载力反将降低,且高温后柱的界限轴压比较未受火时有减小趋势;提出的高温后钢筋混凝土柱受剪承载力计算式具有一定的安全保证率,可用于火灾后该类构件受剪性能的损伤评定。     

圆钢管再生混凝土轴压短柱对比试验研究

对不同截面形式和不同混凝土类型的6根圆钢管混凝土试件进行试验研究,并对其轴力-纵向应变全过程进行模拟,其中截面形式有圆实心、圆套圆中空夹层、圆套方中空夹层3种,混凝土类型包括普通混凝土和再生混凝土(再生粗骨料取代率为50%)两类。结果表明:截面形式对圆钢管再生混凝土试件的弹性模量、轴压强度和后期延性有一定影响;在达到极限承载力之前,两种混凝土类型的圆钢管混凝土试件的轴压刚度及外钢管的横向应变发展规律基本相同;在达到极限承载力之后,圆钢管再生混凝土试件的延性和后期承载能力均不如相应的圆钢管普通混凝土试件;有限元计算得到的试件的极限承载力和前期刚度与试验结果吻合较好。     

方钢管约束钢筋高强混凝土超短柱抗震性能试验研究

本文进行3个剪跨比为1.5的方钢管约束钢筋高强混凝土超短柱和1个钢筋混凝土对比试件的试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明,由于钢管对核心高强混凝土的约束作用和钢管的抗剪作用,方钢管约束钢筋混凝土超短柱的抗剪承载力、延性、变形能力和耗能性能明显高于钢筋混凝土超短柱。轴压为0.35的方钢管约束钢筋混凝土超短柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.45和0.55的方钢管约束钢筋混凝土超短柱的破坏模式为剪切破坏。随轴压比的提高,方钢管约束钢筋混凝土超短柱的抗剪承载力提高,但延性系数和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明,水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管可能在下降段屈服。根据试验结果和钢管应力分析结果建立方钢管约束钢筋混凝土柱的抗剪承载力公式,提出设计建议,可为工程实践提供参考。     

方钢管约束钢筋混凝土轴压短柱试验研究与分析

进行了20个方钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压力学性能试验研究,试验的主要参数为钢管宽厚比(50,70和100)和混凝土强度(C50,C80)。试验结果表明：方钢管约束钢筋混凝土柱中被分隔钢管的高度对其轴压承载力和延性无明显影响。随钢管宽厚比增大和混凝土强度的提高,轴压短柱的延性降低。采用弹塑性应力分析方法对钢管进行了全过程应力分析,分析结果表明,方钢管约束钢筋混凝土轴压短柱的峰值荷载点并不对应钢管的屈服点,钢管在轴压短柱达到峰值荷载后屈服。根据试验结果和钢管的应力分析结果,建立了方钢管约束钢筋混凝土短柱的轴压承载力计算式,试验结果与计算结果吻合良好。并提出了设计建议。图8表2参12     

十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能

为研究十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能,对5个不同轴压比、配钢形式的试件进行低周反复加载试验。研究了滞回曲线、骨架曲线、延性性能、刚度退化、耗能性能等抗震性能,对比分析了轴压比和配钢形式对抗震性能的影响。结果表明,轴压比较大的试件具有更高的承载能力,但延性降低、刚度退化速率加快;与普通钢筋混凝土异形柱相比,在异形柱内配置型钢可改善滞回性能、增强刚度、延性性能、承载能力和耗能性能,减轻破坏程度,从而提高抗震性能。配钢形式为T形钢加方钢管的试件除刚度退化外,其他性能均优于实腹型配钢试件。     

圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压受力性能,进行了6个CFRP-钢复合管约束高强混凝土（CFRP-steel composite tubed high-strength concrete,C-STC）柱和2个CFRP约束高强混凝土（CFRP-confined high-strength concrete,CC）柱、1个钢管约束高强混凝土（steel tubed high-strength concrete,STC）柱对比试件的轴压试验研究,得到了试件轴向荷载-位移曲线和CFRP及钢管的应变。结果表明：C-STC柱在轴压荷载作用下发生剪切破坏;约束模式对其前期刚度影响较小,相同CFRP层数的C-STC柱和CC柱的荷载-位移曲线第二线性段斜率近似相等;随着CFRP层数增多,短柱承载力和变形能力均能得到提高;钢管应力分析表明,STC柱钢管在峰值荷载附近屈服,C-STC柱钢管约在荷载-位移曲线第二线性段起点处屈服,钢材强度得到充分发挥。结合试验结果对已有文献中约束混凝土强度计算模型进行验证,并给出了建议的C-STC柱承载力计算式。     

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。     

实腹式型钢混凝土异形柱中框架抗震性能试验研究

通过1榀两跨三层实腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架的低周反复加载试验,观察其受力过程及破坏形态,分析其荷载-位移滞回曲线和骨架曲线、承载能力、层间位移角、延性、耗能以及刚度退化等力学特性。结果表明：实腹式SRC异形柱中框架属于典型的“强柱弱梁”结构,破坏机制为梁铰机制;滞回曲线饱满,破坏时结构整体位移延性系数均值达到5.5,等效黏滞阻尼系数达到0.249;抗倒塌能力强,极限弹塑性层间位移角约为1/39～1/13。实腹式SRC异形柱中框架总体上表现出良好的抗震性能,可以应用于高抗震设防烈度区的多高层建筑中。