中性盐雾环境锈蚀H型钢柱抗震性能试验研究

通过7根锈蚀H型钢柱的低周往复荷载试验,研究锈蚀对H型钢柱破坏形态、承载力、变形、延性、耗能等方面的影响。结果表明:锈蚀钢柱的翼缘和腹板变形范围及屈曲中心高度呈减小趋势,部分钢柱屈曲中心高度降低了约30%;随着质量损失率增加,滞回环梭型饱满程度越低,所包围的面积越来越小;钢柱的承载力下降明显;钢柱位移延性系数及累积滞回耗能不断减小,并基于试验数据建立了锈蚀H型钢柱位移延性系数的退化模型及累积滞回耗能与循环次数的关系。锈蚀导致钢柱截面面积减小,同时点蚀的存在引起应力集中,减弱了其塑性变形能力。反复荷载作用下,钢柱塑性变形累积,局部屈曲导致承载力下降,抗震性能降低。     

中性盐雾环境锈蚀H型钢柱抗震性能试验研究

通过7根锈蚀H型钢柱的低周往复荷载试验,研究锈蚀对H型钢柱破坏形态、承载力、变形、延性、耗能等方面的影响。结果表明: 锈蚀钢柱的翼缘和腹板变形范围及屈曲中心高度呈减小趋势,部分钢柱屈曲中心高度降低了约30%;随着质量损失率增加,滞回环梭型饱满程度越低,所包围的面积越来越小;钢柱的承载力下降明显;钢柱位移延性系数及累积滞回耗能不断减小,并基于试验数据建立了锈蚀H型钢柱位移延性系数的退化模型及累积滞回耗能与循环次数的关系。锈蚀导致钢柱截面面积减小,同时点蚀的存在引起应力集中,减弱了其塑性变形能力。反复荷载作用下,钢柱塑性变形累积,局部屈曲导致承载力下降,抗震性能降低。     

钢筋混凝土梁的变幅滞回性能及其损伤评价

基于22根具有不同配筋率和配箍率的钢筋混凝土梁试件的变幅加载试验,研究钢筋混凝土梁的变幅滞回性能、承载力和加载刚度的衰变规律及其损伤评估方法,提出变幅滞回荷载作用下钢筋混凝土梁的损伤量化指标,分析了峰值位移、累积滞回耗能和加载历程对RC梁损伤的影响。研究表明：对于变幅滞回荷载作用下钢筋混凝土梁,耗能能力衰减指数、承载力衰减指数和加载刚度衰减指数的发展不完全同步,但三者都与历史峰值位移、累积滞回耗能有关;耗能能力衰减指数与承载力衰减指数呈波动型非单调增长,而加载刚度衰减指数呈单调增长趋势,因此加载刚度衰减指数更适合用来作为变幅滞回钢筋混凝土梁的损伤评价指标;当RC梁的延性系数较小时（k_,max< 3）,其损伤与延性系数保持正相关关系,累积滞回耗能数量和峰值位移出现时点对这一关系影响甚微,而配箍率的增加能够明显降低RC梁的损伤。因此,控制延性系数并提高配箍率是控制RC梁地震损伤的一个稳定而有效的途径。     

加载路径对方钢管混凝土柱承载力退化的影响

在反复荷载作用下,由于累积损伤方钢管混凝土柱的承载力会显著退化。本文采用6种不同加载路径模拟地震作用,考察了初始位移大小、位移幅值增量、单侧或双侧反复加载等不同加载路径对方钢管混凝土柱承载力退化的影响。分析结果表明:随着加载初始位移增加、加载幅值增量减小,方钢管混凝土承载力退化显著增加;双侧加载较单侧加载承载力降低更显著;使用位移延性系数无法有效评价加载路径对构件承载力退化的影响;累积延性系数及有效累积耗能体现了累积滞回耗能对构件承载力退化的影响,但不能考虑位移幅值大小对承载力退化的影响。     

人工气候环境下锈蚀RC弯剪破坏框架梁抗震性能试验研究

采用人工气候加速腐蚀方法,对8个剪跨比为2.67的RC框架梁进行拟静力试验,研究不同锈胀裂缝宽度下,箍筋与纵筋锈蚀的弯剪破坏RC框架梁的抗震性能衰减规律。首先,保持框架梁设计参数不变,仅变化钢筋锈蚀程度,其次,保持锈蚀程度不变,仅改塑性铰区箍筋间距,以延性系数、承载力、塑性转角、变形恢复能力、刚度退化和累积滞回耗能等指标为参数,给出了不同锈蚀程度、不同配箍率下RC框架梁的抗震性能退化规律:锈蚀程度相同时,随配箍率的减小,锈蚀框架梁对筋锈蚀程度更加敏感;由于箍筋纵筋均锈蚀,构件抗弯、抗剪承载力均下降,表现为构件极限荷载的降低和屈服平台的变短;以延性系数、软化刚度退化和累积耗能等参数对锈蚀率最为敏感;随锈蚀率增大,破坏模型主要由弯曲破坏为主的弯剪破坏模式转变为延性差、剪切变形明显的脆性破坏模式。     

锈损H型钢短柱偏心受压试验研究

为研究腐蚀损伤对H型钢压弯构件承载性能的影响,特别是局部屈曲性能,设计了6根不同锈蚀程度的H型钢短柱。首先进行最长达15个月的户外加速腐蚀试验、然后进行板材单调拉伸试验以及短柱的偏心受压试验,最后分析其力学性能参数、破坏模式、极限承载力和变形性能与锈蚀程度的关系。结果表明:随着锈蚀程度的增加,H型钢短柱试件的极限荷载和临界屈曲荷载呈逐渐下降的趋势;锈蚀导致局部屈曲半波长逐渐减小,削弱了试件的塑性变形能力,降低了试件的偏压承载力。     

一般大气环境下锈蚀H型钢梁柱焊接节点抗震性能试验

为研究一般大气环境锈蚀对梁柱焊接节点抗震性能的影响,对6根H型钢焊接梁柱节点试件进行了户外周期喷淋加速腐蚀试验与低周往复荷载试验,研究不同锈蚀率对焊接梁柱节点损伤过程、破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、变形能力、刚度及耗能能力的影响,得到了其承载力、延性及耗能能力随锈蚀率增大的退化规律。研究结果表明：一般大气环境下节点呈现出全面锈蚀特征,且不同位置的锈蚀量存在差别,梁下翼缘的锈蚀量最大,梁腹板、柱翼缘和柱腹板的锈蚀量次之,梁上翼缘的锈蚀量最小;锈蚀对梁柱焊接节点失效模式具有重要影响,锈蚀率为5.03%~8.85%的节点梁根部发生严重局部屈曲,产生了明显的承载力退化现象,破坏特征由突然破坏向混合破坏转变,且锈蚀导致断裂临界裂缝萌生位置上移及扩展路径改变;锈蚀节点屈服荷载、峰值荷载、峰值位移和位移延性系数均呈线性退化规律,并产生初始刚度损伤,破坏时塑性循环加载次数较未锈蚀节点降低2~4次,累积耗能呈幂函数降低趋势,锈蚀率为5.03%~8.85%节点梁端总转角不能满足总转角5%的抗震设计要求。     

一般大气环境锈蚀钢柱抗震性能试验与数值分析

为研究锈蚀对钢柱抗震性能的影响,对20个钢板试件和7个H型钢柱试件进行一般大气环境加速腐蚀试验。通过锈蚀钢板单调拉伸与低周往复加载试验研究锈蚀钢板单调与循环加载性能的差异性,揭示锈蚀钢材强度、延性退化规律,建立锈蚀钢材循环本构模型;通过锈蚀H型钢柱拟静力试验,研究锈蚀钢柱在地震作用下的损伤过程、破坏形态及性能退化规律,结果表明:锈蚀导致柱脚塑性范围更加集中,并加快屈曲发展,从而引起承载力、刚度、延性和耗能能力显著退化,且较大的轴压比将进一步加快钢柱破坏过程。最后,提出考虑锈蚀程度的损伤钢柱抗震性能数值模拟方法,并进行参数化扩展分析,研究均匀/非均匀锈蚀程度、锈蚀分布范围等影响因素对H型钢柱抗震性能的影响规律,结果表明:非均匀锈蚀导致钢柱抗震性能退化更加严重,且当钢柱翼缘或柱脚发生锈蚀时,抗震性能退化更为显著。     

部分包裹混凝土柱-型钢梁顶底角钢连接框架抗震性能研究

为研究部分包裹混凝土柱-型钢梁顶底角钢连接三维框架的抗震性能,对框架试件进行低周反复水平荷载试验,研究此类框架的破坏模式和承载力、滞回性能、延性等一系列抗震性能指标。研究结果表明:框架梁端屈曲明显,靠近角钢肢处出现塑性铰,顶底角钢变形严重;滞回曲线比较饱满,在各级循环荷载作用下承载力降低系数在0.95~0.99之间,框架强度退化稳定。节点位移延性系数在2.01~2.85之间,等效黏滞阻尼系数在0.35~0.46之间,满足抗震设计要求,框架具有良好的延性和耗能能力。顶底角钢连接节点的初始转动刚度在半刚性节点范围内,是延性较好的节点。     

局部约束轧制H型钢柱的抗震性能研究

针对地震作用下钢抗弯框架由于H型钢柱局部屈曲所产生的破坏,提出了一种适用于地震区的钢框架结构形式:局部约束的轧制H型钢柱体系。这种结构形式通过在柱可能产生局部屈曲的部位设置附加约束,以达到延缓屈曲发展,提高柱抗震性能的目的。根据所提出的方法,通过两组共7根大比例模型柱进行了常轴力和水平循环荷载作用下的试验验证。研究结果表明,未约束H型钢模型柱在达到其最大承载力之后,由于柱底部局部屈曲不断发展,承载力下降较快;而所建议的局部约束H型钢柱,其延性及抗震耗能能力都有了较大提高。     

受腐蚀钢筋混凝土偏心受压构件低周反复性能的试验研究

为了解地震作用下受腐蚀钢筋混凝土结构的性能,对8组16个腐蚀的钢筋混凝土偏心受压试件进行了低周反复荷载试验,得到试件钢筋不同腐蚀程度时的水平荷载(P)-位移(Δ)滞回曲线,分析了钢筋锈蚀率对试件承载力、刚度、延性、耗能能力等的影响,给出了试件的骨架曲线和刚度衰减曲线。结果表明,试件开裂后的滞回曲线形状基本上呈梭形,同时由于钢筋锈蚀程度的不均匀性,滞回曲线呈现明显的不对称。随钢筋锈蚀率的增大,试件的屈服荷载和极限荷载降低,滞回曲线的丰满程度和滞回环的面积逐渐减小,刚度、延性和耗能能力逐步降低,即当钢筋锈蚀率由8%增到19.8%时,累积耗能由11.5kN·m降低到1.5kN·m,延性系数由6.29降低到3.96。当遭受严重腐蚀时,试件可能由塑性破坏转变为脆性破坏。试验中还发现,试件中箍筋的锈蚀程度比纵筋严重,这与许多实际工程结构的检测结果也很相似。     

局部屈曲变形损伤对H型钢柱竖向剩余承载力影响的试验研究

以1.5m高HW100×100×6×8热轧H型钢柱为研究对象,分别对6个因侧向撞击而受损的H型钢柱试件和2个完好的对比试件进行了竖向剩余承载力的试验研究。试验中记录了试件的荷载-位移关系曲线及名义应力-应变关系曲线,得到了试件的残余变形形态和竖向极限承载力。通过定义剩余承载力系数,得出剩余承载力系数与局部屈曲损伤变形量之间的函数关系式。试验结果表明:试件受压时,局部屈曲损伤部位成为明显的薄弱部位,加载过程中该部位的翼缘进一步扭曲,腹板出现严重的侧向鼓曲,试件表现为整体失稳破坏。随着冲击能量的增加,冲击荷载对构件的损伤程度增大,构件的竖向剩余承载力降低,剩余承载力系数与局部屈曲损伤变形量之间成线性关系。     

焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点滞回性能研究

为了研究焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点的滞回性能,以顶底角钢连接节点为研究对象,共设计了6个试件。试件参数有高强螺栓直径、顶底角钢厚度和PEC柱翼缘厚度。通过低周反复水平荷载试验,得到了6个试件的荷载-位移曲线、位移延性系数等试验结果。试验结果表明,各参数中角钢厚度对节点的滞回性能影响较大,增大角钢厚度能明显提高节点的承载力,最大增幅为35.9%,但平均位移延性系数减小了46.1%;增大螺栓直径对节点承载力提高幅度较小,最大增幅为6.6%;柱翼缘厚度对节点的承载力几乎没有影响,但减小柱翼缘厚度使节点延性提高了68.1%。焊接H型钢PEC柱-钢梁顶底角钢连接节点具有良好的滞回性能。     

冲击荷载作用后圆钢管柱抗震性能与恢复力模型研究

为研究冲击荷载作用后圆钢管柱的抗震性能,对12个受冲击荷载作用后的圆钢管柱和3个未受冲击荷载作用的对比柱进行了拟静力试验,研究了冲击高度和轴压比等因素对圆钢管柱破坏模式、滞回性能、延性、刚度退化和耗能能力的影响。基于拟静力试验结果,建立了考虑冲击高度和轴压比参数影响的圆钢管柱恢复力模型。结果表明：冲击高度和轴压比对圆钢管柱的滞回性能均有显著影响,随着冲击高度的增加,滞回曲线由饱满对称的梭形逐渐变为狭窄不对称的梭形,圆钢管柱水平承载力和变形能力逐渐下降,延性和耗能能力显著下降;随着轴压比的增长,滞回曲线的饱满程度显著降低,圆钢管柱承载力和极限位移减小,延性和耗能能力显著降低;受冲击荷载作用后的圆钢管柱恢复力模型计算结果与试验数据吻合良好,可用于工程结构的抗震弹塑性分析。     

Research on seismic behavior and restoring force model of circular steel tubular columns after impacts

为研究冲击荷载作用后圆钢管柱的抗震性能，对12个受冲击荷载作用后的圆钢管柱和3个未受冲击荷载作用的对比柱进行了拟静力试验，研究了冲击高度和轴压比等因素对圆钢管柱破坏模式、滞回性能、延性、刚度退化和耗能能力的影响。基于拟静力试验结果，建立了考虑冲击高度和轴压比参数影响的圆钢管柱恢复力模型。结果表明：冲击高度和轴压比对圆钢管柱的滞回性能均有显著影响，随着冲击高度的增加，滞回曲线由饱满对称的梭形逐渐变为狭窄不对称的梭形，圆钢管柱水平承载力和变形能力逐渐下降，延性和耗能能力显著下降；随着轴压比的增长，滞回曲线的饱满程度显著降低，圆钢管柱承载力和极限位移减小，延性和耗能能力显著降低；受冲击荷载作用后的圆钢管柱恢复力模型计算结果与试验数据吻合良好，可用于工程结构的抗震弹塑性分析。     

箍筋锈蚀足尺混凝土构件抗震性能

为研究箍筋锈蚀对钢筋混凝土构件抗震性能的影响,通过对6个箍筋锈蚀率(质量分数)的大尺寸钢筋混凝土受弯构件进行低周反复荷载试验,得到各试件滞回曲线及骨架曲线,分析了箍筋锈蚀率对试件承载力、刚度、延性及耗能能力等的影响规律,并讨论了绣胀裂缝对试件受力性能的影响.结果表明:随箍筋锈蚀率的增大,试件滞回曲线捏拢现象显著,滞回环面积逐渐减小,刚度、延性和耗能能力逐步降低;当箍筋锈蚀率大于10.3%时,试件抗震性能降低更为显著.试验发现箍筋锈蚀导致混凝土约束作用减弱,试件达到极限荷载后呈现较明显的脆性性质,破坏形态逐渐向延性较差的剪切破坏转变.     

设置C形连接件的双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究

提出一种设置C形连接件的新型双钢板-混凝土组合剪力墙。为研究此类组合墙的抗震性能,设计并完成了6片高剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙的低周反复水平荷载试验。对试件的破坏现象、承载能力、轴压比、滞回曲线、骨架曲线、变形能力、位移延性系数及耗能能力进行了分析研究。试验结果表明:C形连接件可以有效地限制两侧钢面板的屈曲;在屈服阶段,试件的屈曲主要出现在端柱底部和墙身底部。试件的最终破坏形态为端柱脚部断裂;结构具有较高的承载力。组合墙正截面压弯承载力理论计算值与试验值吻合良好;试件的滞回曲线饱满,具有良好的延性及耗能能力,试件破坏时的平均极限位移角为1/52,位移延性系数为2. 49～3. 55。     

不锈钢焊接H形截面柱滞回性能试验研究

为了研究不锈钢焊接H形截面柱的滞回性能,对10个不锈钢焊接H形截面柱进行了循环加载试验,分析了轴压比、翼缘宽厚比和腹板宽厚比对试件的破坏形态、承载力、耗能能力、塑性发展能力和延性的影响。结果表明：所有不锈钢焊接H形截面柱试件的破坏过程均为翼缘首先发生局部屈曲变形,然后腹板发生局部屈曲变形,屈曲变形形状均呈半正弦波状;板件宽厚比越大,试件达到破坏时的位移级和等效黏滞阻尼系数越小,位移延性系数和塑性发展系数越小,承载力退化越快;轴压比对试件的抗震性能影响显著,其影响规律与板件宽厚比的相似。对于不锈钢结构的抗震设计,建议在规定H形截面柱宽厚比限值时考虑轴压的影响。     

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱的抗震性能

为评估CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱抗震性能的效果,选取1根未锈蚀钢筋混凝土短柱、2根锈蚀钢筋混凝土短柱和4根CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱进行抗震性能试验研究,考察了CFRP加固量、细骨料类型对抗震加固效果的影响情况,建议了CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱受剪承载力的实用计算公式。结果表明:钢筋锈蚀会降低短柱的抗震性能,锈蚀钢筋试件的受剪承载力、极限变形能力和累积滞回耗能较未锈蚀钢筋试件分别降低了7.8%、35.5%和42.2%;外包CFRP加固能将锈蚀钢筋试件的受剪承载力提高至未锈蚀钢筋试件的107.1%～109.1%,并显著改善短柱的延性和耗能能力;外包CFRP的层数由1层增至2层时,加固试件的受剪承载力提高较少,且试件达到峰值荷载时,CFRP的最大应变减少;在钢筋锈蚀前后和CFRP加固前后,混凝土短柱无量纲近极限滞回环的滞回规则大体相同。     

冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能研究

为了研究冷弯薄壁型钢组合墙体的抗震性能,对10块冷弯薄壁型钢组合墙体足尺模型进行水平低周反复荷载试验,总结各试件的主要破坏形态和破坏过程,分析组合墙体的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、刚度退化和耗能等抗震性能指标。并在回归分析试验所得滞回曲线的基础上,考虑试件刚度退化、滑移及捏拢效应等影响,建立冷弯薄壁型钢组合墙体的退化四线型恢复力模型。研究表明:墙面板材料特性对冷弯薄壁型钢结构组合墙体的抗剪承载力影响较大;竖向荷载的施加使得组合墙体的刚度增大、承载力提高、位移延性系数提高,但耗能系数略有下降;随着墙架柱尺寸的增大、间距的减少,组合墙体的刚度和承载力增加,但是延性和耗能系数降低。