内置非贯通型钢的钢管约束RC柱抗震性能研究EI北大核心CSCD

提出采用内置型钢增强钢管约束钢筋混凝土(steel tubed reinforced concrete, STRC)柱节点的构造方案,为明确节点中内置非贯通型钢STRC柱的受力性能,设计6个不同型钢内置长度STRC柱及2个无型钢柱对比试件,通过低周反复荷载试验及有限元模拟,分析了试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、钢管和型钢应变,探讨了型钢内置长度和轴压比对柱抗震性能的影响。结果表明:STRC柱根区域均发生压弯破坏,内置型钢长度对混凝土损伤程度及裂缝开展范围有显著影响,所有试件在加载后期仍具有稳定的承载力;内置型钢对STRC柱承载力及变形能力有不同程度的增强,当内置长度较短时,抗弯性能不易发挥,增大内置长度可提高型钢受弯程度,明显提升试件抗震性能,当内置长度超过一定值后,型钢受弯较充分,性能则趋于稳定;柱根部钢管主要提供横向约束作用,中部钢管主要参与截面抗弯,可占截面总弯矩30%以上;随轴压比的增加,试件承载力提高但延性降低。结合试验数据进行扩参分析,给出了满足组合柱承载力和变形要求的内置非贯通型钢长度建议值。     

圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的试验研究与承载力分析

采用内置型钢短柱对钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱节点进行增强。为明确该节点中内置非贯通型钢STRC柱的控制截面位置及压弯承载力,进行了内置不同长度型钢STRC柱及无型钢对比试件的拟静力试验及有限元模拟研究,分析了试件的受力机理及压弯承载力,探讨了型钢长度和钢管约束等因素的影响。研究结果表明：随着内置型钢长度增加,破坏截面有从型钢-混凝土过渡截面转移至柱根的趋势;增大钢管径厚比会削弱其抗弯贡献,从而减小过渡截面压弯承载力,影响破坏截面位置。基于试验及有限元分析结果,提出柱根及过渡截面压弯承载力计算模型,建立内置型钢临界长度的确定方法,研究结果为STRC柱的设计及节点中型钢的参数确定提供理论依据。     

钢管砼叠合柱——一种抗震性能良好的新型柱

以钢管高强砼为核心的钢筋砼叠合柱是一种抗震性能好，又能节省造价的新型柱结构。本文介绍这种柱的工作机理，试验情况和工程设计应用。     

内置非贯通型钢STRC柱压弯承载力计算研究

采用内置型钢短柱对钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱节点进行增强。为明确该节点中内置非贯通型钢STRC柱的控制截面位置及压弯承载力,进行了内置不同长度型钢STRC柱及无型钢对比试件的拟静力试验及有限元模拟研究,分析了试件的受力机理及压弯承载力,探讨了型钢长度和钢管约束等因素的影响。研究结果表明：随着内置型钢长度增加,破坏截面有从型钢-混凝土过渡截面转移至柱根的趋势;增大钢管径厚比会削弱其抗弯贡献,从而减小过渡截面压弯承载力,影响破坏截面位置。基于试验及有限元分析结果,提出柱根及过渡截面压弯承载力计算模型,建立内置型钢临界长度的确定方法,研究结果为STRC柱的设计及节点中型钢的参数确定提供理论依据。     

强约束大尺寸钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究箍筋强约束钢筋混凝土柱的抗震性能,完成了6个配箍特征值0.34~0.44、截面尺寸450mm#x000d7;450mm的大尺寸钢筋混凝土柱试件的拟静力试验研究。结果表明,试件的破坏形态为压弯破坏,纵筋压曲甚至断裂,部分试件箍筋拉断,底部1倍柱截面高度范围内混凝土保护层剥落,箍筋约束核心区混凝土局部压碎。试件水平力-位移滞回曲线饱满,极限位移角达到1/39~1/33,延性系数均大于3.0。对于箍筋强约束柱,改变箍筋形式或改变箍筋肢距,对其正截面承载力及极限变形能力影响不大;相同位移往复加载由3次增加至5次,对其正截面承载力及峰值位移影响不大,但变形能力降低约15%。     

附设黏滞阻尼器的传统风格建筑混凝土双枋-柱节点抗震性能分析

将消能减震装置(如黏滞阻尼器)附设在传统风格建筑混凝土双枋-柱节点构件上,形成了一种新型阻尼节点,通过黏滞阻尼器来耗散地震能量以达到减震的目的。为研究该新型阻尼节点的抗震性能,设计了3个试件,包括2个新型阻尼节点试件及1个未安装黏滞阻尼器的对比试件,对其施加正弦波动力循环荷载,观察其受力全过程及破坏特征,分析其破坏模式。在试验基础上,对试件荷载-位移曲线、骨架曲线、承载力及刚度退化、耗能能力、延性性能等抗震性能指标及黏滞阻尼器阻尼力-位移曲线进行研究。试验结果表明:附设黏滞阻尼器的新型阻尼节点抵御外荷载的能力明显高于对比试件,滞回曲线更加饱满,骨架曲线的下降段更为平缓,其耗能能力优于未附设黏滞阻尼器的试件,表明将消能减震装置与传统风格建筑相结合可显著提高其力学性能。     

钢筋混凝土框架短柱抗震性能的试验研究

本文通过１８根钢筋混凝土框架短柱在周期反复荷载作用下的试验，研究了配箍率、配箍型式及轴向压力对钢筋混凝土框架短柱抗震性能的影响，并提出了相应的计算公式。     

抗震设计中钢筋混凝土柱矩形约束箍筋

本文通过20根配有矩形约束箍筋的钢筋混凝土柱,在单向一次荷载和循环反复荷载下的试验,研究了轴压比和配箍率对柱延性的影响;用有限元法对钢筋混凝土压弯构件进行了荷载一位移曲线的全过程分析。文中通过对试验和计算结果的分析,给出了柱塑性铰区域内矩形约束箍筋数量的计算公式。     

宽厚比对足尺方钢管混凝土短柱抗震性能影响的试验研究

开展了6个横截面宽度为800 mm的方钢管混凝土(concrete filled steel tubular, CFST)短柱在恒定轴力和水平往复荷载作用下的加载试验,分析了钢管约束作用(宽厚比B/t=50,B/t=80和B/t=100)对足尺短柱破坏形态、滞回性能、延性性能、刚度退化和耗能能力等抗震性能的影响规律。结果表明：(1)该试验中,所有足尺方钢管混凝土短柱均发生压弯破坏,即在柱底部出现钢管环状鼓曲、核心混凝土压碎行为;(2)方钢管混凝土柱的延性能力随着宽厚比的减少(约束作用提升)并无明显改变,且足尺柱的延性能力明显低于已有试验中的小尺寸柱;(3)宽厚比对足尺方钢管混凝土柱的刚度退化和等效黏滞阻尼系数影响不大;但柱的总耗能随宽厚比的减小而增大;(4)随着宽厚比的减小,钢管约束效应提升,柱压弯承载力有所提高,但提高的幅度明显小于相关规范值。另外,与现有中国、美国、欧洲等设计规范计算结果对比发现,中国规范和欧洲规范的计算结果偏大,美国规范计算结果则较为保守。     

新型高阻尼黏弹性阻尼器性能试验研究

设计制作3个高阻尼黏弹性阻尼器,对其进行变形相关性和频率相关性的性能试验、疲劳性能试验及老化性能试验,以最大剪应力、存储剪切模量和等效黏滞阻尼比为指标研究阻尼器的性能规律,采用通用Bouc-Wen计算模型模拟其滞回曲线,并对比模拟结果和试验结果。研究结果表明:该阻尼器滞回曲线饱满、力学性能稳定,具有较强的耗能性能和大变形能力,抗疲劳性能和抗老化性能良好。变形对该新型高阻尼黏弹性阻尼器力学性能指标的影响明显,加载频率对其影响较小。Bouc-Wen模型的模拟结果与试验结果吻合良好。     

钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁连接节点抗震性能的机理分析

钢管混凝土结构因其具有良好的延性等抗震性能,在地震荷载作用下,具有较强的抗倒塌能力,使其在工程实践中得到广泛的应用。该文在已有的有限元数值分析模型基础上,通过将不同轴压比下方形和圆形钢管混凝土柱-钢筋环绕式钢筋混凝土梁连接节点的计算滞回曲线、骨架线与试验滞回曲线相比较,验证有限元模型并揭示节点的抗震特性。通过对典型轴压比下钢管混凝土结构节点的工作机理分析,研究受力全过程中节点裂缝和变形发展过程,明确节点极限状态和破坏模态;揭示节点核心区混凝土约束力、钢筋应变、核心区剪力的变化规律。基于比较不同轴压比下节点极限状态的核心混凝土应力和核心区剪力状态,确定轴压比对节点破坏模态的影响。     

高阻尼黏弹性阻尼器性能与力学模型研究

对2个高阻尼黏弹性阻尼器进行不同应变幅值、加载频率下的力学性能试验和疲劳性能试验,研究试件在不同工况下的最大剪应力、存储剪切模量、损耗剪切模量和等效黏滞阻尼比等力学性能及其变化规律,提出五单元模型模拟黏弹性阻尼器的滞回性能。研究结果表明：黏弹性阻尼器滞回曲线饱满、稳定,具有较高的等效黏滞阻尼比,表现出良好的变形性能和耗能能力;黏弹性阻尼器力学性能与应变幅值的相关性明显,与加载频率相关性较小,抗疲劳性能较好;五单元模型模拟的滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好。     

碳纤维增强树脂复合材料加固钢筋混凝土柱抗震性能的尺寸效应试验

研究了低周循环荷载下碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)柱的抗震性能的尺寸效应,并以边长为150~450 mm、剪跨比均为3的三组几何相似的钢筋混凝土柱为试验研究对象,考虑了CFRP层数、构件尺寸和轴压比等变量的影响。研究结果表明:在相同的截面尺寸和轴压比下,CFRP加固RC柱的水平承载能力、耗能能力、延性和水平位移相对于未加固柱均得到了不同程度的改善,并且存在尺寸效应;CFRP加固RC柱的无量纲水平承载力会随着构件尺寸的增加而减小,尺寸效应明显;随着CFRP加固RC柱的尺寸增加,构件的安全储备系数明显减小。      

内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱抗震性能试验研究

结合6个内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱试件和2个普通钢筋混凝土柱试件的低周反复加载拟静力试验,对内藏钢管超高强混凝土芯柱的组合柱的破坏形态、破坏机理和抗震性能开展研究,重点对箍筋布置和预应力钢带布置对组合柱抗震性能的影响进行分析。通过分析实测荷载-侧移滞回曲线,对试件的延性性能、耗能性能、刚度退化和强度衰减等抗震性能指标进行了对比分析。研究结果表明,内藏钢管混凝土芯柱可以明显提高柱的延性性能及耗能性能,加密箍筋和采用预应力钢带可以对组合柱产生有效约束,进一步提高内藏钢管混凝土芯柱组合柱的延性性能、耗能性能,改善其刚度退化、强度衰减。     

附设黏滞阻尼器的仿古建筑混凝土枋-柱节点动力性能试验研究EI北大核心CSCD

为研究附设黏滞阻尼器的仿古建筑混凝土枋-柱节点在地震作用下的抗震性能,设计制作了3个仿古建筑混凝土枋-柱节点,包括2个附设黏滞阻尼器的有控结构试件,1个未附设黏滞阻尼器的无控结构对比试件,对其进行动力试验。观察试件的受力过程及破坏特征,分析其受力机理及破坏模式,并研究了其荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度退化等力学特性。试验结果表明:附设黏滞阻尼器的仿古建筑混凝土枋-柱节点抵御外荷载的能力明显高于未附设黏滞阻尼器的无控结构,屈服荷载提高幅度平均值约为27.4%,极限荷载提高幅度平均值约为22.4%;附设阻尼器的有控结构位移延性及耗能能力均优于无控结构,且有控结构的骨架曲线在达到极限荷载之后的下降段更为平缓;极限荷载时,有控结构的等效黏滞阻尼系数提高幅度约为27.3%~30.8%,说明附设黏滞阻尼器的仿古建筑混凝土枋-柱节点具有更为优越的抗震性能。     

带约束拉杆壁式钢管混凝土柱拟静力试验研究

为避免在多高层钢结构建筑中柱凸出填充墙,提出了设置约束拉杆的截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱,通过2个带约束拉杆壁式钢管混凝土柱足尺试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验结果表明:约束拉杆可以有效抑制两侧柱壁局部屈曲;试件破坏模式为柱底四周钢板受压鼓曲、钢板间纵向焊缝撕裂;滞回曲线较为饱满,无明显的捏拢现象;屈服位移角在1/147 rad~1/121 rad,极限位移角在1/51 rad~1/41 rad,位移延性系数在2.61~3.11,承载力退化系数在0.86~1.04,破坏时的等效粘滞阻尼系数在0.3以上。在试验研究的基础上,建立了该类试件的精细化有限元模型,对比可知有限元结果与试验结果吻合较好,验证了模型的正确性,可为此类构件的数值模拟提供参考。研究成果丰富了矩形钢管混凝土组合构件的类型,促进装配式钢结构建筑的发展。     

FRP加固钢筋混凝土柱抗震性能的探讨与研究进展

介绍了地震作用下钢筋混凝土柱的三种破坏模式,并指出FRP在其中的影响和作用机理。通过收集国内外有关资料,阐述了FRP加固钢筋混凝土柱抗震性能的研究进展,并归纳出FRP加固钢筋混凝土抗震性能研究中的三个关键问题。     

柱增强系数取值对钢筋混凝土抗震框架塑性铰机构的控制效果

以我国《混凝土结构设计规范》规定的8 度区二级抗震等级平面框架为例,采用大小不同的柱弯矩增强系数进行框架设计,利用杆系非弹性动力反应分析程序PL-AFJD 对这些框架进行多波输入下的地震反应分析,识别柱弯矩增强系数取值对框架在强震下形成的塑性铰机构的控制效果,并分析达到不同控制效果的主要原因。研究结果对我国结构设计规范优化柱弯矩增强系数取值有一定参考价值。     

局部采用纤维增强混凝土柱的抗震性能试验与分析

为了提高钢筋混凝土柱的抗震性能,在悬臂柱下端局部采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土,设计了6根剪跨比为3。0、柱内箍筋配置较少的钢筋混凝土柱试件,进行了拟静力试验。通过改变FRC区高度、轴压比、混凝土强度,观测试件在低周反复水平荷载作用下的开裂和破坏过程,研究其滞回特性及耗能能力。结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,局部采用FRC且箍筋配置较少的柱,其破坏形态为纵向钢筋弯曲屈服后的剪切破坏,具有较好的变形能力和损伤容限;局部使用FRC可以减少约束箍筋用量。基于OpenSees分析平台,建立了悬臂柱的有限元模型,对其进行了反复水平荷载作用下的全过程模拟分析和参数分析。分析结果表明：峰值荷载计算值比实测值稍小;计算滞回曲线与试验滞回曲线总体上比较吻合;一般情况下,FRC区高度和柱端体积配箍率对柱的水平承载力和侧移角影响较小。     

底部加强型工字形截面钢管混凝土柱抗震性能数值分析

为深入研究工字形截面压弯构件的工作机理,进一步分析其各项抗震性能指标,提出了一种在底部区域外侧贴焊钢板的底部加强型工字形截面钢管混凝土柱。在试验基础上,分析了承载力的影响因素,采用ABAQUS软件对不同轴压比、不同混凝土强度等级、不同底部加强钢板高度和厚度的试件进行了有限元数值模拟,并与试验结果进行了对比。研究表明：随着轴压比的增大试件承载力和延性逐步下降;随着混凝土强度等级的提高,试件的承载力提高,但下降段变陡,延性降低;随着加强钢板高度的增加,试件承载力稳步增大,耗能能力提高,延性近似相等;随着加强钢板厚度的增加,承载力提高幅度有限。在满足构造要求下,底部加强型工字形截面钢管混凝土柱结构具有良好的综合抗震耗能能力,可用于高层建筑结构抗震设计。