考虑粘结-滑移与剪切作用的钢筋混凝土柱侧向变形分析

钢筋混凝土柱在地震作用下发生弯剪破坏或剪切破坏,是结构丧失轴向承载能力甚至突然倒塌的重要原因。大量的试验研究显示钢筋混凝土柱总侧向变形由弯曲变形、粘结-滑移变形、剪切变形三种变形分量组成,这三种分量的共同作用决定了钢筋混凝土柱的受力变形反应。该文基于对构件变形分量研究,提出考虑粘结-滑移与剪切作用的钢筋混凝土柱侧向变形的宏单元模型。该模型模拟了静力反复荷载下的3个钢筋混凝土柱的试验模型,并对构件受力过程中各变形分量的变化以及各分量在总变形中的贡献进行了分析。结果表明该模型可以较准确的模拟水平荷载作用下剪切控制构件的受力变形反应全过程。     

钢筋混凝土矩形柱地震破坏模式的概率分析EI北大核心CSCD

鉴于破坏模式对既有钢筋混凝土柱抗震性能评价和震后恢复决策的重要性,从美国太平洋地震研究中心钢筋混凝土柱抗震性能试验数据库(PEER-Structural Performance Database)中收集214根钢筋混凝土矩形截面柱的拟静力试验数据,分析了弯曲、弯剪或剪切三种破坏模式的破坏特征及主要影响因素。根据钢筋混凝土柱塑性铰区截面剪力需求与抗剪承载力的关系,计算了发生三种不同破坏模式时剪力需求与抗剪强度的比值,并分别给出了相应的概率分布函数。结果表明,基于剪力需求和抗剪强度比值的概率分析能够合理地反映钢筋混凝土柱的地震破坏模式。     

矩形截面框架柱斜向受剪承载力计算模型

为避免矩形截面框架柱在斜向水平地震作用下发生脆性破坏,通过试验研究14根框架柱在斜向水平荷载作用下的受力性能和破坏机理。以桁架-拱模型为基础建立计算矩形截面框架柱斜向受剪承载力的空间桁架-拱模型,该模型主要考虑了框架柱截面面积、混凝土和箍筋材料强度、配箍率、轴压力以及混凝土强度折减系数对其斜向受剪承载力的影响。最后,利用该文以及其他试验共计30根矩形截面框架柱的斜向受剪承载力试验结果对此空间桁架-拱模型的可行性和适用性进行了验证,试验结果与计算值的对比表明利用该模型可以安全计算矩形截面框架柱斜向受剪承载力。     

压弯剪扭实腹型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,以截面尺寸、型钢含钢率、纵筋配筋率、体积配箍率和栓钉位置为变化参数,完成了12根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱的压弯剪扭低周反复试验。观察了试件在复合受扭状态下的破坏形态,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能及延性性能。结果表明：在压弯剪扭受力状态下,所有试件均发生弯扭破坏;荷载-柱顶位移滞回曲线呈饱满的梭形,扭矩-扭转角曲线为捏拢的“S”形;增大截面尺寸和配筋率可有效提高SRC柱的抗扭和抗弯承载力;峰值荷载前,抗扭刚度的退化速率明显快于抗弯刚度的退化速率,增大型钢含钢率和配筋率可延缓SRC柱的刚度退化;SRC柱的抗弯耗能能力优于抗扭耗能能力,扭转延性大于弯曲延性;与方形截面相比,矩形截面具有更好的扭转变形能力;在工字钢翼缘上焊接栓钉可有效提高SRC柱的抗震性能;根据现行规范和试验数据,提出SRC柱构造设计的相关建议和扭转耗能退化的经验公式。     

考虑非线性剪切效应的RC桥墩抗震分析模型

剪跨比较小或配箍不足的钢筋混凝土桥墩易发生剪切破坏,而现有的纤维单元模型忽略了剪切变形,不能合理评估弯剪或剪切破坏桥墩的抗震能力。为有效模拟剪切作用影响下钢筋混凝土桥墩的抗震性能,以36个剪切及弯剪破坏圆形截面钢筋混凝土桥墩抗震拟静力试验结果为依据,建立了墩柱剪切破坏时墩底转角的计算公式。利用OpenSees分析平台,建立了基于非线性纤维梁柱单元和零长度剪切弹簧单元的数值分析模型,以此来考虑弯曲和剪切效应的耦合作用。以数值模型中墩底转角来监测试件剪切破坏的发生,剪切破坏发生前模型以纤维梁柱单元模拟的弯曲变形为主;此后,桥墩地震反应以剪切弹簧单元控制,以模拟试件由于剪切破坏导致的强度和刚度退化等行为。通过对12个剪切及弯剪破坏圆形截面桥墩抗震拟静力试验的模拟结果表明,模拟的滞回曲线与试验结果吻合较好,并且能很好地模拟钢筋混凝土结构由于剪切作用引起的刚度与强度的退化现象,验证了模型的合理性。     

高延性混凝土偏心受压柱正截面受力性能试验研究

为研究高延性混凝土（HDC）偏心受压柱的受力性能,进行了6个HDC试件和2个RC试件的偏心受压试验,研究HDC偏压柱的破坏形态、承载力及变形能力。试验结果表明:采用HDC替换混凝土可明显改善小偏心受压柱的脆性破坏,提高构件发生小偏心受压破坏的变形能力;相对于RC大偏心受压柱,HDC大偏心受压柱表现出较好的裂缝控制能力,破坏时受拉区裂缝均匀而细密;随着偏心距增大,HDC偏压构件的承载力降低,变形能力提高。正截面受力分析表明:HDC偏心受压构件的相对界限受压区高度均大于RC构件,更有利于高强钢筋的力学性能发挥;考虑HDC受拉作用的偏心受压构件正截面承载力计算结果与试验值吻合良好。该文研究结果可为HDC偏心受压构件截面设计提供试验依据和理论基础。     

装配整体式双向孔空心模板剪力墙受剪性能试验研究

研究了一种新型装配整体式住宅产业化结构构件,即装配整体式双向孔空心模板剪力墙的受剪性能。通过1个钢筋混凝土剪力墙和5个装配整体式双向孔空心模板剪力墙的拟静力试验,研究了其破坏模式和破坏过程,分析了内部接缝、轴压比、剪跨比、水平分布钢筋等参数对其受剪性能的影响。研究表明:装配整体式双向孔空心模板剪力墙的破坏过程和破坏模式与钢筋混凝土剪力墙不同,在水平荷载作用下沿内部接缝出现宏观竖向裂缝,经历整截面墙受力到分缝剪力墙受力的过程,避免了剪切破坏,具有良好的变形能力,但是受剪承载力降低;提高剪跨比,墙体承载力降低,承载力稳定性和变形能力提高;增加轴压比提高墙体的受剪承载力和抗侧刚度;提高水平钢筋配筋率提高墙体的受剪承载力和变形能力。     

钢筋混凝土构件基于修正压力场理论的受剪承载力计算

在经典修正压力场理论的基础上做了进一步的研究,根据钢筋混凝土受弯构件的剪切破坏机理,考虑上部受压区混凝土和下部受拉区骨料咬合力及箍筋共同提供受剪承载力,推导出截面的受剪承载力表达式.与所收集的国内外有腹筋梁的275个试验结果的比较表明,采用该文提出的受剪承载力表达式计算的受剪承载力与试验结果的变异性较小,可用于钢筋混凝...     

低周反复荷载下型钢混凝土-钢筋混凝土竖向混合结构转换柱受剪性能试验研究

为了研究型钢混凝土-钢筋混凝土竖向混合结构转换柱的受剪性能,对16个转换柱试件和1个钢筋混凝土柱对比试件进行了低周反复荷载试验。分析了转换柱试件的破坏形态,研究了其位移延性、承载能力、强度衰减,以及耗能能力等方面的力学性能,并与钢筋混凝土柱试件进行了对比。试验结果表明:转换柱的破坏形态可以分为剪切破坏、粘结破坏和弯曲破坏;转换柱中钢与混凝土之间的相互作用方式导致了其特殊的破坏特征;发生粘结破坏和弯曲破坏的试件,其最大承载力之后的强度衰减较大;转换柱的耗能能力介于型钢混凝土柱与钢筋混凝土柱之间。绝大多数转换柱试件的延性性能能够满足位移延性系数大于3的抗震设防要求。     

局部采用纤维增强混凝土剪力墙压弯性能研究

以提高钢筋混凝土剪力墙压弯性能为目的,将纤维增强混凝土(FRC)应用于剪力墙塑性变形关键部位。通过对6个高轴压比FRC剪力墙抗震性能试验结果的研究,并基于对FRC受力机理和钢套管影响的考虑,提出了与墙体开裂状态、屈服状态、峰值状态和极限状态相应的FRC剪力墙弯矩-曲率计算方法,并对影响其各阶段压弯荷载公式的因素进行了分析。研究表明,该文建议的压弯构件弯矩-曲率计算公式能较为准确地描述剪力墙各阶段的荷载-变形关系,计算值与试验值吻合较好;与普通混凝土剪力墙相比,考虑FRC材料的受拉性能,能提高正常使用状态下剪力墙截面的抵抗弯矩,减小墙体截面变形需求;显著改善承载能力极限状态下墙体的变形能力和损伤容限。     

部分预制装配型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

为了充分发挥预制装配结构在施工性能及型钢混凝土结构在抗震性能方面的优势,提出了部分预制装配型钢混凝土柱(PPSRC柱)及预制装配型钢混凝土空心柱(HPSRC柱)。PPSRC柱由高性能混凝土预制部分与普通强度混凝土现浇部分组成;为进一步减轻柱自重,HPSRC柱保持柱横截面空心。结合2个系列10个试件的拟静力试验,对PPSRC短柱与HPSRC短柱的抗震性能进行了研究。通过对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、变形及耗能能力的研究,对柱截面形式、现浇混凝土强度、轴压力、配筋率及配箍率对PPSRC短柱和HPSRC短柱滞回性能的影响进行了分析。研究结果表明:配筋率较低的PPSRC短柱与HPSRC短柱的最终破坏形态为弯剪破坏,其余配筋率较高的试件均发生剪切破坏;所提出的预制高性能混凝土外壳、型钢及现浇混凝土能较好地协同工作,试件柱身未发现明显的纵向黏结裂缝;由于柱芯混凝土的存在,PPSRC短柱比HPSRC短柱表现出更好的耗能及变形能力;轴压力较低、配箍率较大、现浇混凝土强度较高的试件表现出更好的耗能及变形能力。基于试验结果和现行规范,提出了PPSRC短柱与HPSRC短柱的受剪承载力计算式...     

结构尺寸对钢筋混凝土短柱抗震性能影响:细观分析

地震作用下,钢筋混凝土短柱由于承受竖向和水平荷载共同作用而往往产生脆性压-剪破坏行为,该脆性破坏可能表现出尺寸效应行为。借助混凝土细观结构特征,考虑非均质性以及钢筋/混凝土非线性相互作用的影响,建立了钢筋混凝土短柱力学行为研究的三维细观尺度数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,研究了轴压比对不同结构尺寸尤其是大尺寸钢筋混凝土短柱抗震性能,如抗剪承载力、滞回特性、延性性能和耗能能力等参数的影响。最后,借助相关试验和模拟数据,基于经典的Bažant尺寸效应律思想提出了能够反映尺寸效应影响钢筋混凝土短柱抗剪承载力修正公式。     

CFRP加固钢筋混凝土方柱抗震性能尺寸效应的细观分析

为研究CFRP加固钢筋混凝土方柱在地震作用下的破坏模式,该文考虑混凝土材料的非均质性、钢筋-混凝土间的粘结滑移作用,建立了CFRP加固钢筋混凝土方柱三维细观数值模型。在验证数值模型与试验结果吻合良好的基础上,扩展工况探讨了轴压比、CFRP体积配置率对CFRP加固钢筋混凝土方柱抗震性能及名义抗剪强度尺寸效应的影响。结果表明:一定轴压比范围内柱的承载力随轴压比增大而提高,但其延性会降低;该文工况中,CFRP加固钢筋混凝土柱的名义抗剪强度随试件尺寸增大呈降低趋势,存在着明显尺寸效应行为;在经典材料层次尺寸效应律基础上,提出了CFRP加固混凝土方柱名义抗剪强度尺寸效应理论公式(适用范围轴压比小于0.4),模拟结果证实了公式的合理性。     

Punching shear strength of interior concrete slab–column connections reinforced with steel fibers

A theoretical study was performed to investigate the punching shear strength of interior slab–column connections made of steel fiber reinforced concrete (FRC). In the steel FRC slab–column connection, the shear force applied to the critical section is resisted by both the compression zone and the tension zone at the critical section. The shear capacity of the compression zone was defined by considering the interaction between the shear and the normal stresses developed at the critical section. The shear capacity of the tension zone was defined by considering the post-cracking tensile strength of FRC. By using the shear capacity, a new strength model for the punching shear strength of steel FRC slab–column connections was developed. The proposed strength model was verified using existing test results and showed very good accuracy. For convenience in design, a simplified design equation was also developed.     

T形配钢型钢混凝土构件正截面承载力计算方法

基于塑性理论下限定理提出了T形配钢型钢混凝土构件在压、弯复合受力状态下的正截面承载力计算方法。将正截面承载力分为混凝土部分、钢筋部分和型钢部分,分析得出各部分的承载力方程,采用叠加强度法建立了T型配钢型钢混凝土构件的N-M相关曲线,并给出了相应计算公式。进行了5个1/2比例T形配钢型钢混凝土柱的低周反复加载试验,对是否配置拉结筋、不同配箍率和不同轴压力下的受力特点、破坏形态、承载能力进行了研究,其中4个试件发生了正截面受弯破坏,部分计算结果与试验数据符合较好。结果表明,所提出的计算方法简单易行,可供实际工程设计参考。     

型钢再生混凝土偏压柱受力性能试验及承载力计算

为了研究型钢再生混凝土柱在偏心压力作用下的力学性能,设计9个试件进行偏心受压单调加载试验,考虑了再生骨料取代率、相对偏心距2个变化参数。通过试验,观察了该类新型构件的受力破坏过程及形态,获取了应力分布、变形情况、极限承载力、荷载-变形全过程曲线、再生混凝土受压破坏极限压应变值等重要数据;并分析了取代率和相对偏心距对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明:型钢再生混凝土柱的偏压破坏过程及形态与一般型钢混凝土柱相似,根据偏心距的不同,表现为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种形态,试件极限承载力随着相对偏心距的增大而减小,而再生骨料取代率的变化对承载力的影响作用不明显。基于修正平截面假定推导了型钢再生混凝土偏压柱的正截面极限承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

高延性混凝土加固高轴压比剪力墙抗震性能试验研究

为提高高轴压比下(低矮)剪力墙的抗震性能,提出采用高延性混凝土(HDC)面层对其加固。设计了3片剪跨比为1.1的混凝土剪力墙,其中1片为对比试件,其余2片分别采用HDC面层和钢筋网HDC面层进行加固。通过拟静力试验,研究剪力墙试件的破坏形态、变形能力、耗能能力及刚度退化特性。试验结果表明:采用HDC面层加固的剪力墙试件,加固层裂而不坏,与内部墙体协同工作性能良好,可对内部混凝土形成一定的约束作用,改善了剪力墙的脆性剪切破坏特征;HDC面层能有效提高剪力墙的受剪承载力、变形能力和耗能能力;在HDC面层中配置钢筋网片使加固面层斜裂缝开展延缓,可充分发挥HDC良好的拉伸性能和耐损伤性能,使加固试件在破坏阶段的刚度退化缓慢。基于软化桁架模型,考虑HDC加固层贡献,提出了加固试件的受剪承载力公式。     

考虑混凝土不同约束效应的型钢混凝土柱抗震性能模拟研究

对于型钢混凝土柱,考虑型钢和箍筋对混凝土的约束作用,将混凝土截面分成无约束混凝土部分、部分约束混凝土部分和强约束混凝土部分。基于附加约束应力作用效应的原理,构建了统一考虑混凝土约束效应影响的本构方程,建立了适用于型钢混凝土构件的数值分析模型。利用ABAQUS有限元软件,考虑混凝土不同约束效应及型钢与混凝土间的组合效应,对型钢混凝土柱进行数值模拟分析,通过模拟结果与试验结果对比,验证了该方法的合理性和正确性。最后采用该方法研究了轴压比、剪跨比和箍筋配置等参数对型钢混凝土柱的抗震性能的影响。     

高轴压比配筋PVA纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为提高钢筋混凝土柱在高轴压比下的抗震性能,采用聚乙烯醇（PVA）纤维增强混凝土代替普通混凝土是可选择的措施之一。设计6个剪跨比为4的钢筋混凝土柱试件,其中4个试件采用PVA纤维增强混凝土,另外2个对比试件采用普通混凝土,进行拟静力试验以研究高轴压比下的抗震性能。通过改变轴压比和纤维掺量,在水平循环往复荷载作用下,观测试件裂缝开展及破坏过程,研究滞回性能、骨架曲线、延性性能及耗能能力。试验结果表明:高轴压比下,PVA纤维增强钢筋混凝土柱破坏时,裂缝开展缓慢,纤维的桥接作用有效地抑制了裂缝的开展;纤维增强混凝土柱主要表现为延性破坏模式,极限位移角约为普通混凝土柱的1.47倍~1.53倍,表明其具有良好的塑性变形能力和损伤容限;PVA纤维增强钢筋混凝土柱的耗能比约为普通混凝土柱的1.82倍~1.95倍,表明其耗能能力显著提高,抗震性能优越。     

纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究及数值模拟

为了改善钢筋混凝土（RC）柱的抗震性能和损伤容限,在柱端局部采用纤维增强混凝土（FRC）代替普通混凝土,考虑轴压比和剪跨比,设计了9根FRC柱以及1根RC对比柱试件。通过拟静力试验,观察试件在低周反复水平荷载作用下的裂缝开展过程和破坏形态,研究其滞回性能、变形和承载能力、耗能能力及刚度退化规律等。结果表明,与RC柱相比,剪跨比为2.0的FRC柱仍为压弯破坏,强度和刚度退化缓慢,具有较好的变形能力、耗能能力和损伤容限;轴压比及剪跨比对FRC柱的变形能力和耗能能力有明显影响;FRC柱仅需配置抗剪箍筋,不必另外配置约束箍筋,即可满足变形和耗能要求。基于OpenSees有限元软件,建立了多组FRC柱的有限元模型,在对有限元模型进行试验验证的基础上,进行参数分析。研究结果表明:模拟滞回曲线与试验滞回曲线总体上比较吻合;剪跨比、轴压比及FRC强度对FRC柱的承载能力均有一定影响。