低周反复荷载作用下型钢高强高性能混凝土框架梁损伤试验研究

为了研究地震作用下型钢高强高性能混凝土框架梁的损伤演化过程,对5榀不同含钢率、配箍率下型钢高强高性能混凝土框架梁试件进行了低周反复加载试验。分析了框架梁的破坏形态以及裂缝开展模式,得到了低周反复荷载作用下框架梁的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,研究了不同含钢率、配箍率下框架梁的刚度退化、强度衰减、延性性能、耗能能力等方面...     

型钢混凝土L形柱空间角节点抗震性能分析

为研究型钢混凝土L形柱空间角节点的抗震性能,对8个节点试件进行低周反复荷载试验和有限元模拟,二者结果吻合较好。基于此考虑了柱配钢形式、轴压比和加载角度3个变化参数,通过ABAQUS非线性有限元模拟,分析了变化参数对其峰值荷载、耗能和延性的影响规律,并提出可供工程设计参考的建议。研究结果表明,型钢混凝土L形柱空间角节点破坏形态以剪切斜压和弯曲破坏为主,扭转伴随黏结破坏为辅;实腹配钢试件综合抗震性能最好,其峰值荷载较空腹配钢试件提高了10%;随轴压比的增加,不同配钢形式试件的位移延性下降程度不同,实腹配钢试件下降缓慢,建议轴压比限值设计值为0.5;45°加载角度以内,随着加载角度的增加,峰值荷载增加,耗能和延性逐渐降低,45°加载试件与0°平面节点相比,峰值荷载提高了约30%,延性系数降低约10%,最不利加载方向为0°加载。     

反复荷载下型钢混凝土异形柱空间角节点的破坏机理及损伤分析

为了研究反复荷载作用下型钢混凝土(SRC)异形柱空间角节点的破坏机理及其损伤演变过程,设计9个试件进行低周反复荷载试验,考虑了柱截面配钢形式、轴压比、加载角度和梁的形式4个变化参数。观察其裂缝发展形态,揭示其破坏机理,获取了荷载-应变滞回曲线、节点核心区剪切变形和梁截面平均曲率。基于能量守恒定律,分析了反复荷载下试件的损伤规律,并分析了各变化参数对其累积损伤的影响。研究结果表明:反复荷载作用下SRC异形柱空间角节点发生的是弯曲、剪切斜压破坏为主、扭转伴随粘结破坏为辅的破坏形态。破坏时节点核心区钢材大部分已屈服,并且型钢应变、核心区剪切角、梁截面平均曲率均随柱肢角度的增加而减小。破坏时试件的累积损伤指标介于0.69~0.84,槽钢桁架试件各级位移下的累积损伤最大;45°加载实腹配钢试件较30°加载实腹配钢试件损伤更加严重;与45°加载试件相比,0°加载试件各级位移下累积损伤程度最高增加30%;轴压比对试件的损伤影响不大;与带钢梁试件相比,带型钢混凝土梁试件累积损伤有较大程度的缓解。     

锈蚀钢框架柱抗震性能试验研究及有限元分析

为深入研究锈蚀钢框架柱的抗震性能,通过改变加载制度和轴压比,对6榀相同锈蚀程度的钢框架柱进行了低周往复加载试验,观察其受力过程和破坏形态,分析了不同加载制度和轴压比对锈蚀钢框架柱的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力等抗震性能的影响。并采用通用软件ABAQUS对试验框架柱进行了非线性有限元分析。结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合较好,试件均发生延性较好的破坏,其滞回曲线也较为饱满,表现出良好的耗能能力和延性;加载路径对试件的塑性发展与耗能能力有较大影响;随着轴压比的增大,试件极限承载力和耗能能力降低,强度和刚度退化加快。     

偏心腹杆式交错桁架结构滞回性能试验研究

为了改善交错桁架结构的抗震性能,对空腹式交错桁架和混合式交错桁架分别内填Y形偏心腹杆,形成纯偏心腹杆式交错桁架和混合偏心腹杆式交错桁架结构。对两种偏心腹杆式桁架单元试件进行了低周反复荷载试验,分析了试件的滞回性能、耗能能力、延性、承载力和刚度退化规律。试验结果表明:两种偏心腹杆式交错桁架单元试件的滞回曲线比较饱满,耗能性能较好;耗能段的滞回曲线较整体结构的滞回曲线饱满,偏心腹杆式桁架单元主要由耗能段耗散能量;两个试件的能量耗散系数、位移延性系数比较接近;在每级循环荷载中,试件的承载力降低较少,接近破坏时,试件的承载力下降较多;纯偏心腹杆式桁架单元的变形能力优于混合偏心腹杆式桁架单元的变形能力;混合偏心腹杆式桁架单元抗侧刚度比纯偏心腹杆式桁架单元抗侧刚度大,前者刚度退化相对后者快。     

新型钢桁架连梁的抗震性能试验研究

通过对8个钢组合桁架连梁的伪静力试验,初步了解了组合连梁的破坏特点、抗剪承载力、变形能力、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化以及适宜采用的桁架形式等。试验结果表明：在地震作用下,设交叉腹杆桁架比无交叉腹杆的桁架连梁有更大的抗剪承载力、更好的延性和耗能能力;较小跨高比、较大刚度的试件表现出在承载能力方面具有相对优势;试验连梁试件根部节点采用预埋钢板或弦杆直接埋入这两种设计方案均可行,便于施工维修。钢桁架连梁具有抗震所需的高延性和良好塑性耗能能力     

配钢率对型钢混凝土异形柱抗震性能的影响分析

设计了16个型钢混凝土异形柱试件,包括L形柱、沿腹板加载的T形柱、沿翼缘加载的T形柱和十形柱各4个,采用试验研究和有限元模拟相结合的方法分析配钢率对试件抗震性能的影响,得到了试件的破坏形态及滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度、耗能能力等性能指标。结果表明:剪跨比为2.5的试件在低周反复荷载作用下发生弯曲破坏,配钢率对试件破坏形态的影响较小,但配钢率增大能够抑制混凝土裂缝的开展,延缓试件的破坏;试件的滞回曲线饱满、对称,延性好,耗能能力强,刚度退化先快后慢;随着配钢率增大,试件的滞回环面积越来越大,承载力显著提高,延性明显改善,刚度退化变缓,但耗能能力变化较小。     

法兰连接方钢管柱-桁架焊接节点抗震性能试验研究

对桁架梁截面尺寸不同的6个足尺寸法兰连接方钢管柱-桁架焊接连接节点进行了低周反复荷载试验研究和有限元分析(FEA)。该节点通过法兰和高强螺栓将上下柱及柱座在现场连接,柱座与桁架梁通过竖向连接板、法兰和腋板在工厂焊接;该节点应用于装配式多高层钢结构中,实现现场螺栓全装配。试验结果表明:桁架梁截面尺寸对节点的破坏模式影响较小,加腋板节点均由于反复加载导致桁架弦杆发生板材的撕裂而破坏,断裂前发展了良好的塑性变形,未加腋板节点根部焊缝发生断裂;加腋板节点的延性、极限承载力及耗能能力较好,塑性转动能力均大于抗震规范0.03 rad的最低要求。桁架梁截面尺寸对该节点各项力学性能影响显著,弦杆截面尺寸越大,极限承载力越高;腹杆截面尺寸对极限承载力影响较小,腹杆截面尺寸越大,节点延性越好,耗能能力越强;通过有限元软件提取了柱法兰处螺栓拉力的变化,柱柱法兰连接可近似为刚接;推导了节点的屈服荷载和极限荷载的简化计算公式。     

钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点抗震性能试验研究

为验证巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱-组合箱梁节点的破坏特征和抗震性能,进行了节点核心区连接分别为单肢斜撑、交叉斜撑和横隔板三种不同连接构造形式的节点低周反复循环加载试验。分析了各节点形式的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线及评价节点抗震性能的主要参数(承载力、延性、刚度退化规律、耗能指数和等效粘滞系数等)。同时,利用ABAQUS对各节点进行了有限元数值计算,并与试验结果进行对比分析进一步对组合节点进行了研究。结果表明:试验与有限元数值计算结果吻合良好,验证了理论分析的正确性;三种不同连接构造形式的节点试件正向具有良好的位移延性,但反向位移延性不及正向,随着节点连接方式的加强,节点的屈服位移逐渐减小,延性增大,节点承载能力逐渐增大。横隔板连接形式节点相对另两种连接构造耗能能力较好,改善了节点的抗震性能。     

高轴压比方钢管高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高轴压比方钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了8根轴压比从0.5―0.7的方钢管高强混凝土柱的往复水平加载试验。通过改变试件的轴压比、含钢率和长细比,研究其在往复水平荷载作用下的滞回性能、变形能力以及耗能能力,比较各参数对试验结果的影响。试验结果表明:试件破坏形态为柱底部截面钢管被压曲、核心混凝土被压碎的压弯型破坏;试件的滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象;位移延性系数在3.05―4.07之间,等效粘滞阻尼比在0.25―0.31之间,延性系数和耗能指标均满足结构抗震设计要求。表明高轴压比方钢管高强混凝土柱具有良好的抗震性能。基于ABAQUS分析平台,建立了有限元模型,对试验进行了往复水平荷载作用下的全过程模拟分析。分析结果表明:有限元模型分析得到的滞回曲线与试验滞回曲线总体上吻合较好。     

内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为提高钢板与混凝土的协同变形能力,提出采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土,设计了2个内置钢板-高延性混凝土(HDC)组合连梁与2个内置钢板-混凝土组合连梁对比试件。通过拟静力试验,研究试件的破坏过程、破坏形态、滞回特性、耗能能力及刚度退化等。结果表明:跨高比为1.5的试件均发生剪切破坏,跨高比为2.5的试件均发生剪切黏结破坏;与混凝土组合连梁相比,HDC组合连梁的延性和耐损伤能力均得到明显提高;试件发生剪切破坏时,HDC组合连梁较混凝土组合连梁的极限位移角和累积耗能分别提高了44.4%和83.5%;试件发生剪切黏结破坏时,HDC组合连梁的耗能能力仍有较大幅度提高。根据4个小跨高比组合连梁试验结果,计算得到其设计剪压比为0.48～0.57,明显高于小跨高比连梁的剪压比限值。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比组合连梁的受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究与有限元分析

根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式,制作5个隔板贯穿式节点试件,通过低周反复加载试验,探讨此类节点的抗震性能,分析梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点抗震性能的影响。试验结果表明:各试件实测滞回曲线均比较饱满,没有明显的刚度退化现象,具有较好的耗能性能;梁端翼缘两侧增加侧板不仅可以缓解隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,而且提高了节点的延性。运用ANSYS 8.0对各节点试件在低周反复荷载作用下的滞回性能进行非线性模拟计算,分析轴压比、核心区混凝土强度、隔板外伸长度等因素对节点受力性能的影响。结果表明:轴压比和隔板外伸长度对节点受力性能的影响较大;有限元计算所得的骨架曲线与实测骨架曲线吻合较好。     

单斜杆耗能器偏心支撑结构的抗震性能研究

该文针对偏心支撑结构存在的不足,提出一种新型的框架支撑形式——耗能器偏心支撑。该文采用1:3缩尺模型,进行了拟静力试验,并利用ANSYS有限元分析程序建立了有限元分析模型,将该新型耗能器偏心支撑结构进行了试验研究和理论分析比较。得出结论:该新型框架支撑形式不仅可以减少耗能梁段吸收的地震能量,也可以减小耗能梁段的破坏程度,从而减少震后修复工作量;并且具有很好的变形能力和足够的抗侧移能力。同时也给出了设计方法,并提出了改进措施。     

Nonlinear three–dimensional finite–element modelling of reinforced–concrete beams: Computational challenges and experimental validation

Three–dimensional nonlinear finite–element models have been developed to investigate the loading–unloading–reloading behaviour of two reinforced–concrete beams under four–point bending using explicit dynamics in ABAQUS. The damaged–plasticity model proposed by Lubliner and collaborators was employed for the plain concrete, and elastic–perfectly plastic models were employed for the steel reinforcement. A perfect bond was assumed between the steel rebars and concrete, whereby the bond–slip behaviour, as well as damage along crack patterns, were modelled through concrete damage. The influence of the shape of the tension–softening law on the numerical load–deflection response was studied by considering bi–linear, exponential and linear post–failure stress–displacement and stress–strain relationships. The effect of modelling steel rebars with truss or beam elements was also investigated. Structured meshes of linear hexahedral elements either with incompatible modes or with reduced integration, and unstructured meshes of either linear or ‘modified’ quadratic tetrahedral elements were considered. In terms of load–deflection curves, both the structured and the unstructured meshes gave results in very good agreement with test results. In terms of crack patterns, results predicted by the structured meshes exhibited some mesh bias, which was less pronounced with the unstructured meshes. In the post–yield phase, if a geometrically nonlinear model is used, discrepancies were found when truss elements were used for steel rebars, whereas good agreement was found if the bending stiffness of the rebars is included using beam elements. This is a non–obvious result that may be important to consider when studying the progressive collapse of RC structures.     

附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构双梁-柱节点动力试验研究

将减震技术应用到传统风格建筑钢结构中,在梁-柱节点位置以粘滞阻尼器替代“雀替”。设计了三个传统风格建筑钢结构双梁-柱节点,包括两个附设粘滞阻尼器的节点试件和一个无阻尼器的对比节点试件,模型比例均为1∶2.6。通过周期性动力加载试验研究了滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力以及刚度退化等抗震性能指标。试验结果表明:附设粘滞阻尼器的传统风格建筑钢结构节点试件的滞回曲线更加饱满,耗能能力优于无阻尼器的对比节点试件,峰值荷载相比提高了34%~46%;各节点试件的位移延性系数介于1.79~1.96,表明附设粘滞阻尼器对节点试件位移延性系数的影响较小;有控节点的等效粘滞阻尼系数是无控节点的1.1~1.5倍,说明设置于梁-柱节点处的粘滞阻尼器发挥了良好的抗震性能。     

连梁骨架曲线与滞回特性研究

连梁作为剪力墙的主要耗能构件,对结构在罕遇地震作用下的抗震性能具有很大影响。该文主要着眼于连梁在往复荷载作用下的受力特点与极限变形能力,对国内外47个连梁模型试验结果进行较为深入的分析。连梁的破坏形态与其配筋形式密切相关。受到混凝土交叉裂缝以及钢筋滑移等影响,平行配筋连梁的滞回曲线捏拢严重。对于小跨高比连梁,通过配置对角斜筋或综合配筋等方式,可改善连梁的耗能性能。该文引入弯矩-变形角表征连梁内力与变形的关系,可以综合考虑弯曲变形、剪切变形、混凝土开裂以及钢筋滑移等因素的影响。连梁最大变形角与跨高比、配箍特征值和剪箍比的相关性分析结果表明,配筋形式对连梁极限变形能力的影响不大。基于连梁在往复荷载作用下试验结果得到连梁的标准骨架曲线,与我国相关设计规范对连梁的要求保持一致,便于在实际中工程应用。通过假定卸载刚度与加载刚度相同、滞回曲线包裹面积相等的方法,确定滞回曲线的捏拢控制参数,得到的连梁简化滞回曲线与试验结果符合良好。     

带垫板的双肢冷弯C型钢框架抗震性能研究

针对带垫板的双肢冷弯C型钢框架抗震性能问题,选取垫板厚度、框架跨度、C型钢厚度、C型钢翼缘宽厚比和C型钢腹板高厚比等作为研究参数,采用拟静力试验和有限元方法分析了14个单层单跨框架,得到了该类框架的滞回曲线和骨架曲线,分析了框架的破坏模式和抗震性能。结果表明:框架先发生梁端和柱脚的局部屈曲,最终平面内失稳破坏。垫板厚度在保证强节点的前提下,对框架的承载力和抗震性能影响很小。C型钢截面参数变大可以提高框架承载力,增加C型钢厚度可以提高框架延性。该类框架的承载力退化稳定,具有较好的延性和耗能能力,抗震性能好。建议设计框架梁柱线刚度比不宜低于0.4。