装配式核心钢管混凝土柱抗震性能试验研究

装配式核心钢管混凝土(PCSTRC)柱可用于混合结构中的柱-柱快速拼装。为研究其抗震性能,设计并进行了5个PCSTRC柱、2个现浇CSTRC柱以及1个钢筋混凝土柱的足尺拟静力加载试验,结合数字图像相关(DIC)技术对柱加载全过程的变形进行了量测。分析了PCSTRC柱与现浇柱在破坏形态、承载力、滞回耗能和变形性能等方面的差异,以及轴压比、配钢率和装配位置对PCSTRC柱抗震性能的影响。结果表明：PCSTRC柱均发生预期的弯曲破坏模式,滞回曲线饱满,承载力、刚度和耗能能力与现浇柱接近,极限位移角与延性略有增加,钢筋套筒可有效传递钢筋应力,核心钢管增强了竖向连接的可靠性;PCSTRC柱与现浇柱的曲率分布差异主要集中在钢筋套筒及套筒下端拼接区域,在总水平位移中由滑移机制所产生的刚体转动变形占比增大。     

型钢高强混凝土框架柱抗震性能试验研究

基于16个型钢高强混凝土(SRHSC)框架柱试件的低周反复加载试验,对其抗震性能进行了研究。试件设计参数为剪跨比、轴压比、混凝土强度、含钢率和配箍率。对不同设计参数试件的受力特点、破坏形态、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、位移延性等主要抗震性能指标进行了分析,得到了试件耗能指标、位移延性与诸设计参数之间的关系曲线。试验结果表明：试件荷载-位移滞回曲线饱满,下降段较为平缓,其他各项抗震性能指标较为优异,总体上表现出良好的抗震性能;混凝土强度等级超过C100的SRHSC框架柱的承载力优势明显,但由于高强混凝土的脆性导致其耗能能力及延性较普通型钢混凝土框架柱稍差;试件剪跨比、含钢率以及配箍率的提高能够增强其抗震性能,而混凝土强度、轴压比的提高将降低其抗震性能。     

高温后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为评估火灾后型钢混凝土柱的抗震能力,为其火灾后加固提供参考,进行了11个型钢混凝土柱试件的高温后抗震性能试验。试件在升降温过程中施加恒定轴向荷载,并且在高温后抗震试验中保持相同的轴向荷载水平。试验中考虑轴压比和受火时间对抗震性能的影响,以获取并分析试件的破坏特征、荷载-位移滞回曲线、刚度、延性和耗能能力。试验结果表明：型钢混凝土柱试件在反复荷载作用下由柱底混凝土剥落形成塑性铰,塑性铰长度为0.14H~0.44H(H为柱截面高度);试件在反复荷载作用下出现贯通全柱的黏结滑移裂缝,滞回曲线大致呈梭形,耗能能力较好;较之未受火试件,受火后试件滞回曲线更为饱满,骨架曲线更为平缓,位移延性系数略有增大,刚度和承载力退化明显,耗能能力略有降低。受火时间相同时,轴压比大的试件极限荷载略高,极限位移较小,延性差,耗能能力更强;轴压比相同时,受火时间越长,承载力和刚度下降越明显,延性略有提高,耗能能力变差。     

柱靴螺栓连接预制混凝土柱抗震性能试验研究

为研究柱靴螺栓连接预制混凝土柱的抗震性能,对4个柱靴螺栓连接预制混凝土柱进行了拟静力试验,并与整浇混凝土柱进行对比,研究其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能及承载力。此外,还结合相关文献中的试验数据,分析了柱靴与基础连接的转动刚度及接缝承载力。结果表明：柱靴螺栓连接预制柱均发生柱底接缝压弯破坏,且破坏集中在柱靴灌浆区域;轴压比为0.2的柱靴螺栓连接预制柱的底部结合面出现通缝,滞回曲线捏拢严重,其耗能能力较轴压比为0.5柱靴螺栓连接预制柱和相同轴压比整浇柱的差;柱靴螺栓连接预制柱的位移延性系数为3.04~3.79,极限位移角为1/49~1/32,具有较好的位移延性;柱靴与基础连接满足欧盟BS EN 1993-1-8刚性连接性能要求,可按刚性连接设计;对于小偏心受压柱靴螺栓连接预制柱,按JGJ 1—2014计算的正截面承载力与试验值之比平均为0.66,具有较高的安全度,但对于大偏心受压柱靴螺栓连接预制柱,二者之比平均为0.90,安全度偏低。在GB 50010—2010的基础上,引入混凝土极限压应变和抗压强度折减系数,分析了柱底接缝的传力机理,建立了考虑剪切影响的柱底接缝处正截面承载力计算方法。按该方法计算的大偏心受压柱靴螺栓连接预制柱的承载力与试验值之比平均为0.81,与配置高强纵筋整浇柱的平均结果相当。     

榫卯式预制装配钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为适应建筑工业化中装配效率的要求,提高预制装配式钢筋混凝土结构结点的力学性能,文章参考古建筑榫卯节点做法,构件连接采用榫卯式连接型式。首先进行了榫卯式连接柱和现浇柱拟静力试验,然后对比分析了新型连接柱与现浇柱试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、耗能能力、承载力、位移延性系数、极限位移角等参数的差异。研究结果表明:榫卯式预制装配钢筋混凝土柱节点在加载过程中没有出现节点位置破坏,承载力高,其抗震性能指标不弱于钢筋混凝土现浇柱。     

装配式异形柱节点抗震性能试验研究

为了研究新型装配式异形柱节点的抗震性能,更好地推广新节点应用于实际工程,设计制作并进行了2组异形柱节点的拟静力试验。通过观察4个试件的裂缝开展破坏过程,分析每个试件位移、刚度、强度和耗能等抗震指标。结果表明:装配边柱节点与现浇节点的破坏过程和类型基本一致,而两个中柱节点的破坏过程及类型有明显区别;纵筋采用直螺纹套筒和灌浆套筒连接均能够有效传递双向应力,实现钢筋与混凝土的有效传力;叠合板滑移影响装配节点承载力;装配节点的刚度比现浇节点稍低,但因较早屈服,破损位移相近,延性变形优于现浇节点,能够满足基于性能设计的框架结构层间位移角限值2%(生命安全(LS)性能)要求。     

部分预制装配型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为充分发挥型钢混凝土结构受力性能及预制装配结构施工性能方面的优势，提出了部分预制装配型钢混凝土实心柱(PPSRC柱)和空心柱(HPSRC柱)，结合2个系列10个柱试件的拟静力试验，对两种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、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化的研究，并结合各试件的实测应变结果，对柱截面形式、轴压力、配箍率和现浇混凝土强度对PPSRC柱和HPSRC柱抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：PPSRC柱试件的最终破坏形态分为弯曲破坏与弯剪破坏，HPSRC柱试件均发生弯剪破坏，所提出的高强高性能预制混凝土外壳能够很好地与型钢及现浇混凝土协同工作，主要受力方向型钢与外部混凝土之间未发现明显的黏结裂缝；由于内部混凝土的存在，PPSRC柱相比于HPSRC柱拥有更好的耗能及变形能力；轴压力较低、配箍率较大的试件表现出更好的耗能能力及变形能力。通过对两种柱试件的受弯承载力分析可知，中低轴压比的PPSRC柱与HPSRC柱拥有相近的受弯承载力，在同一结构中HPSRC柱可与PPSRC柱沿竖向混合使用，以有效避免柱变截面处的刚度及承载力突变带来的影响。     

分离式型钢混凝土柱抗震性能试验研究

实腹式型钢混凝土柱被广泛应用于超高层建筑的巨型柱构件中。由于截面巨大和吊装额度限制，实腹式型钢柱段内的多条现场焊缝对巨柱的整体性和延性造成不利影响。为解决这一问题，采用彼此独立的型钢替换实腹式型钢，增加起吊段的长度，从而达到减少柱段内型钢焊缝的目的。为研究分离式型钢混凝土柱的抗震性能，对实腹式和分离式型钢混凝土柱试件进行拟静力加载，分析试件在轴力和弯矩共同作用下的承载能力、变形能力、耗能性能和刚度退化。试验结果显示：分离式型钢试件的最大水平剪力和极限变形能力与实腹式型钢试件基本相同，且具有良好的滞回耗能性能；分离式型钢试件在达到峰值剪力后抗侧刚度并未大幅衰减；在偏心率达到20%时，分离式型钢试件的截面应变分布基本满足平截面假定。     

壁式钢管混凝土柱抗震性能试验研究

通过3个截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱足尺试件在高轴压比下的低周反复加载试验和有限元分析,研究壁式钢管混凝土柱的破坏模式、滞回行为、承载能力、变形性能和能量耗散能力。结果表明：试件的破坏模式为压弯破坏,破坏区域钢板受压鼓曲、钢管纵向焊缝涨裂、混凝土压溃;试件滞回曲线稳定饱满,无明显捏拢现象;纵向隔板能够约束钢管壁板平面外变形,提高钢板局部屈曲强度;试件破坏时位移延性系数大于3.0,等效黏滞阻尼系数大于0.4,减小钢管壁板宽厚比可有效增加试件耗能能力。设计轴压比为0.54～0.69时,壁式钢管混凝土柱屈服位移角大于0.005rad,极限位移角大于0.02rad,具有良好的变形性能和耗能能力。建立的精细有限元模型可准确预测壁式钢管混凝土柱在恒定轴力和反复水平力下的滞回行为。有限元分析表明,轴压比对壁式钢管混凝土柱的极限位移影响显著,提高含钢率可有效增加其承载力和变形性能。     

套筒灌浆缺陷对装配式混凝土柱抗震性能影响的试验研究

为研究套筒内部的灌浆缺陷对装配式构件抗震性能的影响,完成4个剪跨比为5、轴压比为0.3的装配式混凝土柱的拟静力试验。试件BM-01灌浆饱满作为对比试件,试件QX-01~03分别减少1根、2根和3根纵筋与灌浆料锚固长度的50%以模拟灌浆缺陷(每个试件共8根纵筋)。试验结果表明,试件BM-01钢筋与灌浆料黏结良好;荷载-位移滞回曲线饱满且正负方向对称,耗能性能良好。缺陷试件破坏时在柱底坐浆层形成主水平裂缝;钢筋与灌浆料间产生滑移;随灌浆缺陷的增加,荷载-位移滞回曲线的捏缩效应和不对称性越发明显。灌浆缺陷导致试件承载力和延性性能的降低,缺陷试件负方向(灌浆缺陷套筒受拉)的峰值荷载和极限荷载为饱满试件相应值的70%~90%;灌浆缺陷最大的试件QX-03延性系数仅为饱满试件BM-01的58%。随着灌浆缺陷和水平位移的增大,缺陷试件的刚度和耗能性能相对于饱满试件加速下降。在层间位移角θ=1/50时,缺陷试件的刚度约为饱满试件BM-01的70%~90%;耗能为饱满试件BM-01的75%~95%。     

混凝土异形柱框架抗震性能的试验研究

以实际工程为背景,对8度区6层异形柱住宅一榀框架的1/3模型进行低周反复加载的拟静力试验,对框架的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、出铰机制、强度与刚度退化等进行分析。结果表明,异形柱框架结构具有较好的抗震性能。对异形柱框架进行有限元分析表明,分析结果与试验结果吻合较好,表明该有限元模型是合理的,可以用于异形柱框架结构的分析研究。     

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。     

高温后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

对5个高温后型钢混凝土柱试件和3个常温下对比柱试件进行低周反复加载试验,研究高温后型钢混凝土柱的承载力和抗震性能。由试验获得了高温后型钢混凝土柱的破坏形态和滞回曲线,分析了剪跨比、轴压比、受火时间对高温后型钢混凝土柱滞回特性、延性、耗能能力、承载力及刚度退化的影响。结果表明：高温后剪跨比为1.5的型钢混凝土柱的破坏形态与常温下基本相同,剪跨比为2.5的型钢混凝土柱的破坏形态则发生明显变化,常温下发生弯曲型破坏的柱在高温后往往发生黏结破坏。与常温下的型钢混凝土柱相比,高温后型钢混凝土柱的滞回曲线更加饱满、骨架曲线的上升段和下降段更为平缓、位移延性系数略有增大、耗能能力更强。高温后型钢混凝土柱的延性、耗能能力与剪跨比、轴压比密切相关。位移延性系数随剪跨比的增大而增大,随轴压比的增大而减小;剪跨比越大,破坏时的等效阻尼比越大。经历高温作用后,型钢混凝土柱的刚度和承载力退化显著,初始刚度退化程度随剪跨比的增大而减小,屈服后刚度和受剪承载力退化程度随剪跨比的增大而加大。提出了火灾高温后型钢混凝土柱受剪承载力计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

装配式复式钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能试验研究

为实现钢管混凝土框架完全装配式施工,提出了装配式复式钢管混凝土柱-钢梁框架结构,该结构包含复式钢管混凝土装配式柱-柱拼接节点和装配式加强块梁柱节点。为研究这些连接形式对复式钢管混凝土框架抗震性能的影响,完成了3榀1∶2缩尺框架模型(包括1榀节点栓焊连接框架、1榀装配式节点框架和1榀柱与节点全装配式框架)的拟静力试验,得到各试件的破坏模式、滞回性能、延性、刚度与承载力退化。3个模型均表现出良好的承载能力和延性,试验模型的最大层间位移角超过4%,位移延性系数大多超过4。结果表明:传统连接复式钢管混凝土框架和采用装配式方案后的框架均具备良好的抗震性能;所提的柱-柱拼接节点性能可靠,对框架的承载力、刚度和延性的影响很小;所提的加强块梁柱节点可有效改善框架的延性,并略提高框架的承载力。     

钢管混凝土箱形叠合柱抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土箱形叠合柱(简称CFST箱形叠合柱)的抗震性能,以面内柱肢间距和轴压比为参数,进行了5个CFST箱形叠合柱试件和1个CFST格构柱试件的拟静力试验.研究结果表明:水平低周反复荷载作用下,CFST箱形叠合柱的荷载-位移滞回曲线呈捏拢状,主要破坏形式表现为面外方向外包混凝土的水平裂缝、面内方向腹板的斜向裂缝...     

非对称配钢钢骨混凝土柱抗震性能试验研究

为研究非对称配钢钢骨混凝土柱的抗震性能,进行了12个T形配钢、12个L形配钢的钢骨混凝土柱试件在低周往复荷载作用下的试验研究,试验参数为剪跨比、轴压比、体积配箍率以及是否配置拉结筋,对受力过程、破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性、耗能能力等进行了分析比较。结果表明,在恒定轴向荷载和水平低周往复荷载共同作用下,非对称配钢钢骨混凝土柱表现出较好的受力性能,破坏形态主要有弯曲破坏、剪切黏结破坏、剪切斜压破坏、剪切复合型破坏4种,各试件表现出较明显的正负滞回环不对称现象。剪跨比对破坏形态有较大影响,剪切复合型破坏主要发生在配有严重不对称的L形配钢的试件中;各试件的延性性能均随轴压比的增大而降低,在L形配钢试件中更为明显;增大配箍率对T形配钢试件的延性和承载力均有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力,有效改善混凝土的脆性性质,但对于剪跨比较小的L形配钢试件受力性能的改善并不明显;配置拉结筋能够提高各试件的承载能力,改善加载后期试件的承载力衰减和刚度退化,并明显增强了L形配钢试件的变形能力。     

型钢混凝土异形柱框架节点抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱框架节点的破坏特征和抗震性能,进行了9个中间层边节点、4个角节点和4个中节点的低周反复荷载试验。观察了各类型节点的受力过程及破坏形态,并分析了试件的荷载-位移滞回曲线、承载能力、层间位移角和延性以及耗能能力等力学特性。结果表明:SRC异形柱框架节点的典型破坏形态是节点核心区剪切斜压破坏和梁端弯剪破坏;滞回曲线饱满,层间位移角延性系数及位移延性系数介于1.80~5.63,弹塑性极限层间位移角约为1/67~1/28,等效粘滞阻尼系数介于0.150~0.294,破坏时节点核心区的剪切角约为0.03~0.04。并给出了节点设计建议。     

分散型钢混凝土组合柱抗震性能试验研究

为研究分散型钢混凝土组合柱(ISRCC)的抗震性能,分析组合柱中分散布置的型钢和混凝土之间的协同工作情况,对4个ISRCC柱进行偏心率为10%和15%的低周往复加载试验。与传统低周往复加载试验相比,试验中按预定路径同时施加竖向荷载和水平荷载。分析了ISRCC柱在低周往复荷载作用下的承载力、延性、破坏形态、裂缝分布和刚度退化等。试验结果表明：所有ISRCC柱均为小偏心压弯破坏,试件整体性较好;在偏心率15%以内,屈服荷载前各试件满足平截面假定,能够有效发挥型钢和混凝土的组合作用;ISRCC柱压弯承载力的试验值与ACI 318-2014、EN 1994-1-1和YB 9082-2006《钢骨混凝土结构技术规程》等规范中的承载力计算结果吻合较好,验证了现有规范中普通钢骨混凝土（SRC）柱压弯承载力的计算方法对偏心率15%以内的ISRCC柱的适用性;试件的极限位移角为1/88~1/65,满足我国规范对罕遇地震作用下框架-核心筒结构弹塑性层间位移角的要求,具有较好的变形能力。     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。     

T形截面钢骨混凝土异形柱框架抗震性能

参照国家抗震规范8度设防的标准,制作一榀/2比例的由钢筋混凝土梁和T形截面钢骨混凝土异形柱组成的单跨两层的框架模型。通过拟静力试验,研究了结构的破坏形态、刚度退化、延性与耗能等抗震性能。试验结果表明,T形截面钢骨异形柱框架结构抗震性能良好,柱中钢骨在结构抗震中发挥了明显的作用。试验研究和分析结果表明,钢骨异形柱框架结构的抗震性能可满足抗震设防的要求。