预应力型钢混凝土双坡框架抗震性能试验研究

为研究预应力型钢混凝土双坡框架的抗震性能和破坏机理，基于同等承载能力条件设计缩尺比为1∶4的1榀预应力混凝土双坡框架(PC-F)和1榀预应力型钢混凝土双坡框架(PSC-F),并对其进行竖向荷载和水平低周反复荷载共同作用下的加载试验，得到框架的裂缝开展和分布及破坏形态特征、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、等效黏滞系数、总耗能和位移恢复能力等抗震性能指标。试验结果表明：同等承载力条件下，预应力型钢混凝土双坡框架具有更优越的抗剪能力和抗震性能；相较于预应力混凝土双坡框架，预应力型钢混凝土双坡框架的开裂荷载提高了70%;型钢的存在使得预应力混凝土双坡框架的破坏机制由两铰(柱-斜坡梁节点)破坏转变为四铰(柱-斜坡梁节点、斜坡梁-水平梁节点)破坏，每个塑性铰部位呈现典型的弯曲延性破坏特征；相较于预应力混凝土双坡框架，预应力型钢混凝土双坡框架滞回环近似梭形更加饱满，峰值荷载后承载力退化及刚度退化更加缓慢，位移延性系数、等效黏滞阻尼系数、总耗能分别提高了9.27%、30.6%、53.5%,位移恢复能力系数降低27.5%。     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架节点抗震性能试验研究

为研究预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架节点的抗震性能和破坏机理,开展了3个施加预应力及1个未施加预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱组合框架节点在柱顶水平荷载下的低周往复加载试验,考察了组合框架节点在不同预应力水平和轴压比下的破坏过程及破坏形态,研究了节点的承载力、刚度、延性、耗能能力及变形性能,分析了节点核心区箍筋和钢管、梁端纵筋和型钢翼缘、以及柱端纵筋和钢管的应变变化规律。研究结果表明:预应力节点试件均发生梁端先受弯破坏、核心区后剪切破坏的混合破坏模式,而非预应力节点试件仅发生了梁端弯曲破坏;组合框架节点水平荷载-位移滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力和延性;预应力水平的增加能延缓梁受拉区裂缝的产生,并提高了节点试件的水平承载力;轴压比对节点试件水平承载力的影响有限,但会在一定程度上降低节点试件的延性和耗能能力;预应力水平和轴压比的增加均降低了节点核心区的剪切变形。研究结果可为此类新型结构在地震区的推广应用提供技术支撑。     

双向加载路径下型钢-混凝土组合柱抗震性能试验研究

通过8根型钢-混凝土组合柱在低周往复荷载作用下的加载试验,研究配钢形式、加载路径对该类组合柱破坏过程、滞回性能、刚度退化、延性性能及累积耗能的影响,分析纵筋及型钢的应变发展。结果表明：在相同含钢率下,配置方钢管的型钢混凝土柱的变形能力比十字形截面型钢的型钢混凝土柱的大,破坏位移角增大了约24%;加载路径对组合柱滞回特性影响显著,在非对称路径加载下,滞回特性亦表现出明显的非对称性;与单向循环加载组合柱相比,双向循环加载组合柱的峰值荷载小、刚度退化快、屈服位移小、延性差、破坏位移角小,但其累积滞回耗能明显大于单向循环加载时的情况;纵筋屈服发生在峰值荷载前,而型钢一般在达到峰值荷载时才屈服;在位移加载后期,双向循环加载组合柱纵筋及型钢应变增长明显较单向加载组合柱的快。因此,双向加载路径对型钢-混凝土组合柱承载能力、变形性能及累积耗能等抗震性能的影响显著,在设计时应予以考虑。     

水平荷载作用下型钢再生混凝土柱受力性能非线性分析

结合低周反复荷载作用下型钢再生混凝土柱抗震性能试验,在已有的再生混凝土本构关系模型和结构非线性分析理论的基础上,采用ABAQUS有限元软件对型钢再生混凝土柱在水平荷载作用下的受力性能进行了非线性分析,获取了型钢再生混凝土柱应力分布云图和荷载-位移骨架曲线,研究了型钢再生混凝土柱的应力分布规律,主要分析了再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率对型钢再生混凝土柱受力性能的影响。研究结果表明,再生粗骨料取代率对型钢再生混凝土柱的承载力及延性变形影响较小;随着轴压比的增大,型钢再生混凝土柱的延性变形降低幅度较大;提高体积配箍率对该柱的受力性能是有利的,合理设计的型钢再生混凝土柱可应用于实际工程中。     

实腹式型钢混凝土异形柱边框架拟静力试验及有限元分析

为研究实腹式型钢混凝土异形柱边框架的抗震性能,对1榀缩尺比为1/2.5的两跨三层框架模型进行低周反复荷载试验,对其滞回曲线、层间位移角、延性及耗能进行了分析,结果表明,该框架滞回曲线饱满,抗震性能好。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对试件进行了有限元模拟,并将计算结果与试验结果进行对比,结果显示,两者较为符合。实腹式配钢型钢混凝土异形柱边框架极限荷载较试验值偏大3.31%,极限荷载对应的位移较试验值偏小12.96%,刚度较试验值高。对P-Δ曲线的影响因素进行了分析,结果表明：随着轴压比的增大,框架的水平承载力降低,延性降低。增大肢高肢厚比、梁柱屈服弯矩比,能够较大地提高框架的水平承载力和初始阶段的刚度,但框架的延性有减小的趋势。随着混凝土强度、型钢屈服强度的增大,框架的水平承载力提高,但位移延性没有明显变化。     

Quasi-static test and finite element analysis on solid-web steel reinforced concrete exterior frame with special-shaped columns

为研究实腹式型钢混凝土异形柱边框架的抗震性能,对1榀缩尺比为1/2.5的两跨三层框架模型进行低周反复荷载试验,对其滞回曲线、层间位移角、延性及耗能进行了分析,结果表明,该框架滞回曲线饱满,抗震性能好。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对试件进行了有限元模拟,并将计算结果与试验结果进行对比,结果显示,两者较为符合。实腹式配钢型钢混凝土异形柱边框架极限荷载较试验值偏大3.31%,极限荷载对应的位移较试验值偏小12.96%,刚度较试验值高。对P-Δ曲线的影响因素进行了分析,结果表明：随着轴压比的增大,框架的水平承载力降低,延性降低。增大肢高肢厚比、梁柱屈服弯矩比,能够较大地提高框架的水平承载力和初始阶段的刚度,但框架的延性有减小的趋势。随着混凝土强度、型钢屈服强度的增大,框架的水平承载力提高,但位移延性没有明显变化。     

高含钢率型钢混凝土压弯构件受力性能影响因素分析

以8个含钢率分别为13.12%和15.04%、截面尺寸为500mm×500mm的型钢混凝土柱水平拟静力加载试验为基础,分析轴压比、含钢率和配箍率对高含钢率型钢混凝土压弯构件荷载-位移骨架曲线的影响。利用有限元分析软件ABAQUS建立试验试件的非线性有限元分析模型,模拟试验骨架曲线,验证有限元分析模型的有效性。以含钢率、轴压比和配箍率为参数,对37个型钢混凝土压弯构件进行参数分析,建模时考虑了型钢和箍筋对混凝土的约束作用,分析各参数对含钢率在20%以内的型钢混凝土柱骨架曲线的影响。结果表明：随着轴压比的增大,不同含钢率试件的屈服点割线刚度、峰值荷载、极限位移和延性水平逐渐接近,高含钢率型钢混凝土柱的优势逐渐减弱;当设计轴压比小于1.2时,型钢混凝土柱试件均具有良好的延性;随着配箍率的增大,峰值荷载和峰值位移均增大,试件延性增大。     

空腹式型钢混凝土异形柱中框架拟静力试验及有限元分析

通过1榀缩尺比为1/2.5的两跨三层的空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架在水平反复荷载作用下的试验研究,获得其荷载-位移滞回曲线及最终破坏形态,分析其结构延性、层间位移角及耗能性能。结果表明,空腹式SRC异形柱中框架滞回曲线饱满,弹塑性层间变形能力强,延性及耗能能力良好。基于试验研究结果,采用ABAQUS软件对该结构进行了非线性有限元分析,研究空腹式SRC异形柱框架的承载力、刚度退化以及出铰机制。有限元分析得出的结果与试验实测结果吻合较好;在此基础上对该结构进行参数分析,研究轴压比、混凝土强度、型钢屈服强度、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比以及梁柱屈服弯矩比等参数对其力学性能的影响。结果表明：增大混凝土强度、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比以及梁柱屈服弯矩比,能够提高结构的水平承载力和弹性刚度,但对结构延性的影响不大;随着轴压比和型钢屈服强度的增大,结构弹性刚度均变化不大,但增大轴压比,结构水平承载力和延性均降低,增大型钢屈服强度,能够同时提高结构水平承载力和延性。     

PVA纤维增强混凝土框架柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下PVA纤维增强混凝土框架柱的抗震性能,基于有限元模拟软件Open Sees,采用纤维模型对PVA纤维增强混凝土柱和普通钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行数值模拟,从柱滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能及耗能能力方面对数值模拟结果与试验结果进行对比分析,校准采用的PVA纤维增强混凝土本构模型参数。在此基础上,重点分析了PVA纤维增强混凝土柱剪跨比、轴压比等参数对其抗震性能的影响。参数分析结果表明:随着柱剪跨比的增加,位移延性系数先增后减,在剪跨比为3时达到最大,极限位移角随剪跨比的增加而增加;随着柱轴压比的增加,位移延性系数和极限位移角均减小。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点受力性能非线性分析

在型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点拟静力试验基础上,采用ABAQUS有限元软件建立了组合框架节点的数值计算模型,对该组合框架节点在水平荷载作用下的受力非线性行为进行了有限元分析,获取了组合框架节点的破坏过程、破坏形态、应力云图、荷载-位移曲线及荷载特征值,并对节点的承载力计算值与试验值进行了比较,验证了有限元计算模型的合理性,进而分析了有限元拓展参数对组合框架节点受力性能的影响规律。结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合较好,该有限元模型能较好地模拟该组合框架节点在水平荷载作用下的受力性能;另外,提高再生混凝土强度或者箍筋强度对组合框架节点的抗剪承载力是有利的,但节点的延性变形能力有所降低;组合框架节点的抗剪承载力随着型钢强度的提高而显著增加,但节点的变形能力变化不大;增加体积配箍率或型钢配钢率可以明显提高组合框架节点的抗剪承载力和变形能力。     

无黏结预应力型钢混凝土框架梁静力性能试验研究及有限元模拟

为研究无黏结预应力型钢混凝土(UPSRC)框架梁的静力性能,对4榀UPSRC框架梁试件进行了竖向静载试验,主要的变化参数为框架梁中普通钢筋用量、型钢用量以及框架柱尺寸。对其裂缝发展、破坏模式、荷载-位移曲线、普通钢筋及型钢应变、无黏结筋应力变化等进行了分析。结果表明：UPSRC框架梁整体呈“梁铰”破坏机制,梁端及跨中出现塑性铰,截面转动能力强;达到极限荷载时,跨中及梁端受拉钢筋均屈服,部分受压钢筋屈服,型钢受拉翼缘基本屈服,受压翼缘则处于弹性工作状态;极限荷载后,UPSRC框架梁仍有较高的承载能力;无黏结筋应力增量与跨中挠度呈良好线性关系,且已有规范计算方法低估了UPSRC构件达到极限状态时无黏结筋的应力增量值;与型钢用量及框架柱截面尺寸相比,改变普通钢筋直径对UPSRC框架梁的极限荷载以及裂缝宽度的影响最为显著。利用ABAQUS有限元软件对试验进行了数值模拟。经分析发现,该模型可较好地模拟竖向荷载作用下UPSRC框架梁的力学性能。     

钢梁-钢筋混凝土柱节点在低周反复荷载作用下受力性能的试验研究

钢梁 钢筋混凝土柱节点是钢 混凝土框架结构的主要传力部件 ,认识节点的受力性能对结构设计是至关重要的。通过四个受反复荷载作用 ,轴压比、节点构造和截面尺寸不同的钢梁 钢筋混凝土柱节点的试验 ,研究了节点的强度和变形性能。通过试验研究 ,使我们对钢梁 钢筋混凝土柱节点在反复荷载作用下的力学性能有了初步的认识。     

预应力混凝土T型柱框架结构性能研究

在深入研究预应力混凝土T型柱框架结构非线性有限元分析理论后,得到了描述预应力混凝土T型柱框架结构工作性能的方法,用FORTRAN 90编制相应的计算程序。用该程序进行大量的计算分析,分别在各种不同方式荷载作用下和不同的柱截面、跨度、柱纵筋量、梁预应力筋量等因素的情况下,对预应力混凝土T型柱框架结构体系结构性能进行了探讨研究。可为设计工作提供参考。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能试验研究

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。     

钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压力学性能

为研究钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压力学性能,采用有限元软件ABAQUS对钢骨-方钢管高强混凝土组合柱小偏心受压试件进行非线性有限元分析,研究了长细比、偏心率、配骨指标和加载方向这些参数对组合柱小偏心受压力学性能的影响。通过回归分析提出小偏心受压承载力简化计算公式,并将简化公式计算结果与试验结果及有限元（FEM）计算结果进行对比。结果表明:长细比、偏心率对组合柱小偏心受压承载力影响较显著;配骨指标的增大能提高组合柱的延性;加载方向对承载力影响很小;简化公式计算结果与试验结果及有限元计算结果吻合良好。     

桁架式钢骨混凝土门式框架抗震性能研究

为促进桁架式钢骨混凝土框架结构在抗震设防区的推广和应用,开展了1榀预应力及1榀非预应力桁架式钢骨混凝土门式框架试件在水平低周往复荷载作用下的拟静力试验,考察了试验过程及门式框架试件的破坏形态,研究了门式框架试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能指标,分析了梁端、柱脚的弦杆和斜腹杆应变变化规律,得到了门式框架试件的出铰顺序。在此基础上,采用有限元软件ABAQUS,对桁架式钢骨混凝土门式框架试件开展了水平单调荷载作用下的受力性能分析。研究结果表明：两榀门式框架试件的水平荷载-位移滞回曲线均较为饱满,无明显的捏缩现象,呈现良好的抗震性能;施加预应力对框架的延性、耗能能力和变形恢复性能没有明显影响,但可延缓加载过程中裂缝的出现与延伸,并降低梁端和柱脚的损伤;两榀门式框架试件出铰顺序相同,均表现为“先梁端后柱脚”的顺序,达到了“强柱弱梁”的设计目标。有限元分析得到的框架破坏形态、极限荷载和单调加载曲线均与试验结果较为吻合。此外,通过参数分析可见,柱长细比和轴压比是该类门式框架抗震性能的主要影响因素,随着柱长细比的增加,框架承载力和侧向刚度降低、延性增加,而随着轴压比的提高,框架位移减小,延性降低。     

预应力型钢混凝土框架结构竖向反复荷载作用下抗震性能试验研究

通过对1榀柱中内置型钢和1榀梁柱均内置型钢的预应力型钢混凝土框架的竖向反复荷载试验, 研究预应力型钢混凝土框架的破坏机制、滞回特性、延性、刚度和耗能等性能。结果表明：预应力型钢混凝土框架梁是梁铰破坏机制,极限状态时 “拱效应”提高了框架梁的承载能力;预应力型钢混凝土框架梁滞回曲线饱满,变形恢复能力小于普通预应力混凝土框架梁;预应力型钢混凝土框架梁位移延性系数均值为4.8,普通预应力混凝土框架梁的为4.18,均有较好的延性;等效黏滞阻尼系数介于0.258~0.323之间,说明2个试件破坏时截面具有良好的耗能能力;参数分析表明,试件延性系数受含钢率影响不大,随内置型钢截面高度与梁截面高度比值增大而增大。     

方钢管混凝土柱受力性能研究

以含钢率、长细比、材料强度为主要参数,利用有限元软件ANSYS对方钢管混凝土柱在轴力和水平荷载作用下进行了非线性有限元计算,研究表明：方钢管混凝土柱达到极限荷载后,仍表现出良好的延性和后期变形能力,其受力性能明显优于空钢管试件和钢筋混凝土试件。