自复位钢筋混凝土框架结构及其拟静力试验

自复位钢筋混凝土框架结构是一种新型可恢复功能结构。相比于普通混凝土框架,该结构在地震作用下结构损伤轻微残余变形小,在地震后不需修复或稍加修复即可重新投入使用。因此,该结构是一种适用于高烈度地震频发地区中低层框架的低成本新型防震结构。自复位混凝土框架结构体系使用无粘结预应力筋连接结构中的各个构件,在结构的节点位置形成可以互相分离的界面。在较大的地震作用下,构件间允许发生界面分离,表现为梁端节点张开与柱脚节点提离等现象,从而减轻了结构的损伤。震后在预应力的作用下,构件间的界面重新闭合,实现自复位。首先总结了已有自复位节点的研究成果,阐明了自复位结构的组成与关键构造。为了进一步研究自复位钢筋混凝土框架在地震作用下的变形模式与受力特征,进行了三向自复位框架结构的1:2.5缩尺模型拟静力试验。本文给出了试验模型的基本信息,包括模型的设计参数,材料性能,具体构造等内容;给出了主要的静力试验结果,包括试验的主要现象与损伤特征、模型的变形模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化与残余变形等信息。试验结果表明:模型的变形能力强,在1/38顶层位移比(顶层位移/结构高度)下模型除少数细微裂缝外没有损伤,在更大的变形下模型损伤逐渐在梁端节点位置开展;在1/19顶层位移比下模型的承载力仍然没有出现下降;模型的残余变形很小,在模型加载的全过程中,其残余位移角都处在可以接受的范围内。     

预应力混凝土框架边节点抗震性能试验

预应力混凝土框架结构在地震作用下的反应与普通钢筋混凝土结构相比存在着差异,且受力复杂,难以通过理论分析得到其抗震性能.结合实际工程,通过框架节点试验模型在低周反复加载作用下的拟静力试验,研究了后张有粘结预应力混凝土框架边节点的破坏形态、滞回特性、骨架曲线、刚度退化、破坏时应变等.研究结果表明:水平地震作用下有粘结预应力混凝土框架边节点模型的位移滞回曲线由梭形变化到反S形,存在捏拢现象;位移延性系数能达到4.0以上,耗能能力较强,结构具有较好的抗震性能;建议通过加大柱截面和增强柱端抗剪钢筋来实现强剪弱弯.     

大位移往复加载下钢框架节点地震损伤试验研究

结构临近倒塌状态时,构件不可避免发生较大变形。节点区梁柱焊接处是钢框架结构薄弱环节,易发生脆性破坏,本文设计了3个不同的大位移加载制度对钢框架节点构件进行低周往复加载,考察其破坏过程与特征,研究了不同大位移加载方式对钢框架节点的荷载-位移滞回曲线、滞回耗能、损伤演化等力学性能的影响。结果表明:加载制度对构件的破坏形态起控制作用,变幅加载与等幅60 mm循环加载下试件为脆性破坏,等幅90 mm循环加载下试件为延性破坏。钢框架节点梁端作为结构抗震耗能的关键部位,将耗能能力作为评价其抗震性能的指标,建立起简单通用的累积破坏损伤模型,该损伤模型易于评价节点在地震作用下的损伤程度。     

自复位防屈曲支撑钢框架的抗震性能分析

为了消除防屈曲支撑在强震后留有残余变形的弊端,本文针对一种新型支撑构件—自复位防屈曲支撑,通过有限元软件ANSYS对自复位防屈曲支撑钢框架、防屈曲支撑钢框架和钢框架进行罕遇地震作用下的抗震性能对比分析。结果表明,自复位防屈曲支撑钢框架的顶点位移、层间位移角、残余变形等地震响应均明显小于防屈曲支撑钢框架和钢框架,尤其在残余变形方面,自复位防屈曲支撑基本消除了结构的残余变形,具有良好的复位效果。     

大位移往复加载下钢框架节点地震损伤试验研究

结构临近倒塌状态时,构件不可避免发生较大变形。节点区梁柱焊接处是钢框架结构薄弱环节,易发生脆性破坏,设计了3个不同的大位移加载制度对钢框架节点构件进行低周往复加载,考察其破坏过程与特征,研究了不同大位移加载方式对钢框架节点的荷载-位移滞回曲线、滞回耗能、损伤演化等力学性能的影响。结果表明:加载制度对构件的破坏形态起控制作用,变幅加载与等幅60mm循环加载下试件为脆性破坏,等幅90mm循环加载下试件为延性破坏。采用变形作为损伤模型的参数不适合评价钢框架节点,且构件变形在地震作用下不可能达到其极限变形,针对钢框架节点,提出简单通用的累积破坏损伤模型。     

大位移往复加载下钢框架节点地震损伤试验研究

结构临近倒塌状态时,构件不可避免发生较大变形。节点区梁柱焊接处是钢框架结构薄弱环节,易发生脆性破坏,设计了3个不同的大位移加载制度对钢框架节点构件进行低周往复加载,考察其破坏过程与特征,研究了不同大位移加载方式对钢框架节点的荷载-位移滞回曲线、滞回耗能、损伤演化等力学性能的影响。结果表明:加载制度对构件的破坏形态起控制作用,变幅加载与等幅60mm循环加载下试件为脆性破坏,等幅90mm循环加载下试件为延性破坏。采用变形作为损伤模型的参数不适合评价钢框架节点,且构件变形在地震作用下不可能达到其极限变形,针对钢框架节点,提出简单通用的累积破坏损伤模型。     

钢筋混凝土压弯构件低周疲劳损伤的抗力衰减试验研究

通过钢筋混凝土压弯构件的低周疲劳损伤试验,应用损伤力学理论建立构件强度退化计算模型;根据本文有国内已有的压弯构件试验数据统计分析,得到了钢筋混凝土压弯构件循环位移与卸载至零时残余变形的回归公式;给出了强度退化公式中的参数计算方法;在此基础上,计算钢筋混凝土框架地震损伤后的层间剩余强度,为地震后损伤结构修复及抗震能力评定提供理论基础。     

三层单跨装配式预应力混凝土框架节点的抗震性能研究

在我国建筑工业化政策的引导下,如何提高预制构件节点连接处的装配性能是建筑业共同关注的问题。通过对一榀三层单跨装配式预应力混凝土框架进行拟静力抗震试验,了解了试验框架处于极限破坏状态时各节点的裂缝及损伤情况,计算分析了各节点的抗裂程度,根据荷载(位移)-剪切角滞回曲线讨论了节点核心区的变形特征和剪力传递机理,并结合ANSYS有限元软件进行了非线性模拟。研究结果表明,装配式预应力混凝土框架的破坏出现在梁端,而节点核心区在双向应力状态下并未发生破坏。整体结构具有较好的延性,节点核心区有较强的抗裂和抗变形能力,符合"强节点弱构件"的抗震设计要求。     

钢筋混凝土带腋撑框架结构的试验

提出了一种带腋撑的新型钢筋混凝土(含预应力混凝土)框架结构.该结构由常规的钢筋混凝土框架结构以及设置在节点区的腋撑组成.腋撑的设置,改变了框架梁端、框架柱端的设计控制截面的位置,大幅度减少了框架梁端、框架柱端设计控制截面的弯矩值、剪力值.结果表明,钢筋混凝土带腋撑框架结构在荷载作用下,首先在梁腋撑处的外侧形成塑性铰,然后在梁跨中出现塑性铰,且梁端及节点区受力性能良好,使得结构具有良好的承载能力和变形能力.     

新型自复位钢桁架梁的受力机理及抗震性能

将预应力钢绞线与消能杆引入钢桁架梁,利用消能杆、预应力钢绞线分别来消耗构件的变形能、实现结构的自复位功能,从而有效减轻结构震后残余变形。理论推导了自复位钢桁架梁端截面对应于其恢复力骨架曲线关键特征点处的弯矩和刚度值;采用有限元分析软件OpenSees建立了钢桁架梁的分析模型,进行了单向和往复水平荷载下非线性分析。结果表明：对应关键点处的梁端弯矩和刚度的模拟值与理论值吻合较好,往复荷载作用下分析结果验证了该类钢桁架梁具有很好的自复位和耗能性能。     

现浇钢筋混凝土框架施工缝抗震性能试验

为了研究施工缝对结构构件抗震性能的影响,对带有施工缝的两层两跨钢筋混凝土框架的抗震性能进行了低周反复试验研究.将整浇框架作为对比试件,对框架的破坏特征、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化以及残余变形进行了对比分析.结果表明,带有施工缝的框架位移延性系数低于整浇框架约11%,有施工缝框架的相对变形大于整浇框架约4.1%～5.1%;当施工缝不认真处理时,会在框架中形成薄弱跨.施工缝对结构的承载能力和刚度退化影响不显著.     

八度区不等层高异形柱框架抗震性能研究

目前关于八度区不等层高异形柱框架抗震性能的相关研究较少,而笔者按现行异形柱规程设计制作了一榀1/3缩尺不等层高异形柱框架并对其进行低周往复加载试验,研究分析了该类型结构的破坏特征、破坏机制、承载能力和变形能力、滞回曲线、刚度退化等抗震性能指标。研究表明,该类型框架破坏机制属于混合机制,在较高地震作用下,框架梁柱节点核心区具有足够的抗剪强度,整体抗震性能良好,但在加载后期,底层柱脚混凝土破坏较严重,降低了结构的承载能力,成为结构的薄弱部位,在设计中应予以重视。     

RC框架结构倒塌地震易损性评估

为系统评估RC框架结构的抗地震倒塌能力,按照中国现行规范设计了66个典型RC框架结构,基于OpenSEEs平台建立了考虑节点剪切变形的典型RC框架结构集中塑性铰模型,并采用IDA分析方法得到各典型结构的IDA曲线与倒塌点;分析设防烈度、层数及跨度对倒塌储备系数的影响,评估RC框架结构在大震及特大地震下的抗地震倒塌能力。结果表明:按中国现行规范设计的RC框架结构的抗倒塌储备系数CMR与设防烈度和层数存在负相关关系,而与跨度的相关性较弱;符合现行规范设计的RC框架结构满足大震不倒的设防要求,但其抵御特大地震作用的能力明显不足,其中,7.5度设防RC框架结构的抗倒塌能力最弱。     

Frame property of unequal storey height with specially shaped columns under cyclic loading

A 1/3-scale reinfored concrete (RC) frame of unequal storey height with specially shaped columns was tested under low frequency cyclic loading. The damage characteristic, bearing capacity, deformation capacity and ductility were analyzed. The restoring force model of the frame was obtained based on the study of the hysteresis curve measured in experiment, and the stiffness degeneration characteristics of every storey of the frame were analyzed. Finally the accumulated damage was analyzed with the damage assessment model. It is shown that the seismic behavior of this frame of unequal storey height with specially shaped columns is generally good, but the bottom of first floor column is a weak part, which should be paid more attention in design, and the restoring force model derived from this experiment can be seen as a valuable guide for design and non-linear finite element analysis for this kind of structure.     

摇摆架加固装配框剪结构变形控制机理研究

为解决地震作用下非对称RC框架-装配式剪力墙结构(AFPSW)出现的层间位移集中和平面扭转等不利变形问题,提出外附摇摆架的加固方法提升AFPSW的损伤变形能力与抗震性能.推导了外附摇摆架加固体系的动力方程,揭示了其变形控制机理并据此建立相应的设计方法.为验证加固设计方法的有效性,建立了基于振动台试验验证的AFPSW有限...     

带自复位耗能连梁的剪力墙结构的抗震性能

为了减小强地震作用下钢筋混凝土联肢剪力墙的连梁结构损伤,实现震后结构功能的快速恢复,提出了一种兼具自复位和耗能功能的新型自复位耗能连梁.新型自复位耗能连梁在跨中安装了由形状记忆合金绞线和粘弹性耗能单元并联而成的新型复合自复位阻尼器.以一榀10层双肢剪力墙结构为例,对连梁跨中分别安装该新型自复位阻尼器的联肢剪力墙、粘弹性...     

Rapid Repair of Earthquake Damaged RC Interior Beam-wide Column Joints and Beam-wall Joints Using FRP Composites

This paper studies the seismic performance of FRP-strengthened RC interior non-seismically detailed beam-wide columns and beam-wall joints after limited seismic damage.Four eccentric and concentric beam-wide column joints and two beam-wall joints,initially damaged in a previous study,were repaired and tested under constant axial loads(0.1fc′Ag and 0.35fc′Ag) and lateral cyclic loading.The rapid repair technique developed,aimed to restore the original strength and to provide minimum drift capacity.The repair...     

隔震结构震后复位能力研究

隔震技术是在上部结构与下部支承结构或基础之间设置隔震层,通过延长结构周期并增加阻尼的方式,减少地震能量向上部结构传输从而保护上部结构,是高烈度地区减轻地震灾害最有效的方式之一。由于隔震层的刚度较小,隔震结构的变形绝大多数集中在隔震层。在强震或强风作用下,隔震装置虽然能够很好地满足大变形的需求,但是变形结束后,隔震装置在某些地震作用下很难自动复位到初始状态。隔震层明显的残余变形可能会导致主体结构正常使用功能的中断,并且难以保证隔震装置在多次余震或未来地震中继续发挥作用,从而对社会经济的发展带来严重的影响。如何提升隔震支座变形后的复位能力,是隔震结构设计的关键问题之一。本文首先介绍了传统隔震支座在地震与强风作用下复位能力不足的表现,总结了当前设计规范中对隔震支座复位能力的规定,阐述了提升隔震支座变形后复位能力的方法。基于此,以超弹性形状记忆合金（SMA）良好的变形自恢复能力为基础,结合铅芯橡胶隔震支座（LRB）,提出了新型自复位隔震支座（SMA-LRB）。通过压剪往复加载试验,对比了传统LRB与SMA-LRB的力学行为。对基于不同规范限值的LRB以及SMA-LRB的单自由度体系进行非线性时程分析。结果表明,在满足规范设计的情况下,LRB隔震体系在震后仍可能出现较大的残余变形,而SMA-LRB隔震体系则表现出良好的震后复位能力。     

基于IDA的自复位预制剪力墙抗倒塌能力分析

自复位预制混凝土剪力墙通过预应力筋将分段预制墙片沿竖向拼接形成整体,同时在墙底部设置普通钢筋以增加耗能能力。前期的试验研究和数值模拟结果表明,自复位预制混凝土剪力墙具有损伤破坏程度轻、震后残余变形小的特点,是具有震后可恢复功能的抗震结构体系。为进一步研究该类体系在强地震动输入下的性能,特别是抗倒塌性能,设计了4层和6层原型结构,分别采用自复位预制混凝土剪力墙和传统钢筋混凝土剪力墙作为主要抗侧力构件。通过前期试验结果,建立了可靠的数值分析模型,用于后续倒塌分析。采用44条地震动输入对各原型结构进行非线性增量动力时程分析,并建立各自的倒塌易损性曲线,在此基础上采用FEMA P695标准评估和比较各原型结构的抗倒塌能力。分析结果表明,由于耗能能力略小的原因,自复位预制混凝土剪力墙在罕遇地震作用下的水平位移比传统现浇剪力墙稍大,但其在强震作用后的残余变形则明显小于普通钢筋混凝土剪力墙,即具备良好的震后自复位性能。倒塌易损性曲线的对比表明自复位预制剪力墙的变形能力显著优于普通剪力墙,因此震后损伤破坏程度轻。采用FEMA P695标准的方法对各原型结构抗倒塌能力评估结果表明,作者设计的4层和6层自复位预制剪力墙具有与普通现浇剪力墙接近的抗倒塌能力和地震安全冗余度,满足FEMA P695对结构抗倒塌安全性的要求。