型钢-钢板混凝土组合墙抗震性能试验研究

提出一种型钢–钢板混凝土组合墙,为了研究其抗震性能,设计制作该形式的型钢–钢板混凝土组合墙进行拟静力试验。通过改变试件的轴压比、剪跨比,研究其在低周往复载荷作用下的受力机理、滞回性能、刚度退化及耗能能力等。试验结果表明:试件的破坏形态为压弯破坏,组合墙两端方钢管正面及侧面发生撕裂,两侧底部钢板屈曲严重,混凝土压溃;随着轴压比减小,试件具有更好的塑性变形能力和耗能能力,剪跨比对组合墙的抗震性能影响较小。     

反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能研究

为研究反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能,对17个组合柱进行了拟静力试验。重点分析型钢翼缘应变分布特征,利用粘结应力计算公式获取型钢翼缘粘结应力大小及其分布规律。在此基础上,分析组合柱粘结破坏机理和位移荷载循环次数对其粘结应力的影响规律,并给出粘结应力退化率计算公式。研究结果表明:反复荷载作用下型钢再生混凝土组合柱粘结应力分布规律基本呈抛物线状;柱中部附近的粘结应力最大,柱上下端粘结应力分布复杂,需对这三个部位采取相应的措施以保证型钢与再生混凝土之间的粘结强度;位移循环荷载作用下粘结强度逐渐降低,出现粘结应力退化现象。研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供理论参考。     

方钢管型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验研究

为研究方钢管型钢再生混凝土组合柱轴压性能,设置了长细比、再生骨料取代率、再生混凝土强度、型钢配钢率和方钢管宽厚比等参数,对13个试件进行单调静力加载试验,观察试件破坏过程及破坏形态,获取试件荷载-位移和荷载-应变曲线,分析设计参数对组合柱轴压受力性能的影响。结果表明:试件的破坏顺序均为型钢首先被压屈,随后再生混凝土被压碎,最后的破坏是因为钢管外表面发生鼓屈而丧失轴压承载力;提高长细比、钢管宽厚比和再生粗骨料取代率,组合柱轴压承载力的最大降幅分别为10.7%、24.8%和9.9%;相反,提高再生混凝土强度和型钢配钢率,组合柱的轴压承载力最大提高幅度分别为19.7%和14.3%;总体上看,试件均表现出较高的承载力和良好的变形能力。在此基础上,参考国内外相关规程,采用叠加原理,建立了方钢管型钢再生混凝土组合柱的轴压承载力公式,并验证了计算公式的有效性。     

钢-混凝土组合结构抗震性能研究进展

钢-混凝土组合结构的抗震性能受到了工程研究领域的广泛关注. 本文总结了国内外研究者在组合梁、组合柱、组合节点及组合框架结构抗震性能方面的试验研究概况,分析了组合构件的作用机理及地震损伤演化累积效应,讨论了钢-混凝土组合结构地震反应分析的数值模型,包括微观模型、宏观模型以及近年来迅速发展的多尺度模型,并阐述了组合结构抗震性能评价指标及抗震性能水平的确立方法.     

高温后方钢管再生混凝土柱抗震性能试验研究

本文进行了6个高温后方钢管再生混凝土柱试件和1个常温对比试件的拟静力试验,研究再生粗骨料取代率、受热温度和套箍指数对试件表观变化、破坏形态和抗震性能的影响。结果表明:高温后钢管表面氧化而呈现暗红色;在常温和高温作用下的试件破坏形态相似,均为钢管底部发生鼓曲破坏;除套箍指标较小的试件外,所有试件的滞回曲线比较饱满,变形满足抗震延性需求;上述这些受再生粗骨料取代率的影响不大,而受热温度影响显著,其中受热温度300℃时的损伤严重、性能劣化最为突出。     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱抗震性能非线性分析

在圆钢管型钢再生混凝土组合柱拟静力试验的基础上,结合现有混凝土塑性损伤准则,考虑再生粗骨料取代率的不利影响及钢管的强化约束效应,建立了组合柱的有限元模型,并对圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行了抗震性能非线性分析;获取了组合柱的应力云图、变形图、计算滞回曲线和骨架曲线,通过计算结果与试验结果的对比,验证了有限元模型的合理性,并开展了组合柱抗震性能的有限元参数分析。结果表明,在参数分析范围内,随着型钢配钢率从5.54%增加到8.51%,组合柱的承载能力显著提高,最大增幅为23.67%;采用箱型型钢截面形式或降低外钢管径厚比可以显著提高组合柱的承载力与变形能力;适当增加轴压比可提高其承载力,但不利于延性变形;另外,再生粗骨料取代率对组合柱抗震性能等影响很小。上述研究结果可为圆钢管型钢再生混凝土组合柱在工程上的应用提供参考。     

混凝土柱-波纹钢板混凝土组合梁节点抗震性能研究

基于课题组研发的外包波纹钢板混凝土组合梁,提出了一种新型混凝土柱-波纹钢板混凝土组合梁连接节点形式,并进行了该类节点试件的低周往复荷载加载试验,对该类节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性与耗能、变形组成成分与变化规律进行了研究.结果表明:试件最终在梁端理想塑性铰区发生弯曲破坏,实现了塑性铰外移,滞回性能较好,具有良...     

CFRP约束型钢再生混凝土组合柱轴压性能有限元非线性分析

在碳纤维(CFRP)约束型钢再生混凝土组合柱轴压试验的基础上,采用ABAQUS有限元软件对组合柱进行非线性分析,研究了纤维布层数、再生骨料取代率、再生混凝土强度以及长细比等设计参数对组合柱轴压性能的影响规律;组合柱的计算结果与试验结果吻合较好,验证了数值模型建立的合理性,在此基础上,还对组合柱进行了有限元参数拓展分析。结果表明：再生混凝土首先开裂且发生塑性变形,随后型钢、纵筋相继屈服,最后CFRP达到极限抗拉强度,试件发生破坏;再生粗骨料取代率的增大对构件受力性能产生不利影响;随着再生混凝土强度的提高,构件的承载力增幅较大,但延性变差;纤维布层数对组合柱承载力和变形能力影响显著,承载力最大增幅为55.2%;长细比增大对组合柱的轴压性能产生不利影响。基于上述研究,本文采用叠加原理提出了CFRP约束型钢再生混凝土组合柱的轴压承载力计算公式。     

钢板混凝土组合剪力墙-钢连梁外肋板节点抗震性能有限元分析

为研究钢板混凝土组合剪力墙-钢连梁外肋板节点在低周反复荷载作用下的抗震性能,利用有限元软件ABAQUS进行了分析,研究了轴压比、钢连梁跨高比、外伸梁段翼缘长厚比的变化对抗震性能的影响.结果表明,外肋板墙梁节点滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力,在达到极限荷载后具有良好的延性和后期变形能力,满足节点延性的要求.轴压比对节点承载力和延性影响较小;钢连梁跨高比越大,节点承载力越低,延性呈上升趋势;外伸梁段翼缘长厚比增大,延性变差,承载力几乎不变,宜取18.75左右.     

火灾下双钢板-混凝土组合墙抗冲击机理分析与挠度预测

双钢板-混凝土组合墙（steel-concrete composite wall, SC wall）常用于核电站、超高层等重要结构的承重构件,其在偶然荷载作用下的力学性能也是其推广应用的关键指标。为此,针对火灾下SC墙的抗冲击性能进行研究并给出相关设计建议。首先建立了SC墙在火灾与冲击耦合作用下的有限元模型,在验证模型可靠性基础上,开展了火灾下SC墙抗冲击机理的分析;然后研究了轴力、受火时间、材料强度、冲击能量与抗剪连接件形式等参数对SC墙在火灾下抗冲击性能的影响规律;最后给出了该类构件在耦合工况下跨中峰值挠度的预测公式。结果表明：随着受火时间的增加,SC墙受冲击变形模式由局部冲切逐渐转变为整体弯曲破坏;火灾下,混凝土为SC墙受冲击的主要耗能部件;混凝土强度、轴力与抗剪连接件形式对SC墙在高温下的抗冲击性能影响显著,钢板强度的影响则较小;建议的公式可较合理地预测火灾下SC墙受冲击后的跨中峰值挠度。     

框桁式复合墙体抗震性能试验及有限元分析

提出一种新型框桁式复合墙,由钢筋混凝土外框和内部桁式杆件构成。为了研究其抗震性能,按1∶2的缩尺比例初步设计和制作了3个单片框桁式复合墙体,进行了拟静力试验,并采用ABAQUS软件建立了有限元非线性分析模型,重点分析了轴压比、混凝土强度、箍筋配箍率及纵筋配筋率对其承载力和延性的影响。结果表明,墙体桁杆先于外框墙肢产生变形和破坏,最终在墙肢底部与桁杆围成的三角形部位由于弯矩值达到极限而发生破坏,破坏顺序明确,可达到多级耗能的目的;三个试件的延性系数均小于2.5,各试件延性系数的不同说明桁杆截面形式是影响墙体承载力的重要因素;随着轴压比、混凝土强度和纵筋配筋率的增大,试件承载力有不同程度的提高,试件的延性系数随轴压比和纵筋配筋率的增大而减小,随混凝土强度的增大而增大;箍筋配箍率对试件荷载-位移曲线、承载力和延性系数的影响很小;各因素对各项抗震性能的影响程度不同。     

单钢板混凝土剪力墙抗爆性能研究

钢板混凝土剪力墙作为一种新型的抗侧力构件,具有良好的耗能能力和抗冲击性能,已逐渐应用于建筑工程结构的抗震和防护结构的抗爆设计。设计了3个试件,分别为普通钢筋混凝土板、单侧钢板混凝土板和夹心钢板混凝土板,开展了钢板混凝土剪力墙的接触爆炸试验,并通过非线性程序LS-DYNA建立了3个钢板混凝土剪力墙试件的数值模型,对比分析了不同试件在接触爆炸作用下的动态响应、破坏模式和抗爆性能。试验和数值分析结果表明：接触爆炸作用下,试验设计的3种试件呈现3种破坏模式;普通钢筋混凝土板中部发生混凝土贯穿破坏,钢筋发生较大弯曲变形;单侧钢板混凝土板由于栓钉拔出发生钢板和混凝土分离,丧失整体性和继续承载能力;夹心钢板混凝土板发生上层混凝土压碎,夹心钢板、上层和下层混凝土板连接性能较强,整体性较好,具有继续承载的能力,且夹心钢板混凝土板跨中挠度和混凝土碎块飞溅距离较小。单侧钢板混凝土板和夹心钢板混凝土板配置钢筋网可以显著增强混凝土层和钢板的连接性能,有效减小上下层混凝土的碎裂和剥落,增强其整体性和抗爆性能。

     

建筑结构显式拟静力推覆分析方法研究

基于结构的精细化非线性有限元模型和显式拟静力求解方法,提出了结构拟静力推覆分析方法(EQPA);为控制结构惯性效应,给出了加载模式和基于能量的评价方法。在自主研发的CPU+GPU并行有限元软件中开发实现EQPA,可有效克服大规模复杂结构隐式Push-Over分析中计算量大和收敛性差的问题。使用EQPA对某超高层剪力墙结构的抗震性能进行分析,并与三组人工地震动的简化动力增量分析(sIDA)对比。结果表明,EQPA的结构惯性效应得到有效抑制;EQPA耗时仅为sIDA耗时的4.97%;两种分析方法的结果有一定差异,但两者的结构能力谱曲线、层间变形规律、薄弱楼层和构件损伤规律较为接近。     

T形RAC短肢剪力墙抗震性能试验与极限承载力分析

通过对4个缩尺比例为1∶2的不同再生粗骨料取代率、不同轴压比的T形再生混凝土(RAC)短肢剪力墙结构模型进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验,分析试验所得模型破坏形态、滞回曲线、正负向特征荷载的变化规律。结果表明,T形RAC短肢剪力墙具有良好的抗震性能;同时,随着再生粗骨料取代率的增加,滞回性能等指标逐渐增强,而随着轴压比的增大,各指标逐渐减小。最后,通过试验结果分析,建立了T形RAC短肢剪力墙正截面极限承载力计算公式,并在此基础之上推导了其水平极限承载力计算公式。利用所建公式对4个模型水平极限承载力进行计算,所得结果与试验结果基本吻合,平均误差仅为9.45%。上述结果表明:该公式能够应用于实际T形RAC短肢剪力墙的设计计算之中。     

外框密肋复合墙抗剪机理及承载力计算

在外框密肋复合墙低周反复荷载试验的基础上,对墙体的抗剪机理进行了分析;依据极限平衡理论引入砌体抗剪承载力影响系数和框格承载力影响系数,同时考虑RC框格与填充砌块之间的相互作用;提出了外框密肋复合墙抗剪承载力计算公式;本文公式计算结果与试验结果、有限元数值模拟结果进行了比较。研究表明:本文基于水平薄弱层破坏建立的外框密肋复合墙抗剪公式较传统基于斜截面破坏建立的抗剪公式具有更明确的物理意义;本文公式计算精度较高,与试验结果、有限元数值模拟结果相差不到10%。     

空腔厚度对现场发泡夹心墙抗震性能影响分析

为研究空腔厚度对现场发泡夹心墙平面内、平面外抗震性能的影响,对20 片现场发泡夹心墙和2 片实心墙进行平面内、平面外受力的数值试验和模型试验,并验证数值试验的正确性和有效性. 对不同空腔厚度的现场发泡夹心墙进行平面内、平面外受力的数值试验研究. 结果表明平面内受力时,对相对位移差的影响最明显,平面外受力时,对承载力的影响最明显. 总体上看,对平面内的影响要大于对平面外的影响. 墙体的协调变形能力随空腔厚度的增加而明显降低,因此建议在高烈度区现场发泡夹心墙的空腔厚度不宜大于100 mm.     

局部屈曲FRP增强薄壁钢管混凝土抗震性能

为了研究FRP(Fiber Reinforced Polymer)增强薄壁钢管混凝土的抗震机理,提出FRP约束钢管局部屈曲应力-应变关系并建立FRP约束钢管恢复力模型,在此基础上建立FRP增强薄壁钢管混凝土柱滞回模型,开展FRP增强薄壁钢管混凝土柱拟静力试验以验证滞回模型的合理性,同时考查FRP布置方式对柱体抗震性能的影响,利用滞回模型对FRP增强薄壁钢管混凝土的耗能机理进行分析。研究表明,薄壁钢管局部屈曲所导致的强度退化是柱体抗震性能劣化的主要原因,基于纤维力学特性合理设计FRP的增强方式可有效提升柱体的抗震性能。CFRP宜采用环向约束方式抑制薄壁钢管的局部屈曲;GFRP宜采用纵向抗弯方式提高柱体大变形下的承载能力。FRP增强薄壁钢管混凝土的耗能主要由钢管承担,在本文研究参数范围内,薄壁钢管耗能占比超过80%,混凝土耗能介于10%～20%,纵向FRP耗能小于8%,对薄壁钢管实施有效约束后,其耗能可提高40%以上。