型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点恢复力模型试验研究

为了建立型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架中节点的恢复力模型,进行了5个组合框架节点试件的低周反复荷载试验,观察试件破坏过程及形态特征,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线,重点分析其滞回性能和抗震性能。试验结果表明,各节点试件均发生典型的剪切破坏形态,受力过程大致经历了弹性段、带裂缝工作段、屈服强化段及破坏4个阶段,节点滞回曲线呈较为饱满的梭形,位移延性系数均值为3.29,表现出较好的抗震性能。在此基础上,考虑节点试件受力特征,建立了适合型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点的四折线恢复力模型,该模型包括骨架曲线模型、刚度退化规律及滞回规则,计算曲线与试验曲线吻合较好,能够很好反映型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点在低周反复荷载作用下的滞回特性。本文研究结果可为节点抗震设计提供一定参考。     

新型PEC柱-钢梁T形焊接加强型中节点抗震性能试验研究

为了进一步研究新型PEC柱-钢梁T形件焊接加强型中节点的抗震性能,考虑柱轴压力、PEC柱布置方式和钢板组合截面类型等设计参数,设计制作了4个中节点1∶1.6缩尺模型试件,并对其进行水平低周往复荷载试验,观测记录了各试件试验中钢材屈服或屈曲与混凝土裂缝与压溃现象,得到试件的荷载-位移滞回曲线和破坏模式。根据试验结果分析了试件的承载能力、节点连接转动刚度退化、耗能能力和节点传力机理等抗震性能。结果表明:PEC柱组合截面翼缘采取卷边措施增强了核心区混凝土的约束作用;PEC柱轴压力提高了节点的初始转动刚度,而受力变形过程中的二阶效应降低了其抗弯承载力并加快了梁截面进入屈服的损伤进程;所有试件均表现出良好的自复位功效;所有试件破坏模式均为加强T形件端部焊缝附近梁截面形成塑性铰,更好地满足"强节点弱构件"的设计要求。上述结果有助于对PEC柱-钢梁节点抗震性能的认识,可为PEC柱-钢梁组合结构设计规范制订以及工程应用提供参考。     

钢管约束活性粉末混凝土短柱承载力计算研究

活性粉末混凝土(RPC)具有超高强度但脆性较大,钢管约束可显著提高RPC的延性。采用全截面加载、仅对核心混凝土加载两种方式,对20根外径133mm的圆钢管约束RPC短柱开展轴心受压性能试验。分析了试件的破坏过程和特征、荷载-位移曲线和轴压承载力;探讨了加载方式、钢管径厚比和RPC强度对轴压性能的影响规律。结果表明:套箍系数大于0.9时,试件发生鼓曲破坏,其余则为剪切破坏;钢管厚度为4.5mm、6mm时,荷载-位移曲线会出现明显的下降段,钢管厚度为8mm、10mm时,曲线则平稳或者继续上升;试件整体轴压承载力大于钢、混凝土两种材料承载力的简单叠加,两种加载方式下的提高幅度分别为12%、24%。在试验基础上分析了钢管约束RPC短柱的工作机制和受力模型,结合双剪统一强度理论建立了短柱在两种加载方式下的轴压承载力计算方法,公式计算与试验结果的误差小于10%,适用性较好。     

双向拟静力加载规则对钢筋混凝土高墩滞回性能的影响

通过四种不同双向加载规则的钢筋混凝土高墩拟静力试验,初步研究了双向拟静力加载规则对其滞回特性的影响规律。本文主要介绍钢筋混凝土高墩的试验构件设计,加载装置、测试方法和加载规则,着重比较了对角线加载、正方形加载、菱形加载和圆形加载等四种加载规则的钢筋混凝土高墩的滞回性能,包括荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、荷载退化、刚度退化以及累积滞回耗能的特点,并分析这些特点与双向加载规则之间的关系。结论认为:对角线加载模式加载效率高且能较好反映高墩双向抗震滞回性能,适合于高墩的双向拟静力试验研究。     

钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点抗震性能研究

为研究钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点的抗震性能，设计出钢连梁-部分外包组合剪力墙模型试件。通过有限元软件ABAQUS,对其进行低周往复加载数值模拟，研究混凝土强度、水平加劲肋和竖向加劲肋构造形式、连梁跨高比等因素对节点抗震性能的影响。分析表明：钢连梁-部分外包组合剪力墙节点抗震性能优良，滞回曲线饱满且稳定，位移延性系数大于3,跨高比不大于3.8的试件梁端极限转角均达到0.05 rad,节点试件延性较好；混凝土强度的提高能够提高节点试件初始刚度，水平加劲肋和竖向加劲肋的设置提高了对墙肢混凝土的约束作用，能够有效阻止裂缝扩展速度。加劲肋是节点区域应力传递的有效途径，加劲肋的设置使节点区的应力能够平稳传递到相邻区域，降低了加载后期荷载下降速度，提升了节点抗震性能；随着连梁跨高比的增加，节点的承载力和刚度降低。当连梁跨高比大于3.8时，梁端极限转角由0.05 rad降至0.03 rad。     

波形钢板剪力墙拟静力试验及数值模拟

为对比波形钢板剪力墙和平钢板剪力墙的抗震性能,进行了水平、竖向波形钢板剪力墙试件和平钢板剪力墙试件的拟静力加载试验,并利用有限元软件对三种钢板剪力墙试件进行了非线性数值分析。试验及有限元分析结果表明:波形钢板剪力墙试件的承载能力和滞回性能显著优于平钢板剪力墙。有限元分析表明:三种钢板剪力墙模型的滞回曲线与试验试件的滞回曲线基本吻合,且模型的特征点位移、荷载与试验数据的相对误差在10%以内,模拟分析结果与试验结果吻合度较高,进而对钢板剪力墙深入研究;试验中发现约束边缘构件H型钢柱刚度不足,导致平钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,波形钢板剪力墙其腹板未能充分发挥其力学性能。从有限元分析结果可知,将H型钢柱更换为刚度较大的方钢管柱,可以有效防止钢板剪力墙过早发生平面外失稳破坏,使得内嵌钢板的力学性能得以充分发挥,三种钢板剪力墙的抗震性能均有较大的提升,且其中竖向波形钢板剪力墙抗震性能最佳。在此基础上,以竖向波形钢板剪力墙为例,分析波幅和波长对其抗震性能的影响。有限元结果表明,随着波幅的增大,剪力墙的抗震性能逐步提高,但当波幅超过70mm时,其抗震性能提高的速度降低,随着波长的减小,剪力墙的抗震性能逐步提高,但由于波形钢板加工工艺的限制,波形钢板的波长为100mm左右时,剪力墙的抗震性能表现较好。     

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。     

方钢管混凝土框架抗震性能及P-Δ效应研究

为了对方钢管混凝土框架的抗震性能及P-Δ效应进行研究,设计制作了1榀方钢管混凝土框架进行低周反复加载试验。研究表明:方钢管混凝土框架试件的滞回曲线呈饱满的梭形,破坏时的等效黏滞阻尼系数为0.2241,表明该框架结构具有良好的抗震耗能性能;试件在正负向的平均位移延性系数为2.94,表现出了较好的延性性能;破坏时的平均位移转角为1/36,表现出了较强的抗倒塌能力;随着加载位移的增加,试件的残余变形及等效黏滞阻尼系数均会逐渐增大,而强度衰减幅度总体上呈现出先增大后减小的变化趋势,刚度退化速率呈现出先快后慢的变化趋势。最后基于试验数据,对P-Δ效应的影响进行了分析,提出了相关建议。上述结果可为相关的工程应用及理论分析提供参考。     

内管设PBL肋型圆套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点滞回性能分析

针对内管设PBL肋型圆套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点的抗震性能研究,本文设计了5根节点试件,进行了低周往复荷载试验。以肋长、空心率、轴压比为主要变化参数,研究此类节点的破坏形态、破坏机制、滞回曲线、骨架曲线以及刚度退化、强度退化、延性、耗能能力等性能。试验结果表明:内管设置PBL肋的节点表现出良好抗震性能,但随着肋长的增加,承载力提高不明显,延性和耗能能力有一定提高,强度退化影响不大;随着空心率增大,承载力与延性略有降低,对强度退化、刚度退化、耗能能力影响不大;使用有限元软件ABAQUS建模计算得到的荷载-位移曲线与本文试验结果总体基本符合。为进一步参数分析和机理研究提供了可靠的基础。     

高层建筑结构边节点抗震性能研究

通过7根留有施工缝的高层建筑结构边节点的低周反复抗震性能试验,研究了轴压比、节点核心区的混凝土强度等级、柱中混凝土在梁中的延伸长度等对梁柱边节点抗震性能的影响,对构件的破坏特征、承载能力、延性性能、滞回曲线和骨架曲线进行了对比分析。试验结果表明:所有试验构件均为梁端受弯破坏;柱中混凝土在梁中的延伸长度对骨架曲线的形态、屈服荷载和最大荷载都没有显著影响;但是延伸长度对节点的延性性能是有影响的,延伸长度为0.5h(h为梁高)的边节点构件的位移延性系数小于延伸长度为1.0h和1.5h的构件。     

方钢管混凝土柱延性的实验研究

针对结构抗震设计对延性的要求,对不同轴压比、长细比和混凝土标号的7根方钢管混凝土柱试件进行了低周反复加载实验,得到了框架柱的荷载位移曲线、骨架曲线以及各阶段的荷载位移值,据此分析了各种因素对方钢管混凝土柱延性的影响.实验结果表明:剪力滞引发了方钢管混凝土柱的塑性铰,塑性铰的扩展是柱端承载力下降的根本原因,增大轴压比将引起塑性铰更早出现,进而降低框架柱的延性和水平抗剪能力;增大长细比可以延缓塑性铰出现,提高柱的延性和耗能能力,但是水平抗剪能力下降;提高混凝土强度等级可以降低大轴压比、大长细比带来的不利因素.实验结果与有限元计算数据吻合良好.     

火灾后T形型钢混凝土柱偏心受压力学性能试验研究

对7根T形型钢混凝土柱进行了火灾后的力学性能试验研究。火灾试验按照ISO834标准升温过程进行控制,1根未受火试件作为对比。T形型钢混凝土柱采用空腹式配钢形式,横向腹杆间距为200mm,试件通过偏心受压试验,考虑加载角和偏心距的影响。通过试验得到异形柱极限承载力、截面应变分布、荷载-挠度曲线以及截面特性。试验结果表明:(1)受火1h后,T形型钢混凝土柱仍然具有比较高的竖向承载力;(2)桁架式配钢方式以及合理的腹杆、箍筋布置保证了型钢与混凝土之间能够较好的协同工作,平截面假定对火灾后的T形型钢混凝土柱仍然适用;(3)荷载角和偏心距对试件的延性和变形能力影响显著。     

圆中空夹层钢管混凝土压扭构件试验研究

以轴压比和长细比为主要参数设计了7根圆中空夹层钢管混凝土试件,为了便于对比分析,同时设计了2根圆实心钢管混凝土试件,对其在压扭复合受力状态下的力学性能进行了试验研究。对试验现象和试验结果进行了描述与分析,结果表明:圆中空夹层钢管混凝土压扭构件的扭矩-转角全过程曲线未出现下降段,试件表现出一定的后期承载潜力,具有较好的塑性和延性性能;钢管对混凝土的约束效应在加载后期更为显著;轴压比、长细比和空心率对压扭试件的初始刚度影响不大,但轴压比和长细比对试件的抗扭承载力有一定影响。最后,采用压扭构件承载力相关方程对圆中空夹层钢管混凝土压扭构件的抗扭承载力进行了计算,计算结果与试验结果基本接近且总体偏于安全,可为工程设计提供参考。     

角钢约束混凝土中长柱轴压力学性能试验及承载力计算

为了研究角钢约束混凝土中长柱在轴压荷载作用下的力学性能,以长细比、缀板间距、混凝土强度等级为变化参数,完成了8个试件的静力加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了其极限承载力、刚度、位移延性和耗能系数等力学性能指标;分析了各变化参数对力学性能指标的影响,利用统一强度理论、极限理论和叠加理论对试件的承载力进行计算。研究结果表明:长细比越小越容易发生柱端破坏,长细比加大后易发生柱中破坏;减小缀板间距,试件的极限承载力和变形能力均得到提高。随着混凝土强度等级的提高,试件的极限承载能力和初始弹性刚度得以提高,但位移延性和耗能能力有所降低。采用统一强度理论的计算值略大于试验值,采用极限分析理论和叠加理论的计算值均小于试验值。     

横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱轴心受压性能研究

横肋波纹钢板-钢管混凝土柱是一种新型钢管混凝土组合柱。为研究其轴心受压性能,本文以径宽比(单肢方钢管截面宽度与组合柱截面宽度的比值)为参数,开展了3根横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱和1根普通方钢管混凝土短柱的轴心受压试验。探究了径宽比对各试件破坏模态、荷载-纵向应变曲线、承载力提高系数、延性等的影响,并与普通方钢管混凝土柱作了对比。试验研究结果表明:横肋波纹钢板与方钢管具有良好的变形协调性;相比于普通方钢管混凝土柱,横肋波纹钢板-钢管混凝土组合柱具有良好的轴压性能;随着径宽比的增加,试件的承载力及延性逐渐增大,承载力提高系数逐渐减小。在Mander模型以及有限元参数分析的基础上,建立了横肋波纹钢板-钢管混凝土组合柱轴压承载力计算公式,计算结果表明:计算值偏于安全,可为工程设计提供参考。     

A study on an axial crush configuration response of thin-wall, steel box components: The quasi-static experiments

An experimental investigation was performed to study a specific axial crush configuration response of steel, square box components under quasi-static testing conditions. For a specific cross-sectional geometry/fabrication process, test specimens were obtained from commercially produced, welded tube lengths of ASTM A36 and ASTM A513 Type 1 plain low-carbon steels and AISI 316 and AISI 304 austenitic stainless steels. Removable grooved caps were used to constrain tube test specimen ends, and collapse initiators in the form of shallow machined grooves were used to control the initial transverse deformations of the test specimen sidewalls. The progressive plastic deformation for all of the test specimens was restricted to the prototype configuration response (fold formation process and the corresponding axial load-axial displacement curve shape) of the symmetric axial crush mode. Crush characteristics were evaluated and, for each material type, observed differences were less than 7% for maximum and minimum load magnitudes and less than 2% for energy absorption, displacement, and mean load quantities in both the initial phase and the secondary folding phase cycles. Overall, results of the study indicate that for a significant range of material strengths, a controlled and repeatable energy absorption process can be obtained for commercially produced steel box components undergoing symmetric axial crush response.     

Experimental evaluation of inelastic dynamic amplification factors for progressive collapse analysis under sudden support loss

A small-scale test setup is devised to investigate the inelastic dynamic amplification factors (DAFs) for structures subjected to sudden support loss. Based on three different definitions, experimental DAFs are calculated from static and dynamic support-release tests. Comparison results indicate that DAFs obtained from the neutral displacement response cannot account for the inelastic dynamic effect on either the displacement or force response. The displacement-based DAFs are apparently different from the force-based DAFs in the inelastic range. The former is larger than 2.0 and exhibits a concave downward variation with displacement ductility. On the contrary, the latter is less than 2.0 and exhibits a concave upward variation. Both of them may asymptotically return to the elastic DAF under large deformation as the specimen presents significant strain-hardening behavior. Pseudo-static response analysis is carried out for prediction of inelastic DAFs using the load–displacement curve obtained from the nonlinear static test. Also, analytical formulae with consideration of post-yield stiffness ratios are derived from the pseudo-static response analysis. They are proved to be capable of simulating the variation of inelastic DAFs with ductility demand.