带防屈曲支撑的钢管混凝土框架抗震性能参数分析

设置防屈曲支撑的钢管混凝土框架是一种新型钢管混凝土减震结构。采用有限元软件Opensees对设置防屈曲支撑的单层单跨钢管混凝土减震框架进行数值模拟,研究了框架梁柱线刚度比、防屈曲支撑初始刚度以及钢管混凝土柱轴压比等设计参数对该减震结构抗震性能的影响。研究结果表明:1数值模拟和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性;2梁柱线刚度比在0.1~0.3之间变化时,钢管混凝土减震框架的抗震性能较好;3BRB耗能支撑的初始刚度K1在40~80kN/mm变化时,减震框架的耗能减震效应较明显;4在合理的钢管混凝土柱轴压比范围内,当轴压比较大时,在钢管混凝土框架中设置防屈曲支撑能明显地提高结构的耗能能力和改善结构的强度退化现象。     

基于塑性铰模型的双肢薄壁墩抗震性能研究

为研究基于塑性铰模型的双肢薄壁墩的抗震性能,结合4种塑性铰模型、基底纵筋滑移模型及双肢薄壁墩简化计算模型,计算其在低周反复荷载作用下的墩顶变形及抗推承载力。建立空间非线性模型,计算分析该桥墩在低周反复荷载作用下的力学性能及破坏形态。同时,制作双肢薄壁墩的缩尺模型,通过拟静力试验研究其破坏形态、滞回曲线及骨架曲线。结果表明:理论计算、数值模拟与试验结果吻合良好,理论计算模型能够对该试验墩在低周反复荷载作用下的抗推承载力进行较为准确的计算,而且有限元模型可对破坏形态进行仿真;试验墩主要呈现以弯曲破坏为主的"弯剪破坏模式",滞回曲线"捏缩"效应明显;参数分析结果表明体积配筋率及混凝土强度对该桥墩抗震性能的影响较小,而纵筋率与轴压比对其力学性能的影响较大,其中轴压比取5%时试验墩延性最差,取10%时的延性最好。     

梁翼缘削弱型弱轴连接边框节点抗震性能影响因素分析

提出了一种新型的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接,基于此节点形式设计梁翼缘削弱型边框架节点足尺试件进行单调荷载试验研究。采用通用有限元软件ABAQUS对此类节点在单调荷载作用下的受力性能进行模拟对比验证后,对此类节点进行低周反复荷载作用下一系列有限元变参数模拟分析,研究各削弱参数对该类节点滞回性能的影响。研究结果表明:梁翼缘削弱型新型弱轴连接节点在低周反复荷载作用下,塑性转动能力达到0.03 rad,塑性铰出现在削弱处,柱子节点域基本处于弹性状态,能较好地满足"强柱弱梁"和"强节点域"的抗震设计理念;不同削弱参数对节点的承载力、刚度、转动能力和延性有一定影响。对新型弱轴连接的削弱参数建议取值:削弱部位距蒙皮板的距离a取值为0.5~0.75倍的梁翼缘宽度,削弱区段长度b取值为0.65~0.85倍的梁截面高度,削弱深度c取值为0.2~0.25倍的梁翼缘宽度。     

冷成型薄壁C型钢构件压弯滞回性能的数值分析

应用大型有限元软件ABAQU S,采用考虑几何和材料非线性的S4R 5壳单元和线性随动强化模型,考虑角部冷成型强化效应的影响,建立了常轴力、循环弯矩荷载作用下的C型钢构件有限元模型,分析了构件宽厚比和轴压比对冷成型薄壁C型钢构件滞回性能的影响。分析结果表明:宽厚比和轴压比对构件滞回性能影响显著,随着宽厚比的增加,构件承载、转动以及塑性变形能力降低;随着轴压比增加,构件的最大承载力降低,承载力退化。     

异形柱组合框架结构力学性能有限元对比分析

对钢筋混凝土异形柱承载力低、轴压比限值低、节点薄弱和抗震性能不理想等特点,将异形柱分别与型钢混凝土结构和钢管混凝土结构相结合,基于OpenSees建立三层两跨平面实腹式异形柱中框架模型,进行静力推覆分析和滞回性能分析,通过改变轴压比参数,获得结构滞回曲线和骨架曲线,进一步分析其承载力、延性和耗能等相关力学特性。研究结果表明:同钢筋混凝土异形柱框架相比,型钢混凝土异形柱框架和钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均有提高;随着轴压比增大,两种异形柱框架的弹性刚度基本不变,但荷载一顶点位移曲线下降段越陡而导致延性降低;同样配筋率下,钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均高于型钢混凝土异形柱框架,并且可以提高施工速度;相关研究成果可为科研和工程设计提供研究参考。     

不同配钢型式圆截面型钢混凝土巨型柱抗震性能

为研究某超高层建筑巨型框架结构型钢混凝土巨型柱的抗震性能,利用40000kN大型加载装置,进行了1个内置H型钢和1个内置十字形型钢巨型柱模型试件的低周反复荷载试验,两试件截面尺寸、配钢率、配筋率、混凝土强度等级均相同,主要不同在于配钢型式。对比分析了两试件的破坏特征、滞回曲线、承载力、变形、刚度退化过程和耗能,得到了配钢型式对其抗震性能的影响,并采用纤维模型法进行了正截面承载力计算。结果表明:两试件均呈现出以弯曲为主的破坏特征,滞回曲线较为饱满,承载力下降缓慢,极限位移角超过5%,表现出良好的变形能力和耗能能力;十字形型钢混凝土巨型柱两个工程轴方向性能相同,H型钢混凝土巨型柱强轴方向性能好于十字形型钢混凝土巨型柱;计算所得承载力与实测承载力符合较好。     

混凝土核心筒的有限元模拟及若干参数的影响分析

运用ABAQUS分析软件,建立水平荷载作用下的钢筋混凝土核心筒有限元模型,进行非线性分析,并将分析结果与大比例试件的试验结果对比,对所采用的有限元模型加以验证。在此基础上,进行改变钢筋混凝土核心筒轴压比、高宽比和筒壁厚度的受力过程模拟分析,研究这些参数对筒体性能的影响。结果表明:随着轴压比的增大,筒体的破坏由受拉向受压破坏转变,筒体最大水平承载力经历先增加后减小的变化,延性变差;随着高宽比的增大,筒体破坏形态由剪切向弯曲破坏转变,延性增加,整体弯曲作用更加明显,最大底部剪力减小;随着壁厚的增大,试件破坏由截面压屈失稳向墙肢底部受弯破坏转变,墙肢破坏区域沿高度方向发展,耗能能力更强,承载力明显增大,变形能力显著增加。     

考虑梁端约束CFST柱-RC梁节点耐火性能研究

针对火灾下钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)梁节点的力学性能,建立了火灾下节点温度场和力学场分析的有限元模型,并利用已有试验结果验证了有限元模型的有效性。研究了材料参数、几何参数、荷载参数及梁端约束刚度对CFST柱-RC梁节点耐火极限的影响,重点考察了梁端轴向和转动约束刚度对火灾下CFST柱-RC梁节点弯矩-转角关系、转动刚度和截面内力分布规律的影响。结果表明,CFST柱-RC梁节点在火灾下有两种破坏形态:柱破坏和梁板破坏,梁端约束对CFST柱-RC梁节点耐火极限的影响较小,但梁端轴向约束对火灾下CFST柱-RC梁节点弯矩—转角关系、转动刚度和截面内力分布规律的影响显著。     

卷边PEC柱-钢梁(BRS)端板连接组合框架中间层抗倒塌机理数值模拟

为研究卷边PEC柱-钢梁组合框架中间层抗倒塌机理,以采用端板预拉对穿螺栓连接的新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)-钢梁(BRS)组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行水平低周往复荷载下倒塌机理的数值模拟。基于计算数据,对比分析试件承载力、抗侧刚度、连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点传力机理和破坏机构等抗震性能。结果显示:试件具有较大的承载能力和初始抗侧刚度;卷边PEC框架柱平均分担层间水平剪力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓实现了部分自复位功效,而梁截面削弱满足了连接的转动能力和结构耗散地震能的需求;试件最终破坏模式为梁端削弱截面处出现塑性铰而使结构形成塑性机构,相应连接转角和试件中间层层间剪切角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好抗震延性和抗倒塌性能。     

钢纤维全再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究∗

混凝土梁良好的抗弯性能是影响建筑结构安全性的重要因素。为研究加入钢纤维的全再生粗骨料钢筋混凝土梁抗弯力学性能,设计了 4 根全再生粗骨料混凝土梁和 1 根天然粗骨料混凝土梁,主要设计参数为全再生粗骨料取代率,钢纤维体积分数,预损程度以及碳纤维布(CFRP)加固。通过单调加载试验对 5 根梁的破坏形态、荷载- 跨中挠度曲线、钢筋应变变化特征等抗弯性能进行了研究,采用 ABAQUS 有限元软件对各试件的加载过程进行了建模分析,基于现有规范和试验数据对各试件的峰值承载力计算方法进行了研究。研究结果表明,各试件梁均发生典型受弯破坏,掺加纤维后梁的受压区混凝土破碎脱落范围减小;全再生粗骨料混凝土梁的抗弯承载能力较普通混凝土梁降低约 6%,掺加钢纤维后梁的抗弯承载力较未掺加钢纤维的全再生粗骨料混凝土梁提高约 5%,钢纤维的掺入亦可改善混凝土梁的变形能力;采用碳纤维布直接加固后的梁承载力提高约 20%,先预损后进行碳纤维布加固后的梁承载力可提高约 14%,碳纤维布还可显著提高试验梁的整体刚度;ABAQUS 有限元软件分析结果与试验结果吻合较好,可较为准确地模拟梁的破坏形态和抗弯性能;现有规范公式及文中修正方法得到的抗弯承载力计算值与试验值相比误差较小,二者均可用于钢纤维全再生粗骨料混凝土梁的设计。     

足尺再生混凝土柱偏压受力性能计算分析

为研究再生混凝土柱的受力性能,进行了系列足尺再生混凝土柱偏压性能试验。在4根足尺再生混凝土柱和2根足尺普通混凝土柱的偏压性能试验基础上,利用ABAQUS软件进行了非线性有限元分析,通过与试验结果对比验证了有限元模型的适用性,并深化研究了再生混凝土强度、配筋率、配箍率设计参数及受压偏心率对试件偏压性能的影响。结果表明:随着再生混凝土强度的提高,试件的刚度、承载力均相应提高;随着配筋率的提高,试件的承载力有明显提高;随着配箍率的提高,试件延性提高,承载力变化不明显;偏心率对试件受力性能影响相对较大,随着偏心率的增大,试件承载力降低、延性提高。     

高温下钢筋混凝土中框架的变形研究

基于三维瞬态温度场和二维平面有限元力学模型，编制了钢筋混凝土框架结构高温反应的全过程分析程序；利用前人的试验结果，程序的正确性得到了验证。选取一榀单层3跨的钢筋混凝土中框架。针对不同梁柱线刚度比和不同柱子轴压比的情况分别进行了该框架的高温反应分析，定性给出了部分控制点位移随时间的变化规律。     

预制混凝土柱与独立基础浆锚连接抗震性能研究∗

为研究预埋波纹套管内预制混凝土柱与独立基础浆锚连接试件的抗震性能,进行了 6 个预制装配式柱和 1 个现浇柱的拟静力低周循环往复荷载试验。试验重点研究了柱纵筋锚固长度、轴压比、柱底纵筋局部脱黏(柱底锚固纵筋 5 倍直径范围内)对预制柱抗震性能的影响。结果表明：柱纵筋锚固长度为 10d 时(d 为钢筋直径),基础发生了开裂破坏,随着锚固长度的增加,破坏形态由基础开裂破坏变为柱脚弯曲破坏;为使预制柱与现浇柱的抗震性能相当,柱纵筋最小浆锚长度不宜小于 20d;轴压比一定时,对柱纵筋进行局部脱黏处理,可改善试件的延性及耗能能力。柱纵筋锚固长度一定时,随着轴压比的增加,试件的水平极限承载力及刚度均增大。     

单调荷载作用下顶底角钢梁柱连接的受力性能

运用ANSYS有限元软件,建立了顶底角钢梁柱连接节点的三维有限元模型,并对模型进行了非线性有限元分析,得到了顶底角钢梁柱连接节点的承载力和极限变形状态;深入分析了高强螺栓预紧力以及角钢与梁、柱间的接触压力等节点组件之间的力学特性,获得了试验难于测得的分析结果,可供工程设计参考。     

方钢管混凝土柱—钢梁节点受力性能影响因素数值分析

针对带内隔板的方钢管混凝土柱—钢梁节点的具体情况,建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,研究节点在单调加载和低周反复加载作用下的受力机理,着重分析了钢材强度、混凝土强度等级变化、轴压比大小等因素对节点单调加载和低周反复加载下受力性能的影响,为该节点设计提供理论依据。     

预应力自复位钢筋混凝土柱及梁柱节点拟静力试验研究

装配式预应力自复位钢筋混凝土结构在地震后构件无损伤或损伤很小,可尽快恢复使用功能,大大降低震后经济损失,从而得到研究者的广泛关注。在以往的装配式预应力自复位钢筋混凝土结构中,节点上的外置阻尼器多选用小型防屈曲支撑,费用较高。本文提出在柱-基础节点及梁柱节点中,用价格低廉且同样具有较好耗能能力的普通角钢替代作为阻尼器,开展了拟静力试验。以往同类型构件试验仅关注试件在单向荷载作用下的性能,本试验同时研究了构件在阻尼器工作的垂直方向上构件的力学性能。文中共进行了两组试验,一组针对自复位柱-基础节点,研究构件加载方向、轴压比、极限位移等因素对构件性能的影响;另一组针对自复位梁-柱节点,研究柱轴压比、极限位移对构件性能的影响。试验结果表明:加载到最大层间位移角为1/15时,试件无明显破坏,预应力钢绞线保持在弹性阶段,始终能够提供恢复力;外置角钢产生弹塑性变形耗散能量,试件耗能能力较好。卸载后,残余变形很小,可以在震后方便地更换外置角钢。     

约束钢筋混凝土十字形柱的高温轴力分析

利用结构抗火分析软件SAFIR,研究了高温下约束十字形柱的轴力变化过程,考察了众多参数对该过程的影响规律,初步建立了其实用计算方法。研究结果表明:1荷载比、轴向约束刚度比、转动约束刚度比、荷载偏心率、截面尺寸对该变化过程影响较大,而柱长度、材料强度、混凝土保护层厚度、配筋率则对该过程影响较小。2随着轴向约束刚度比增加,轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值均逐渐增大,且后者的增大效应相比前者更为显著。3有无转动约束存在对轴压柱和偏压柱的轴力变化系数峰值影响有限,非零转动约束刚度比的大小对轴力变化系数随升温时间的变化过程影响很小。4随着荷载比增加,轴力变化系数峰值迅速减小,这一趋势对于偏压柱更为显著;随着荷载偏心率增加,轴力变化系数迅速增大。由于火灾中相邻构件之间相互约束作用的客观存在,正确把握高温下约束构件的内力变化过程对科学解释其真实火灾行为是必要的。     

框架结构“强梁弱柱”问题研究

分析了"汶川地震"中钢筋混凝土框架结构的主要震害,着重研究了"强梁弱柱"这一破坏现象,并对比分析了现行抗震规范及其报批稿中关于"强柱弱梁"的设计条款,结合某框架结构教学楼,分析其在两本规范不同设计条款下的承载力,以及由此带来的经济性方面的影响。结果表明:填充墙等非结构构件的影响、楼板对框架梁承载力和刚度的增大作用以及柱轴压比偏小是结构破坏的主要原因。规范报批稿调整了柱端弯矩和剪力增大系数,较大地提高了柱的承载能力,其中抗弯承载力增加10.8%~33.1%,尤其顶层框架柱的承载力较现行规范增加33%之多,但柱的抗剪承载力提高较低,增加11.1%~19.3%。依据送审稿设计的结构,柱的钢筋用量增加64.1%,整个费用增加低于19.9%,基本在我国经济发展水平之内。     

高强再生混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究高强再生混凝土梁正截面受力变形特点和破坏特征,进行了不同再生粗骨料取代率的高强再生钢筋混凝土简支梁抗弯性能试验。4个试件的截面及配筋相同,设计再生混凝土强度为C55。分析了各试件的破坏特征、承载力、延性、耗能等。研究表明:高强再生混凝土梁与高强普通混凝土梁一样,正截面受弯破坏都要经历弹性、开裂、屈服以及破坏4个阶段;正截面应变仍然服从平截面假定;相同条件下,高强再生混凝土梁的开裂弯矩和极限抗弯承载力较普通混凝土有所降低,但相差不大;抗弯刚度小于高强普通混凝土抗弯构件,但延性较好。最后,根据现行混凝土结构设计规范中普通混凝土梁的计算公式,验算了高强再生混凝土梁的极限承载力,其与高强普通混凝土梁的极限承载力差别不大。     

具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温轴力分析

开展了具有端部约束的碳纤维布加固混凝土梁的高温反应分析,探讨了轴向/转动约束刚度比、梁截面尺寸、跨度、荷载比、加固量、配筋率、保护层厚度和防火涂料厚度等参数对ISO834标准升温作用下约束加固梁轴力的影响规律。在此基础上,给出了一个高温下约束加固梁的轴力实用计算方法。研究表明,随着升温时间增加,约束加固梁的轴力比总体呈现出先逐渐增大而后渐趋平缓甚至降低的趋势;防火保护(即使防火涂料厚度只有10mm)对高温下约束加固梁的梁端轴力影响显著。