小剪跨比RC柱及钢管增强RC柱多次冲击的响应行为∗

近年来钢筋混凝土(RC)墩柱遭受车船撞击的风险日益增加，且车船撞击一般发生在RC 柱靠近地面或底部承台的位置，导致柱体出现小剪跨比条件下的脆性剪切破坏。而随着力学性能良好的钢管混凝土在工程中越来越广泛地应用，其在小剪跨比下的抗冲击性能也需要更加深入的研究。为进一步研究小剪跨比RC 柱的剪切损伤机理以及钢管对RC 柱抗剪性能的增强效果，使用大型刚性摆锤装置分别对1 根RC 柱、内置钢管增强RC 柱和外置钢管增强RC 柱进行了侧向冲击试验，考察了试件的损伤特征、冲击力和位移等试验结果。结果表明：RC 柱在承受两次冲击后发生剪切破坏，而两个钢管增强RC 柱在经历额外两次大能量冲击后仍保持较好的整体形态，即钢管可有效提升RC 柱的抗冲击性能；在相同截面配钢率下，外置钢管增强RC 柱相比内置钢管增强RC 柱整体上具有更强的抗冲击性能，但内置钢管可更有效地降低核心混凝土的剪切损伤；由于外置钢管RC 柱具有三者中最高的整体刚度和表面刚度，其对相邻构件承载力和刚度的要求也更高。     

FRP加固震损RC柱建模方法及骨架模型研究

为研究震损RC柱采用FRP(Fiber Reinforced Polymer,FRP)加固修复后的抗震性能,本文基于OpenSees仿真平台,根据震后RC柱的表观损伤状态提出FRP加固震损RC柱的有限元模型建立方法。对FRP加固震损RC柱进行5120种工况的Pushover分析,采用三折线荷载-位移骨架曲线,研究损伤状态对骨架曲线特征点参数的影响规律,并通过数据回归分析提出FRP加固震损RC柱的骨架曲线计算模型。分析结果表明:损伤会降低FRP加固RC柱的承载力及刚度,且降低程度随损伤指数的增大而增加,两者近似成抛物线关系;在DS-5损伤状态下,相比于FRP加固完好RC柱,FRP加固震损RC柱的屈服承载力P y、峰值承载力P c、弹性刚度K 1、弹塑性刚度K 2及下降段刚度K 3的均值下降17.9%、14.5%、41.8%、43.1%和19.9%;损伤对FRP加固RC柱弹性刚度和弹塑性刚度的降低程度明显高于屈服承载力和峰值承载力;文中提出的FRP加固震损RC柱骨架曲线计算模型具有较高精度。     

震损钢筋混凝土框架柱加固修复试验研究

以地震损伤钢筋混凝土框架柱为研究对象,重点研究了损伤、加固后的钢筋混凝土框架柱的抗弯、抗震性能及加固措施。设计并制作了6根钢筋混凝土柱试件。第一步,对原试件进行损伤试验;第二步,对损伤柱试件进行碳纤维加固和钢板加固,试验分析加固试件的抗震性能。考虑了不同轴压比与加固方式等参数的影响,对比研究不同轴压比作用下,采用不同加固方式柱试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能、延性及破坏形态等抗震性能,并对不同加固方案的效果进行分析比较,揭示了不同变化参数对加固后柱的抗震性能等指标的影响规律与程度,为我国建筑抗震设计规范和混凝土结构加固规范的修订提供试验和理论参考。     

盐渍土环境中RC桥墩柱地震损伤试验研究与计算分析∗

为了研究盐渍土环境中RC桥墩柱的地震损伤,设计制作了10根RC桥墩柱,对其进行了电化学快速锈蚀试验及低周反复加载试验。试验中的主要设计参数为轴压比和锈蚀率。观察和记录了试件的开裂过程及破坏形态,通过实测数据绘制了构件的荷载—位移滞回曲线。在已有基础上提出了锈蚀RC桥墩柱在低周反复荷载作用下的双参数损伤模型,并对其进行了对比分析。试验结果表明:锈蚀率越大,滞回曲线捏缩现象越明显,滞回环面积逐渐减小,峰值荷载和极限位移也逐渐减小,试件耗能能力和延性明显降低,其损伤越来越严重;轴压比越大时,试件极限变形越差,耗能能力越低,其损伤越严重。通过与Mccabe损伤模型及Park-Ang损伤模型进行比较分析,得知该损伤模型更能准确反应构件的实际破坏程度,可为盐渍土环境中RC构件的损伤评估提供参考依据。     

绿色高性能水泥基复合材料加固火损RC柱抗震性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料是一种用大掺量粉煤灰替代水泥的改性工程水泥基复合材料,具有优异的延性与抗震耗能能力。为解决火灾后RC柱抗震等问题,提出采用GHPFRCC材料加固方法。对采用GHPFRCC材料加固RC柱进行拟静力试验,并采用OpenSees有限元软件进行数值模拟,通过对比模拟结果与试验结果,验证有限元分析的可靠性。结果表明:滞回曲线、骨架曲线的试验值和模拟值整体吻合,极限承载力的偏差不大;与未加固RC柱相比,经过加固后的RC柱变形能力明显增加,加固后极限承载力提高26.63%,极限位移提高12.5%,后期水平荷载退化速率降低,滞回曲线更加饱满,抗震性能更加优秀。同时使用OpenSees进行参数分析可知,为了保证RC加固柱的延性与承载力,必须控制轴压比,建议GHPFRCC置换高度大于1/3柱高。     

CFRP布约束增强高强混凝土柱抗震性能数值分析

采用地震工程开源模拟软件OpenSees(Open System for Earthquake Engineering Simulation)对CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)布加固高强钢筋混凝土方柱的抗震性能进行了数值分析。采用Steel02Material和Concrete02Material材料本构模型模拟了CFRP布加固高强混凝土方柱的抗震性能;在此基础上,进一步研究了轴压比和剪跨比这2个因素对试件抗震性能的影响。将所得数值分析结果与相同条件下的试验结果对比后发现:基于Steel02 Material和Concrete02 Material材料本构,利用OpenSees,可以较好地模拟CFRP布加固高强混凝土方柱的抗震性能,并且与试验结果(滞回曲线、骨架曲线、水平承载力和位移延性系数)能够较好地吻合,从而说明该数值分析方法还可以准确地反映出轴压比和剪跨比对高强混凝土柱抗震性能的影响规律。     

侧向冲击荷载作用下钢骨混凝土柱抗冲击性能研究

为研究侧向冲击作用下钢骨混凝土柱抗冲击性能,基于非线性有限元软件MSC.MARC建立了钢骨混凝土柱抗冲击数值模型。对钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱在落锤冲击作用下的抗冲击试验进行了有限元模拟,分析表明该数值模型可以较好的模拟钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱抗冲击性能。基于此数值模型研究了侧向冲击作用下钢骨混凝土柱的抗冲击性能,并探讨了冲击质量、冲击高度、冲击位置、轴压比、钢筋及H型钢强度和混凝土强度对钢骨混凝土柱抗冲击性能影响。最后对比分析了钢筋混凝土柱、钢骨混凝土柱和内插双H型钢钢管混凝土柱的抗冲击性能。结果表明:所探讨的影响因素对钢骨混凝土柱的冲击力峰值、平台值、持时和挠度都有各自影响的规律,可以为其他构件抗冲击性能分析提供依据。在相同尺寸和试验条件下,钢骨混凝土柱的抗冲击性能优于钢筋混凝土柱,但差于内插双H型钢钢管混凝土柱。     

FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为研究

通过FRP约束钢筋混凝土柱的单向和往复轴压试验,研究了外包FRP的断裂应变、刚度、以及加载方式对钢筋屈曲性能的影响。采用了两种不同的纤维材料:CFRP和PET FRP,二者具有不同的断裂应变(CFRP1.5%;PET FRP5%)。在试验分析的基础上,发展了考虑FRP侧向约束作用的弹性地基梁模型,该模型能够较好地分析FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为。基于弹性地基梁模型和试验数据,提出了考虑FRP侧向约束作用的钢筋屈曲经验模型。并将该模型通过二次开发的方法写入OpenSees数值分析平台,对FRP约束RC柱的往复轴压行为进行数值分析,分析结果与试验结果吻合较好。研究成果可为精确分析FRP约束钢筋混凝土结构的抗震性能提供有力的工具。     

共生型泥石流对建筑物结构损伤的多尺度分析

为了获得泥石流对建筑物结构损伤情况，提高泥石流下建筑结构损伤检测精确性，针对共生型泥石流对建筑物结构损伤进行多尺度分析。结合LiDAR点云数据和航空摄像数据，提取泥石流灾害建筑物结构相关信息；分析泥石流的冲击机理和地貌形迹。结合实际观测和基础信息，计算泥石流的冲击力和建筑结构最大位移，获得共生型泥石流对建筑物结构冲击作用下的影响因素。利用简化泥石流作用力，对一个二层建筑结构在共生型泥石流冲击下的损伤位移情况进行模拟，设计四种工况，通过不同工况在泥石流下的冲击响应实现结构损伤多尺度分析。结果表明:结构柱产生位移的主要影响因素为泥石流整体作用力，一旦遇到大石块，位移会有增加趋势；建筑结构最大位移和泥石流密度、刚度等因素相关；结构最大位移模拟值与理论值拟合度高；泥石流中比较大的石块为建筑物结构受到损伤的关键因素，可利用减小结构刚度减缓冲击力。     

基于能量法的钢骨超高强混凝土柱-混凝土梁节点地震损伤分析

为了研究钢骨超高强混凝土(SRUHSC)柱-混凝土(RC)梁框架节点的地震损伤,在12个框架节点低周反复加载试验基础上,分析损伤发展规律。根据能量等效原理,以框架节点在外力所作功为初始总能量,建立了框架节点地震损伤定量计算方法,并对地震损伤指数增长规律进行了分析。分析了配箍率、轴压比、钢骨形式3种试验参数对地震损伤指数的影响。进而提出了SRUHSC柱-RC梁框架节点的地震损伤评定模型。结果表明:基于能量法建立的地震损伤指数和评定模型,能较好地反映在低周反复荷载作用下SRUHSC柱-RC梁框架节点的损伤状态,该结果可为此类结构的抗震加固修复提供理论参考。     

BFRP约束损伤混凝土棱柱体轴压力学性能研究

为研究玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer， BFRP)约束有初始损伤的混凝土棱柱体的轴压力学性能，对37个边长150 mm、高300 mm的混凝土棱柱体进行了轴压试验，其中包括34个BFRP约束混凝土试件和3个素混凝土试件，试验变量为BFRP层数(1、2、3、4和6层)和初始损伤程度(轻微、中等和严重损伤)，试验结果表明：BFRP约束棱柱体的抗压强度和轴向变形能力随FRP约束层数的增加而提高，特别对变形能力的提高更为明显；初始损伤程度对BFRP约束试件的峰值点以及极限点的强度影响较明显，但对极限应变影响较小；当BFRP层数为2层及以下时，BFRP约束棱柱体的应力—应变曲线有明显软化段，当BFRP层数为4层及以上时，应力—应变曲线开始有明显强化段。基于试验结果，提出了考虑初始损伤影响的BFRP约束混凝土棱柱体的强度模型和应变模型，并分别给出了弱约束和强约束下的应力—应变关系模型，模型预测结果与试验结果吻合良好。     

钢管石轻混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究钢管石轻混凝土短柱的轴压力学性能,以天然碎石体积取代率为变化参数,分别设计并制作了5个圆、方钢管石轻混凝土短柱试件,对其进行了轴压静力加载试验,观察了试件受力的全过程和破坏形态,获取了试件的荷载—位移全过程曲线,分析了碎石取代率对试件受力性能的影响规律。结果表明:在轴心受压荷载作用下,钢管石轻混凝土短柱发生了强度破坏;钢管石轻混凝土轴压短柱的实测荷载—位移全曲线变化趋势基本相同,其工作过程可分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段三部分;随着天然碎石取代率的增加,钢管石轻混凝土轴压短柱的极限承载力、峰值位移总体上均逐渐增加。     

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。     

套箍加固RC轴压中长柱的承载力理论研究∗

为研究套箍加固RC轴压中长柱的承载力理论计算分析方法,采用切线模量理论,根据材料本构关系和内外力平衡条件,推导了套箍加固RC轴压中长柱的弹塑性稳定承载力计算方法。将理论计算结果与试验结果进行了对比分析,结果表明:理论计算值均低于实测值,且二者的偏差在15%以内。根据所推导的计算分析方法,研究了核心柱初始荷载水平β、柱子长细比l0/b、套箍层混凝土强度、套箍层配筋量四种参数对加固柱承载力Nu的影响规律,结果表明:Nu总体上随β增大而减小,当β<0.7时,减小趋势不够明显,β>0.7后,减小趋势变得明显;l0/b对Nu有明显影响,Nu随l0/b的增大而减小,但二者不是线性关系;Nu随套箍层混凝土强度提高而增大,随套箍层配筋量增大而增大。     

轴向中空壁管抗冲击性能试验研究与数值分析∗

轴向中空壁管作为一种新型结构壁管，几何构型简单、空间利用率高、且能量耗散性好，近年来在市政工程中得到广泛应用。为研究轴向中空壁管在低速冲击作用下的力学响应和耗能特性，设计了 20 个试验工况，以落锤冲击试验模拟施工过程中受到的落石冲击和机械撞击作用，基于量纲分析法提出冲击力峰值的计算方法，通过有限元软件 ABAQUS 对试验结果进行验证，并根据有限元计算结果分析管道在低速冲击作用下的变形特性和损伤机理。研究表明：数值分析结果与试验结果吻合较好，冲击力时程曲线趋势基本一致，冲击力峰值误差在 5% 以内。 轴向中空壁管具有良好的抗冲击性能，其双壁中空结构具有较好的能量耗散性，落锤与管道接触瞬间会产生较大的冲击力，12.9 kg 的落锤从 2 m 处自由下落冲击管道可产生 15.28 kN 的冲击力。对比 20 个试验工况的冲击力峰值试验值与计算值，误差均较小，最大误差为 5.8%，即冲击力峰值计算方法准确性较高。随着落锤高度和质量的增加，冲击力峰值增大，损伤区域和凹痕深度也随之增大，最大塑性应变由外壁内侧转移到外壁与加劲肋的连接处， 呈现出外壁损伤和加劲肋损伤两种损伤模式。提出的冲击力峰值计算方法和管道塑性损伤规律可以为施工过程中轴向中空壁管在落石冲击和机械撞击作用下的安全评价提供理论依据。     

套箍法加固钢筋混凝土轴压柱的设计参数研究

采用ANSYS建立有限元计算模型,对套箍法加固RC轴压柱的极限承载力影响参数进行了研究。先利用4根加固柱的试验资料对有限元模型进行了验证分析,结果表明:对于加固柱的极限承载力,有限元计算结果和试验结果吻合较好。然后结合工程实际选取其中一根试验柱为基本柱,通过变换参数取值,总共计算了43根柱的极限承载力,从而对核心柱初始应力水平、套箍层配筋率、套箍层纵筋强度、套箍层配箍率、套箍层厚度和套箍层混凝土强度这6种可控设计参数进行了研究,揭示了每种参数对加固柱极限承载力的影响规律,并对后5种参数的影响程度进行了分析。根据计算分析结果,给出了几点加固设计建议。     

锈蚀钢筋混凝土框架柱恢复力模型研究

在对锈蚀钢筋混凝土框架柱进行低周往复荷载试验和滞回性能数值模拟研究的基础上,通过理论分析和数据拟合建立了能较好地反映锈蚀钢筋混凝土框架柱滞回性能的退化三线形恢复力模型。该模型主要包含屈服剪力Py、屈服位移Δy、峰值剪力Pu、峰值位移Δu、破坏剪力Pcu和破坏位移Δcu6个关键参数。在确定模型骨架线上的承载力和位移特征点参数时考虑了钢筋锈蚀率、轴压比等因素的影响。根据拟合恢复力模型计算得到的骨架曲线与试验结果较为接近,最大误差在10%以内。     

方钢管再生混凝土柱滞回性能影响因素数值分析北大核心CSCD

为了研究方钢管再生混凝土柱的滞回性能,采用有限元软件ABAQUS开展了不同设计参数下37个足尺试件的有限元拓展分析,揭示了变化参数对滞回性能指标的影响规律。结果表明:基于滞回性能指标需求,再生混凝土可以应用于方钢管混凝土工程承重结构之中。随着含钢率的增加,滞回曲线饱满度、初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐增大。随着钢材牌号的增大,试件滞回曲线饱满度、峰值承载力逐渐增大,而初始弹性阶段刚度、延性受影响较小。峰值承载力、延性随轴压比的增大而减小,但在同一级加载位移下的耗能系数逐渐增大。随着长细比的增加,滞回曲线的饱满度越来越低,试件的峰值承载力、延性和同级加载位移下的耗能系数明显减小。随着高宽比的增加,初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐提高,但同级加载位移下试件的耗能系数逐渐减小。     

新型可恢复功能组合柱设计及其抗震性能研究

为实现框架结构震后性能的快速恢复，提出了一种有良好自复位能力且易于修复的新型可恢复功能组合柱。考虑钢绞线滑移及无粘结钢绞线的受力特征，采用OpenSees对柱抗震性能进行验证及参数分析。对不同设防烈度普通钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架、钢绞线混凝土框架及应用可恢复柱的可恢复框架进行静力推覆及地震荷载下的残余位移及最大位移响应分析，得出各框架层间最大位移与残余位移的关系，并对比分析各框架在不同地震强度下的可恢复性能。结果表明：钢绞线配置率对可恢复柱的抗震性能有重要影响；7度设防RC框架应用可恢复柱后，底层梁柱塑性铰发展大幅减轻，延迟了框架的破坏，且其承载能力与自复位能力均高于8度设防RC框架；在地震作用下可恢复框架的失效概率最低，可恢复性最高，且地震作用越大，其相对于普通RC框架可恢复性的提升越为明显。     

基于振动台试验的桥墩复合损伤指标研究∗

为更准确描述钢筋混凝土矩形空心桥墩的损伤情况,提出一种综合考虑位移和能量的复合损伤指标。基于 9 个空心桥墩试件的振动台试验结果,分别计算出各试件的位移损伤指标、弹塑性耗能差率损伤指标以及复合损伤指标,通过对三种损伤指标结果对比以及多地震波作用下结果的统计分析,验证了复合损伤指标的适用性;进一步应用复合损伤指标考察了桥墩配箍率、轴压比、配筋率三种参数的变化对空心桥墩损伤性能的影响。研究结果表明：复合损伤指标值介于位移和弹塑性耗能差率损伤指标值之间,且与单一损伤指标相比,复合损伤指标的离散程度较小;应用复合损伤指标对空心桥墩的损伤进行参数分析可知,当轴压比、配筋率一定时,桥墩的损伤程度随配箍率的增大而降低;当配箍率、配筋率一定时,损伤程度随轴压比的增大而提高;当轴压比、配箍率一定时,损伤程度随配筋率的增大而降低。由此说明,复合损伤指标能够反映参数变化对桥墩损伤性能的影响,具有良好的适用性。