多灾耦合作用下钢管混凝土柱承载性能研究进展∗

钢管混凝土因其优良的力学性能被广泛应用于工程结构中,而实际工程中,钢管混凝土柱并非承受单一荷载,也可能同时遭受腐蚀、冻融、火灾、撞击和地震等多重灾害的耦合作用。为进一步了解多灾耦合作用下钢管混凝土柱受力性质的改变,分析耦合作用机理,避免相关作用对结构长期使用下性能的影响,围绕国内外钢管混凝土研究进展,对钢管混凝土柱在耦合作用下的承载性能进行总结和分析,为相关研究和实际工程应用提供参考。研究结果表明,钢管混凝土柱具有良好受压和抗冲击性能,但抵抗腐蚀、冻融循环和火灾的能力稍弱;在多灾耦合作用下,钢管混凝土柱的各项承载性能表现出不同程度的退化,包括承载力、刚度、延性等;在腐蚀(火灾)?地震耦合作用下,试件的抗震性能存在轻微下降,但滞回曲线较为饱满,整体抗震性能良好;在压?弯?剪(扭)复合荷载作用下, 轴压比和剪跨比对钢管混凝土柱的破坏形态和承载性能影响较为显著。虽然有关钢管混凝土的研究取得了丰硕的研究成果,但在足尺试件性能、标准试验方法和精细化分析模型等方面的研究还有待加强。     

钢管约束型钢混凝土框架短柱的抗震性能与设计方法

进行了8个钢管约束型钢混凝土框架短柱的抗震性能试验研究,包括3个圆形钢管约束型钢混凝土柱、3个方形钢管约束型钢混凝土柱和2个普通型钢混凝土对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比。试验结果表明,相同用钢量条件下,钢管约束型钢混凝土超短柱的抗剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。钢管约束型钢混凝土柱和型钢混凝土对比试件都发生了明显的粘结破坏;因此在设计中应在型钢的翼缘外侧设置抗剪连接件。对钢管的弹塑性应力分析结果表明,水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。根据试验结果和钢管应力分析结果建立了钢管约束型钢混凝土柱的抗剪承载力公式,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。     

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。     

侧向冲击下CFRP缠绕加固RC悬臂柱动态响应的有限元分析

文中基于LS-DYNA软件对侧向冲击下碳纤维增强复合材料(CFRP)缠绕加固钢筋混凝土(RC)悬臂柱进行了有限元模拟,在与文献试验结果对比验证基础上开展了参数化分析,重点考察了柱轴压比、CFRP层数、冲击速度及冲击质量等参数对柱动态响应的影响规律。研究结果表明：(1)低轴压比0～0.2对CFRP加固柱的损伤形态、冲击力第一峰值和侧向位移的影响较小;(2)增加CFRP层数可减小RC柱的剪切损伤程度和侧向位移;(3)相比冲击质量,冲击速度对CFRP加固柱的冲击力第一峰值和侧向位移的影响更大;(4)在相同冲击能量下,增加冲击质量会引起侧向位移的增加与冲击力第一峰值的下降。     

内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能影响研究

为研究内置钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响,进行了内置角钢、槽钢、钢管3种钢骨形式的混凝土桥墩模型水平撞击试验,得到撞击力时程曲线、位移时程曲线、钢材和混凝土的应变时程曲线。对内置不同钢骨形式的桥墩模型受撞各阶段的力学性能进行了对比分析,并运用力学方法计算了钢骨形式对混凝土桥墩撞击性能的影响。研究结果表明:钢骨形式对混凝土桥墩的撞击性能有一定影响;在相同撞击能量下,内置钢管混凝土桥墩的侧向变形较内置槽钢和内置角钢混凝土桥墩的侧向变形小;内置槽钢和钢管对墩底混凝土压应变增长有较大的抑制作用;内置钢管混凝土桥墩的破坏斜裂缝条数多且分布较宽,延性较好,抗撞击承载力较高。对桥墩底部斜裂缝区的混凝土主压应力和应变计算分析表明,不同钢骨形式改变了桥墩截面几何特性参数,影响了混凝土主压应力值;在相同配钢率情况下,内置钢管混凝土桥墩的墩底混凝土主压应力比内置角钢混凝土桥墩的墩底主压应力减小了24.54%;内置钢管混凝土桥墩的应变放大系数比内置角钢混凝土桥墩放大系数小。试验和计算分析均证实了内置钢管的混凝土桥墩具有较好的抗撞击性能。     

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。     

钢管再生混凝土框架抗震强度与刚度试验研究

为研究低周反复荷载作用下钢管再生混凝土框架的强度与刚度,进行了一榀圆钢管和一榀方钢管的再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件的拟静力试验,实测试件的破坏机制、滞回曲线、强度衰减和刚度退化等,探讨单层单跨钢管再生混凝土框架的层间受剪承载力和刚度设计方法。研究结果表明:试件满足了"强柱弱梁、强剪弱弯"的抗震设计要求,滞回曲线基本对称,同级循环位移下试件的强度衰减和刚度退化大致经历一个由多到少再到多的过程。建议采用柱端弹性弯矩法或柱顶塑性铰法或柱底塑性铰法,进行单层单跨钢管再生混凝土框架的层间受剪承载力的设计计算,本文采用的方法可以用于钢管再生混凝土框架初始弹性层间刚度的估算。     

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。     

锈蚀RC柱的概率抗剪承载力模型与校准分析∗

为了克服传统确定性抗剪承载力模型无法合理考虑随机性所存在的不足,综合考虑力学机制和多种随机性, 研究建立了锈蚀钢筋混凝土(RC)柱抗剪承载力分析的概率模型,并据此提出了可以校准传统确定性模型的概率方法。首先依据桁架?拱模型的剪力传递机制,综合考虑锈蚀对纵筋和箍筋的截面积、箍筋有效屈服强度、混凝土有效抗剪截面积的影响,建立了锈蚀 RC 柱的确定性抗剪承载力模型;然后综合考虑模型假定、试验数据和材料参数等方面所存在的随机性,建立了抗剪承载力分析的概率模型;最后基于概率模型的置信区间,提出了传统确定性抗剪承载力模型的概率校准方法。分析表明,该模型可以描述抗剪承载力的概率特性,并评估传统确定性抗剪承载力模型的预测精度。     

低周荷载下型钢混凝土柱抗剪性能智能分析

为了研究型钢混凝土短柱的抗震性能，通过21根SRC柱在低周反复荷载作用下的剪切黏结破坏试验结果，在利用灰色关联理论进行模型输入变量选择的基础上，建立了其基于改进神经网络模型的受剪承载力分析模型，进而研究了混凝土抗压强度、腹板宽度、轴压比及箍筋间距等因素对SRC柱抗剪能力的影响规律，并对SRC柱的受剪承载力进行了预测。结果表明，所提方法能够反映受剪承载力与影响因素间的非线性变化规律，可供SRC柱在低周往复荷载作用下的受剪承载力分析参考。     

火灾后钢筋混凝土梁的抗弯可靠性

利用ANSYS软件对火灾发生时钢筋混凝土梁截面的最高温度分布进行了分析,确定了火灾后钢筋混凝土梁的抗力折减系数,建立了火灾后梁的抗力模型和极限状态方程.利用改进的一次二阶矩法计算了不同温度作用下钢筋混凝土梁在承受原设计荷载时的可靠性指标,分析了不同受火时间对钢筋混凝土梁可靠性指标的影响,为火灾后钢筋混凝土构件的破损评估分析提供了理论基础.算例分析表明,不同受火时间对钢筋混凝土梁的可靠性有很大的影响,梁在受火时间超过120分钟时,需进行加固维修.     

FRP加固钢筋混凝土梁的抗剪计算方法

随着利用FRP加固混凝土结构研究的深入和应用的拓展,FRP加固钢筋混凝土梁抗剪性能的研究已取得了丰硕的成果。以往对抗剪承载力的分析大多是基于有效应变即对极限应变进行有效折减的方法,而最近的研究则引入了裂缝处FRP应变分布不均匀系数。在此基础上,本文综合考虑了FRP发挥的最大应变、沿裂缝应变分布的不均性以及斜裂缝倾角对有效应变的影响,提出了等效有效应变的概念,使计算趋于简单和清晰。本文收集了128根FRP全包裹的、以FRP断裂破坏为主的钢筋混凝土梁的抗剪实验数据,通过对主要影响因素的统计分析,建立了等效有效应变简单可靠的计算公式和基于FRP断裂的抗剪承载力设计方法。128根实验梁的抗剪计算结果表明,本文提出的方法简单可行,意义明确,且精度要比已有的建议公式稍高。     

钢筋混凝土构架式动力基础不良振动检测分析

为查找某鼓风机基础不良振动的原因,用DASP系统对不同工况的动力机组及基础进行了测试分析,主要分析了互功率谱及相位,加速度谱及特征频率。基础三个方向上各测点的互功率谱峰值所对应的相位差不为0°或180°,风机基础的基频为1.12Hz,远小于设备的工作频率,不存在共振现象。动力机组的特征频谱显示低速轴的工频和2倍频都较大,说明加速机转轴存在故障。在检测分析结果基础上,并提出了减振对策。     

楼板对钢筋混凝土框架结构受力性能影响

汶川8级地震震害调查发现,这次地震中现浇钢筋混凝土框架结构多发生"强梁弱柱"型破坏,这与规范中"强柱弱梁"抗震设计原则相悖。为探究其原因,采用ABAQUS软件对钢筋混凝土带楼板框架和空框架结构进行了侧向加载情况的性能分析。通过对比纵向梁端钢筋应力变化和柱端钢筋应力变化,以及分析不同侧向位移对应的楼板钢筋的应力变化情况,指出楼板对梁端抗负弯矩能力的增强有很大贡献。研究了节点类型、楼板钢筋材性、侧向位移、梁高、梁跨和板厚等因素对纵向梁端处楼板有效宽度的影响规律,提出了负弯矩作用下梁端处楼板有效宽度的取值方法。     

锈蚀钢筋混凝土圆柱抗震性能的试验研究

对不同锈蚀程度的钢筋混凝土圆柱进行低周反复试验,研究了不同轴压比下的钢筋锈蚀率对钢筋混凝土圆柱滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性及耗能能力的影响;给出了试件累积耗能、屈服荷栽、极限荷栽、荷栽最大值和位移延性系数与钢筋锈蚀率和轴压比的关系.研究表明,随着钢筋锈蚀率和轴压比的增大,试件的滞回曲线趋于干瘪,骨架曲线下降段变陡,试...     

不同受火方式下混凝土框架结构的变形研究

针对单层框架和三层框架,通过高温数值分析,初步考察了不同受火方式下结构的变形特征。研究发现:①火灾蔓延对结构高温变形影响较大,此时节点的水平位移总体上小于结构全层/全部受火时的相应结果;②受火区间仅对相邻跨或相邻层有一定影响,而对隔跨或隔层影响相对较小;③非对称局部受火情况下,单层框架边节点的水平位移可能比全层受火时更大。     

基于试验数据的填充墙RC框架性能指标限值研究∗

为了建立我国砌体填充墙 RC 框架结构性能水准与性能指标间的对应关系，通过收集整理国内填充墙 RC 框架拟静力试验数据，建立了本土化填充墙 RC 框架试件试验数据库。参考《建（构）筑物地震破坏等级划分》（GB/T 24335—2009），定义了填充墙 RC 框架的 5 个性能水准及其破坏状态描述，根据试验现象提取试件首次达到每个性能水准时的层间位移角作为样本，通过统计分析，分别给出刚性连接和柔性连接填充墙 RC 框架具有 84% 保证率的层间位移角限值，并与《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）和现有研究中给出的限值进行对比，最后进一步分析了采用不同类型砌块的填充墙 RC 框架结构性能水准限值的差异。结果表明，相较于规范限值，刚性连接的填充墙 RC 框架限值在轻微破坏和中等破坏的性能水准下均偏小，而在严重破坏的性能水准下远大于规范限值；相较于现有限值，作者研究得出的限值具有性能水准判定标准统一、数据更符合我国国情的特点；相较于传统的黏土砖和普通混凝土砌块，采用加气混凝土砌块砌筑填充墙的 RC 框架结构侧向变形能力更好。     

装配式混凝土框架子结构动态倒塌性能试验研究

为了研究装配式混凝土框架结构的连续倒塌性能,设计了 6个比例为1/4的框架子结构模型,通过快速抽柱试验研究了框架梁的跨高比、拼接节点位置和预应力等参数对其动态倒塌性能的影响.试验结果表明,中柱失效后在框架梁端和框架梁拼接节点的后浇混凝土区均产生了少量裂缝;在框架梁跨度相同的情况下,现浇混凝土框架子结构的最大动态位移响应...     

多因素机制作用下在役钢筋混凝土结构构件的可靠度分析

钢筋混凝土结构在实际环境中会同时受到多因素机制的作用,由此而导致的钢筋混凝土结构的老化及其修复加固一直是研究人员关注的热点问题。由于影响因素的复杂性,这些问题至今没有得到很好的解决。为此分析了最常见的几种因素作用的机制。考虑了各因素机制作用之间的相关性对结构构件可靠度的影响,用系统可靠度方法分析了多因素机制作用下钢筋混凝土结构构件的可靠度并给出了算例。该分析方法计算简便,为在役钢筋混凝土结构的安全评估和修复加固提供了一种计算可靠度的参考方法。     

钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能试验研究

钢筋混凝土异形柱框架的抗震性能，特别是它在高烈度地震下的抗震性能，一直是结构抗震研究的重点问题。为了配合正在编制的《钢筋混凝土异形柱技术规程》，进一步探讨这种结构体系的适用性，针对昆明市某实际工程，按8度区Ⅲ类场地的情形，进行了1榀3层2跨钢筋混凝土异形柱框架1／3比例模型的拟静力试验，研究这种结构在低周反复荷载作用下延性、变形特性和滞回特性。试验研究表明，这种钢筋混凝土异形柱框架抗震性能良好。