钢管再生混凝土框架抗震破坏机制与性能水准研究

为了研究钢管再生混凝土框架的抗震破坏机制与性能水准,以100%为再生粗骨料取代率,进行了两榀圆、方钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件的拟静力试验。实测试件的破坏特征与机制、荷载—位移滞回曲线和荷载—应变滞回曲线等,探讨钢管再生混凝土框架试件基于性能设计的性能水准的确立准则。结果表明:试件呈现出"强柱弱梁、强剪弱弯、强节点,弱构件"的抗震破坏机制。荷载—位移滞回曲线基本对称,呈现出比较饱满的梭形。试件破坏时,柱顶钢管纵向应变均小于屈服应变,柱底钢管纵向应变达到了0.01左右,试件变形能力良好。试件KJ-1和KJ-2梁端的纵向钢筋应变均超过了屈服应变,仅试件KJ-1箍筋应变达到了屈服应变。荷载—钢管横向应变滞回曲线沿着受拉应变轴呈螺旋式发展。基于钢管再生混凝土结构性能设计,划分五档性能水准,确立了水平位移角和损伤指标限值。     

带洞口加强肋复合墙体抗剪承载力研究∗

对2榀1/2比例带洞口(开门洞、开窗洞)加强肋复合墙体进行低周反复荷载作用下的伪静力试验,分析带洞口墙体的受力性能;在试验研究的基础上,针对洞口大小等影响加强肋复合墙体抗剪承载力的主要因素,建立墙体的非线性有限元模型进行分析;结合配筋砌体结构、框架结构、密肋复合墙体结构等相关试验资料,分析带洞口加强肋复合墙体的抗剪机理,提出带洞口加强肋复合墙体抗剪承载力计算公式,并给出公式的适用条件。试验结果表明带门洞墙体和带窗洞墙体均有着良好的抗倒塌能力和变形能力;数值模拟结果表明带门洞墙体的抗剪承载力随门洞的增大呈线性递减关系,带窗洞墙体的抗剪承载力随窗洞的增大呈二次函数递减关系;当带窗洞墙体洞口率高于17.1%时,应在窗洞两侧设置加强肋柱,以弥补洞口引起的抗剪承载力削弱;计算结果与试验结果对比表明,公式有较好的计算精度,满足工程设计需要。     

高延性混凝土加固震损弱粘结古旧砌体抗震性能试验研究

高延性混凝土（HDC）具有高强度、高延性和裂缝多重开展等特性,在砌体结构的加固应用中具有广泛的前景。文中对5个震损弱粘结古旧砌体试件采用HDC构造带面层加固,通过低周反复荷载试验,分析其破坏形态及抗震性能。试验结果表明：（1）HDC构造带面层对震损砌体结构形成良好的约束作用,有效抑制了砌体结构的开裂和破坏;（2）HDC构造带面层对震损弱粘结古旧砌体结构的承载力、延性、耗能能力和变形能力均有较大幅度的提高,改善原结构脆性破坏特性;（3）面层宽度、砌筑砂浆强度、开洞口数量等均对古旧砌体结构的延性、峰值荷载、耗能能力等抗震性能均有显著影响。基于试验破坏特征,提出2种不同模型的抗剪承载力计算方法。文中加固方法可为古旧砌体结构加固提供相应的理论依据。     

轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙平面外受力性能试验

本文提出了一种轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙,是由内部嵌入钢筋的尾砂微晶发泡板与轻钢龙骨组合而成。为研究其风吸或风压作用下弹性变形性能以及平面外受弯破坏全过程,进行了8个轻钢-尾砂微晶发泡板组合墙足尺试件的单向加载试验。试件参数包括组合墙高度、发泡板强度、嵌入发泡板的钢筋直径、发泡板是否带釉面、发泡板是否复合轻质砌块。每个试件均进行3个工况的加载,前两个工况模拟风吸作用,加载至试件外表面产生裂缝;第三个工况模拟风压作用,加载至试件破坏。采用门式加载架,悬吊试件实现简支,通过简支分配梁将集中荷载分成与试件八点接触加载,各加载点设置球铰支座。研究表明:轻钢龙骨与发泡板有良好的平面外共同工作性能;采取增大组合墙截面高度、提高发泡板材料强度、发泡板设置釉面层、发泡板复合粉煤灰砌块的构造措施,均可提高组合墙的平面外受力性能,复合粉煤灰砌块对提高试件平面外承载能力效果最为显著;利用截面换算方式对组合墙板平面外极限承载力进行计算,计算结果与试验符合较好。结合试验数据及外围护墙板的风荷载计算公式,计算出组合墙的极限风荷载值,为该组合墙的设计及工程应用提供了参考。     

建筑幕墙振动台试验框架设计方法研究*

建筑幕墙振动台试验中通常采用试验框架模拟承载幕墙的主体结构,幕墙试件的动力反应和变形依赖于试验框架。为满足幕墙试件的试验要求,基于有限元分析提出了一种试验框架设计方法。该方法首先根据幕墙试件的尺寸和试验预期的台面加速度及层间位移角,设计初始的试验框架模型;然后,建立初始试验框架和幕墙试件的整体有限元模型,由整体模型两个平面方向的基频构建系统瑞利阻尼矩阵,形成试验模型的等效计算模型;最后,通过有限元分析模拟振动台试验的加载,根据计算结果与试验预期指标调整确定试验框架的设计参数,直至满足试验要求。在此基础上,以一个玻璃-石材复合幕墙为例设计了相应的试验框架,进行了振动台试验。结果表明,幕墙试件的层间位移角和台面加速度指标均能满足试验要求,验证了试验框架设计方法的合理性。随着地震动输入幅值的增大,幕墙试件层间位移角呈现非线性增大现象。与此同时,试验过程中幕墙面板、连接件和支承构件均未发生损坏,满足工程抗震设计要求。     

圆钢管再生混合混凝土框架性能的控制分析

为了从结构层面分析柱截面含钢率和废弃混凝土取代率对再生混合混凝土组合结构抗震性能的控制作用,通过对四榀圆钢管再生混合混凝土框架进行定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究各柱截面含钢率和柱内废弃混凝土取代率对试件的滞回特性、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标的控制效果。结果表明,四榀框架破坏现象均为梁铰破坏机制;随着柱截面含钢率的提高,试件的水平承载力、塑性变形能力和位移延性显著提高,刚度退化速率降低;而废弃混凝土取代率对试件各项指标的影响规律与含钢率恰好相反,且影响程度有限;柱截面含钢率与废弃混凝土取代率共同作用,使二者对结构水平承载力和结构耗能能力有所不同。     

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。     

装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构抗震性能研究

将屈曲约束支撑应用于装配式钢筋混凝土柱-钢梁组合框架结构(简称装配式RCS组合框架结构)中,若处理不当将会产生开合效应并导致相邻梁柱破坏。为有效减轻框架开合效应造成的破坏,提出基于梁端铰接的装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构。在保证关键连接节点力学性能的前提下,设计某9层装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构,采用基于OpenSees软件的动力弹塑性时程分析方法研究结构的抗震性能。结果表明,钢梁腹板开洞的装配式RCS节点、装配式混凝土柱-钢梁-屈曲约束支撑组合节点具有高承载、可装配和震后损伤小等特点,装配式RCS框架-屈曲约束支撑组合结构满足抗震规范要求,具有优良的抗震性能;梁-梁间的铰接连接不会影响屈曲约束支撑的耗能效果,且可以改变梁柱屈服机制,保证整体结构高效装配的同时减轻结构塑性损伤,有助于实现结构的功能可恢复。     

钢-聚合物砂浆加固震损后砌体结构振动台试验研究

提出了一种适用于砌体结构的新型钢-聚合物砂浆组合加固方法,为研究该方法加固震损后砌体结构的抗震性能,设计了2层1/2缩尺振动台试验模型,对加固前(M1)试件和加固后(M2)试件进行振动台试验,对比分析了试件M1,M2的动力特性、加速度反应、位移反应和破坏形态。试验结果表明：采用钢-聚合物砂浆加固法可有效提高震损砌体结构的抗侧刚度,限制塑性损伤的发展,有效提高了震损后砌体结构的抗震性能。加固后试件(M2)一层变形较小,承载力主要由原结构墙体及砂浆面层提供,不同部位钢丝及洞口槽钢应变均处于较低水平,表明结构一层仍具有较高承载力安全储备。     

混凝土梁式托柱转换层结构抗震性能分析

正确认识梁式托柱结构的抗震性能,是对此类型转换层结构进行合理抗震设计的基础。以某多层带梁式托柱转换层的钢筋混凝土框架为研究背景,分别建立了3种不同柱截面尺寸的梁式托柱转换层结构有限元模型,采用Pushover方法对结构进行静力弹塑性分析,分别对小震和大震下具有不同柱截面尺寸的梁式托柱转换层结构的层间位移反应和塑性铰分布状态进行了分析比较,评价了梁式托柱转换层结构的抗震性能,并给出有益的设计建议。结果表明:小震作用下,柱截面尺寸变化对转换层下部结构的位移响应影响较小,转换层上部结构的层间位移角发生突变,且随着上托柱截面尺寸的增大,层间位移角表现出减小的趋势;大震作用下,柱截面尺寸变化对梁式托柱结构的层间位移角影响更大。此外,在转换层处和底层框架中易出现"强梁弱柱"现象。     

灌浆套筒连接装配式框架-剪力墙爆炸响应与破坏

为了探究采用灌浆套筒连接的装配式框架-剪力墙结构的爆炸响应与破坏模式,运用LS-DYNA软件建立一榀两层的现浇框架-剪力墙和装配式框架-剪力墙的有限元模型,分别模拟分析了不同位置处发生爆炸时两种框架-剪力墙结构的动态响应及破坏模式,并对灌浆套筒连接的装配式框架-剪力墙进行了抗爆性能评估。研究结果表明:灌浆套筒连接的装配式框架-剪力墙结构整体性差,主要原因是预制构件和坐浆层、现浇带之间存在新旧混凝土的薄弱粘结面,粘结面的界面接触在爆炸荷载下首先发生断开,然后爆炸冲击力在结构局部区域发生聚集,使得结构的变形较为集中,容易造成结构局部发生严重的脆性破坏;现浇框架-剪力墙结构具有较好的整体性,爆炸冲击力在结构内能够有效地传递,而且构件之间具有良好的协同作用,结构变形较为均匀,现浇框架-剪力墙的破坏为延性破坏;炸药在结构中不同位置发生爆炸时,爆炸冲击波直接作用的构件损坏严重,其它构件损坏较轻。     

框架结构中枪械弹药库混凝土墙体设计研究

针对某带枪械弹药库的公安大楼结构抗震设计问题,提出了在枪械弹药库楼层框架与混凝土防爆墙体之间加设钢筋连接并设置轻质填充材料竖向条带的构造措施,解决了相邻楼层刚度合理匹配的抗震设计问题,同时解决了防爆墙体设置的功能需求。建立了结构计算模型,在计算模型中考虑了枪械弹药库混凝土墙体构造特点,用PKPM-SATWE软件进行了结构计算分析,对比了混凝土墙体与框架不同连接构造及不同工况下结构的最大位移比和最大层间位移比,为工程设计提供了依据,工程实施效果良好。     

玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体结构工作性能试验研究

为发展村镇地区低层砌体房屋的低成本隔震技术,提出了一种玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统,该隔震系统由上下基础梁、玻璃珠-石墨滑移隔震层、上下基础梁间限位装置构成,根据受力需要,可在上下基础梁间设置砂浆棒,以实现对不同烈度区基础滑移启动荷载的有效控制。进行了4个不同构造的玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体墙试件的低周反复荷载试验,基于试验,分析了玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统的工作性能、砂浆棒控制作用、墙体滑移滞回性能、限位装置工作性能、墙体承载力和破坏特征。研究表明:玻璃珠-石墨基础滑移隔震系统工作性能良好,能显著减小上部砌体结构所受的地震作用;在隔震系统中加入砂浆棒提高了隔震系统的滑移启动荷载,实现了对滑移启动荷载的有效控制;限位装置可有效地限制滑动位移,同时在大震下限位钢杆有足够的强度,防止上部结构位移过大;达到极限滑动位移后,随着低周反复荷载的继续施加,试件墙体的损伤破坏过程及破坏形态与抗震墙体类似。玻璃珠-石墨基础滑移隔震砌体结构,适于村镇低层房屋隔震设计。     

钢板组合PEC柱-削弱截面钢梁组合框架抗震试验研究

为深入研究PEC柱-钢梁组合框架结构体系的抗震性能,设计了1榀两层单跨钢板组合截面PEC柱-削弱截面钢梁组合框架1∶2缩尺试件,并对其进行了低周往复荷载抗震试验。根据实测数据整理,得到了试验滞回特征曲线,并结合试验过程现象记录,分析了试件滞回特性、抗侧刚度退化规律、节点连接性能、耗能与延性和试件破坏模式等力学性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和较大的抗侧刚度;采取梁端截面削弱方式可实现梁端塑性铰位置远离节点区,且端板对穿螺栓连接能有效将梁端受拉翼缘拉力转化为对应边对节点区的压力,使得节点区形成了混凝土斜压带传力模式,提高了节点区抗震性能;试件滞回曲线较为饱满,在梁翼缘与端板连接焊缝存在施工缺陷情况下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比分别达到3.50%(推)/4.50%(拉)、2.92(推)/3.21(拉)和0.306,且承载力仍未下降至其极限承载力的85%,即试件结构具有良好的变形、抗震延性与耗能能力;该试件在循环往复荷载下呈现的破坏模式为梁削弱截面部位和PEC柱脚相继形成塑性铰的塑性机构。     

土与结构接触特性对地下结构地震反应的影响研究

以大开地铁车站为工程背景,采用数值模拟方法,以中柱层间位移角为评价指标,在弹性土体与弹性结构接触、弹塑性土体与弹性结构接触、弹塑性土体与弹塑性结构接触三种工况下分别计算接触面为绑定、接触面摩擦系数为0.2和0.4时的结构地震反应,同时考虑结构-土体的相对模量对接触特性的影响。提取峰值加速度时刻、峰值位移时刻和峰值速度时刻中结构变形程度最大的时刻,将接触面为摩擦设置时的中柱层间位移角与绑定连接条件下的层间位移角数值进行对比分析。结果表明:当材料力学特性不同时,接触特性对结构反应的影响程度也不同。改变结构的埋深,研究不同围岩约束能力下接触特性对地下结构地震反应的影响,结果表明浅埋时接触特性对地下结构地震反应影响程度较大,深埋时影响程度较小,且对于浅埋结构,峰值加速度时刻为结构地震反应最大时刻,对于深埋结构,峰值位移时刻为结构地震反应最大时刻。     

高温喷水冷却后方钢管再生混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究高温喷水冷却后方钢管再生混凝土的受力机理,设计了27个方钢管再生混凝土试件在高温喷水冷却后进行轴心受压加载试验。试验考虑的变化参数包括再生粗骨料取代率、历经最高温度和冷却方式。本文对试验的过程进行了简要的说明,观察了试件受力破坏的全过程,获取了荷载-位移曲线,峰值荷载并分析了特征点数据以及各变化参数对高温喷水冷却后方钢管再生混凝土短柱轴压性能的影响规律。试验结果表明:历经最高温度越高,试件破坏后核心混凝土的受损程度越严重。随着历经最高温度的不断提高,峰值荷载和轴压刚度整体呈下降趋势,温度在800℃时试件的延性最好,高温使得试件的耗能能力提高;随着再生粗骨料取代率的增加,峰值荷载的变化规律不明显,但取代率为75%的试件具有最高的峰值荷载,轴压刚度呈波动变化,取代率对延性影响较明显,对耗能影响较小;不同冷却方式对方钢管再生混凝土短柱的延性影响较大,对其它力学性能影响不显著。引入材料强度折减系数后,我国DBJ 13-51-2003规程和日本AIJ规程中计算方法可以较好地评估高温喷水冷却后方钢管再生混凝土短柱的轴心受压承载力。     

地下连续墙连接方式对地铁车站结构地震反应的影响研究

目前地铁车站设计中地连墙与车站主体结构之间常采用复合墙与叠合墙两种连接方式,本文基于有限元方法,针对不同连接方式导致结构地震反应差异的问题,采用ABAQUS建立了土-地下连续墙-地铁车站静动力耦合有限元分析模型,分析了地连墙与主体结构连接方式对地铁车站层间位移角、侧移位移反应、动态损伤演化规律等结构地震反应的影响。研究表明:叠合墙地铁车站相对复合墙车站地震损伤整体上显著降低,且具有更好的抗侧移刚度,两种连接方式改变结构的薄弱位置,但两种连接方式中板的中间跨两端都是薄弱位置,应给予足够的重视。     

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。     

设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座框架结构地震响应分析

抗拔型三重摩擦摆隔震支座是一种新型隔震支座。以框架结构为例,利用ANSYS软件建立了6层和10层普通抗震结构和带该支座的基础隔震结构模型;通过模态分析,得到了结构的自振周期;通过地震响应分析,提取了6层框架隔震层和顶层的位移、加速度和剪力时程曲线,并提取了不同层数不同结构类型的各层间位移、加速度幅值。结果表明:与抗震结构相比,基础隔震结构周期显著增大;隔震结构的变形主要集中在隔震层,隔震层以上的结构基本为整体平动,结构的地震位移反应得到了有效的减小;采用抗拔型三重摩擦摆隔震支座能降低结构地震加速度反应;设置抗拔型三重摩擦摆隔震支座的多层数隔震结构的能量衰减不如低层数的隔震结构迅速。     

钢管混凝土-钢板耗能键结构抗震试验与承载力模型

提出了钢管混凝土-钢板耗能键结构,进行了2个钢管混凝土-钢板耗能键结构1/5缩尺模型的低周反复荷载试验,1个结构模型的高跨比为1.0,1个结构模型的高跨比为2.0。试验分两阶段进行:第I阶段试验加载至1/50位移角结束;之后,对第I阶段损伤模型采用钢管边框间两侧贴焊薄钢板方式修复,作为新的试件进行第II阶段试验。比较分析了它们的承载力、延性、耗能、刚度及退化过程和滞回特性。基于试验,建立了该结构的承载力计算模型,模型中钢板耗能键简化为桁架模型。在试验与分析的基础上,提出了该结构的抗震设计建议。研究表明:钢管混凝土-钢板耗能键结构具有良好的抗震性能,对不同高跨比的试件均具有较好的震后可修复性能,可用于结构抗震设计。