SRC-RC转换柱中钢与混凝土的共同工作

型钢混凝土-钢筋混凝土(SRC-RC)竖向混合结构是下部采用型钢混凝土(SRC)结构、上部采用钢筋混凝土(RC)结构的特殊结构形式.SRC-RC转换柱是该结构中用于连接下部SRC柱与上部RC柱的转换构件.SRC-RC转换柱由于具有型钢局部存在于柱中下部的特点,钢与混凝土之间的共同工作问题较为突出,导致转换柱产生了特殊的破坏方式.通过对16个SRC-RC转换柱试件和1个钢筋混凝土柱对比试件的低周反复荷载试验,研究了转换柱中钢与混凝土的共同工作,给出了力学模型.研究结果表明:给出的模型可以较好地的说明型钢与混凝土之间的内力传递,并可用于分析转换柱试件的破坏机理;配钢率增大,型钢承担更多的剪力,整个加载过程中混凝土的损伤更为严重;采用型钢截断位置的局部加密和沿柱全高加密两种方式对部分试件采用箍筋加密措施,均取得了较好的效果,增加箍筋的数量可以有效缓解型钢局部存在的不利影响;减小配钢率有利于改善转换柱的滞回性能和变形能力.     

SRC-RC竖向混合结构转换柱型钢保护层厚度分析

对16根试件进行了低周反复荷载试验研究.研究发现:由于转换柱试件的剪切作用明显,因此增加箍筋数量能够明显提升转换柱屈服后的变形能力,改善抗震耗能能力;影响型钢翼缘保护层厚度的主要因素包括试件的构造措施、轴压力大小以及钢与混凝土之间的粘结性能;当构造措施无法避免临界剪切斜裂缝的出现时,型钢翼缘保护层承担了较大的轴压力,存在负荷过大而压溃的可能,这种破坏方式将导致箍筋约束作用无法得到充分发挥,转换柱的抗震性能无法得到保证.为了保证型钢与混凝土之间的共同工作效果,防止转换柱破坏前型钢翼缘保护层压溃,型钢翼缘保护层不应小于0.2倍的截面高度,且不小于50 mm.     

型钢混凝土柱抗震性能实验研究

通过对8根剪跨比为3,十字型钢混凝土柱进行了低周反复荷载实验,研究型钢混凝土柱的抗震性能. 主要分析了实验构件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性系数和耗能能力,并探讨了体积配箍率对型钢混凝土柱抗震性能的影响,通过实验数据的拟合给出了型钢混凝土柱的延性与体积配箍率的关系式. 实验结果证实十字型钢混凝土柱构件具有良好的抗震性能,而且体积配箍率是影响型钢混凝土柱构件延性的一个重要因素,对构件的抗震性能的改善具有非常明显作用.     

端部箍筋配置对RC柱变形机理影响的研究

为了研究调整箍筋的配箍方式对控制和预测RC柱构件的变形机理,在主筋相同但箍筋的配置方式及配箍率不同的6个试件的弯剪试验中,分析不同端部箍筋配置条件下试验柱的荷载—变形关系、R=1/50范围内各构件的性能、探讨承载能力极限状态的变形,端部箍筋配置条件对反复荷载下试验柱的极限承载能力和稳定性具有明显的影响;对同一变形角、不同配箍方式的试件,在反复荷载作用下,强度降低的差别较大;构件的变形量主要集中在箍筋加密区的两端,其次集中在回转角较大的位置;对柱端部箍筋进行加密,可以控制裂缝的发展以及剪切变形,而且从监测点的位移矢量分布情况可以得知,所有检测点的位移矢量均由加密区指向未加密区的趋势。     

低周反复荷载下弯剪破坏钢筋混凝土柱的变形性能

为研究地震作用下弯剪破坏钢筋混凝土(RC)柱的变形性能,对24根不同剪跨比、轴压比及配箍率的RC柱进行了低周反复试验.分析了剪跨比、轴压比和配箍率对柱滞回曲线、骨架曲线及变形能力的影响,研究了RC柱的地震破坏模式以及不同破坏模式下柱的弯曲位移、剪切位移及滑移位移在总水平位移中所占比例和变化规律.结果表明,反复荷载下RC柱会发生弯曲、剪切及弯剪3种典型破坏.当剪跨比较小、轴压比较大且配箍率较小时,RC柱易发生弯剪破坏或剪切破坏,试件的耗能能力和延性较差,表现为滞回环面积和极限位移较小.当RC柱发生弯剪或剪切破坏时,弯曲位移在总水平位移中所占比例较小,剪切位移所占比例较大,钢筋拔出产生的滑移位移所占比例约为30%~40%.     

十字形截面钢-混凝土组合异形柱受力性能及有限元分析

为解决十字形截面异形柱的薄弱问题,在钢筋混凝土异形柱内部添加型钢以改善其受力性能。对不同轴压比和不同配钢形式的钢-混凝土组合异形柱进行拟静力试验,对比柱根部的型钢应变、箍筋应变、混凝土应变的变化规律。研究表明:添加型钢可明显改善试件的受力性能。T形钢的腹板和翼缘的竖向应变大于实腹式配钢试件中的型钢腹板和翼缘的应变。腹板箍筋中与剪力方向平行箍肢的应变大于与剪力方向垂直的箍肢的应变,添加型钢可提高异形柱腹板的抗剪性能。在试验的基础上,采用有限元软件进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。     

剪切-黏结破坏高延性混凝土短柱拟静力试验研究

为研究高延性混凝土(HDC)短柱发生剪切-黏结破坏时的抗震性能,对7个HDC短柱和1个RC短柱进行了拟静力试验研究,分析轴压比和配箍率对HDC短柱滞回特性、承载力、变形能力和耗能能力的影响.试验结果表明:RC短柱和HDC短柱均发生剪切-黏结破坏,RC短柱沿纵筋的黏结裂缝充分开展后保护层大面积剥落,其破坏形态具有明显脆性,而HDC短柱沿纵筋的黏结裂缝在纤维桥联作用下得到良好控制,未见保护层剥落,其破坏表现出延性特征;与RC短柱相比,HDC短柱的变形能力和耗能能力均有明显提高,HDC短柱的极限位移角提高幅度为43%～112%,极限位移角处累积耗能提高幅度为39%～184%;HDC短柱在不同性能水平下的层间位移参考指标明显大于RC短柱,有利于实现抗震性能设计.     

箍筋不同配置钢筋混凝土柱的力学性能分析

为进一步明确柱箍筋配置对钢筋混凝土(RC)柱的力学性能影响,以柱箍筋不同配置形式为主要研究参量,浇注4根RC柱试件。对各试件进行反复加载试验,研究各试件的滞回曲线、剪切变形、轴向变形、刚度退化及能量耗散系数等。结果表明：对柱箍筋进行加密,有增大试件的最大承载力和控制试件破坏之前的剪切变形和轴向变形的作用;随着箍筋加密区的增大,试件的延性和耗能性能提升。而柱箍筋加密对试件的屈服荷载、初始刚度、第二刚度及刚度退化等没有明显的影响。     

SRC-RC竖向混合结构转换柱构造措施与受力性能

通过7个转换柱试件和1个钢筋混凝土柱对比试件的低周反复荷载试验,研究了采用不同构造加强措施转换柱的受力性能.结果表明:7个转换柱试件均产生了剪切破坏,破坏发生在转换柱上部的钢筋混凝土部分;转换柱试件表现出较RC柱试件更好的承载能力;具有不同构造特征转换柱的延性性能与变形能力表现出较大的差异,位移延性系数为1.97～5.99,极限侧移角为1/54～1/21,说明不同构造的加强效果差异较大.当转换柱的侧移角达到1/50时,设置构造加强措施5个转换柱试件的强度退化率均高于0.9,说明转换柱具有较强的抵抗反复荷载的能力,承载力具有良好的稳定性.转换柱试件骨架曲线上各特征点对应的割线刚度高于钢筋混凝土柱,介于钢筋混凝土柱与型钢混凝土柱之间.     

高轴压比下BCCS高强混凝土柱拟静力试验研究

进行高轴压比下比例为1/2的9个密置焊接环式复合箍筋约束(BCCS)高强混凝土柱试件和1个对比试件的低周反复加载试验。研究轴压力比、配箍率和配箍形式对柱变形性能和滞回特征的影响。研究该类构件的破坏过程、破坏形态、滞回曲线、延性性能、耗能性能,分析塑性铰区域剪切变形角。研究结果表明:所有试件最终破坏均呈倒三角形的弯曲型破坏形态;塑性铰区域的剪切变形角较小,对试件弯曲变形的影响可忽略。在高轴压比下,全部BCCS高强混凝土柱试件都具有较饱满的滞回环,无明显的捏缩现象,表明这种柱的耗能性能较好;另外,随着轴压比的提高,其耗能性能降低,骨架曲线的强度下降段较陡,延性性能较差;随着箍筋间距的减小(配箍率的增大),其耗能性能提高,骨架曲线下降段愈平缓,延性性能愈好;与普通复合箍筋的对比试件相比较,BCCS效果更好,且延性性能更好,耗能更大。     

考虑变形影响的钢筋混凝土圆柱受剪承载力计算模型

准确计算钢筋混凝土(RC)圆柱的受剪承载力是进行延性抗震设计的关键,可有效防止脆性剪切和弯剪破坏模式发生。基于已有的RC圆柱拟静力试验结果,分析了RC圆柱的地震破坏模式和受剪承载力确定方法,在理论分析的基础上提出了考虑变形(位移延性)影响的RC圆柱受剪承载力计算模型,并与现有模型进行了比较。研究结果表明,地震作用下RC圆柱的受剪承载力随塑性铰区变形的增加而减小;弯剪破坏模式下,RC圆柱的受剪承载力取决于塑性铰区剪切破坏发生时对应的水平荷载而非骨架曲线上的峰值荷载;所提出的模型能有效反映变形对RC圆柱受剪承载力的影响,计算结果与试验数据吻合较好,可用于不同地震破坏模式RC圆柱受剪承载力计算。     

及有限元参数化分析

为研究实腹式型钢混凝土(SSRC)十字形异形柱的抗震性能,对4个不同轴压比、配钢率、加载方向的SSRC十字形异形柱进行了低周反复加载试验,分析了各试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、位移延性.试验结果表明:当剪跨比较大时,试件发生弯曲破坏;试件的滞回曲线比较饱满;位移延性系数均大于3,破坏位移角在1/28~1/16之间.采用ANSYS对试件进行有限元分析,考虑型钢与混凝土之间的粘结滑移,分析比较了轴压比、配钢率及加载方向三个参数对试件承载力及延性的影响,有限元分析结果与试验结果吻合较好.试验及有限元分析均表明:SSRC十字形异形柱具有良好的延性、塑性变形能力,可以应用于高抗震设防烈度区的多高层建筑中.     

钢筋混凝土柱变形性能指标限值及其试验验证

基于收集的469个钢筋混凝土(RC)柱低周往复荷载试验结果,对RC柱破坏形态的影响因素进行研究,提出以剪跨比和弯剪比为参数划分RC柱破坏形态的方法.根据我国现行规范将RC柱的抗震性能状态划分为7个等级,基于构件的力-位移角骨架曲线的3个关键性能点(屈服点、承载力退化20%点及丧失承载能力点)提出RC柱各性能状态变形指标限值的确定方法.结合469个RC柱试验结果的回归分析,确定不同破坏形态RC柱的变形性能指标限值,并对该变形性能指标限值体系进行易损性评估.进行11个RC柱的拟静力试验,利用试验结果进一步验证本文提出的RC柱变形性能指标限值.结果表明:本文提出的RC柱变形性能指标限值的准确性、离散性及超越概率均在合理范围内.     

核心型钢混凝土柱抗震性能试验及数值模拟

在低周反复荷载作用下,对1个钢筋混凝土柱和8个核心型钢混凝土柱进行试验,研究核心型钢配钢率和轴压比对试件抗震性能的影响.研究结果表明,试件抗震性能随着核心型钢配钢率的增加得到显著改善.采用有限元软件ADINA对试件进行非线性有限元全过程分析,计算得到的试件骨架曲线、应力应变分布和裂缝发展情况与试验结果吻合良好.     

SRC-RC 竖向混合结构转换柱刚度退化全过程分析

为了研究SRC-RC竖向混合结构中转换柱的刚度退化规律,设计并完成了17根试件的抗震性能试验,包括16根转换柱试件和1根钢筋混凝土柱对比试件。试验得到了转换柱的特征点刚度。转换柱的弹性刚度高于钢筋混凝土柱;试件的刚度随型钢延伸高度的增大呈现先降后升的变化规律;增大轴压比可以提升试件的刚度;型钢的配钢率对侧移刚度的影响相对较小。转换柱刚度退化的全过程可分为3个阶段,呈现出先快后慢的规律。刚度退化在混凝土开裂至试件屈服阶段较为迅速,屈服后则相对平缓。转换柱试件与钢筋混凝土柱对比试件具有相似的刚度退化规律。以16根转换柱试件为基础,对刚度退化曲线进行了拟合并给出了公式,可为混合结构的设计提供参考。     

框支-短肢剪力墙结构中斜柱转换结构的抗震试验研究

通过对两个单榀框支—短肢剪力墙斜柱转换结构在竖向荷载及水平荷载共同作用下的静力试验,分析了构件内应力的分布状态、试件的破坏形态、荷载传递以及转换梁的受力性能和构件的抗震性能。试验结果表明框支—短肢剪力墙斜柱转换结构具有较好的抗震性能。同时提出了在工程实践中该结构设计应注意的问题。     

高强钢骨混凝土柱的抗剪承载力计算

根据11根高强钢骨混凝土短柱的试验结果,分析了同时承受剪力、轴向压力和弯矩的高强钢骨混凝土柱的抗剪承载力及型钢构件的极限承载力·根据试验及相关资料,分别对钢骨混凝土柱的不同破坏模式、传力机理及剪切强度进行了分析,并利用实测数据回归建立了高强钢骨混凝土柱的抗剪承载力计算公式·试验结果表明该公式具有较高的精度,建议采用·     

近断层竖向速度脉冲地震作用对RC柱抗剪性能的影响

以单个RC柱为分析对象,采用台湾集集地震中3组断层距18条速度脉冲型地震动记录,通过非线性动力时程分析,研究断层距、竖向与水平加速度谱值比、柱初始轴压比、竖向和水平振动周期以及剪跨比对RC柱抗剪性能的影响规律。结果表明:近断层竖向速度脉冲地震作用对RC柱的抗剪性能有很大影响;抗剪性能系数随反应谱比值增大而减小,中等初始轴压比与断层距、以及剪跨比与近断层距(0～10km)对柱抗剪性能有交互作用。最后,对结果进行非线性回归分析,建立了考虑近断层竖向速度脉冲地震效应及其影响因素交互作用的抗剪性能系数表达式。     

BFRP与CFRP加固混凝土短柱抗震性能试验研究

对5根采用玄武岩纤维布和碳纤维布加固的混凝土短柱和1根对比柱进行了低周反复荷载试验.试验表明,玄武岩纤维布环向包裹加固能显著改变混凝土短柱的破坏形态,提高混凝土短柱的抗剪承载力、延性和耗能能力.相同工况下,玄武岩纤维布加固短柱的抗震性能与碳纤维布加固的短柱相近.玄武岩纤维布因低廉的价格和较好的综合力学性能,在抗震加固领域将有较好的应用前景.