空腹桁架结构在低周反复荷载作用下的试验研究

本论文通过对一个缩尺的空腹桁架结构模型试件的低周反复加载试验及其分析,研究空腹桁架结构在恒定竖向荷载和低周反复水平荷载共同作用下的破坏机理和抗震性能,包括破坏模式、极限承载力和滞回性能、耗能能力、刚度的变化情况、结构的延性等,并与一个混合桁架结构试件进行了对比。     

竹集成材钉节点抗剪性能试验研究

为研究铁钉直径和夹角对节点的破坏模式及承载力、滞回特性、刚度退化、耗能能力等性能的影响,对50个竹集成材（laminated bamboo lumber,LBL）钉节点进行单调和低周反复荷载试验. 结果表明：不同加载模式下的节点破坏模式存在明显区别. 单调荷载作用下,节点的破坏模式主要表现为铁钉“双铰”模式和钉杆下部的纤维压碎破坏. 而在低周反复荷载作用下,大部分的铁钉发生了由于反复弯曲变形所致的疲劳断裂破坏,这种破坏现象却极少发生在振动台试验和实际的地震中. 铁钉直径是影响钉节点受力性能的主要因素,节点的承载能力和刚度随铁钉直径的增加而显著提高,而夹角对节点的力学性能影响较小. LBL钉节点单调加载试件的承载力和刚度均比低周反复荷载加载试件高. 加载初期试件的荷载-位移滞回曲线形状不饱满,具有明显的“捏缩”现象. 试件的累积耗能随铁钉直径增大而增加,并随加载角度增大而减小. 研究成果可为LBL钉节点的设计提供理论依据,并加速其在土木工程领域的应用.     

不同加载模式下弯剪破坏RC桥墩抗震性能试验研究

为研究不同地震荷载对钢筋混凝土(RC)桥墩抗震性能的影响规律,采用单调、标准变幅循环和等幅低周疲劳加载对9个轴压比分别为0.05和0.15的RC桥墩进行拟静力试验,考察了不同加载模式下RC桥墩的破坏特征,对比分析了其强度和刚度退化、滞回耗能及残余变形,最后回归了弯剪破坏型RC桥墩低周疲劳寿命与位移角的关系．结果表明：低周疲劳荷载下,随位移幅值的增大,试件残余变形和平均单周耗能均增加,加载循环次数减少且强度和刚度退化严重,在临近破坏时退化最显著;随轴压比的增大,平均单周耗能和累积耗能均增加,但残余变形减小,试件塑性变形能力减弱．单调荷载下试件延性最好,变幅循环和等幅低周疲劳荷载均会削弱试件变形性能,随低周疲劳加载位移角的增加,试件的强度和刚度明显退化,低周疲劳寿命减少．     

广府木祠堂箍头榫节点力学性能试验研究

以岭南地区具有代表性的广府木祠堂建筑为研究对象,分别进行了1榀菠萝格木构架缩尺模型的竖向加载与1榀木构架缩尺模型的水平低周反复加载试验,研究广府木祠堂箍头榫节点的力学性能.通过木构架的竖向荷载试验,获取箍头榫节点在竖向荷载作用下的破坏形式、受力特点和刚度特性;从木构架的水平低周反复荷载试验中,得到箍头榫节点在水平荷载作用下的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化及能量耗散能力等性能.试验结果表明,木构架在梁跨中竖向荷载作用下为梁底部木纤维突然拉断而破坏;而木构架在水平低周反复荷载作用下为节点梁端外侧被挤压劈裂破坏,箍头榫节点呈现出典型的半刚性,其滞回曲线较为饱满,割线刚度曲线呈下凹型且趋于收敛,等效粘滞阻尼系数较大,试件表现出较好的抗震性能.     

带SRC边框低剪力墙的抗震性能试验研究

根据5片带SRC边框、1片带RC边框低剪力墙试件在恒定竖向荷载和低周反复水平荷载下的试验,对带SRC边框低剪力墙的抗震性能进行了初步研究.探讨了带SRC边框低剪力墙的破坏形态、变形能力、耗能性能,提出了其抗剪承载力的计算公式.     

钢管再生混凝土柱在低周反复荷载作用下的对比试验研究

通过对一根钢管普通混凝土试件和一根钢管再生混凝土试件进行低周反复荷载试验,从破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线分析试件的承载力、延性以及耗能能力。结果表明,钢管再生混凝土试件与钢管普通混凝土试件的破坏模式和受力性能基本相似,在相同的轴压比下,钢管再生混凝土试件与钢管普通混凝土试件一样,均具有良好的承载能力、延性性能以及耗能能力。     

装配式钢管密肋保温复合墙体抗震性能试验研究

为研究钢管分布形式对钢管密肋保温复合剪力墙墙体抗震性能的影响,设计制作了4片缩尺比为1∶2的装配式钢管密肋保温复合剪力墙墙体,通过对1片剪力墙墙体的轴压试验和3片剪力墙墙体的低周往复荷载试验,研究了墙体的破坏形态及模式、承载能力、滞回特性、骨架曲线、刚度退化以及变形和耗能性能.试验结果表明:对于竖向荷载作用下的密肋复合墙体,由于在肋柱中布置了钢管,其抗压承载力显著提高;对于低周往复荷载作用的密肋复合墙体,其主要破坏形态为整体剪切破坏,且基本按照“填充砌块—肋格—边框柱”的顺序破坏,与普通钢筋密肋复合墙相比,钢管密肋保温复合墙的抗剪承载力提高了112％,同时具有良好的变形能力和耗能性能.研究结果完善了装配式密肋复合板结构体系,为密肋复合板结构应用于高层住宅建筑提供了理论依据.     

再生混凝土空心砌块墙体的抗震性能

通过对3片不同竖向荷载作用下的再生混凝土空心砌块墙体进行水平低周反复荷载试验,考察了墙体的受力性能、破坏机理及承载能力,分析了其滞回特性、骨架曲线、延性、耗能等抗震性能.研究结果表明:再生混凝土空心砌块墙体在无竖向荷载的情况下,破坏时的裂缝数量较少,主裂缝明显;在施加竖向荷载的情况下,破坏时无明显主裂缝,结构受力均匀.墙体的滞回曲线较饱满,延性较好,耗能能力较强,抗震性能良好.试验墙体的刚度退化趋势大致相同,墙体的初始刚度较大,开裂后刚度退化迅速.     

梁柱式木结构加固方法及抗侧力性能试验研究

为研究梁柱式胶合木结构在加固后的抗侧力性能,对9榀单层单跨梁柱式木框架足尺试件进行了低周反复荷载试验,其中3榀为未损坏对照组试件,6榀为加固组试件.考虑了节点区域包裹碳纤维布(FRP)和植入自攻螺钉2种加固方法,及纯框架和隅撑框架2种结构体系形式.根据试验现象和试验数据的分析,探讨了木结构加固方法的可行性,对比了不同方法的效果和差异,研究了各组试件在反复荷载作用下的破坏模式、刚度、变形和耗能等力学性能.结果表明,2种加固方法均可以有效地抑制裂缝开展,并能够恢复结构的强度、刚度、耗能等力学性能;受损的梁柱式木结构框架,采用节点区域加固并增设隅撑,结构的抗侧力性能可以得到显著的提高.     

大尺寸条石无浆砌缝力学性能试验

开展10个花岗岩无浆叠砌双剪试件的低周反复加载试验,试验主要参数包括竖向压应力和石材界面处理工艺.根据试验结果分析砌缝的界面损伤特征、滞回性能、耗能能力及抗剪强度.试验结果表明:砌缝受力经历弹性、界面磨损和滑移摩擦3个阶段;试件滞回曲线形状呈饱满矩形,表现出良好的变形性能及耗能能力;随着竖向压应力水平的提高,砌缝滞回耗能总量增加;受限于加工技术精度,机切与抛光界面表现为局部不平整接触,导致往复荷载作用下界面发生类“犁沟效应”,界面动摩擦力因类“犁沟效应”有所增大;机切面、抛光面和荔枝面试件的平均动摩擦系数分别为0.84,0.82,0.75.最后,提出无浆砌缝抗剪强度计算公式,可为无浆砌石墙的设计和研究提供参考.     

循环荷载下黄土地区桩基础抗拔承载力计算

为研究竖向循环荷载对桩基抗拔承载力的影响,基于现场试验分析了循环荷载下循环次数、循环荷载比对循环位移比的影响规律,总结了循环作用下的抗拔系数与循环位移比的关系,建立了基于循环位移比的桩基础抗拔承载力计算模型。研究结果表明：相对于单一拉拔荷载,循环荷载下桩基础的承载能力衰减更快,两种情况下桩基的承载力计算方法不可等同;循环荷载比和循环次数是影响桩基承载能力的重要因素,循环拉拔作用下循环次数大于2或循环拔压作用下循环拔压荷载比大于5∶4时,循环荷载对桩基承载力有较大的削弱作用;循环位移比对桩基承载能力的衰减存在放大作用,当循环位移比达到0.8时,桩基承载能力的衰减率达到50%,因此实际工程中应合理控制循环位移比的大小;提出了黄土地基中循环荷载作用下桩基承载力计算模型,通过案例表明,新提出模型计算的抗拔承载力与实测值误差较小,验证了模型的准确性和可靠性。研究结果为循环荷载作用下桩基础抗拔承载力的计算提供了宝贵的借鉴。     

光圆螺杆加强胶合木梁柱螺栓节点抗侧性能

采用光圆螺杆对节点进行横纹加强,并通过进行胶合木螺栓连接梁柱节点在有、无光圆螺杆加强时的单调和低周往复加载试验,研究了节点的刚度、延性、承载力、破坏模式和抗震性能.结果表明:普通节点裂缝出现较早且发展迅速,主要破坏模式为劈裂破坏;采用光圆螺杆加强后,节点的主要破坏模式为销槽承压破坏和螺栓弯曲破坏,并且节点的承载力、延性和抗震性能得到了明显提高.     

雀替型阻尼器加固箍头榫木框架结构的抗震性能

为研究广府古建筑木结构的抗震性能及加固方法,采用菠萝格木材,设计并制作了两榀不同结构形式的典型广府木祠堂箍头榫框架,提出并制作了用于木结构榫卯节点加固的雀替型阻尼器,对雀替型阻尼器加固前后的木框架进行低周往复荷载试验,研究结构的抗震性能及阻尼器的加固效果。研究结果表明：阻尼器可以弥补初次加载产生的损伤,在转角不大时给残损的榫卯节点提供较高的初始刚度,并在榫卯节点自身开始闭合时与之协同受力,提高节点刚度、极限承载能力和耗能能力,使得加固试件的极限承载能力高于未加固试件;未加固试件经过加载,出现了榫卯脱离、榫卯局部压屈现象,加固试件的破坏形式主要为榫卯脱离、榫卯局部压屈和竖向顺纹劈裂裂缝;各节点的滞回曲线呈现明显的“捏缩”现象,榫卯节点强度退化系数均大于0.83,在循环荷载作用下表现出稳定的承载性能,随节点转角的增大,各节点的环线刚度、等效粘滞阻尼系数呈现逐渐减小并趋于稳定的趋势;边跨框架试件节点的等效粘滞阻尼系数逐渐稳定于0.1～0.2,而中跨框架试件节点的等效粘滞阻尼系数逐渐稳定于0.05～0.1,且经过阻尼器加固,边跨框架与中跨框架试件的总滞回耗能分别提高了67%和19%。     

两边连接竖向加劲式钢板剪力墙试验研究

通过对两个1:3的两边连接竖向加劲式钢板剪力墙试件进行低频往复循环加载,研究了结构的初始刚度、滞回性能、承载能力以及破坏机理等性能指标,从而对结构的抗震性能进行了评估.试验研究表明,两边连接竖向加劲式钢板剪力墙作为抗侧力构件承担了大部分侧向力,在弹性阶段产生了预期的屈曲破坏,主要表现为角部钢板的撕裂和鼓曲;在钢板墙破坏后期可以观察到在对角线方向形成了明显的拉力带.因此,非常适合在地震高烈度区进行推广.     

大偏心距夹心梁柱节点抗震性能试验

完成了3个梁柱偏心距大于1/4柱宽的夹心十字型平面节点试件的低周反复加载试验,对试件的抗震性能、损伤过程、失效模式、位移延性、节点区受剪承载力等方面进行了分析。结果表明此类偏心夹心节点具有良好的承载能力和抗震性能,并且可以用X筋替代部分节点区箍筋承担节点区剪力,但梁筋在节点区的锚固性能较弱。与普通夹心节点相比,大偏心夹心节点核芯区附近柱纵筋受力较为不利。     

循环荷载作用下高强螺栓端板节点抗震耗能性能

为研究高强螺栓端板节点的抗震耗能性能,进行了7个连接件的循环加载试验,分析了钢管和螺栓的两种典型破坏模式以及钢管柱壁厚、螺栓直径、螺栓孔横向间距、螺栓个数,以及钢管柱截面尺寸对连接件耗能能力的影响。研究结果表明:高强螺栓端板连接件的破坏模式与钢管管壁厚度和螺栓强度有关;增大钢管柱壁厚、螺栓直径和截面尺寸以及增加螺栓个数和减少截面尺寸均能提高节点的耗能能力,增大钢管柱壁厚对节点的耗能性能的提高最为显著。     

反复荷载下预压装配式框架接合部受力性能

通过两榀预应力预压装配式梁柱组合体在低周反复荷载下的试验,了解了预压装配式框架节点两侧梁端应变分布及受力状态,确定了梁端组合截面屈服荷载和极限荷载,并给出接合部正截面承载力的计算方法。试验表明,反向加载存在掀起效应。从控制变形和裂缝的角度来考虑,应将承载能力予以折减。     

往复荷载下高强砖组合墙体承载力与变形研究

对一种新型高强度烧结砖组合墙体的承载能力与变形能力进行了研究.针对传统组合墙体砌块材料强度较低且墙体高宽比较小的情况,采用新型高强度的烧结页岩粉煤灰砖做材料,设计了高宽比分别为1.4和2.3的2组试件,研究了高宽比、竖向压应力以及纵向和水平配筋率等因素对墙体抗侧力和延性的影响.7片墙体的低周反复荷载试验结果表明在其他参数相同的条件下,高宽比较大的墙体,其抗侧承载力明显低于高宽比较小的墙体,但是其延性明显要好.对2种墙体在低周反复荷载和单向静力荷载作用下的承载能力与延性进行对比,结果表明在低周反复荷载作用下,配筋率越低的墙体延性越好;相反,在单向静力荷载作用下,提高墙体约束柱的配筋率,在一定范围内可以增加墙体的延性;这种墙体具有较高的抗侧能力和良好的变形能力,具有较高的实用价值.     

方钢管混凝土柱抗震性能试验研究和仿真分析

针对长细比等参数对方钢管混凝土柱的抗震性能的影响,设计制作6个方钢管混凝土柱试件,采用足尺比例的试件进行了低周反复荷载作用下的抗震性能试验,并在试验基础上采用有限元软件Abaqus进行了数值模拟分析,取得了较好的一致性.试验结果表明,钢管混凝土具有较好的塑性变形能力.随含钢率增加,钢管混凝土柱的耗能能力提高;随轴压比增大,试件的水平承载能力提高,刚度和耗能能力降低;随长细比增大,试件的水平承载能力和刚度降低,耗能能力下降.     

加载方式对装配整体式剪力墙结构竖向变形影响模拟分析

准确掌握高层装配整体式剪力墙结构的竖向变形规律对保障施工质量与结构安全具有重要意义。为获得较为精确的装配整体式剪力墙结构竖向变形规律，本文以太原市某高层装配整体式剪力墙结构为例，基于BIM三维模型及施工进度模拟，基于装配式结构施工特点提出了精确荷载加载方式，考虑一次性加载和精确荷载加载方式两种不同加载方式的影响，利用ETABS软件对装配整体式剪力墙结构不同荷载加载模型的施工全过程荷载及竖向变形进行模拟，将模拟结果进行比对分析。结果表明：加载方式对装配整体式剪力墙结构竖向变形计算结果影响较大；考虑装配式结构施工特点的精确荷载加载方式模拟所得竖向变形峰值约为一次性加载竖向变形峰值的61%；相比预制构件，现浇构件变形结果受加载方式影响更大，而预制和现浇构件竖向变形的相互作用将加剧加载方式对结构变形的影响；ETABS竖向变形模拟值可为结构标高预补偿施工方案的确定提供参考，有助于弥补结构施工后变形，优化施工效果。