梁-柱节点抗连续倒塌性能研究进展

结构的连续性倒塌一直是土木工程领域关注的焦点，而梁柱节点作为结构体系传递荷载的关键部位，其一旦遭受破坏，就可能造成结构连续性的倒塌倾覆，进而造成无法估量的损失。本文简要介绍了整体结构的两种不同的连续倒塌的形式以及四类主要的抗倒塌设计方法，结合已有研究成果从抗连续倒塌模式、抗连续倒塌机制以及抗连续倒塌性能三个方面总结了节点破坏导致的连续性倒塌研究现状。结合应用及研究热点，从试验研究和数值分析角度分别对装配式梁柱节点和自复位梁柱节点的研究进展进行了阐述。最后提出一种基于超弹性形状记忆合金的新型自复位梁柱节点，并对设计方法、抗倒塌性能以及抗震性能的研究进行了探讨。     

考虑黏结滑移RC框架结构抗倒塌性能分析

钢筋混凝土框架梁在倒塌过程中会经历大变形受力阶段,为研究钢筋黏结滑移效应对其抗倒塌性能的影响,特别是悬索阶段的受力特性,基于OpenSees非线性有限元分析平台以及一组钢筋黏结滑移模型参数,采用梁柱节点单元对约束梁子结构试验进行了数值验证,计算结果有效反映了结构的弹性与塑性变形、压拱效应以及悬索阶段的受力特性,且与试验结果吻合良好.基于计算结果,对一榀单层和一榀三层平面框架结构的试验结果进行了数值模拟,并分析了层数和跨数对平面框架结构抗倒塌性能的影响以及倒塌受力机理.     

钢框架栓焊连接梁柱子结构抗倒塌性能分析

对钢框架中栓焊连接节点的两跨三柱型梁柱子结构进行单调静力加载试验,分析了在连续倒塌条件下试件的破坏模式和抗连续倒塌机理.试验结果表明:试件破坏表现出多次、间断性破坏特征,先是失效柱梁柱节点处梁端受拉翼缘发生断裂,进而梁端受拉翼缘与边柱连接附近处发生断裂;试件因两跨梁协同工作在后期阶段可提供高于前期受弯阶段的承载力,表现出较为富余的后期强度储备.同时对影响钢框架梁柱子结构抗连续倒塌性能的边界条件(边柱刚度和周边构件约束)进行数值分析,若边柱足够梁端约束,则周边构件对结构抗倒塌承载力的提高影响较小.     

ECC/RC键槽节点装配整体式梁柱结构 倒塌性能试验研究

为了研究键槽连接节点装配整体式梁柱结构倒塌性能以及不同后浇混凝土对其性能的影响,完成了2榀单层两跨梁柱结构的移柱静力加载试验,其分别在节点键槽处后浇普通C30混凝土、高延性ECC混凝土.试验获取了构件力-位移曲线、破坏形态以及变形性能等试验数据.研究结果表明:键槽连接节点梁柱结构在满足常规抗震荷载要求下,变形过程中能较好地形成梁机制、压拱机制以及悬索机制,是一种较好的装配式结构可采取的抗倒塌节点形式.依靠ECC高延性、高极限压应变等优越的材料性能,ECC键槽节点梁柱结构能表现出更高的承载能力以及更好的节点延性.钢筋与混凝土之间的局部不均匀相对滑移有利于结构发展大变形,提高结构的抗倒塌性能.     

地震作用下RC框架结构抗连续倒塌数值分析

为研究地震作用下钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能,基于OpenSees非线性有限元分析平台,选用包含远场、近场及人工地震波在内的8条地震波,采用增量动力分析方法,对一榀移除中柱的试验框架结构在地震作用下的抗连续倒塌性能进行了分析,结果表明,在所选水平与竖直方向地震波共同作用下,所分析的试验框架结构在8度罕遇地震作用下未发生倒塌,具有充足的抗连续倒塌能力及较好的抗震性能.竖向地震作用会明显加剧损伤结构的竖向连续倒塌风险,水平地震作用也会减弱损伤结构的抗倒塌能力.     

半刚接钢框架结构抗竖向连续倒塌动力响应分析

基于向量式有限元建立半刚接钢框架结构模型,考虑初始变形,采用将构件拆除前后的静力分析和动力分析全过程统一的瞬时卸载法．通过对一平面半刚接钢框架结构进行动力非线性分析,研究底层不同柱失效后剩余结构抗竖向连续倒塌动力响应,对比不同节点转动刚度对钢框架结构抗倒塌性能的影响．结果表明,节点转动刚度对钢框架结构抗竖向连续倒塌影响较大,因此在研究钢框架结构抗竖向连续倒塌时有必要考虑梁柱真实连接刚度．     

GFRP加固带壁柱砖墙平面外受荷性能试验

通过两批试件(7个试件)9次试验,研究玻璃纤维复合材料(GFRP)加固带壁柱砖墙的平面外受荷性能.由试验结果分析可知,采用GFRP对带壁柱砖墙进行加固,可以有效地提高砖墙的平面外抗弯能力和延性.即可以提高砖墙的极限承载力.对于刚度较大的带壁柱墙体,当GFRP加固量达到一定程度,其平面外抗弯承载能力得到较大的提高,而平面外方向的抗剪承载能力提高有限,导致试件的平面外受荷能力由其抗剪承载能力控制.采用不对称加固,会导致墙体的裂缝开展不对称,从而使得墙体刚度不对称,墙体出现附加扭转,减弱GFRP对墙体抗弯承载能力的加固效果.     

基于自攻螺钉组件模型的冷弯薄壁型钢梁柱节点抗连续倒塌数值分析

冷弯薄壁型钢(CFS)结构具有构件重量轻、施工进度快、抗震性能好等优势,具备良好的社会和经济效益.文章以CFS结构中自攻螺钉连接梁柱复杂节点的连续倒塌性能为研究目标,通过数值分析中的组件模型法考虑自攻螺钉承载失效模式.基于数值参数分析,研究螺钉抗拔强度、立柱截面厚度和梁跨高比对结构连续倒塌工况下承载性能和破坏模式的影响规律,并提出相关设计建议.     

基于结构鲁棒性提升的隔板贯通节点加固构造

为提高结构的鲁棒性,针对传统矩形钢管柱隔板贯通式栓焊连接构造,提出了一种加固型栓焊盖板连接构造及其设计方法,并进行了数值模拟分析,该分析考虑了断裂模拟及裂后路径跟踪.结果表明,加固型栓焊盖板连接构造能够提高下翼缘连接区域传力失效前梁柱子结构的竖向变形能力,并充分发挥梁内轴向拉力产生的悬链线效应,进而使梁柱子结构提供更大的竖向承载力,可用于提高结构抗连续倒塌能力的加固改造.     

钢支撑加固既有丙类框架结构抗地震倒塌能力

针对某既有混凝土框架结构使用功能改变,设防类别由丙类提高为乙类导致结构抗震性能不足的问题.在不提高框架抗震等级的前提下,采用钢支撑进行加固,研究了支撑数量、布置方式对结构抗震性能的影响并得到最佳加固方案.借助软件EPDA对加固后结构进行了动力弹塑性时程分析,采用IDA方法研究了加固前后结构的抗倒塌能力.研究结果表明:采用部分柱包钢、钢支撑复合加固后结构抗倒塌能力满足乙类结构设防要求,可以不考虑设防类别提高造成的抗震构造上的不足,加固工作量大大降低.     

GFRP筋混凝土梁抗爆性能试验研究与数值分析

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋具有耐腐蚀、抗拉承载力高等优点.它们可作为混凝土防护结构的纵筋而代替钢筋.为了明确GFRP筋混凝土梁(GRCBs)的抗爆性能,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁(SRCBs)进行了爆炸试验、四点弯曲静力试验及数值模拟分析.结果表明:四点弯曲静力试验中,工况是3kg-0.65m的爆炸荷载作用后相同等效刚度设计的GRCBs承载力是SRCBs的5.5倍.在近距离爆炸作用下(比例爆距小于0.5159mkg^-3),由于GFRP筋处于弹性阶段,破坏形式主要是混凝土出现裂纹、剥落和震塌.通过数值模拟分析,增加纤维增强聚合物(FRP)筋刚度可以降低GRCBs跨中位移,跨中最大位移降低率与EA比的比值为0.1,减少GRCBs的裂纹与损伤,增强GRCBs的抗爆性能.当比例爆距小于0.4095mkg^-3,GFRP筋混凝土梁用C50及以上混凝土能有效减少混凝土震塌与剥落.研究表明,GRCBs比SRCBs具有更高的抗爆性能.     

纤维增强聚合物加固混凝土结构耐久性能研究

外贴纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土结构的应用时间不长,因此这种加固方法的耐久性能需要试验验证.通过快速冻融试验、碱化试验、浸水试验、湿热试验研究了腐蚀环境对纤维增强聚合物复合体力学性能的影响.试验结果表明,碳纤维增强聚合物(CFRP)的耐久性能较好,在各种暴露条件下,力学性能没有明显退化;而玻璃纤维增强聚合物(GFRP)的耐久性能略差,水环境、碱环境、湿热环境以及冻融循环对GFRP均产生了较大的影响.采用快速冻融循环试验和湿热试验,研究了腐蚀环境对FRP与混凝土粘结性能、FRP加固混凝土梁、柱受力性能的综合影响.结果表明:FRP与混凝土粘结性能下降较大,FRP加固混凝土结构具有较好的耐久性能.     

爆炸作用下高层钢筋混凝土框架结构的连续倒塌机理分析

为了探究爆炸作用下高层钢筋混凝土框架结构的连续倒塌机理,采用ANSYS/LS-DYNA软件,对外部爆炸荷载作用下结构的连续倒塌进行了模拟。建立了结构的多尺度模型并验证其有效性;分别分析了炸药位于角柱和边中柱正前方时框架结构的破坏及倒塌情况;对比了两种工况下建筑物的倒塌过程和倒塌程度。结果表明:多尺度建模方法可以有效模拟框架结构在爆炸作用下的动力响应过程;爆炸荷载作用下目标柱损伤严重,失去承载力,结构内力重分配使相邻结构损伤,最后发生连续倒塌;炸药位于不同位置时,结构的倒塌范围有显著的不同。     

C/GFRP加固混凝土梁受弯性能试验研究

通过三根采用不同纤维(CFRP、C／GFRP和GFRP)正截面加固的混凝土梁和一根对比梁的受弯破坏实验，对比研究了C／GFRP层间混杂形式纤维加固梁的受力特点、破坏形态、合理加固方式、梁体应交情况、承载能力、刚度和变形能力，试验结果表明：采用C／GFRP层间混杂形式纤维加固梁在受弯承载力显著提高的前提下表现出了较好的廷性，这种加固技术切实可行，并可以降低工程造价。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架结构的连续倒塌分析

近年来,鉴于建筑结构连续倒塌分析的复杂性,迄今为止,尚未得出一种可用于工程实际的足够精确的结构连续倒塌分析方法.运用通用有限元显式动力分析软件LS-DYNA,建立了某2跨3层框架结构的三维有限元模型.研究了初始损伤、结构的初始条件等因素对爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架结构连续倒塌过程的影响.并将分析结果与传统的结构倒塌分析方法的分析结果进行了对比,进一步提出了一种改进的钢筋混凝土结构连续倒塌分析的方法,对建筑结构抗连续倒塌设计具有一定的指导作用.     

玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋混凝土梁斜截面受力性能

为了解决在恶劣环境下海港等工程钢筋锈蚀所引起的混凝土结构耐久性问题,研究了将玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋替代钢筋应用在混凝土结构中的技术,并以钢筋为对比,进行了16 mm的玻璃纤维增强塑料筋混凝土简支梁的三点抗弯、抗剪力学性能研究.结果表明:在裂缝开展之前,玻璃纤维增强塑料筋混凝土梁的变形略大于钢筋混凝土梁;裂缝开展后,玻璃纤维增强塑料筋混凝土梁的变形增长较快,呈现脆性破坏的特征.玻璃纤维增强塑料筋混凝土梁的开裂荷载只有钢筋混凝土梁的72%左右,剪压破坏荷载为钢筋混凝土梁的77%左右.     

纤维增强塑料管约束混凝土本构模型试验研究

进行了玻璃纤维增强塑料（GFRP）管约束混凝土本构模型试验．试件分三种类型：GFRP管直接受压；GFRP管不直接受压；GFRP管不直接受压，管内壁涂油脂．试验得到了混凝土纵向及环向应力-应变曲线，GFRP纵向应变和环向应变沿纵向的分布及泊松比曲线．试验可见，GFRP壳体测得的应变可代表核心混凝土的应变．纵向及环向应力-应变曲线可用曲线-线性强化模拟．达到非约束混凝土峰值应力前，三种试件的应力-应变曲线相当接近；GFRP不直接受压试件的第二斜率比直接受压试件的第二斜率大，但极限应力比后者小．核心混凝土达极限状态的标志是环向纤维达到极限拉应变．极限泊松比约为1．0～1．4．GFI蹬壳体与核心混凝土界面间存在粘结应力．     

玻璃纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

对19根尺寸为150mm×250mm×2700mm玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁进行了试验研究.试验中考虑了混凝土等级、配筋率、加固量、剪跨比、有无锚固条、粘贴长度6个变化参数.试验结果表明,经玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁抗弯承载力提高较多,加固效果明显.混凝土强度、配筋率、加固量、梁剪跨区或梁端有无锚固条对极限荷载有显著影响.加固量、剪跨比、锚固条、粘贴长度对梁的破坏形态也有影响.对于剪跨比小的加固梁,锚固条不仅可以防止发生剥离破坏,而且还改善了梁的延性.要有足够的粘贴长度以避免发生剥离破坏.提出了数值分析方法,计算结果与试验数据吻合较好.     

GFRP管钢骨混凝土构件抗弯承载力分析

GFRP管钢骨混凝土组合构件是由GFRP外管、钢骨和混凝土三部分组成.为研究组合构件的抗弯性能,进行了3根GFRP管钢骨混凝土试件的抗弯试验.采用纤维模型法编制非线性分析程序,以GFRP管壁厚度、混凝土强度、配骨率为主要参数,计算了9个构件,得到其弯矩与曲率关系曲线.结果表明:构件的抗弯承载力随着混凝土强度的增加而增大,随着GFRP管壁厚度的增加而增加,且变化幅度相对明显.采用统一理论方法建立构件抗弯承载力计算公式,并通过试验进行验证,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

玻璃纤维片材加固钢筋混凝土梁粘结方式的试验研究

玻璃纤维片材在我国产量大,价格便宜,但受到应用研究的限制,在结构的加固改造行业中应用较少.介绍了14根钢筋混凝土梁的试验研究情况,其中10根试验梁为抗弯加固,其余为抗剪加固.分别就不同强度混凝土与玻璃纤维片材之间的粘结情况,玻璃纤维片材的粘贴方法,粘贴层数进行了研究.结果表明,粘贴玻璃纤维片材可显著提高强度,但强度的提高并不与粘贴层数成正比.