钢筋钢丝网砂浆加固钢筋混凝土方柱耗能特性数值分析

为了提升钢筋混凝土柱抗震加固效率,采取钢筋钢丝网砂浆加固方法,同时研究加固后的耗能特性。本文结合3根钢筋混凝土方柱拟静力反复加载试验,依据Mander模型建立了钢筋钢丝网约束混凝土的应力-应变关系,并与试验相互对比验证。在此基础上进行了不同因素条件下72个钢筋混凝土试件的数值分析研究,主要因素包括剪跨比、纵筋配筋率、配箍率、混凝土强度等级和轴压比。结果表明：建立的钢筋钢丝网砂浆加固RC方柱数值模型耗能计算结果与试验值吻合良好;结合灰色关联度参数分析,影响试件耗能的因素依次为剪跨比、纵筋配筋率、配箍率、混凝土强度等级和轴压比。     

浆锚搭接预制混凝土短柱抗震性能

为了研究浆锚搭接预制混凝土短柱在不同轴压比和纵筋配筋率等因素下的抗震性能,在已有试验的基础上,建立了三维数值模型,验证了数值模型的合理性。设计并建立了5组不同的试件,对比各个试件的破坏模式、滞回性能、延性性能和耗能能力等抗震指标。结果表明:各试件都为压弯破坏,裂缝的分布形态主要表现为左右两侧的水平裂缝和前后两侧的弯剪裂缝;随着轴压比的增大,预制混凝土短柱的承载力呈现增长趋势,延性性能逐渐降低;随着纵筋配筋率的提高,预制混凝土短柱的承载力和耗能能力逐渐增大。     

考虑不确定性的钢筋混凝土柱等效塑性铰长度概率模型

为克服传统等效塑性铰长度模型无法综合考虑多种因素及其不确定性影响所存在的缺陷,研究提出了一种模型形式简洁且能够综合考虑各种关键因素及其不确定性影响的钢筋混凝土(RC)柱等效塑性铰长度概率模型.首先基于等效塑性铰理论,综合考虑柱高、轴压比、纵筋配筋率、纵筋强度和纵筋直径的影响,建立了等效塑性铰长度的解析表达式;然后通过引入概率模型参数来描述不确定性的影响,结合贝叶斯理论与马尔科夫链蒙特卡洛法对概率模型参数进行动态更新,建立了等效塑性铰长度的概率模型;最后结合试验数据和概率模型,对传统等效塑性铰长度模型进行概率校准分析.分析表明,所建立的模型具有较高的计算精度,并且能够对等效塑性铰长度的概率分布特征进行合理描述,同时还可以校准传统等效塑性铰长度模型,并依据预定的置信水平确定RC柱等效塑性铰长度的概率特征值.     

榫式连接拼装RC柱轴压性能数值分析

利用ABAQUS有限元软件对轴压荷载作用下榫式连接拼装RC柱进行非线性有限元模拟,并进行试验验证。利用验证的有限元模型研究不同上柱段榫柱宽度及锥形界面倾角的拼装RC柱轴压性能,分析拼装RC柱的荷载-变形关系、荷载-应变关系、不同部件的内力分配、界面接触应力和轴压承载力,研究上柱段榫柱宽度及锥形界面倾角对其受力性能的影响。研究结果表明:上柱段锥形界面中越靠近根部,其接触应力越大,上柱段榫柱侧面的接触应力接近于0 MN,锥形界面的接触应力随倾角增大而减小;在峰值荷载时,各部件共同提供轴压承载力;超过拼装RC柱的轴压承载力主要由榫柱混凝土与纵筋承担,后浇段混凝土承担的轴压承载力迅速降低;在其他参数不变的情况下,拼装RC柱轴压承载力随上柱段榫柱宽度增大近似呈线性增大;当上柱段锥形界面倾角小于30°时,倾角对拼装RC柱后浇段纵筋的应变发展和轴压承载力的影响较小,同一横截面上纵筋的应变发展协调;当上柱段锥形界面倾角大于30°时,拼装RC柱轴压承载力随倾角增大近似呈线性减小,榫柱纵筋与后浇段纵筋的应变发展差异增大;根据有限元和理论分析结果得出拼装RC柱的轴压承载力公式,计算结果与有限元结果吻合较好。     

活性粉末混凝土(RPC)梁柱节点抗震性能非线性有限元分析

为了研究活性粉末混凝土(RPC)梁柱节点的抗震性能,本文运用有限元软件ABAQUS,对22个RPC梁柱节点进行分析,得到各节点的滞回曲线和骨架曲线,研究柱端轴压比、节点核芯区箍筋配筋率和梁、柱纵筋配筋率对RPC梁柱节点的滞回特性、延性、承载力等抗震性能的影响规律.研究发现,RPC梁柱节点与高强混凝土梁柱节点受力变化规律基本一致.随着轴压比的增加,RPC梁柱节点延性显著下降,当轴压比低于0.6时,构件极限承载力随轴压比增加而增加,当轴压比高于0.6时,构件极限承载力开始呈现下降趋势;随着节点核芯箍筋配筋率的增加,延缓了构件强度与刚度的退化,并使构件的延性、极限承载力有所提升,当节点核芯配箍率低于1.01%时,构件的承载能力和塑形变形能力较差;随着梁、柱纵筋配筋率的增加,构件极限承载力及延性有所提升.     

高强箍筋RC柱性能退化的研究

为了研究CRB550级高强钢筋取代普通钢筋作为钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)柱箍筋的可行性,对6根不同等级箍筋的RC柱进行低周往复加载试验来考察RC柱的破坏形态、承载力、变形等,并利用有限元软件ABAQUS构建相应的模型,然后将模拟与试验的结果进行对比.通过调整柱的纵筋配筋率、纵筋直径及箍筋直径等参数,设计并模拟了12根柱,从RC柱的刚度退化、强度退化的角度分析评价了不同等级箍筋柱的抗震性能.结果表明:按照等强度原则设计出的CRB550级箍筋RC柱的性能退化指标与HRB400级箍筋RC柱的差别不大,两者在承载力和变形性能方面较为相似.因此在实际工程中CRB550级钢筋可替代HRB400级钢筋作为混凝土柱的内置箍筋使用.     

基于改进IMK滞回规则的弯矩-曲率退化模型研究

提出一种基于改进IMK(Modified Ibarra-Medina-Krawinkler,ModIMK)滞回规则的RC柱弯矩曲率模型,并用于定义OpenSees中Beam With Hinges单元塑性铰区的截面.提出的RC柱截面弯矩曲率骨架曲线为三折线模型,给出了骨架曲线关键点计算方法.对62根RC柱试验值与计算值进行统计分析发现,其对RC柱屈服位移和纵筋屈曲时的位移都能进行准确地预测.采用的ModIMK滞回规则能考虑强度和刚度退化,以此模拟在反复荷载下塑性铰区强度和刚度退化.对RC柱低周往复试验和振动台试验的数值模拟与分析结果表明,所建立的弯矩曲率模型结合塑性铰单元可准确地模拟RC柱在地震下的响应.     

钢筋混凝土管柱-钢桁架混合结构抗震性能

以某钢筋混凝土管柱-钢桁架竖向混合结构为背景,采用集中塑性铰有限元模型,对该结构进行动力弹塑性计算,分析了该结构的破坏机理.基于结构内容物的抗震设防指标,评价了结构的抗震性能水准,研究了钢筋混凝土管柱纵筋配筋率和壁径比对混合结构抗震性能的影响.研究表明,在7度罕遇地震作用下,该结构满足基于内容物的抗震设防基本要求;结构破坏集中在柱根,为单道防线的柱铰破坏模式;角柱与内柱为结构薄弱环节;钢桁架屈服杆件主要分布在悬挑端及与柱头连接的区域;建议该结构的柱纵筋最小配筋率不小于0.5%,柱壁径比不小于0.100.     

HRB600E高强钢筋混凝土柱抗震性能及恢复力特性

为研究HRB600E高强钢筋混凝土柱抗震性能,对6根配置HRB600E高强钢筋与1根配置HRB400E普通钢筋的正方形截面混凝土柱进行低周往复荷载试验.研究轴压比、箍筋间距、纵筋强度和纵筋配筋率对高强钢筋混凝土柱抗震性能的影响,建立HRB600E高强钢筋混凝土柱恢复力模型.研究结果表明：配置HRB600E高强钢筋混凝土柱的滞回性能、变形能力与耗能能力良好;轴压比增大,试件延性降低,承载力与耗能能力提升;减小箍筋间距,试件变形能力与耗能能力增强;增大纵筋配筋率,试件承载力提升,耗能能力与延性降低;建立的HRB600E高强钢筋混凝土柱三线型恢复力模型与试验结果吻合较好,为工程结构弹塑性分析提供参考.     

精轧螺纹钢混凝土柱抗震性能理论与数值模拟

为了提出一种混凝土柱的抗震性能计算方法并研究精轧螺纹钢 (PSB) 混凝土柱的抗震性能,基于截面分割法理论,采用MATLAB软件开发了PSB筋材混凝土柱抗震性能计算程序。之后对9个PSB筋材混凝土方柱进行了低周反复荷载作用下的数值模拟。研究PSB筋材混凝土柱抗震性能随着PSB筋材配筋率、混凝土强度和轴压比改变时的变化规律。结果表明:提高PSB配筋率或混凝土强度时,承载力和耗能能力会随之提高;模型S1-1.29相较于S1-0.64承载力提高了37.6%,在5.0%位移角下的累积耗能提高了45.7%;模型S2-60相较于S2-40承载力提高了18.2%,在5.0%位移角下的累积耗能提高了13.8%;增大轴压比时,耗能能力提高,峰值荷载变化不大,峰值荷载对应的位移角减小;轴压比较大时,模型在达到峰值荷载后的水平承载力退化速度加快。     

塑性铰区采用SFRC的高架桥墩抗震性能

为了改善高架桥墩的抗震性能,提出了在其潜在塑性铰区采用钢纤维增强钢筋混凝土(SFRC)进行增强的方法。对普通混凝土(NC)和钢纤维混凝土(SFC)棱柱体试块进行轴压试验,获得2种混凝土的本构关系曲线。基于结构分析软件建立全墩身采用普通钢筋混凝土(RC)和桥墩塑性铰区采用SFRC的高架桥分析模型,分析不同桥墩关键部位的地震需求。利用UCFyber程序建立桥墩截面纤维单元模型,计算桥墩抗弯能力。对比分析全墩身采用RC和桥墩塑性铰区采用SFRC的高架桥墩的抗弯能力需求比。结果表明:SFC的强度和变形能力较NC更具优势;在纵桥向地震动输入下,塑性铰区采用SFRC的桥墩比RC桥墩具有更强的塑性变形和地震耗能能力;塑性铰区采用SFRC的桥墩抗弯能力需求比平均比RC桥墩增大25.5%,具有更好的抗震安全性。     

钢筋混凝土柱压弯承载力与刚度实用计算方法

框架柱作为竖向承重以及横向抗侧移构件,对其压弯性能研究尤为重要。利用ABAQUS软件建立三维实体模型,在与拟静力试验结果验证的基础上,进一步建立162根足尺钢筋混凝土柱有限元模型算例进行参数分析,探讨了各参数对柱的承载力、刚度的影响,提出了参数影响下的柱承载力、刚度实用计算公式。结果表明:(1)当轴压比小于或等于0.4时,随轴压比的增大,柱的压弯峰值承载力增大,当轴压比大于0.4时,随轴压比的增大,柱的压弯峰值承载力减小,提高纵筋配筋率与混凝土强度等级均能有效的增大柱的压弯峰值承载力,且提高纵筋配筋率的效果更好; (2)当轴压比小于或等于0.2时,随轴压比的增大,柱的弹性刚度增大,当轴压比大于0.2时,随轴压比的增大,柱的弹性刚度减小,提高纵筋配筋率与混凝土强度等级均能增大柱的弹性刚度;(3)提出的实用计算公式可较准确的反映有限元结果,可为实际工程中框架柱的设计作一定的参考。     

钢筋混凝土柱等效塑性铰长度计算研究

等效塑性铰长度是确定压弯钢筋混凝土柱塑性转动能力和极限位移能力的重要指标.为准确计算等效塑性铰长度,首先通过截面分析推导得出塑性铰长度的影响参数,根据计算分析结果,建立考虑弯曲作用的等效塑性铰长度计算公式;收集PEER数据库30个弯曲破坏柱极限水平位移数据,在此基础上进一步提出考虑纵筋滑移影响的等效塑性铰长度计算公式;最后,采用所提公式与现有其他等效塑性铰长度计算公式,计算得出柱极限水平位移,并与试验数据进行对比.研究结果表明:压弯钢筋混凝土柱塑性铰长度主要与轴压比n、受拉纵筋配筋率ρ有关,随着n的增大和ρ的减小,塑性铰长度不断减小;所提公式与试验数据吻合良好,可以用于压弯钢筋混凝土柱抗震设计分析.     

基于RC框架结构的失效倒塌模式

目前我国存在大量已建非延性钢筋混凝土(RC)框架结构,文章针对这类RC结构在遭受外力作用时的破坏模式进行研究分析。采用拟静力分析方法研究以五层RC框架结构为代表的多层RC结构的失效倒塌模式。研究结果表明基于已有的试验数据采用Open Sees有限元建模验证了针对RC框架结构数值模拟的正确性;表明了RC结构首先在结构底层柱下端塑性铰区出现损伤破坏,且同一楼层边柱塑性铰区较中柱损伤严重,逐渐向顶层塑性铰区发展最终使整体框架结构整体发生破坏直至失效倒塌。     

不同轴压比装配式RC圆柱抗震性能分析

为研究轴压比对装配式全灌浆套筒连接高强混凝土圆柱抗震性能的影响,采用有限元软件ABAQUS建立装配式钢筋混凝土(RC)圆柱的数值分析模型,并进行验证.在试验参数的基础上,扩大数值模型轴压比的取值范围,研究轴压比对装配式RC圆柱的承载能力、刚度退化及延性性能等抗震性能指标的影响规律.结果表明:模拟得到的破坏形态、骨架曲线与试验结果基本吻合,且精度较高;当轴压比由0.20增至0.90时,试件的屈服荷载、峰值荷载均随轴压比增大而增大,延性性能反而降低,试件的极限位移由67.50 mm减少至31.76 mm,降低约53%;当轴压比大于0.90时,试件的承载能力、延性性能均随轴压比的增加而降低.因此,轴压比对装配式RC圆柱抗震性能的影响较大,在较高轴压比下,装配式RC圆柱仍具有较好的抗震性能.     

端部设肋方钢管混凝土柱抗震构造措施及塑性铰

为深入分析端部带肋方钢管混凝土柱的抗震构造措施及柱端部塑性铰形成机制,通过建立三维实体有限元模型并与试验结果验证,有限元结果与试验结果符合较好,在此基础之上进一步建立30个足尺模型,分析轴压比、含肋率以及加劲肋高度等参数对柱的承载力、延性、塑性耗能的影响,提出了不同轴压比下柱的合理含肋率和加劲肋高度等抗震构造措施以及塑性铰判定方法。结果表明：(1)当含肋率增大,柱的承载力、延性、总塑性耗能值显著提高,加劲肋的塑性耗能占比增大而混凝土的塑性耗能占比减小,对钢管影响较小;(2)当轴压比为0.2时,柱的承载力下降不明显,延性较好,故可不布置加劲肋,轴压比为0.5、0.8时,合理含肋率分别为0.2、0.4,加劲肋高度分别为1 000、1 500 mm;(3)当钢管纵向受压应变达到4倍屈服应变时,柱端出现塑性铰,进一步提出了考虑轴压比和含肋率的塑性铰长度公式,公式计算结果与有限元结果离散性较小。     

增强型混凝土永久模板—钢构架混凝土短柱轴压力学性能有限元分析

基于ABAQUS有限元数值模拟结果,探讨增强型混凝土永久模板—钢构架混凝土短柱和现浇钢构架混凝土短柱、现浇RC短柱的轴压力学性能,得出结论:增强型混凝土永久模板-钢构架混凝土短柱在轴压破坏过程中,主筋应变明显滞后于现浇RC短柱,承载力有较大幅度提高,增强型混凝土薄板有效参与工作;给出了该类型短柱的轴压承载力计算公式。     

新型装配式剪力墙恢复力模型

针对新型装配式剪力墙结构,以轴压比和边缘构件纵筋配筋率为对照参数,设计了3个缩尺比为1∶1.54的剪力墙试件并进行了拟静力试验。试验结果表明,3个试件的最终破坏模式相近,表现为墙体斜裂缝开展至受压区混凝土剥落的弯剪破坏;轴压比的减小或边缘构件纵筋配筋率的降低均对新型装配式剪力墙抗震性能有不利影响,表现为滞回性能减弱和极限承载力降低。结合有限元模拟结果,建立了新型装配式剪力墙的五折线骨架模型及恢复力模型,该模型与试验结果吻合较好,可以为新型装配式剪力墙结构的弹塑性地震反应分析提供参考。     

往复荷载作用下新型装配式螺栓干节点的抗震性能研究

本文基于ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,对一种改进的新型装配式螺栓干节点施加低周往复荷载,进行抗震性能研究,分析了该新型螺栓干节点的耗能、承载力、延性及刚度等方面的力学性能及其破坏模式,并探讨混凝土强度、轴压比和梁配筋率对该节点力学性能的影响规律。结果表明,新型螺栓干节点比现浇节点和改进前的螺栓干节点具有更好的耗能、更高的刚度和强度,其屈服荷载、极限承载力和延性分别比现浇节点提高了35%、22%和31%,而相比改进前的螺栓干节点分别提高了38%、27%和58%,表明新型螺栓干节点的抗震性能更好;随着混凝土强度和梁配筋率的提高,新型螺栓干节点的极限承载力、耗能性能和割线刚度都有所提高,抗震性能也随之提高;柱轴压比在一定范围内的增大可以提高节点的屈服荷载、峰值荷载和屈服位移,但影响程度较低。     

PP-ECC墩柱抗震设计方法初探

针对将RC墩柱塑性铰区全截面置换为聚丙烯纤维工程水泥基复合材料(PP-ECC)的墩柱开展了抗震设计方法的研究。基于平截面假定,针对PP-ECC墩柱(将RC墩柱的塑性铰区混凝土置换为PP-ECC)首先推导了其塑性铰区截面弯矩-曲率曲线关键点(屈服弯矩、屈服曲率、峰值弯矩和峰值曲率)的计算方法,然后推导了PP-ECC墩柱力-位移曲线关键点(屈服承载力、屈服位移、峰值承载力、峰值位移)的计算方法,进而提出PP-ECC墩柱的抗震设计方法;基于PP-ECC(抗压强度fpp-c=30 MPa)的单轴力学性能试验确定了其一维拉压本构关系,依据所提出的PPECC墩柱的抗震设计方法计算确定了PP-ECC墩柱模型塑性铰截面的弯矩-曲率关键点值及PP-ECC墩柱模型力-位移曲线的关键点值,并与相应的RC墩柱模型(抗压强度fc=30 MPa)进行了对比分析,结果表明:PP-ECC墩柱相较于塑性铰区采用同等强度混凝土的RC墩柱,其承载力略有提高,且变形能力显著提高。