耐久性损伤耦合效应对钢筋混凝土框架节点抗震性能研究

目的研究耐久性损伤耦合效应对钢筋混凝土结构框架节点的抗震性能的影响.方法考虑非线性粘结滑移,利用ABAQUS有限元分析软件建立钢筋混凝土梁柱节点非线性模型,分析混凝土保护层碳化、梁纵筋锈蚀、冻融循环三者的耦合效应对钢筋混凝土梁柱节点抗震性能的影响.结果在三种损伤因素共同作用下,当钢筋的锈蚀率从5%增加到10%时,试件的累积耗能能力和极限位移全部发生急剧衰减,试件的抗震性能严重退化;在碳化、冻融及钢筋锈蚀率为10%的情况下,滞回曲线出现弓形,试件的承载力及延性均急剧下降;随着混凝土的碳化,试件承载力提高的同时延性在逐渐降低.结论无论钢筋锈蚀率、混凝土保护层的碳化或冻融循环次数,其中任何一种损伤量的增加,均会导致试件抗震能力的下降;而当三者同时作用时,对边节点的抗震性能影响最为严重.     

锈蚀钢筋混凝土框架节点抗震性能

目的找出轴压比和纵筋锈蚀率对钢筋混凝土框架节点抗震性能的影响规律.方法利用有限元分析软件ABAQUS模拟十字形钢筋混凝土梁柱节点.采用径向位移法,模拟钢筋对周围混凝土的锈胀作用,改变轴压比和钢筋锈蚀率,研究节点在低周反复荷载作用下抗震性能.结果相同轴压比下,与无锈蚀试件相比,当锈蚀率达到10%,试件承载力下降达40%,延性下降达20%;相同锈蚀率下,轴压比为0.4时,构件承载力、刚度、延性均有所提高.结论钢筋混凝土框架节点随着纵筋锈蚀率的增大,构件承载力降低,延性退化率逐渐增大.钢筋锈蚀严重影响结构的耐久性能,核心区无箍筋的锈蚀钢筋混凝土框架节点,适当地提高轴压比有利于提高框架节点的抗震性能.     

浅基础桥梁在锈蚀和主震-余震序列作用下的易损性

为了解锈蚀钢筋混凝土结构在地震作用下的破坏情况,以锈蚀钢筋混凝土浅基础桥梁结构为研究对象,采用非线性动力分析,研究其在主震-余震序列作用下的易损性.研究结果表明:锈蚀和主震-余震序列对浅基础桥梁的倒塌概率具有很大的影响;当地震的强度大于某一数值时,桥梁的倒塌概率将随锈蚀程度的增加而增加;随着主震-余震序列强度的增大,结构的破坏概率也逐渐增大.因此在桥梁抗震设计时要考虑锈蚀和主震-余震序列对钢筋混凝土结构安全性的影响.     

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.     

近海环境下钢筋混凝土构件抗震性能演化规律

通过足尺锈蚀钢筋混凝土构件低周反复荷载试验,验证有限元模型的准确性和可靠性,采用精细化有限元方法,从混凝土碳化率和钢筋锈蚀率的角度,考虑混凝土碳化、钢筋锈蚀及其引起的黏结滑移性能退化等多因素耦合作用,研究近海大气环境下使用年限内,耐久性退化对构件抗震性能的影响规律和内在机理.研究结果表明:近海大气环境下,钢筋混凝土构件使用年限在30a内抗震性能变化不大;当使用年限超过30a时,抗震性能显著退化;当使用100a时,承载力降低41.5%,刚度约退化48.9%,延性降低45.5%,耗能能力降低49.6%.建议在对近海大气环境钢筋混凝土构件抗震设计时应考虑随使用年限的增长、耐久性退化对抗震性能的影响,从而保证结构良好的抗震性能.     

多层工业厂房火灾后加固设计与抗震性能分析

为探究多层钢筋混凝土工业厂房在加固前后以及火灾前后的抗震性能变化情况,围绕火灾后多层工业厂房的加固设计和抗震性能分析展开研究.首先,建立多层钢筋混凝土框架结构火灾后抗震性能的有限元分析方法;随后,介绍某多层工业厂房结构特点和火灾后结构损伤情况,据此综合利用增大截面、粘贴钢板和粘贴纤维复合材料等方法对结构进行了加固设计;进而,建立了结构三维有限元模型,开展了结构动力特性和弹性地震响应分析;最后,进行了结构的动力弹塑性分析,探究了火灾前、后结构整体的抗震性能和加固措施对火灾后结构抗震性能的改善,并探讨了不同地震动特性对多层钢筋混凝土框架抗震性能的影响.研究结果表明:火灾后,整体结构地震响应明显大于火灾前,层间位移角最大增加了143％,且不同楼层层间位移角的增大幅度与楼层受火情况密切相关;近场地震作用下的结构响应大于远场地震,罕遇地震作用下底层层间位移角在近场地震作用下可达远场地震作用的2.71倍;所提出的加固方案有效提升了结构抗震性能,罕遇地震作用下底层层间位移角平均减少115.7％.研究成果可为多层工业厂房火灾安全性评估和加固设计提供参考.     

重复拉伸荷载下锈蚀钢筋力学性能及本构关系研究

通过锈蚀钢筋重复拉伸荷载试验,分析了重复拉伸荷载作用下锈蚀对钢筋力学性能的影响,并建立了锈蚀钢筋本构关系模型.试验表明,重复荷载作用下,随着锈蚀率的增大,钢筋力学性能退化,变形能力下降,屈服平台逐渐缩短甚至消失;耗能性能降低,破坏时更加表现为脆性断裂,使得结构在地震发生时更易出现脆性破坏,甚至突然倒塌.基于试验成果本文建立了锈蚀钢筋应力-应变本构关系模型,研究成果可为锈损结构耐久性、残余承载力及抗震性能评估提供技术依据.     

冻融和锈蚀环境下混凝土受弯构件的刚度计算模式研究

针对东北寒冷地区混凝土结构耐久性问题开展试验研究,分析了冻融循环和钢筋锈蚀共同作用下钢筋混凝土受弯构件的受力性能,揭示了冻胀现象和钢筋锈蚀对钢筋混凝土受弯构件抗变形能力的影响规律,并建立了冻融和锈蚀环境下混凝土受弯构件的刚度计算模型,经试验验证、分析对比结果表明,计算模型合理可行.     

锈蚀钢筋混凝土框架地震损伤性能研究

为研究地震作用下锈蚀钢筋混凝土框架的损伤发展特点及抗震性能退化规律,进行锈蚀钢筋混凝土框架的拟静力加载试验。共设计制作5榀单层单跨钢筋混凝土框架,采用全浸泡通电加速锈蚀法对其中4榀框架的纵筋进行加速锈蚀。研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土框架地震破坏模式、残余变形、裂缝发展、强度退化、刚度退化以及耗能能力等的影响。研究结果表明:纵筋锈蚀对钢筋混凝土框架的地震损伤发展影响显著。与未锈蚀框架相比,锈蚀框架在拟静力荷载作用下的损伤更集中,发展更快;钢筋混凝土框架的承载能力、变形能力以及耗能能力随着锈蚀率的增大而降低。且与承载能力相比,钢筋混凝土框架的变形能力及耗能能力受锈蚀率影响更显著;随着钢筋锈蚀率的增大,锈蚀框架在较小的位移幅值即出现明显的强度退化。     

基于OpenSees高强钢筋活性粉末混凝土剪力墙数值模拟

文章研究HRB600级钢筋与超高性能混凝土对提高剪力墙抗震性能的影响,提出一种配置HRB600钢筋的超高性能混凝土剪力墙结构体系;采用非线性有限元软件OpenSees及纤维单元法,通过该软件系统中Concrete04和Steel02本构模型建立钢筋混凝土剪力墙的结构模型,利用试验结果验证其适用性;对3种配置HRB600钢筋的活性粉末混凝土剪力墙模型结构进行抗震性能分析,并对不同轴压比作用下的高强钢筋超高性能混凝土剪力墙试件进行抗震分析对比。结果表明：配置HRB600钢筋可以有效提高剪力墙的承载能力,使其在地震作用下的耗能能力明显增强,墙面分布筋、暗柱纵筋采用HRB600钢筋相比于普通钢筋对剪力墙的延性系数分别提升4.52%、14.50%;随轴压比增大,剪力墙的承载力也有较大提升。研究结果可为高强钢筋在超高性能混凝土中的应用提供借鉴。     

大震下高层型钢混凝土结构弹塑性分析

为研究钢-混凝土高层混合结构在大震下的抗震性能,对某实际型钢-混凝土高层建筑进行了动力弹塑性分析。运用三维有限元分析程序CANNY06,得出了结构在大震下的内力和变形规律,并与静力弹塑性分析结果进行对比。研究推覆分析是否适用于评价混合结构抗震性能。研究钢-混凝土组合楼盖在大震下的工作性。结果表明:静力推覆分析不一定能满足"大震不倒"的抗震设防要求;当结构高宽比大于3时,组合楼盖在弹塑性阶段仍可按刚性楼盖考虑;而且高宽比越大,简化带来的误差越小。     

大震下高层型钢混凝土结构弹塑性分析

为研究钢-混凝土高层混合结构在大震下的抗震性能,对某实际型钢-混凝土高层建筑进行了动力弹塑性分析。运用三维有限元分析程序CANNY06,得出了结构在大震下的内力和变形规律,并与静力弹塑性分析结果进行对比。研究推覆分析是否适用于评价混合结构的抗震性能。研究钢-混凝土组合楼盖在大震下的工作性。结果表明:静力推覆分析不一定能满足“大震不倒”的抗震设防要求;当结构高宽比大于3时,组合楼盖在弹塑性阶段仍可按刚性楼盖考虑,而且高宽比越大,简化带来的误差越小。     

斜拉桥H型混凝土桥塔的有限延性

由于塔梁之间的横向约束,在强地震动作用下斜拉桥的桥塔将产生较大的横向动力响应,为了满足规范规定的抗震性能目标,则须采用较大的桥塔配筋率.同时,桥塔基于弹性设计的思路,还会导致下部结构的工程量增加,其工程经济性值得商榷.为此采用IDA(incremental dynamic analysis)方法研究斜拉桥桥塔横桥向塑性变形分布规律和破坏模式.通过有限元分析和拟静力试验相结合的手段,对H型混凝土桥塔横向破坏机理进行验证,确定所要达到的性能目标,并得到与之对应的可以量化的性能指标.为斜拉桥的有限延性抗震设计提供理论和试验基础.     

强震地面运动频谱特性对RC桥墩结构非线性地震反应的影响

采用弹塑性纤维梁柱单元建立具有不同基本周期的钢筋混凝土桥墩(即短周期、中等周期和长周期的单自由度体系)结构计算模型.采用实际地震波和匹配同一反应谱的人工波,通过IDA分析,对比强震地面运动的频谱特性与桥墩结构非线性地震反应的相关性表明:随着地面运动强度的增加以及桥墩结构非线性程度的提高,频谱特性特别是反应谱的谱形对于不同动力特性的桥墩结构非线性地震反应的影响日益显著.在动力分析中,应该根据谱形选择输入地面运动,而不是完全根据震级M、距离R等来选择.     

强震作用下混凝土框架结构的地震失效模式

汶川地震之后通过大量的震害调查发现,许多按照抗震规范"强柱弱梁"准则设计的钢筋混凝土框架结构并没有出现预期的"全梁铰式"理想失效模式。采用20条地震动记录作为输入来考虑地震动的不确定性,基于OpenSees分别对钢筋混凝土结构进行地震动相同、峰值加速度不同和地震动不同、峰值加速度相同两种工况下的结构失效模式分析,分析了地震动不确定性对结构失效模式的影响。给出了按中国规范设计的钢筋混凝土框架结构在大震、巨震作用下的失效模式。     

纵向非均匀锈蚀梁的非线性有限元分析方法

针对实际工程中存在的受拉钢筋纵向非均匀锈蚀梁,从锈蚀钢筋混凝土本构关系入手,对锈蚀梁结构性能退化和破坏特征进行分析.建立锈蚀梁有限元模型,钢筋单元采用三维杆单元,混凝土单元采用8节点实体单元,钢筋与混凝土之间的粘结单元采用非线性弹簧单元.利用大型有限元ANSYS分析软件,对纵向非均匀锈蚀梁的受力性能进行模拟,模拟结果与其他非线性分析方法结果类似,说明采用非线性有限元方法分析纵向非均匀锈蚀梁受力性能正确有效.     

双向地震作用下多层偏心结构的增量动力分析

以往的增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis, IDA)研究主要是针对单向地震下的对称结构,而对于地震动的多维性、结构偏心引起的扭转效应的影响则考虑较少。为此,设计了一幢5层的偏心结构模型,选取Taft双向地震记录为双向激励对结构模型进行多维增量动力分析。分析了结构在地震下的扭转效应对边缘框架反应的放大作用,并基于IDA能力曲线对结构模型进行多性能水准抗震评估。通过算例分析得到以下结论:基于IDA的结构抗震评估方法,概念清晰,操作简单;偏心结构在双向地震下的扭转效应会导致部分边缘框架的反应放大,且地震强度越大这种放大效应越明显;当考虑双向地震作用时,直接采用建议的双向IDA方法进行结构性能分析更具合理性。     

锈蚀钢筋混凝土偏心受压柱承载力试验研究

试验研究了低锈蚀率钢筋对偏心受压构件承载力的影响.将4根钢筋混凝土柱置于湿盐砂中外通直流电加速锈蚀,锈蚀完毕后与3根未锈蚀柱进行偏心受压试验,试验在5 000 kN长柱试验机上进行.另外对锈蚀钢筋进行了拉伸试验.结果表明,偏心距较小时,锈蚀柱截面应变仍符合平截面假定;偏心距相同时锈蚀柱的承载力及刚度比完好柱明显降低.锈蚀钢筋的名义屈服强度、名义极限强度随锈蚀率呈线性降低;随钢筋锈蚀率增大,钢筋的延性降低更快.     

考虑非线性影响的下承式钢拱桥地震响应

 为研究下承式钢拱桥的非线性地震响应和损伤机理,结合徐州京杭运河大桥工程,采用考虑非线性的计算方法,分析了下承式钢拱桥在强震作用下的地震响应和损伤情况。结果表明,下承式钢拱桥具有良好的抗震性能,在强震作用下损伤程度不明显;在考虑几何非线性与材料非线性条件下,拱顶面外弯矩显著增大;考虑非线性对结构横向振动与竖向振动位移响应的影响基本一致;下承式钢拱桥在拱脚、风撑端部及拱肋容易发生损伤;风撑作为连接构件是横向地震作用下的薄弱环节,在地震高烈度地区设计该类桥梁时,对上述薄弱环节应予以重视。