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.     

钢筋混凝土柱抗车辆冲击模拟研究

为研究钢筋混凝土(RC)柱在车辆冲击荷载下的抗冲击性能,采用经过参数优化后的混凝土连续面盖帽模型(CSCM)对RC柱在车辆冲击下的损伤破坏过程进行了全过程模拟分析,并利用已有试验数据对建模方法进行了验证﹒分析结果表明：RC柱在车辆撞击下,冲击接触区易形成塑性铰机构且柱的失效模式为剪切失效;RC柱与车辆碰撞接触时,会产生峰值很高的侧向冲击力,其抗冲击性能由抗剪承载力、惯性效应以及局部变形和破坏程度决定;通过将RC柱动态抗冲击能力与需求分为不同的性能水平,并将损伤水平与之相关联,可以实现在不同车重与车速撞击下,RC柱均能达到设计需要的抗冲击性能水平．     

爆炸作用下RC柱损伤快速评估模型

基于BP神经网络,以7个结构参数和2个荷载参数作为输入,损伤值作为输出,建立了爆炸作用下钢筋混凝土(RC)柱损伤的快速评估模型.在模型中,采用以精细化有限元模拟得到的1,032组RC柱损伤的数据训练网络,采用遗传算法和粒子群算法优化网络的初始权值和阈值,并以216个新损伤样本对模型的预测能力进行测试.研究表明,所建立的评估模型能够较准确地用于爆炸作用下RC柱损伤的快速评估;所得到的损伤分区图可以有效并直观地用于RC柱的爆炸风险评估.     

弯曲破坏冻融损伤RC框架梁柱数值模型

为探究弯曲破坏型冻融损伤钢筋混凝土(RC)框架梁柱抗震能力进而对其展开准确评估，通过对国内外已有冻融损伤RC梁柱拟静力试验数据的对比分析与归纳总结，深入系统地探究了冻融循环次数NFTCs、混凝土强度f_cu、轴压比n对RC梁柱抗震能力的影响.采用理论知识构建了未冻融RC框架梁柱弯矩-转角(M-θ)恢复力模型骨架曲线计算方法，进而提出了可考虑冻融损伤参数F(F综合了NFTCs和f_c的影响)和轴压比n影响的冻融损伤RC框架梁柱M-θ恢复力模型骨架曲线计算公式.在此基础上，基于能量耗散原理，引入循环退化指数β_i用以表征梁柱构件的强度退化与刚度衰减，构建了适用于弯曲破坏冻融损伤RC梁柱的M-θ恢复力模型.将所建立的M-θ恢复力模型代入到OpenSEES的零长度单元ZeroLength Element中，利用集中塑性铰模型建立了适用于弯曲破坏型冻融损伤RC梁柱数值模型.通过模拟值与试验值的对比表明，构建的数值模型能较为准确地标定低周往复下弯曲破坏冻融损伤RC框架梁柱的滞回性能，可用于RC框架结构的抗震能力评估.     

爆炸移除钢筋混凝土框架柱抗倒塌性能数值模拟

基于已有的爆炸移除钢筋混凝土框架柱的实验数据,利用有限元软件AUTODYN建立了一个分离式与整体式相结合的4层2跨钢筋混凝土框架结构的三维有限元模型,并采用三阶段分析法,对爆炸移除钢筋混凝土柱的结构动力响应和破坏形态进行了数值模拟,且考虑炸药、空气与结构的流固耦合作用和应变率对材料的动态本构特性的影响.在爆炸移除短边中柱与角柱两种工况下,计算得到的柱破坏形态和梁柱节点动态位移与实验结果吻合较好,还分析了柱内纵筋对RC框架结构的动态响应的影响以及柱的破坏失效过程.计算结果表明:对发生塑性和弹性变形区域分别采用分离式和整体式建模,不仅保证了钢筋混凝土框架柱的爆破作用过程数值模拟的真实性和适用性,又大量缩短了计算时间,可为今后爆炸荷载作用下RC框架的参数影响分析和连续倒塌破坏模式控制提供参考.     

考虑嵌固端约束作用的RC柱纤维单元模型研究

针对传统纤维单元未考虑嵌固端约束作用而导致钢筋混凝土（RC）柱的数值模拟精度降低问题,分析了嵌固端约束作用对RC柱破坏形态和传统纤维单元模拟精度的影响. 选取文献中45根高剪跨比RC柱并建立实体单元模型进行数值模拟,结果表明建模方法合理可靠;进而剖析了嵌固端约束机理及嵌固端约束作用对RC柱承载力和延性性能的影响,明确了控制截面位置及其承载力计算方法,阐明了纤维单元数值积分点位置与控制截面位置、权系数与等效塑性铰长度的对应关系,提出控制截面位置计算公式和考虑嵌固端约束影响的等效塑性铰长度计算公式,建立了一种考虑固端约束影响的纤维单元模拟方法. 通过对文献中45根RC试验柱的数值模拟分析,表明所提方法可合理考虑嵌固端约束影响,具有较好的适用性.     

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。     

基于MIDAS Gen的多层钢筋混凝土框架结构倒塌数值模拟分析

汶川地震中大量钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)框架结构破坏严重,极震区其倒塌率却远超过多层砖混结构。2022年9月以来,四川频发地震,为重新探讨倒塌机理及抗震性能,本文研究通过实地震害及多层RC框架结构破坏形式,结合数值模型并应用MIDAS Gen有限元计算方法,研究了RC框架结构的倒塌机理、地震响应分析。结果表明：框架柱的破坏与屈服是RC框架倒塌的主要因素,模拟增设填充墙,当地震烈度达到10度时,层间位移角大约1/46,降低柱的轴压比,提高柱的破坏延性,增大结构的极限抗侧能力,起到抗震第一道防线的作用,避免整体屈服破坏。     

震损钢筋混凝土柱的残余抗震性能试验研究

为研究钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）柱震后的残余抗震性能，对一根进行过完整拟动力试验并发生压弯破坏且达到Ⅱ级震损破坏程度的足尺 RC柱，在未对柱身进行加固处理的前提下进行了拟静力试验研究 . 对比分析了拟静力试验前后的试验现象、滞回曲线、承载能力、刚度退化、延性系数以及耗能能力 . 试验结果表明：达到Ⅱ级震损的 RC柱仍保留有一定的抗震能力，在未经加固时，其所能承受的水平力极限约为未损伤时的75%. 最后使用有限元分析软件OpenSees进行了该试件震后拟静力试验的滞回曲线模拟，提出了一种用于模拟真实地震损伤后RC柱残余性能的方法，并验证了其可靠性.     

CFL增强RC梁的疲劳累积损伤模型

通过碳纤维薄板(CFL)增强钢筋混凝土(RC)梁的三点弯曲疲劳试验,得到了构件疲劳寿命曲线及其跨中挠度、抗弯刚度的演化规律;采用增强梁的剩余抗弯刚度来定义损伤变量,建立了描述其损伤、断裂过程的疲劳累积损伤模型,并对CFL增强RC梁的疲劳损伤演化历程进行了数值分析.结果表明,文中提出的疲劳累积损伤模型能够准确地描述包括混凝土开裂、CFL与混凝土剥离、钢筋屈服等破坏模式在内的CFL增强RC梁的疲劳损伤、破坏过程.     

高强混凝土柱变形-耗能损伤模型的参数确定

基于变形-耗能双参数损伤模型,对HRB 400高强度钢筋混凝土柱的试验数据和现象进行损伤评价,确定高强度混凝土柱损伤模型参数.结合试验和震害中观察的破坏现象,计算不同性能HRB400高强度混凝土柱所对应的损伤指数,并进一步结合构件破损状态及其对应的损伤指数,确立基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏等4种不同破坏等级的...     

SRC—RC 竖向混合结构转换柱研究现状综述

通过16根转换柱试件及钢筋混凝土柱对比试件的低周反复荷载试验,分析型钢延伸高度、箍筋配置和型钢配钢率对转换柱受力性能的影响,为SRC-RC竖向混合结构的推广应用提供科研基础与参考.指出:(a)由于型钢的局部存在,转换柱容易产生类似于RC短柱的剪切破坏,破坏主要集中在RC部分,钢与混凝土之间的共同工作会导致此类破坏发生;(b)为了保证转换柱具有更好的抗震性能,应采取构造措施控制剪切裂缝的发展,避免剪切破坏,提高构件的变形能力.建议构件全高箍筋加密或在RC部分设置X形交叉钢筋.在对转换柱特殊破坏方式充分认知的基础上,对新的构造措施与配钢方式进行了展望.     

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.     

双向往复加载下钢筋混凝土柱破坏过程的数值模拟

目的为准确地模拟双向往复加载下钢筋混凝土柱构件的非线性及断裂破坏行为,实现钢筋混凝土框架结构强震作用下的倒塌破坏全过程仿真分析.方法基于通用有限元软件ABAQUS的显式求解模块,研究了钢筋混凝土梁柱构件纤维梁单元的构型及单元消除技术,构建了包含材料破坏准则的钢筋、混凝土单轴本构关系,利用用户材料接口VUMAT编制了相应的计算子程序,并模拟了钢筋混凝土柱构件在单、双向水平往复荷载作用下的非线性性能发展以及断裂破坏过程.结果在加载幅值较小时,计算结果能够准确模拟双向往复加载下钢筋混凝土柱的承载力与刚度变化、滞回捏拢行为以及双向弯曲耦合效应.在水平位移加载幅值分别达到45 mm、90 mm、165 mm时,构件中的保护层混凝土、核心混凝土、钢筋完全破坏,构件断裂.而单向加载构件的水平位移加载幅值达到285 mm时,构件才发生断裂破坏.结论计算结果与试验结果吻合良好.笔者方法能够较为准确地模拟钢筋混凝土柱在双向弯曲荷载作用下的非线性及断裂破坏过程.双向弯曲耦合作用严重降低了钢筋混凝土柱的承载能力及耗能性能.研究成果可用于钢筋混凝土框架结构在强震下的倒塌过程模拟分析.     

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%.     

修正的钢筋混凝土结构Park-Ang损伤模型

针对钢筋混凝土结构Park-Ang损伤模型在上下界不收敛的问题提出了修正形式,然后利用美国太平洋地震工程研究中心的钢筋混凝土柱试验数据库和作者完成的试验,研究了修正后损伤模型组合系数的取值,并根据试件的轴压比、剪跨比和箍筋横向约束指标等进行非线性回归分析,得到该系数的经验表达式.对比研究表明相对于Park-Ang模型而言,采用修正后的模型计算的试验破坏点的损伤指标均值更接近于1,离散性较小,能更好地反映钢筋混凝土结构的损伤水平.最后对建筑结构中常见的钢筋混凝土构件给出了组合系数的建议值.     

混掺高延性纤维混凝土组合十字形短柱抗震性能研究

为改善钢筋混凝土十字形短柱的抗震性能,将高延性纤维混凝土用于十字形短柱底部。通过对混掺高延性纤维混凝土组合十字形短柱（R/ECC）和普通钢筋混凝土十字形对比柱（RC）进行拟静力试验,分析其裂缝开展模式、破坏形态、滞回性能、延性、耗能能力和刚度退化等,研究混掺高延性纤维混凝土对十字形短柱抗震性能的提升作用。结果表明,在十字形短柱底部采用混掺高延性纤维混凝土,可有效控制裂缝的开展,减小裂缝宽度,改善柱底混凝土的压溃剥落状态;短柱的延性和耗能能力明显提高,刚度退化缓慢,承载力有一定提高。相比RC柱,R/ECC柱位移延性系数、峰值点和极限点时累积滞回耗能分别提高7.3%、225.5%和44.6%,受剪承载力提高9.5%。     

钢筋混凝土柱地震损伤模型

针对现有的钢筋混凝土柱地震损伤模型存在计算结果发散、损伤指标与破坏现象不完全符合等问题,在已有地震损伤模型和钢筋混凝土柱试验的基础上,提出了一种较为精细的基于刚度退化和考虑加载路径影响的滞回耗能的双参数损伤模型。以PEER数据库中Kunnath完成的钢筋混凝土柱试验为研究对象,分别计算几种常见模型及本研究建议模型的损伤指标值,并与试验现象进行了对比分析。研究结果表明,基于刚度退化和考虑加载路径影响的滞回耗能的双参数损伤模型计算的损伤指数有较好的收敛性,能较准确地评估不同加载条件下柱的损伤状态,能够考虑加载路径的影响及合理评价小位移幅值加载时的低周疲劳损伤。     

钢筋混凝土与型钢混凝土超短柱的滞回性能试验研究

进行了4个钢筋混凝土(RC)超短柱、4个型钢混凝土(SRC)超短柱和6个RC分体柱的滞回性能试验研究.8个超短柱的剪跨比为1;6个分体柱的剪跨比为2.4.试验结果表明,RC超短柱的变形能力不满足现行抗震规范要求.不设剪力连接件的SRC超短柱的破坏模式为黏结破坏,与RC超短柱相比,其抗剪承载力和变形能力并无明显提高;设置剪力连接件的SRC超短柱的破坏模式为斜压破坏,其抗剪承载力和变形能力显著提高,但构件的变形能力仍然难以满足现行抗震规范要求.试验结果还表明,在RC超短柱中开缝,形成剪跨比大于2的RC分体柱,可有效提高柱子的延性和变形能力.对于RC分体柱,随轴压比的提高,构件的抗弯承载力提高,但延性和变形能力下降;当设计轴压比大于0.7时,RC分体柱的变形能力不满足现行抗震规范要求.根据试验结果,提出了SRC超短柱的剪力连接件设计方法和RC分体柱的设计建议.     

纤维布加固填充墙钢筋混凝土框架的抗震性能水准研究

为研究纤维布（Fiber-Reinforced Polymer, FRP）加固对填充墙钢筋混凝土（RC）框架抗震性能水准的影响,利用数值模拟验证后的有限元建模方法,分别对未加固及FRP加固后的1000个随机结构模型进行了Pushover分析,最终基于各极限状态下层间位移角的统计分析结果,建立了FRP加固前后填充墙RC框架针对不同极限状态的量化划分准则。不同加固方案的分析结果表明：FRP仅加固框架梁、柱对框架轻微破坏状态影响不大,但会大幅度提高框架中等、严重和倒塌破坏的延性水平,且提高幅度随着框架柱包裹FRP层数的增加而增加;FRP仅加固填充墙并不能改善填充墙在轻微和中等状态的延性水平,但可以明显改善填充墙在严重和倒塌状态下的延性水平;FRP同时加固框架和填充墙可以提高各自的延性水平。