单跨两层含减震外挂墙板装配式混凝土框架拟静力试验研究

该文在对一个含减震外挂墙板平面框架(简称减震结构)以及一个作为对比的纯框架(简称抗震结构)进行混合试验的基础上,进一步对其单跨2层试验子结构进行了拟静力试验,研究了两结构在水平地震作用下的受力过程、损伤模式及减震外挂墙板对主体结构抗震性能的影响。研究结果表明:减震结构和抗震结构的破坏机制均为梁端和柱底出现塑性铰的梁铰机制,减震外挂墙板未改变主体结构的破坏模式;减震结构中,在最大层间位移角达到1/55之前,消能器呈预期的履带式滚动变形,此后由于外挂墙板的面内转动变形,消能器水平剪切变形值增加不大,且圆弧段产生明显变形;试验过程中减震外挂墙板未出现裂缝;墙板与框架间上部线连接处裂缝宽度较小,连接钢筋应变也较小,表明连接可靠;两试件均具有较好的变形能力和耗能能力;在相同位移级别下,减震结构的刚度、极限承载力和耗能能力均更好。

基础隔震-外挂墙板减震钢筋混凝土框架振动台试验研究

该文提出一种新型的基础隔震-外挂墙板减震混合控制结构(简称“隔震-减震结构”)。该结构采用铅芯橡胶隔震支座作为基础隔震装置,上部结构则采用外挂墙板与U型金属消能器联合构成减震系统。通过减震与隔震混合控制,实现主体结构和围护墙体在罕遇地震下不发生损伤,可用于对韧性性能要求较高的生命线工程中。为对比研究隔震-减震结构与传统隔震结构的抗震性能,设计制作了一个在两方向上完全一致的1/2缩尺基础隔震钢筋混凝土框架结构,并在Y方向附加外挂墙板和U型金属消能器,形成隔震-减震结构,X方向不含外挂墙板,为隔震结构。分别在两个方向输入单向地震动进行振动台试验,试验结果表明:相比隔震结构,隔震-减震结构能进一步降低结构在设防和罕遇地震下的位移响应;隔震-减震结构在罕遇地震下最大层间位移角小于或接近钢筋混凝土框架结构弹性层间位移角限值,主体结构保持弹性,外挂墙板未出现损伤,可以实现预期的性能目标。

装配式独立基础受力性能试验研究

为探究变电站装配式独立基础的抗弯性能,两块由“抗剪键-预应力筋”进行拼装的基础在模拟均布荷载下进行了试验研究。主要对比了有、无黏结预应力筋基础的受力性能,分析了拼缝环氧树脂胶涂抹不均匀、预应力筋灌浆不密实的拼装缺陷对基础抗弯性能的影响。结果表明:相较于无黏结预应力筋基础,有黏结预应力筋基础的抗弯刚度和承载力得到大幅提升;拼缝环氧树脂胶涂抹不均匀主要影响试件开裂后的抗弯刚度,对破坏时的刚度和承载力影响不大;预应力筋灌浆不密实会导致预应力筋和混凝土之间出现黏结滑移,降低试件开裂后的抗弯刚度。

超高性能混凝土加固钢筋混凝土梁受弯性能研究

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)由于较高的强度和耐久性可作为理想的加固材料。首先基于已有试验结果,研究了可合理考虑加固层和混凝土梁接触面间黏聚力接触的UHPC加固钢筋混凝土梁精细有限元模型建模方法。在此基础上,建立了162个加固梁的有限元模型进行了数值模拟分析,研究了不同加固筋截面积、加固层厚度以及加固层有无拼缝等关键参数对构件破坏模式和承载力的影响规律。研究结果表明:考虑黏聚力接触的数值模型可以较好地模拟UHPC加固钢筋混凝土梁的受弯性能;加固层厚度与加固筋截面积均会影响试件破坏模式与承载力提升幅度,但对于含拼缝试件,加固层厚度对上述性能影响较小。

采用不同连接方式的外挂UHPC幕墙钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

为研究超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC)幕墙与主体结构间不同连接方式对结构抗震性能的影响,提出了适用于UHPC幕墙的新型柔性连接和耗能连接方式。设计了4种单层单跨钢筋混凝土框架结构,分别为UHPC幕墙采用柔性连接、耗能连接和刚性连接方式的框架结构及不含幕墙的纯框架结构。利用有限元软件ABAQUS对4种结构进行了静力推覆分析和弹塑性时程分析,对比研究其在水平地震作用下的损伤机制以及动力荷载作用下的抗震性能。结果表明:4种模型中主体结构的最终损伤模式一致,均在梁端和柱脚出现塑性铰;幕墙与主体结构采用刚性连接时,连接节点处螺栓发生破坏,连接附近的墙板及框架梁损伤严重;采用柔性连接和耗能连接方式时,连接节点处的墙板和连接螺栓均保持完好。弹塑性时程分析结果表明:采用耗能连接方式时,水平地震作用下主体结构的损伤状态较轻,结构在3条地震波作用下的位移响应相比柔性连接模型减小了24.8%、32.9%和36.5%,减震效果显著。

装配整体式结构模具成型结合面剪切性能试验研究

为提高装配整体式结构中结合面的粘结性能和施工效率,提出一种模具成型结合面。通过Z形直剪试验研究了三种不同成型方式结合面的抗剪性能,主要对比了模具成型和传统成型方式结合面的破坏模式和承载力。结果表明,所有的试件均表现为典型的剪切破坏特征。三种成型方式中,水洗露骨料结合面的抗剪承载力最高,其次是模具成型、凿毛结合面。模具成型与水洗露骨料结合面的抗剪承载力相差1.56%。试件达到峰值承载力前结合面连接钢筋发挥作用较小,界面间抗剪承载力主要取决于粘结力、骨料咬合以及摩擦作用。试件达到峰值承载力后钢筋屈服,随着结合面相对位移的不断增大,钢筋销栓作用和剪摩擦作用主要提供界面间承载力。

碟簧螺栓连接柱脚节点滞回模型与性能研究

框架结构在地震作用下易在柱脚处形成塑性铰,设计损伤可控且具有复位能力的柱脚节点可有效提高框架结构的抗震性能和韧性。基于实际工程应用的螺栓和盖板连接,提出了将碟簧螺栓和屈曲约束翼缘盖板分别作为恢复和耗能元件的一种碟簧螺栓连接柱脚节点。推导了节点的理论滞回模型以及部分构件的内力计算式,采用ABAQUS软件建立了节点有限元模型并进行了滞回分析。结果表明,提出节点的滞回曲线呈典型的旗帜形,损伤集中于屈曲约束翼缘盖板的核心板,碟簧螺栓有效地减小了节点残余变形;有限元模型与理论滞回模型的结果吻合较好。最后,依据理论滞回模型,通过改变核心板厚度、钢柱轴压力、碟簧螺栓预紧力和组合碟簧刚度,分别研究了翼缘盖板-钢柱刚度比Rec、轴压比Ra、复位比Rr和碟簧螺栓-钢柱刚度比Rsr共4种无量纲参数对节点滞回性能的影响。结果表明,Rec、Ra和Rr影响节点承载力、耗能能力和残余变形;当通过改变碟簧螺栓预紧力来增加Rr时,碟簧可能在推覆过程中被压平;Rsr对节点的承载力和耗能能力影响较小,但对组合碟簧的压缩变形能力影响较大。

配置HRB635高强钢筋的混凝土梁受弯性能试验研究

对11根配置HRB635高强钢筋的足尺混凝土梁进行受弯性能试验,研究了配置HRB635高强钢筋梁的受力过程、破坏模式以及承载力和变形能力,并评估了我国混凝土规范中受弯构件受弯承载力和最大裂缝宽度计算公式在高强钢筋混凝土梁中的适用性。试验结果表明:配置HRB635高强钢筋的混凝土梁受力性能和破坏形态与普通钢筋混凝土梁基本一致,均为高强钢筋首先受拉屈服,最后受压区混凝土压碎破坏,高强钢筋的强度能够充分发挥;根据我国混凝土规范计算得到的试验梁的极限弯矩值与实测值之间较为接近,说明高强钢筋梁的正截面受弯承载力仍可按现行混凝土规范进行计算;正常使用极限状态下试验梁的最大裂缝宽度均超过了短期荷载作用下受弯构件的裂缝宽度限值,说明高强钢筋梁的设计存在由正常使用极限状态而非承载能力极限状态控制的情况;按照混凝土规范中最大裂缝宽度的计算公式计算结果与实测结果差别不大,计算值略大于实测值。

水平拼缝部位增强叠合板式剪力墙抗震性能试验研究

叠合板式剪力墙在水平拼缝部位采用"等钢筋面积"连接时,水平地震作用下的弹塑性变形模式以"摇摆变形"为主,无法达到"等同现浇"的要求。为改善这一状况,提出在水平拼缝部位采用"强连接"的方式,即通过提高水平拼缝抗弯承载力,使构件的塑性部位转移至墙板内部,从而使其抗震性能更接近现浇混凝土剪力墙。该文进行了3个采用"强连接"的叠合板式剪力墙试件以及1个作为对比的现浇混凝土剪力墙试件的拟静力试验,研究了不同轴压比下水平拼缝弯矩超强系数对叠合板式剪力墙抗震性能的影响。结果表明:采用"强连接"叠合板式剪力墙试件的塑性变形出现在墙板内部基础插筋顶部附近和水平拼缝处两个部位,试件变形模式接近现浇混凝土构件,不再以摇摆变形为主;水平拼缝部位弯矩超强程度较大的试件,水平拼缝部位基础插筋屈服也相对较晚;相同轴压比的"强连接"叠合板式剪力墙试件延性和刚度退化情况与现浇混凝土试件相当,耗能能力高于现浇混凝土试件。

两层带开洞预制剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟分析

为研究带窗洞的预制装配式混凝土剪力墙中窗下墙对结构抗震性能的影响,该文对两个带不同高度窗下墙的两层预制剪力墙试件进行了低周反复荷载试验。在此基础上,提出了带窗下墙预制剪力墙结构的精细有限元数值模拟方法,结合试验结果分析揭示了窗下墙对带开洞预制剪力墙抗震性能的影响。试验和数值模拟分析结果表明,两试件在初始受力阶段,窗下墙与下层连梁作为一根整体连梁共同工作,此后二者逐渐脱开,形成两根并列布置的双连梁;两试件的破坏形态均为墙肢根部和双连梁两端形成塑性铰,最终塑性铰区混凝土被压碎;窗下墙较高的试件W-2承载力和初始刚度均大于W-1,延性和耗能能力则小于W-1;预制剪力墙构件中的窗下墙可显著提高该类构件的刚度、承载力和耗能能力,对带窗下墙的预制剪力墙结构进行抗震设计时应对窗下墙予以考虑。

部分无黏结预制预应力混凝土框架及其节点抗震能力研究

首先介绍了采用后张预应力筋将预制梁和柱构件拼装在一起组成的框架结构的基本形式及特点,接下来对两榀预制框架中节点进行了低周反复加载试验研究,并对一榀三层两跨框架结构进行了弹塑性静力分析,试验和理论分析结果表明经过合理设计的部分无黏结预制预应力混凝土框架结构能够满足抗震设防的要求,且卸载后残余变形较小,具有较强的恢复性能。

工字形横截面叠合板式剪力墙低周反复荷载下剪切滑移机理与数值模拟分析

为研究叠合板式剪力墙与基础之间的水平连接部位在地震作用下的受力和变形性能,以及垂直方向剪力墙相交处边缘构件对结构破坏形式的影响,对两个由纵、横向剪力墙和相交处的全现浇T形边缘构件组成的足尺工字形横截面剪力墙试件进行了低周反复加载试验,在此基础上对剪力墙与基础水平连接部位剪切滑移机理进行了分析,并采用非线性有限元分析程序CANNY对试件的受力过程进行了数值模拟分析。研究表明:与普通现浇钢筋混凝土剪力墙相比,叠合板式剪力墙的破坏主要集中在墙板与基础顶面水平接缝附近,塑性范围较小,降低了试件的延性;剪力墙的抗滑移力主要由截面弯压区混凝土的摩擦力承担,由于该试验试件截面翼缘宽度较大,且没有施加竖向轴力,弯矩作用下截面受压区高度很小,导致有效摩阻面积很小,是试件在水平荷载下产生较大的剪切滑移变形的主要原因;采用CANNY中的三维MS模型可以较好地模拟叠合板式剪力墙在地震作用下的反应情况。

后张预应力预制混凝土框架梁柱节点抗震性能试验研究

采用后张预应力筋将预制梁柱拼装在一起的连接方式属于延性连接,地震作用下塑性变形主要集中在连接部位,梁柱构件均保持弹性。采用这类连接的预制混凝土框架结构具有结构恢复性能好、耐久性好、有利于实现大跨度预应力混凝土框架结构的"梁铰耗能机制"等优点。为了研究其抗震性能,对4榀梁柱中节点进行低周反复加载试验。其中,2榀试件中预应力筋为有黏结,另外2榀预应力筋在梁端一定范围内设置为无黏结。试验结果表明,4榀试件的破坏主要集中在梁柱连接截面附近,梁柱构件本身及节点核心区破坏都比较轻微;与普通钢筋混凝土构件相比,试件滞回环面积较小,耗能能力较差,但残余变形较小,恢复性能较好;预应力筋在梁柱连接截面附近为无黏结的试件由于预应力筋没有达到屈服强度,耗能更小,恢复性能也更好;4榀试件最大楼层位移角介于0.359～0.439之间,大于我国抗震规范规定的框架结构最大弹塑性层间位移角限值,具有足够的变形能力。

预制预应力混凝土框架结构形式及设计方法研究

与现浇混凝土相比,预制混凝土结构具有一些显著的优点,如可提高施工速度,减轻工人劳动强度,保证结构质量等。此外,预制预应力混凝土还是减少混凝土变形裂缝,提高结构耐久性的一种途径。介绍了预制预应力混凝土结构在国内外的研究现状,并着重介绍了一种采用通过后张预应力筋将预制构件连接在一起所形成的柔性连接预制框架结构,在对其进行试验研究和理论分析的基础上给出了设计过程中的一些要点。

U型金属阻尼器受力性能和数值模拟分析方法研究

首先收集了17个U型金属阻尼器的试验数据,并对采用不同类型钢材的U型金属阻尼器的面内受力性能进行了分析和比较。在此基础上,研究了分别适用于构件层次分析和结构层次分析的U型金属阻尼器精细有限元模型和简化有限元模型的建模方法。结果表明:采用实体单元建立的精细有限元模型,既可较准确地模拟出U型金属阻尼器的荷载-位移滞回关系,又可以较好地反映其微观损伤模式;建议的U型金属阻尼器初始刚度和屈服荷载计算公式预测值与试验结果较接近,且偏于安全,可用于简化模型骨架参数的确定;采用建议的简化有限元模型分析得到的试件荷载-位移滞回曲线与试验结果吻合较好。

嵌入式基础叠合式地下室外墙板受力性能与嵌入深度研究

为研究采用嵌入式基础的叠合式地下室外墙板在平面外土侧压力作用下的受力性能,对9个嵌入式基础叠合墙板试件和1个作为对比的现浇混凝土试件进行了静力加载试验,观察两种不同试件的破坏过程和最终的破坏模式,并评估基础嵌入深度、墙板外侧纵筋配筋率、基础外侧杯壁厚度、基础与墙板间接触面是否采用粗糙处理等主要参数对嵌入式基础叠合墙板受力性能的影响。在此基础上,借助有限元分析确定叠合墙板嵌入式基础的计算模型,并给出具体的设计方法,进一步通过理论分析给出基础嵌入深度这一关键几何参数的建议值和取值范围。

Pushover分析中侧向力分布形式的影响

侧向荷载的分布模式对Pushover分析结果有着重要的影响。本文列举了几种常用的侧向荷载分布模式，并对其进行了研究。然后对两个实例进行了不同荷载分布模式下的pushover分析，并对分析结果，如结构的基底剪力－顶点位移关系、层间最大位移角以及层间最大剪力进行了分析比较。

含减震外挂墙板的装配式框架结构协同抗震性能研究

针对提出的一种围护-主体协同减震装配式结构新体系,即含减震外挂墙板的装配式框架结构,开展了抗震性能研究。基于试验提出了适用于该类结构的多尺度数值模拟方法;通过一栋RC框架结构明确了该类结构的协同减震机理;基于28个案例揭示了刚度比和屈服力比对其减震机理的影响规律。结果表明:多尺度数值模拟方法可较好模拟该类结构的损伤演化模式和受力特征;减震外挂墙板中所配置的U型阻尼器可先于主体结构屈服耗能,有效控制结构响应,显著降低梁柱构件损伤程度,但不改变主体结构的损伤演化模式;随着关键设计参数(刚度比和屈服力比)的增大,结构层间位移角减震率和阻尼器耗能占比整体逐渐增大,当关键设计参数达到一定值后,两者趋于稳定。研究成果可为主体和围护协同一体化工作的高性能结构体系研发提供参考。

钢筋混凝土框架结构全过程pushover分析

以往采用杆系模型对钢筋混凝土结构进行pushover分析时,杆端塑性铰所采用的力-变形关系模型中特征参数的计算是基于杆件的原始尺寸,且对变形的极限值 (如极限曲率 )没有加以限制,这种本构模型并不能完整地体现构件的受力全过程。本文首先采用数值计算方法分析了钢筋混凝土压弯构件保护层混凝土剥落后强度的变化以及箍筋约束作用对其强度和延性的影响。在此基础上,以一个预应力混凝土框架结构为例进行了全过程pushover分析。算例分析结果表明,这种分析方法能够更合理地反映结构从加载到破坏的整个受力过程。

某塔楼玻璃幕墙结构模型试验研究及有限元分析

合肥高速·滨湖时代广场C1#塔楼北立面在其高度为220m处设置有尺寸为27m×44m的单层平面索网幕墙,具有超高层、超大空间特征,风荷载作用时平面外变形较大,其安全问题显得尤为突出。为此,制作了缩尺比例为1:10的无玻璃和有玻璃两种模型,分别对两种模型进行了面外静力加载试验,分析了其在均布静力荷载作用下的平面外变形和拉索内力等静力性能。试验结果表明:有玻璃模型结构满足规范对单层平面索网幕墙风荷载作用下平面外变形要求,具有较高的安全性,玻璃对平面索网幕墙的刚度具有一定的贡献。最后,采用ANSYS有限元软件对试验过程进行模拟,并通过对比数值模拟结果和试验数据,验证了数值模型的正确性。