外包约束RC钢管混凝土墩脚震损修复后性能试验研究

针对外包约束RC钢管混凝土桥墩在墩脚外包区以上形成塑性铰的破坏模式,提出了一种植筋并加高外包层的加固方法。开展了4个加固修复后试件的拟静力性能研究,参考试件受损前的滞回性能表现,从破坏模式、滞回特征、水平承载力、耗能能力、刚度退化以及残余位移等方面,评估修复后墩脚的抗震性能。研究表明:所提出的加固方法有效加强了受损外包约束RC钢管混凝土墩脚试件,减轻或避免墩柱钢管的局部屈曲,使得构件损伤从CFST墩柱塑性铰向墩脚外包区底部塑性铰发展;修复后试件在峰值水平承载力、极限变形能力、耗能效率与耗能能力等方面优于原试件;但由于墩脚处初始损伤的存在,修复试件的抗侧刚度显著低于原试件,且存在受损锚固钢筋在低周往复加载下疲劳断裂隐患。

智慧工科教育理念下的交叉学科《工程制图》教学改革初探

为深入推进新工科人才战略,培养前瞻性创新型跨学科复合人才,重庆大学启动大类招生计划,以智能化发展要求为导向,提升未来科技创新卓越的领军人才的基本素质。本文以工程能源大类专业为研究对象,重点讨论新工科背景下《工程制图》课程所面临的挑战及其解决路径,为交叉学科《工程制图》课程建设与教学改革提供新思路。

衬管加劲薄壁方钢管混凝土柱偏压性能及承载力研究

为研究衬管加劲薄壁方钢管混凝土柱在偏压荷载作用下的受力性能,设计完成8个偏压短柱试验研究,考察参数包括钢管宽厚比(80~160)、荷载偏心率(0~1.7%)和加劲形式(未加劲、内衬圆钢管、内衬八边形钢管),从破坏模式、荷载-柱中横向位移曲线、承载力等方面对衬管加劲薄壁方钢管混凝土短柱的偏压性能进行对比和分析,建立基于试验结果验证的有限元模型并开展参数分析。研究结果表明:衬管加劲肋可有效改善薄壁方钢管混凝土柱的钢管屈曲特性和约束效应,提高构件的承载力和延性;所提出的分段式N-M相关曲线计算方法可有效预测衬管加劲薄壁钢管混凝土柱的截面承载力,相对误差均小于10%。

大径厚比圆钢管约束型钢混凝土短柱轴压性能研究

通过对6根大径厚比(D/t取120,133)圆钢管约束型钢混凝土短柱的轴压试验,研究了钢管径厚比和抗剪栓钉对型钢混凝土柱轴压性能的影响。试验结果表明:钢管的约束作用可以提高核心混凝土抗压强度,改善构件的延性;在轴心压力作用下,型钢与混凝土协同变形,抗剪栓钉对构件的破坏模式、轴压承载力和延性无明显影响。通过分析峰值荷载时钢管应变沿高度的变化趋势,将钢管沿柱高度分为非应变协调区和应变协调区。钢管环向约束应力在非应变协调区随测点高度线性减小,在应变协调区保持不变。根据试验和理论计算结果,提出了同时考虑钢管和型钢约束作用的圆钢管约束型钢混凝土短柱轴压承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。

装配式先张预应力混凝土框架结构研究初探Ⅱ:抗震弹塑性分析

装配式先张预应力混凝土框架是一种新型的结构形式,该结构采用先张预应力混凝土梁与预制混凝土柱先铰接后刚接的特殊施工方式,可有效降低框架梁端的负弯矩与配筋数量。基于纤维模型分别建立7度（0.1g,0.15g）和8度（0.2g）设防的现浇混凝土框架与装配式先张预应力混凝土框架的一系列弹塑性分析模型,提出了可考虑装配式先张预应力混凝土框架施工过程影响的建模方法。采用静力弹塑性推覆分析和动力弹塑性时程分析对建议的新型结构形式的抗震性能进行考察。结果表明,装配式先张预应力混凝土框架与现浇混凝土框架的整体抗震性能指标接近,在破坏模式与损伤细节上则存在不同程度的差异。装配式先张预应力混凝土框架的承载力比现浇混凝土框架高6%-12%,罕遇地震下装配式先张预应力混凝土框架最大层间转角比现浇混凝土框架高1%-13%。

大直径高强螺栓剪力件受剪性能研究

为研究埋置于超高性能混凝土(UHPC)中的大直径高强螺栓剪力件的受剪性能,对其进行剪切试验与理论研究。以螺栓排列方向及其间距、螺栓预紧力和UHPC类别为主要参数,进行10个8.8级M30高强螺栓剪力件的简化推出试验,得到试件的破坏模式与荷载-滑移曲线,对比分析关键力学性能指标的变化规律。建立基于试验结果的有限元模型,分析试件的破坏机制与受剪机理。研究表明:发生剪切破坏的大直径高强螺栓,其剪切承载力约为截面轴拉承载力的80%;与纵向(沿剪力方向)排列的双螺栓试件相比,横向(垂直剪力方向)排列的双螺栓试件可有效改善群钉效应对剪切承载力的削弱,等效单螺栓剪切承载力受螺栓间距影响较小;钢纤维增强的UHPC可改善高强螺栓的受剪性能;螺栓预紧力对试件的初始滑移相应荷载影响较大。

并列异形PBL-钢纤维增强混凝土组合剪力键受剪性能研究

为解决PBL连接件在装配式组合梁中应用困难的问题,提出了一种并列异形PBL-钢纤维增强混凝土(SFRC)组合剪力键。以连接件内贯穿钢筋数量为参数,进行了5个简化单边推出试验,得到试件的破坏模式与荷载-位移曲线,对比分析关键受剪变形特征的变化规律。基于试验结果,建立与试验结果吻合较好的有限元模型,并分析了不同材料部件的应力、应变发展及分布特点;对异形钢板剪力键的断裂机制进行了初探性研究。研究结果表明:并列异形PBL-SFRC组合剪力键具有初始剪切刚度大和延性好的特点;贯穿钢筋可有效防止SFRC的纵向劈裂破坏,减小连接件的拔出效应;组合剪力键的整体性随贯穿钢筋数量的增加而提高;有限元分析较好地揭示了该类剪力键从PBL屈服到SFRC损伤再到PBL断裂的破坏过程,PBL剪力键断裂点的钢材应变较大,与钢材颈缩应变吻合较好。

圆钢管约束型钢混凝土柱-钢梁框架结构体系分析

为研究采用钢管约束型钢混凝土柱的高层结构的抗震性能,对钢管约束型钢混凝土柱-钢梁框架开展弹塑性有限元分析。通过开源的OpenSees有限元软件,建立具有代表性的框架有限元分析模型,以框架柱类型(钢管混凝土(CFT)柱和钢管约束型钢混凝土(TSRC)柱)、柱梁端弯矩比、径厚比为研究参数,开展Pushover分析、时程分析、IDA分析和地震易损性分析,比较不同算例的能力曲线、屈服机制、层间位移和抗倒塌能力等。基于体系分析结果,建议钢管约束型钢混凝土柱-钢梁框架结构体系的最大适用高度,弹性及弹塑性层间位移角限值可按GB 50936—2014《钢管混凝土结构设计规范》取值;与增大钢管壁厚相比,提高柱截面型钢含钢率对改善高烈度设防区钢管约束型钢混凝土柱-钢梁框架的抗震性能更为有效。

装配式先张预应力混凝土框架结构研究初探Ⅰ:结构概念与弹性分析

装配式先张预应力混凝土框架是通过装配施工工艺,将先张预应力混凝土梁与预制混凝土柱先铰接后刚接而形成的一种新型结构。以某5层框架结构为例进行了内力分析,分别对比了设防烈度为7度（0.1g,0.15g）和8度（0.2g）时装配式先张预应力混凝土框架与现浇混凝土框架的弹性内力。分析结果表明,跟现浇混凝土框架相比,装配式先张预应力混凝土框架的梁端负弯矩绝对值降低了60%-80%。因此,跟普通的现浇混凝土框架相比,这种结构可有效降低框架梁端的负弯矩和纵筋配筋率,从而减少穿过框架节点区的梁纵筋数量,降低装配施工难度,提高装配施工效率;且这种框架结构能充分利用高强预应力筋,降低框架梁的钢筋用量,是一种具有良好综合效益的结构形式。

方钢管约束型钢混凝土柱受剪承载力计算

基于已有受剪破坏方钢管约束型钢混凝土短柱试验结果,建立精细化有限元模型,对设有型钢栓钉与钢管斜拉加劲肋的方钢管约束型钢混凝土短柱受剪性能进行有限元分析。研究结果表明:栓钉对方形截面钢管约束型钢混凝土短柱的力学行为影响较小;而斜拉加劲肋有效限制钢管局部屈曲,提高约束作用,改善型钢与混凝土的共同工作性能。基于试验与有限元分析结果,考虑方钢管等效密排箍筋效应,提出了方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力计算公式,预测结果与试验及有限元参数分析结果吻合较好。

钢筋混凝土柱-交错桁架结构抗震性能分析

交错桁架结构体系产生于20世纪60年代中期,具有开间大、建筑布置自由、自重轻、施工速度快等优点。交错桁架结构整体受力性能好且自重较轻,其框架柱的内力一般较小,使得体系内钢柱的设计往往由长细比控制。中建科技有限公司设计开发的钢筋混凝土(RC)柱-交错桁架结构,采用预制RC柱替代传统钢柱,在保证结构性能与施工便利性的前提下,有效降低结构造价。以某实际工程为背景,利用MSC.MARC软件建立抗震设防烈度为7度(0.1g)的9层RC柱-交错桁架结构有限元模型,并采用倒三角分布加载模式对结构开展静力弹塑性分析。根据能力谱法求得结构的性能点状态,分别从楼层位移、层间位移角和构件屈服顺序三个方面分析了结构的抗震性能。在原有限元模型的基础上建立了3个局部斜腹杆失效的RC柱-交错桁架结构有限元模型,评估局部斜腹杆失效对结构抗震性能的影响。研究结果表明:1)RC柱-交错桁架结构具有抗侧刚度大的特点,多遇地震作用下的弹性层间位移角和罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角都远小于JGJ/T 329—2015《交错桁架钢结构设计规程》限值,最大层间位移角分别出现在第3层与第2层;2)构件屈服最早出现在靠近外侧的交错桁架中下部的斜腹杆,随着地震作用的增大,内侧交错桁架斜腹杆也逐渐屈服;3)局部斜腹杆失效的结构与原结构的结构能力曲线基本重合,随着抗震设防水准的提高,顶点位移的差距由8%下降到3%;4)在多遇地震设防水准下,局部斜腹杆失效使对应轴线的最大层间位移角最多增加32.7%,在罕遇地震设防水准下最多增加17.8%,但弹性层间位移角和弹塑性层间位移角仍远小于规范限值;5)局部斜腹杆失效会使结构在罕遇地震设防水准下屈服构件数量增加(2~4根斜腹杆),但结构整体仍处于弹性状态。RC柱-交错桁架结构整体抗震性能良好,能够满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设防要求,在局部斜腹杆失效的情况下,结构抗震性能虽有所下降,但依然能够满足抗震设防要求。

交错桁架体系RC柱与桁架连接节点受力性能分析

交错桁架结构体系最早于20世纪60年代出现于美国,并得到了广泛应用,典型的交错桁架结构体系主要由柱、楼板及平面桁架等构件组成,柱可采用H型钢柱、钢管柱、钢管混凝土柱等,楼板可以采用空心楼板、叠合楼板、现浇钢筋混凝土楼板等,桁架可以采用空腹式桁架、帕式桁架或混合式桁架。该结构体系具有开间大、施工便捷、经济、高效、环保等优势,同时其结构质量轻、整体受力性能好,柱内力一般较小,导致采用钢柱时设计控制指标通常为长细比,造成了材料的浪费。预制钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)柱具有实心截面且施工便捷的优势,运用在交错桁架结构体系中,可以更充分地利用柱的力学性能,进而提高交错桁架结构体系的经济效益。然而,要实现RC柱的应用必须先实现柱-桁架节点的可靠连接。中建科技有限公司设计开发了采用预制RC柱、钢桁架和预应力混凝土楼板的装配式交错桁架结构,重庆大学对该结构体系进行了静力弹塑性分析,以评估其抗震性能。国内外学者对交错桁架结构体系中的桁架及结构体系抗震性能进行了大量的试验研究与理论分析,但对于交错桁架结构体系节点仅少量学者进行了一些较为初步的研究,且主要针对钢或钢管混凝土柱-桁架节点。为研究交错桁架体系中RC柱与桁架连接节点的受力性能,基于ABSQUS有限元软件,针对该工程中采用的典型RC柱-桁架节点,即RC柱与上弦杆和斜腹杆连接处的牛腿加预埋板式节点,建立了有限元模型,对其在结构设计分析中出现的5种最不利工况下的应力分布、斜腹杆荷载-位移曲线以及弦杆截面内力进行了分析,主要研究参数包括RC柱轴压比、是否限制弦杆水平位移及斜腹杆的受力情况。研究结果表明:1)杆件内力可通过节点板传至牛腿或预埋钢板,再通过锚杆传至柱内,传力路径明确,节点设计合理。2)各类杆件均先于节点区钢筋屈服,满足“强节点,弱构件”的设计要求。3)不释放弦杆水平位移的工况中,弦杆和斜腹杆强度利用更充分,柱中钢筋应力发展程度较释放弦杆水平位移的工况弱。4)不释放弦杆水平位移时,由于此时弦杆和斜腹杆强度利用更充分,柱中钢筋应力发挥程度不高,因此承载力和位移均更大;轴压比为0的工况中,斜腹杆荷载在位移为5 mm之前随位移线性增大,5 mm之后由于节点区塑性变形增长,荷载随位移增长速率减慢。5)峰值荷载时,除轴压力为0工况的剪力外,其他工况下弦杆的弯矩和剪力均较小;限制弦杆水平位移的工况下的弦杆轴力明显大于释放弦杆水平位移的工况,且斜腹杆峰值荷载提高约10%。6)为减轻由于牛腿造成的柱偏心效应,建议适当增加钢筋混凝土的纵筋配筋率,以提高其安全储备。