Research on seismic behavior and shear strength of SRHC frame columns

The seismic behavior of steel reinforced high strength and high performance concrete （SRHC） frame columns was investigated through pseudo-static experiments of 16 frame columns with various shear span ratios, axial compression ratios, concrete strengths, steel ratios and stirrup ratios. Three kinds of failure mechanisms are presented and the characteristics of experimental hysteretic curves and skeleton curves with different design parameters are discussed. The columns＇ ductility and energy dissipation were quantitatively evaluated based on seismic resistance. The research results indicate that SRHC frame columns can withstand extreme bearing capacity, but the abilities of ductility and energy dissipation are inferior because of SRHC＇s natural brittleness. As a result, the axial load ratio should be restricted and some construction measures adopted, such as increasing the stirrup ratio. This research established effect factors on the bearing capacity of SPHC columns. Finally, an algorithm for obtaining ultimate bearing capacity using the flexural failure mode is established based on a modified plane- section assumption. The authors also established equations to determine shearing baroclinic failure and shear bond failure based on the accumulation of the axial load force distribution ratio. The calculated results of shear bearing capacity for different failure modes were in good agreement with the experimental results.

十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙轴压性能研究

为研究十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压受力性能,通过模型试验研究和ABAQUS数值模拟相结合的方法,对不同腔体数十字形钢管束自密实混凝土短肢剪力墙的轴压性能进行分析。首先,根据轴压试验结果对剪力墙的破坏形态和轴向荷载-应变曲线等轴压受力性能进行分析,提出轴压承载力计算公式。其次,建立剪力墙轴压有限元计算模型,将试验结果和模型计算结果进行对比以验证有限元模型的准确性。最后,根据有限元参数化分析结果验证并修正剪力墙轴压承载力计算公式。研究发现,剪力墙的轴向荷载-应变曲线在不同腔体数下具有相似的特征,表明其变形能力良好。在破坏过程中,钢管束对核心混凝土的约束作用显著,提高了试件的延性和承载能力,其中钢管束的破坏主要表现为多波鼓曲和焊缝开裂,尤其是在钢管束中部的1/4区域。此外,随着腔体数增加,剪力墙极限承载力提升,但其延性系数有所下降。本研究提出的简化公式与有限元分析结果的误差控制在10%以内,该公式可为工程设计应用提供理论借鉴。

装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙轴压性能研究

提出一种装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙,设计3个具有不同配筋形式和混凝土种类的墙板试件进行轴心受压试验,获得墙板在轴压作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、承载力储备系数、延性系数、材料利用率等性能指标。通过ABAQUS有限元分析软件对墙板进行参数化分析,研究内嵌钢板强度和厚度对其轴压性能的影响。结果表明,墙板具有良好的承载力储备能力和延性性能;混凝土中掺入1%体积比的钢纤维可显著提高墙板内混凝土的抗拉性能,使混凝土强度得到更加充分的利用,布置钢筋可以显著提高墙板延性;墙板的承载力和延性随内嵌钢板厚度和强度的增加而增大,强度为Q355、厚度为4、6mm时,墙板材料利用率更高。提出适用于该类墙板的轴压承载力设计公式,考虑钢板屈曲和截面组合效应的墙板轴心受压承载力设计公式计算结果较精确。

高温后烧结普通砖砌体剪压复合抗剪性能试验研究

为了研究砖砌体结构在高温后的剪压复合受力性能,制作了84个砌体试件,进行了在不同高温后不同轴压比下的抗剪试验,得出砌体在高温后的抗剪强度和轴压比之间的变化规律,对高温后砌体试件在不同轴压比情况下的延性进行了分析。结果表明:在相同温度下,随着轴压比增大,砌体抗剪强度增大;轴压比一定时,随着温度升高,砌体抗剪强度减小。在0.1~0.5轴压比范围内,同一温度下,随着轴压比增加,砌体的延性不断增大;轴压比相同时,随着温度的升高,砌体延性逐渐降低。以常温下相同压应力为基准,200℃以内,轴压比为0.3时试件出现剪压破坏;400℃以上,轴压比为0.2时试件出现剪压破坏,高温使砌体剪压段提前。基于变摩擦系数的剪摩理论,计算出普通砖砌体抗剪强度公式的变摩擦系数;结合高温后砖砌体纯剪强度公式,得到以温度为变量的高温后砖砌体剪压复合抗剪强度计算公式。

高轴压比下小剪跨比剪力墙的抗震性能试验研究

通过5片不同轴压比下小剪跨比剪力墙构件的低周反复荷载试验,研究了高轴压比对小剪跨比剪力墙的破坏模式、受剪承载力、延性、刚度特征及耗能能力的影响,并对加载全过程中剪力墙腹板双向钢筋的受力情况及传力机制进行分析。研究结果表明:所有构件均发生了剪切破坏,并在高轴压力作用下发生了平面外的错动;高轴压比阻碍了裂缝的产生及发展,提高了构件的受剪承载力,但在构件达到峰值荷载后,强度和刚度退化剧烈,极限位移小,提高边缘约束构件配箍率可以有限地提高构件的变形能力、延性及耗能能力,但对破坏模式、传力机制的影响不大。轴压比对构件的传力机制有着显著的影响,当轴压比较小时,桁架作用明显,水平钢筋与竖向钢筋对受剪承载力的贡献相当,均能充分发挥作用;当轴压比较高时,拱作用明显,水平钢筋未能充分发挥作用,对受剪承载力的贡献有限,竖向钢筋主要对拱作用有贡献。

拉-压变轴力下小剪跨比RC剪力墙受剪试验研究

近年来,高层建筑中底部剪力墙因受拉,处于拉-压变轴力和水平荷载耦合受力的问题得到了广泛的关注。为了研究拉-压变轴力下小剪跨比钢筋混凝土(RC)剪力墙的受剪性能,该文完成了3个剪跨比为1.0的RC剪力墙在拉-压变轴力下的往复受剪试验,研究参数为拉-压变轴力变化幅值和加载路径。结果表明:不同加载路径下RC墙均在压剪方向发生剪压破坏,压剪方向极限位移角为1.2%~1.4%;拉-压变轴力变化幅值改变墙体拉剪和压剪承载力,加载路径对墙体的拉剪强度有一定的影响,但对压剪强度影响很小;拉-压变轴力下剪力墙的滞回曲线呈现明显不对称现象,拉-压变轴力的变化幅值对滞回曲线的形状影响较小,但加载路径改变滞回曲线的形状;拉-压变轴力的变化幅值将增加剪力墙拉剪与压剪刚度的差别,在双肢墙结构中可能导致更多的剪力从受拉墙体转移到受压墙体;基于OpenSees建立了可准确模拟拉-压变轴力下RC剪力墙受剪行为的有限元模型。

轴压荷载作用下双钢板-混凝土组合剪力墙中钢板屈曲性能研究

双钢板-混凝土组合剪力墙作为建筑物中的抗侧力构件,具有承载力高、耗能能力强和延性好等优点。在高层和超高层建筑结构中,双钢板-混凝土组合剪力墙需要承担一定的竖向荷载,钢板在正常使用阶段要求不发生弹性屈曲。钢板初始几何缺陷是影响双钢板-混凝土组合剪力墙轴压荷载下钢板屈曲应力的重要指标,而在以往的研究中,钢板屈曲应力的计算方法并未予以考虑。基于前期的双钢板-混凝土组合剪力墙轴压试验研究,采用分析软件ABAQUS建立了双钢板-混凝土组合剪力墙轴压试件有限元模型,模型中引入了钢板的初始几何缺陷,从钢板屈曲应变、荷载-位移曲线和破坏模态等方面与试验结果进行对比,验证了模型分析结果的合理性。在此基础上进行参数分析,系统研究了钢板初始几何缺陷、钢板距厚比和钢材屈服强度等参数对钢板屈曲性能的影响规律,基于试验和数值模拟分析结果,提出了考虑钢板初始几何缺陷影响的双钢板-混凝土组合剪力墙钢板屈曲应力计算方法。

不出筋密拼接预制剪力墙受弯性能试验研究

对6个不出筋密拼接预制剪力墙足尺试件进行拟静力试验,分析了轴压比和边缘构件纵筋配筋率对不出筋密拼接预制剪力墙受弯承载力的影响。结果表明:不出筋密拼接预制剪力墙试件破坏损伤区域主要集中在竖向插筋孔和纵向凹槽壁处;试验轴压比为0.20~0.30时,墙体受弯承载力和刚度随轴压比增大而提高,轴压比较大时,提高幅度明显减小;边缘构件纵筋配筋率在1.16%~2.36%时,随着配筋率增大,墙体承载力和初始刚度提高,刚度退化速度加快,延性降低。可通过JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中现浇钢筋混凝土剪力墙受弯承载力公式进行受弯承载力计算,计算结果偏安全。

钢板夹心混凝土组合剪力墙的变形能力研究

为研究钢板夹心混凝土组合剪力墙的变形能力,该文基于平截面假定推导了钢板夹心混凝土组合剪力墙的截面曲率延性系数,并利用等效塑性铰假定进一步得到其位移延性系数,通过已有试验结果验证了该计算方法的可靠性。利用该计算方法研究了轴压比、端柱套箍指标、剪力墙高宽比、钢板强度、混凝土强度等参数对钢板夹心混凝土组合剪力墙位移延性系数的影响。研究表明:通过控制剪力墙轴压比,适当提高端柱套箍指标,使用低强度钢材以及设置有效构造隔板可有效保证剪力墙的变形能力。

轴压比对T形钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能的影响研究

为研究轴压比对T形钢管束混凝土组合剪力墙抗震性能的影响,本文运用数值模拟软件ABAQUS设计并建立了轴压比为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8的九个试件,进行有限元分析,系统分析了试件的抗震性能。分析结果表明:随着轴压比增大,T形钢管束混凝土组合剪力墙的承载能力有所降低,耗能能力有所提高;当轴压比大于0.6时,初始刚度显著降低。

节能砌块隐形密框复合墙体双面受火后滞回特性研究

为了评价节能砌块隐形密框复合墙体(以下简称复合墙体)受火后的滞回特性,制作了6个缩尺比例为1∶2的试件,并对试件进行了双面受火试验和受火后平面内循环往复加载试验,研究了轴压比、受火时间对墙体骨架曲线及滞回特性的影响。基于试验结果和现有恢复力模型理论,考虑轴压比和受火时间影响,提出了适用于受火后墙体试件的退化四线型恢复力模型。相关计算分析结果表明:计算得到的骨架曲线与试验情况以及计算得到的恢复力模型与墙体滞回曲线吻合程度均较好,表明提出的恢复力模型可较好地反映轴压比和受火时间对其滞回特性的影响,可为该墙体的结构弹塑性分析及工程应用提供参考。

现浇边缘构件的装配整体式齿槽剪力墙抗震性能试验研究

为研究装配整体式齿槽剪力墙的抗震性能及竖向接缝性能,对1片现浇剪力墙和3片齿槽剪力墙进行了拟静力试验,变化参数包括轴压比和剪跨比。试验结果表明:墙体发生弯曲破坏,齿槽剪力墙与现浇剪力墙承载力和刚度基本相当,具有良好的抗震性能,可满足“等同现浇”的性能需求;位移角为1/1000时,齿槽剪力墙竖向接缝保持完好;位移角大于1/500时,竖向接缝两侧墙体发生竖向错动变形。齿槽剪力墙滞回曲线饱满,位移延性系数大于5,具有良好的变形能力;提高轴压比、降低剪跨比,加速了竖向接缝开裂并促进竖缝两侧相对变形的发展;改变轴压比和剪跨比对齿槽剪力墙承载力和变形性能的影响规律与现浇剪力墙相同;较高轴压力作用时,墙体破坏集中于竖向插筋孔区域形成竖向裂缝,墙角压溃区域减小。采用ABAQUS软件进行有限元分析,模拟骨架曲线及破坏形态与试验结果吻合良好;改变轴压比、剪跨比对墙体性能的影响与试验结果一致,增加横向槽孔尺寸、减少横向槽孔内侧尺寸,对墙体力学性能基本无影响。

圆多腔体中空钢管混凝土柱抗震性能分析

为研究圆多腔体中空钢管混凝土柱的抗震性能,首先对圆实心分腔复式钢管混凝土柱试件的试验结果与有限元结果进行比对,确定了有限元模拟方法有效后,再利用ABAQUS建立了以轴压比(0.2~0.6)、剪跨比(3~5)、截面形式(圆多腔体中空截面与圆多腔体实心截面)为基本参数的12根柱模型,对其进行了低周往复加载,对比分析了剪跨比、轴压比、截面形式对模型滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化以及耗能能力的影响规律。结果表明:剪跨比较小的模型,随轴压比的增大延性系数与耗能能力增幅明显,但轴压比对刚度退化的影响不明显;剪跨比较大的模型,在轴压比也较大时极限承载力、延性与耗能能力有显著衰减的趋势,刚度退化也对轴压比较为敏感;在轴压比较小时,圆多腔体中空钢管混凝土柱与圆实心分腔复式钢管混凝土柱相比耗能能力差异不大,但随轴压比增大,圆多腔体中空钢管混凝土柱滞回耗能有显著提高。

M型钢-混凝土组合剪力墙抗震性能有限元分析

为避免小剪跨比剪力墙在地震下发生脆性剪切破坏,提出一种M型钢-混凝土组合剪力墙,采用M型钢作为剪力墙竖向分布钢筋,具有整体性能好、抗扭刚度大、施工效率高等特点,在大震下呈现分缝受力的破坏模式,表现出良好的抗震性能。采用ABAQUS有限元软件对M型钢-混凝土组合墙体进行非线性拟静力分析,研究不同免拆模板类型、轴压比、水平钢筋配筋率对墙体的抗震性能的影响,对墙体的塑性损伤分布情况进行对比分析。结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合程度良好,墙体混凝土损伤呈两阶段分布。M型钢-混凝土组合墙体具有较大的承载力和抗侧刚度,免拆模板类型对墙体抗震性能影响不大,降低水平钢筋配筋率会使墙体承载力显著下降,加速刚度衰减,延性和耗能能力显著增强,减小轴压比会降低墙体承载力,但延性系数有所提高。

一方向为短肢墙的高层住宅楼抗震性能分析

在高层板式住宅楼中,一个方向设置门窗洞口后剪力墙数量较少或截面长度较短,另一个方向分室、分户剪力墙数量较多。由于结构两个主轴方向剪切刚度差别较大,合理调整结构布置可以使结构两个方向的基本周期和地震作用下最大层间位移角基本相当,但地震作用下结构两个主轴方向的变形特征仍存在明显差异,分别为弯剪型和弯曲型。另外,地震作用下各墙肢轴力分布不均匀,而规范中对剪力墙的轴压比计算不考虑地震作用参与组合且采用同样的限值,不能真实地反映剪力墙延性;补充双向地震作用分析并控制墙肢名义拉应力则可以有效地提高剪力墙延性。罕遇地震动力弹塑性分析结果亦表明,剪力墙损伤程度与考虑多遇地震作用组合下轴压比和设防地震作用名义拉应力大小一致。

塑性铰区采用PVA纤维高强混凝土柱抗震性能

为了明确局部PVA纤维高强混凝土柱中轴压比、剪跨比和PVA纤维掺量对抗震性能的影响,对不同轴压比(0.2、0.3和0.4)、剪跨比(3.23、4.15和5.07)和PVA纤维体积分数(0、0.3%、0.5%和0.7%)的8根高强钢筋混凝土柱足尺试件进行了抗震性能试验,分析了PVA纤维掺量、轴压比和剪跨比等参数对于高强钢筋混凝土柱耗能能力、自复位能力、强度退化性能、刚度退化性能以及弯矩曲率关系的影响规律.以有限元模拟软件OpenSees为平台建立试件模型,对轴压比和剪跨比进行扩展分析.研究结果表明,PVA纤维混凝土柱的延性、耗能能力明显更优,抗震性能更好;同时,轴压比和剪跨比对抗震性能影响显著,PVA纤维掺量对其影响较大;建立的有限元模型具有较高的准确性.

复合配筋混凝土剪力墙抗震性能数值分析

通过给暗柱配置预应力钢绞线,墙身配置普通钢筋的复合配筋方式设计了3面复合配筋预应力钢绞线剪力墙,并设计了1面普通钢筋混凝土剪力墙进行对比。基于Diana有限元分析软件对两种墙体进行了拟静力分析,对比研究了暗柱不同配筋形式及轴压比对剪力墙滞回性能、承载性能、变形性能、刚度退化、耗能能力及裂缝开展的影响。结果表明:与普通钢筋混凝土剪力墙相比,复合配筋预应力钢绞线剪力墙可以有效地提高构件的承载性能,并抑制裂缝的开展;随着轴压比的增大,构件承载力有所提升,但延性显著下降。

边缘构件节点现浇连接装配式RC双肢剪力墙抗震性能分析

为研究边缘构件节点现浇连接装配式RC双肢剪力墙抗震性能,分别对现浇式RC双肢剪力墙试件SW-1、装配式RC双肢剪力墙试件SW-2进行ABAQUS有限元模拟.模拟结果显示,试件SW-2的初始刚度低于试件SW-1,且试件SW-1的延性比试件SW-2高29.20%,但两试件具有相同的破坏形态,滞回曲线均为梭形,承载力相近;此外,改变试件SW-2混凝土强度等级、轴压比参数进行模拟,结果表明,试件SW-2在轴压比限值内轴压比的提高对试件SW-2有利;试件SW-2刚度、承载力随混凝土强度的提高而升高,延性比呈下降趋势.

T型板连接装配式组合剪力墙抗震性能研究

装配式建筑在国家政策的大力支持下逐渐兴起,钢板混凝土组合剪力墙结构作为一种高效的抗侧力体系,其与装配式建筑的结合成为土木工程领域当前的研究热点。基于钢结构节点连接的可靠性与便捷性特点,提出了一种预埋T型板连接装配式组合剪力墙,建立了同尺寸的现浇组合剪力墙和装配式组合剪力墙的精细化有限元分析模型,并将二者分析结果进行对比,验证了该连接方式的可行性与可靠性;在此基础上,通过一系列试验对二者的滞回曲线、骨架曲线、延性系数和抗侧刚度等进行对比分析和抗剪承载力理论验算,结果表明预埋T型板连接装配式组合剪力墙的耗能能力、承载能力、延性性能和抗侧性能均有所降低,基本满足抗震性能要求。通过对比分析发现,轴压比和高宽比对T型板连接装配式墙体承载性能有一定影响,设计时应给予足够的重视。

预制陶粒泡沫混凝土夹层复合剪力墙轴心受压性能研究

通过对5片不同拉结筋间距、中间层厚度的陶粒泡沫混凝土夹层复合剪力墙试件进行轴心受压试验,研究其在轴心荷载作用下的承载力、变形性能、裂缝发展规律、破坏过程以及破坏形式。结果表明:陶粒泡沫混凝土夹层复合剪力墙轴心受压破坏形式主要可分为墙板剥离破坏和轴心受压破坏,发生墙板剥离破坏的试件轴心受压承载力较低;发生轴心受压破坏的试件轴心受压承载力较高。当拉结筋间距不大于600mm时,拉结筋间距对墙体的轴心受压承载力影响不大,但减小拉结筋间距能有效缓解界面裂缝的开展与延伸,而未设置拉结筋墙体的轴心受压承载力将显著降低;建议实际工程中陶粒泡沫混凝土夹层复合剪力墙应设置拉结筋,且拉结筋间距不应超过200mm。采用中国规范计算各试件轴心受压承载力时,对于破坏形式为轴心受压破坏的试件,公式计算值与试验值吻合良好。