小剪跨比RC柱及钢管增强RC柱多次冲击的响应行为

近年来钢筋混凝土(RC)墩柱遭受车船撞击的风险日益增加,且车船撞击一般发生在RC柱靠近地面或底部承台的位置,导致柱体出现小剪跨比条件下的脆性剪切破坏。而随着力学性能良好的钢管混凝土在工程中越来越广泛地应用,其在小剪跨比下的抗冲击性能也需要更加深入的研究。为进一步研究小剪跨比RC柱的剪切损伤机理以及钢管对RC柱抗剪性能的增强效果,使用大型刚性摆锤装置分别对1根RC柱、内置钢管增强RC柱和外置钢管增强RC柱进行了侧向冲击试验,考察了试件的损伤特征、冲击力和位移等试验结果。结果表明:RC柱在承受两次冲击后发生剪切破坏,而两个钢管增强RC柱在经历额外两次大能量冲击后仍保持较好的整体形态,即钢管可有效提升RC柱的抗冲击性能;在相同截面配钢率下,外置钢管增强RC柱相比内置钢管增强RC柱整体上具有更强的抗冲击性能,但内置钢管可更有效地降低核心混凝土的剪切损伤;由于外置钢管RC柱具有三者中最高的整体刚度和表面刚度,其对相邻构件承载力和刚度的要求也更高。

轴压比对RC短柱受剪性能的影响机理

为了研究轴压比对钢筋混凝土短柱受剪性能的影响机理,应用三维刚体弹簧元法模拟了不同轴压比短柱在单调及循环荷载作用下的破坏过程,并结合梁-拱抗剪机制模型和开裂变形模式对受剪性能进行了分析。研究结果表明:随着循环次数的增加,抗剪承载力逐渐退化,轴压比的增大加剧了退化趋势,这主要是高轴压比使短柱发生更加明显的脆性破坏,产生了更多裂缝,从而使梁机制中混凝土抗剪作用急剧退化。

轴压比对RC框架实现“强柱弱梁”的影响研究

针对现浇楼板中板筋对纵向梁抗弯能力的提高作用,采用ABAQUS进行不同轴压比下的RC空间框架结构非线性分析,通过不同节点处的梁、柱钢筋应力对比,讨论了不同轴压比对应的结构和同一结构中不同节点位置在实现"强柱弱梁"上的难易程度以及梁端塑性铰的出现条件。研究结果表明,轴压比对板筋在纵向梁抗弯能力中参与程度的影响较大,低轴压比的结构比高轴压比的结构更容易出现梁端塑性铰;同一结构中内节点对应的纵向梁端比外节点更难出现塑性铰;为实现"大震不倒",建议在满足现行结构设计规范提出的相关要求外,对同一节点处的梁、柱端实际承载能力进行复核,使得考虑了现浇楼板参与作用后的梁端实际承载力依然小于柱端实际承载力。

基于偏心距随机特性的RC框架柱承载力抗震调整系数

以水平地震与竖向荷载组合作用下的RC框架柱为研究对象,推导截面偏心距与荷载效应比的关系式。接着依据已有的水平地震概率模型与楼面恒荷载、活荷载概率模型,分析偏心距设计值在总体样本点与失效样本点中分别具有的保证概率。然后采用Monte Carlo方法分析RC框架柱可靠度水平随多个参数的变化规律。结果表明:RC框架柱的承载力抗震可靠指标随弯矩效应比和轴压比设计值的变化较为明显,且弯矩荷载效应比越大、轴压比设计值越小,对应的可靠指标越低。与设计目标可靠指标相比,现行规范中RC柱的承载力抗震调整系数值是偏低的,在多数情形下应提高至0.9或1.0。这为合理进行RC框架柱的抗震设计提供了有益参考。

斜向反复加载下高轴压比RC短柱抗震性能实验

为研究斜向地震作用下高轴压比RC短柱在不同加载角度及配箍率下的抗震性能,开展5根截面尺寸为300mm×300mm,轴压比为0.6,配箍率分别为0.529%和1.058%,加载角度分别为0°、22.5°及45.0°的钢筋混凝土柱试件的低周往复加载实验,记录试件的破坏形态,提取滞回曲线和骨架曲线;从耗能能力、承载力及延性等方面对RC短柱进行抗震性能分析.结果表明:相同加载角度的试件随配箍率的增大,承载力增大,强度退化变缓,刚度基本不变.水平主轴加载时,配箍率对试件延性基本没影响;斜向水平加载时,延性随配箍率的增大而有所增大,提高配箍率可以在一定程度上改善试件的变形能力.该研究结果为RC短柱在工程中应用提供参考,为完善混凝土结构设计规范提供依据.

考虑初始荷载的火灾后RC柱抗震性能

为研究初始荷载作用对火灾后钢筋混凝土(RC)柱抗震性能的影响,分别对3根高温后RC柱和2根常温对比试件进行滞回加载试验。比较分析了不同初始荷载作用下试件的温度场变化、滞回曲线、骨架曲线和破坏模态,重点研究了不同初始荷载与高温冷却全过程对钢筋混凝土柱的破坏模态、剩余变形、剩余承载力、抗弯刚度与延性以及耗能能力的影响。结果表明:初始荷载作用对钢筋混凝土柱高温后的抗震性能影响显著,且存在一定尺寸效应;初始荷载作用时,随着轴压比增大,高温后试件的破坏模态由弯曲破坏变为压溃破坏;初始荷载的作用不仅影响柱截面温度场,而且使得高温后试件产生剩余压缩变形,轴压比越大,剩余压缩变形越大,剩余承载力和抗弯刚度均呈增大趋势,而延性和耗能能力呈下降趋势;高温冷却作用使得试件的承载力、抗弯刚度、延性以及耗能能力总体呈现不同程度的退化;建议在对受火后钢筋混凝土柱进行损伤评估和抗震性能研究时,应合理考虑初始荷载作用和尺寸效应的影响。

SRC柱-RC梁混合节点非线性有限元分析

在SRC柱-RC梁混合节点试验的基础上,采用通用有限元分析软件Ansys,建立考虑材料非线性的有限元分析模型.在单调加载作用下,对6个SRC柱-RC梁混合节点进行非线性数值模拟.改变梁纵筋配筋率和节点核心区配箍率,通过对荷载-位移曲线的分析,并与试验结果的对比,研究强节点系数对SRC柱-RC梁混合节点的破坏形式、承载力、延性等影响.结果表明,有限元模拟得到的荷载-位移曲线与试验结果吻合较好,从而验证采用有限元数值模拟开展SRC柱-RC梁混合节点研究的可行性.

钢法兰-榫式连接的装配式RC柱抗震性能试验研究

结合干式连接和湿式连接的优点提出了一种用于装配式钢筋混凝土柱(reinforced concrete,RC)的钢法兰-榫式连接,采用试验方法研究了该类连接的装配式RC柱的抗震性能。设计并制作了1个现浇柱试件和3个钢法兰-榫式连接的装配式柱试件,开展了试件的拟静力试验,研究了各试件的破坏过程及破坏形态,分析了钢法兰-榫式连接方式、钢法兰的钢腹板厚度及混凝土榫头箍筋配筋参数对试件破坏模式、滞回耗能性能、变形能力和关键点处应变的影响。试验结果表明,3个装配式试件的延性系数均大于4.0,变形能力和现浇试件相当,等效黏滞阻尼比均在0.2左右,表现出良好的延性及耗能性能;现浇试件XJ-1与装配式试件ZJ-1以柱底压弯破坏为主,装配式试件ZJ-2和ZJ-3分别发生腹板压弯破坏和榫头剪切破坏,试件ZJ-2的耗能能力较弱而试件ZJ-3的延性较差;腹板的厚度减小会降低钢节点的承载能力并导致腹板和上、下端板的应变增大,混凝土榫头箍筋配筋的减少导致榫头纵筋应变显著增加;装配式柱的柱纵筋的应变与现浇柱相当,表明钢节点能够有效传递纵筋应力。试验结果可为此类连接的装配式RC柱的设计提供参考。

影响RC框架结构抗地震倒塌能力的因素研究

基于有限元方法,采用"纤维梁模型+分层壳"模型,用增量动力时程方法,对RC框架结构抗地震倒塌能力的因素进行研究,可以得到如下结论:设计时尽量降低框架柱的最大轴压比,做到结构层间抗侧刚度均匀;并对多个设计模型比较,找到最优的最大层间位移角,使得结构设计的承载力、刚度、延性达到最佳匹配,增大倒塌储备系数C_(cmr),达到提高抗地震倒塌能力的目的。

基于概率的圆形RC桥墩性能指标量化分析

为了实现桥梁结构基于性能抗震设计,需要给出RC桥墩各等级性能水平下墩顶侧移率限值的量化定义。将RC桥墩抗震性能水平按完好无损、轻微损伤、中等损伤和严重损伤等损伤状态划分为四个等级。建立了RC桥墩各等级性能水平下墩顶侧移率计算公式,基于搜集到的74个圆形RC桥墩拟静力试验结果,通过多元回归分析,得到计算公式中轴压比、剪跨比和配箍特征值的相应系数。考虑计算公式中认知不确定性,采用K-S方法,对各等级性能水平下墩顶侧移率概率分布模型进行分析,结果表明,在5%重要性水平下概率分布模型服从对数正态分布。

RC梁与柱在不同地震作用下的变形限值分析

分析钢筋混凝土(RC)梁与柱基于不同地震作用下的变形限值,对钢筋混凝土梁与柱进行低周往复循环加载拟静力试验。然后对试验进行仿真模拟,将试验结果与仿真模拟结果进行对比分析,发现二者结果相近,从而验证仿真模拟的可行性。在构件的荷载-位移曲线上获取屈服点、峰值点和极限点,分别计算这3个状态点对应的侧向位移值与构件计算长度的比值,则可得出构件在小震、中震和大震时对应的位移角值。改变梁、柱构件的剪跨比、配筋形式以及柱构件的轴压比等,来得到更多构件的荷载-位移曲线,将所有结果进行统计分析,得到钢筋混凝土构件在不同地震作用下的位移角限值。

端部箍筋配置对RC柱变形机理影响的研究

为了研究调整箍筋的配箍方式对控制和预测RC柱构件的变形机理,在主筋相同但箍筋的配置方式及配箍率不同的6个试件的弯剪试验中,分析不同端部箍筋配置条件下试验柱的荷载—变形关系、R=1/50范围内各构件的性能、探讨承载能力极限状态的变形,端部箍筋配置条件对反复荷载下试验柱的极限承载能力和稳定性具有明显的影响;对同一变形角、不同配箍方式的试件,在反复荷载作用下,强度降低的差别较大;构件的变形量主要集中在箍筋加密区的两端,其次集中在回转角较大的位置;对柱端部箍筋进行加密,可以控制裂缝的发展以及剪切变形,而且从监测点的位移矢量分布情况可以得知,所有检测点的位移矢量均由加密区指向未加密区的趋势。

RC框架结构梁端楼板设缝后的设计方法及构造措施研究

框架结构梁端楼板设缝可以减少现浇板对梁端刚度和承载力的影响,因此该方法有利于实现"强柱弱梁"机制。本文在研究梁端楼板设缝后梁柱的合理线刚度比基础上,通过构造设计,并建立有限元模型进行模拟分析,据此提出RC框架结构梁端楼板设缝的合理建议。

国内外规范“强柱弱梁”屈服机制分析与对比

对广东省地方标准DBJ/T15—92—2021《高层建筑混凝土结构技术规程》、我国GB50011—2010《建筑抗震设计规范》以及美、欧、日规范关于混凝土框架结构“强柱弱梁”的设计规定进行介绍,从柱端弯矩增大系数、楼板作用等各规范关于“强柱弱梁”规定的差异进行比较,指出广东《高规》在内力调整措施上与其他规范不同,在抗震性能设计中通过构件重要性系数和承载力利用系数实现结构“强柱弱梁”屈服机制,更容易调整超强地震下引人的柱梁安全系数比指标,并给出框架梁端翼缘宽度范围内楼板钢筋的具体规定,减少梁配筋量。基于各规范设计规定,结合Pushover分析及动力弹塑性分析以6层RC框架结构作为对象进行计算分析,对梁柱钢筋用量、柱梁安全系数比、梁柱损伤及耗能情况等进行综合比较,分析RC框架结构各规范关于“强柱弱梁”规定的效果,该算例广东《高规》的柱配筋量、柱梁安全系数比较大,在实现“强柱弱梁”屈服机制方面效果较好。

高轴压作用下矩形RC空心柱抗剪承载力

研究RC空心柱抗剪问题对发展建筑底部新型空心柱支撑体系具有重要意义。首先通过拟静力试验研究了3个矩形RC空心柱在高轴压比(0.25~0.55)下的抗震性能,随后比较了各国抗震设计规范及抗剪分析模型对高轴压作用下RC空心柱抗剪承载力计算的可靠性,最后对国内外41个发生剪切与弯剪破坏的矩形RC空心柱试件的抗剪强度与延性进行识别与统计,基于此并考虑延性对箍筋桁架机制抗剪的影响提出了改进抗剪承载力模型。结果表明:配置较多箍筋的RC空心柱在高轴压作用下仍会发生弯剪破坏,其侧向抗剪薄弱问题突出。AASHTO规范公式预测空心柱试件抗剪承载力较为准确,用于高轴压RC空心柱的初步抗剪设计是可行的。分析模型中UCB与UCSD模型普遍高估本文试件的抗剪能力,不适用于RC空心柱的抗剪评估。毕桂平模型、Shin模型对RC空心柱抗剪能力的预测较理想,但可能会高估其在较大位移延性下的抗剪承载力,而本文提出的改进Shin模型预测结果准确,可用于结构底部支撑体系中空心柱的抗剪设计。

盐渍土环境中RC桥墩柱地震损伤试验研究与计算分析

为了研究盐渍土环境中RC桥墩柱的地震损伤,设计制作了10根RC桥墩柱,对其进行了电化学快速锈蚀试验及低周反复加载试验。试验中的主要设计参数为轴压比和锈蚀率。观察和记录了试件的开裂过程及破坏形态,通过实测数据绘制了构件的荷载—位移滞回曲线。在已有基础上提出了锈蚀RC桥墩柱在低周反复荷载作用下的双参数损伤模型,并对其进行了对比分析。试验结果表明:锈蚀率越大,滞回曲线捏缩现象越明显,滞回环面积逐渐减小,峰值荷载和极限位移也逐渐减小,试件耗能能力和延性明显降低,其损伤越来越严重;轴压比越大时,试件极限变形越差,耗能能力越低,其损伤越严重。通过与Mccabe损伤模型及Park-Ang损伤模型进行比较分析,得知该损伤模型更能准确反应构件的实际破坏程度,可为盐渍土环境中RC构件的损伤评估提供参考依据。

不同轴压比带楼板RCS梁柱组合件恢复力模型

基于6个1/2模型的端板-螺栓连接RCS组合结构带楼板梁柱组合件的拟静力试验,研究在不同轴压比下RCS组合件的滞回性能。通过对试件破坏过程及应力-应变曲线的分析,建立符合RCS组合结构梁柱组合件的恢复力模型。研究结果表明:6个试件最终破坏模式均为梁铰破坏,混凝土板破坏严重,混凝土柱仅在柱端出现轻微裂缝。文中提出了RCS组合件特征点的相关理论计算公式,由此建立的三折线骨架曲线模型与实际试验骨架曲线吻合较好;6个试件滞回曲线均出现轻微的捏拢,文章通过引入带捏缩效应的滞回规则能够较好的反映该现象;通过所建立的滞回规则绘制的计算滞回曲线与试验滞回曲线具有较高的吻合度,可为该类型带楼板RCS梁柱组合件地震反应分析提供参考。

循环荷载作用下SFRC/RC组合柱抗震性能研究

以现有RC柱抗震试验为原型,采用有限元软件ABAQUS建立相应的计算模型,并与试验结果进行对比,验证模型的可靠性。在柱底采用SFRC代替普通混凝土建立5个SFRC/RC组合柱模型,并建立RC柱对比模型,研究轴压比和配箍率对SFRC/RC组合柱抗震性能的影响,并对比分析SFRC/RC组合柱与RC柱抗震性能。研究结果表明,与RC柱相比,SFRC/RC组合柱位移延性系数、等效黏滞阻尼系数均增大,抗震性能提高;在一定范围内增大配箍率、减小轴压比可提高SFRC/RC组合柱抗震性能,减小轴压比时的抗震性能提升更明显。

RC错位柱结构体系节点竖向荷载作用下承载性能研究

本文针对一种RC错位柱结构体系梁柱节点,采用ABAQUS有限元分析软件对RC错位柱结构体系梁柱节点承载性能与关键影响因素进行研究。研究结果表明:节点在竖向荷载作用下处于偏心受压状态,节点薄弱位置为上柱与梁交界处受拉区混凝土、下柱斜撑与梁交界处受压区混凝土与下柱柱底受压区混凝土。错位柱节点承载性能的关键影响因素为错位量、梁高及加密区体积配箍率。错位量减少及梁高增大均可增强节点承载性能,其中,梁高较小时下柱柱底受压区混凝土先进入损伤;梁高较大时,下柱斜撑与梁交界处受压区混凝土先进入损伤。对于等效轴压比为0.50、0.57、0.60、0.64的错位柱结构,为保证其节点承载性能及延性,加密区箍筋的体积配箍率分别不宜少于0.7%、1.0%、1.5%、2.0%。本文的研究结果可为该类错位柱梁柱节点设计提出合理依据。

考虑冻融循环作用的RC框架梁柱节点抗震性能试验及恢复力模型

为研究冻融循环作用下RC框架梁柱节点抗震性能,首先,采用人工气候环境法对8榀RC框架梁柱节点试件进行快速冻融循环试验,进而进行拟静力试验;其次,研究冻融循环次数、轴压比及剪压比对试件破坏形态、承载力、变形及耗能能力等抗震性能的影响;最后,采用回归分析法,提出了冻融损伤RC框架梁柱节点的四折线骨架曲线模型,建立了可综合考虑加、卸载刚度退化及捏拢效应的冻融损伤RC梁柱节点恢复力模型。研究结果表明:随着冻融循环次数、轴压比和剪压比增大,试件承载力均有所降低;冻融循环次数和剪压比增大导致试件耗能能力下降,而随着轴压比提高,试件极限点的能量耗散系数呈增大趋势;试件在整个加载过程中可分为开裂、屈服、极限和破坏4个阶段,提出的四折线骨架曲线模型可较好描述各阶段受力与变形特征;通过所建恢复力模型得到的滞回曲线与试验曲线吻合较好,表明该模型能够较准确地描述冻融循环作用下RC框架梁柱节点的滞回性能。