轻钢龙骨混凝土复合外挂墙板力学性能试验研究

复合墙板性能关系着结构的安全,在新设计建造的轻钢龙骨复合墙板投入使用前应进行力学性能试验,以评估其安全性能。为研究墙板的受力变形过程及破坏形态,对两片不同的轻钢龙骨混凝土复合外挂墙板分别进行四点弯曲试验和低周反复荷载试验。弯曲试验结果表明,弯曲过程中墙板出现裂缝时的计算等效均布荷载大于建筑风荷载标准值,抗弯性能满足受力要求。墙板经历了弹性阶段、弹塑性变形阶段和屈服破坏阶段,主要通过钢材屈服后的弹塑性变形和材料的破坏来实现耗能,屈服前耗能占总耗能的6.19%,屈服后累计耗能呈现二次抛物线增长,这一结果体现了墙板良好的抗震能力。研究结果可为实际应用提供依据。

水平双轴加载下带翼缘RC 剪力墙抗震性能试验研究

为了揭示双轴耦合效应对不同截面形式带翼缘RC剪力墙多维抗震性能的影响,对3个T形截面和2个L形截面RC剪力墙分别沿其主轴方向进行了低周往复加载试验,对比分析了水平单、双轴加载下带翼缘RC剪力墙的破坏特征、滞回特性、承载力、延性、极限位移角、耗能能力与钢筋应变。研究表明:T形墙和L形墙的破坏均呈现出明显的非对称性,即破坏集中于墙肢自由端,双轴加载加重了带翼缘RC剪力墙的开裂和损伤程度,且易引起剪力墙局部损伤集中;与单轴加载相比,双轴加载不仅削弱了带翼缘RC剪力墙各受力方向的承载力与变形能力、增大了腹板塑性铰区弯曲变形在总变形中的占比、加速了耗能进程、降低了单个方向的耗能能力,并且增大了腹板与翼缘竖向钢筋的应变以及翼缘的剪力滞后效应;双轴耦合效应对L形墙损伤的影响较T形墙更为显著,并导致双轴加载下L形墙各抗震性能指标的衰减程度大于T形墙。考虑双轴受力后,中国抗震规范关于RC剪力墙层间位移角的限值仍较为安全,但安全冗余度降低。

装配整体式梁柱节点的抗震性能对比研究

目的 研究预制柱纵筋间距放大后装配整体式T型节点和十字型节点的抗震性能,为工程设计提供依据。方法 对5个足尺梁柱节点试件进行低周往复荷载试验,通过对比各试件的滞回曲线、骨架曲线和位移延性等,研究了节点类型、柱纵筋间距和轴压比对梁柱节点抗震性能的影响。结果 装配式节点均发生梁端弯曲破坏,预制柱和节点核心区未见明显破坏,破坏主要是预制梁端底部纵筋屈服和梁端底部混凝土压碎脱落;楼板加强了叠合梁的抗负弯矩能力,叠合梁上部现浇混凝土和预制混凝土交界面出现明显的水平剪切裂缝;柱纵筋间距放大后,与对比试件相比,T型节点的承载力提高了9.2%,十字型节点的承载力提高了1.3%。结论 柱纵筋间距放大试件的延性和耗能能力与对比试件相差不大,柱纵筋间距放大对梁柱节点的抗震性能影响不大;十字型节点和T型节点位移延性系数相差不大。

LYP225低屈服点钢哑铃形钢棒阻尼器剪切性能试验研究

该文结合带平直段的双圆锥阻尼器和低屈服点钢材的特性,设计了LYP225低屈服点钢哑铃形钢棒阻尼器(LY225-WDP),该阻尼器具有屈服位移小、延性高、耗能能力稳定的特点。利用低屈服点钢LYP225设计了7个不同构造参数的LY225-WDP试件,并对其进行低周往复循环荷载试验,研究阻尼器在循环剪切变形下的滞回与耗能能力,以及不同设计参数对阻尼器力学性能的影响。结果表明:在循环剪切变形下,LY225-WDP的变形特点主要表现为弯曲变形,破坏模式属于低周疲劳破坏;阻尼器的滞回曲线饱满,稳定性良好,在整个加载过程中,表现出明显的强化现象,延性系数在8.50~10.04,超强系数在2.09~2.79;阻尼器的弹性刚度及承载力在耗能段内径及长度一定时与内缩率呈正相关,在耗能段外径及长度一定时与内缩率呈负相关;阻尼器的耗能能力随着平直段长度的增加而明显提升;对LY225-WDP建立了弹性刚度及屈服承载力计算公式,试验数据验证了公式的准确性,可为LY225-WDP的设计提供参考。

LY160钢屈曲约束支撑框架抗震性能研究

屈曲约束支撑(BRB)因其性能优越已在工程中广泛应用,目前工程中使用的BRB芯材多为Q235B钢,为研究软钢BRB框架的受力性能,设计了一榀LY160钢BRB框架进行低周反复试验。试验结果表明:LY160钢BRB框架滞回曲线饱满,耗能系数高达1.54,等效黏滞阻尼达到了0.255。为了进一步研究LY160钢BRB框架结构体系抗震性能,分别运用ABAQUS与PERFORM-3D对框架试验进行模拟,并将两个模拟结果与试验结果进行对比,分析了两个软件模拟计算的优缺点,验证了数值模拟的准确性。在此基础上,采用PERFORM-3D建立6层BRB框架结构(BRBS)模型并与无控框架结构(UCS)模型以及普通支撑框架结构(NBS)模型进行对比,BRBS的层间位移角、层剪力最高可分别降低34.47%、31.29%,远超NBS的19.39%和17.31%,且BRBS的塑性耗能几乎全为BRB提供,很好地保护了主体结构,具有较为稳定、良好的抗震性能。

变摩擦装配式自复位复合墙抗震性能研究

针对自复位墙体耗能不足及大位移角时损伤严重的问题,介绍了一种变摩擦装配式自复位复合墙.墙体由变摩擦阻尼器、钢脚、预应力筋和复合墙构成:变摩擦阻尼器的摩擦力随滑移量的增加而增加,具有良好的耗能能力;钢脚提高了墙角抗压强度并提供了变摩擦阻尼器安装空间;预应力筋为墙体提供了自复位能力和部分承载能力;复合墙具有轻质、高强、绿色环保的特点.为进一步研究该墙体的抗震性能,对3块自复位复合墙进行了低周往复试验,分析不同初始预应力、碟簧组合形式对试件破坏形态、滞回特征、承载力、刚度退化、自复位能力和耗能能力的影响.研究结果表明:试件仅在墙底部出现少量混凝土表皮剥落,表现出良好的低损伤特点;试件在1.0%位移角时最大残余位移角为0.85%,表现出自复位特点;各试件的单圈耗能随着位移角的增加而迅速增加,表现出良好的耗能能力;初始预应力提高至1.9倍,导致承载力增加至1.3倍,而残余位移角降低至60%;阻尼器碟簧组合的并联数量增加至2倍,导致墙体的承载力增加至1.5倍,耗能能力增加至2倍,残余位移角增加至4.6倍.此外,建立了自复位复合墙数值分析模型,数值模型分析结果与试验结果较为吻合.随后进行了参数分析,发现预应力筋根数、螺栓初始预紧力和钢脚宽度对墙体的承载能力或耗能能力具有较大影响.

装配式可更换分级屈服耗能连接集成形状优化及试验研究

为增强装配式混凝土框架结构的可恢复性,提出一种可更换分级屈服耗能连接,通过在梁-柱节点处设置该连接可实现对结构屈服过程的有效控制。针对分级屈服耗能连接中的弯剪部件,基于等效应力屈服强度理论推导得到弯剪部件考虑等应力屈服的形状曲线,通过Python集成Abaqus数值模型和优化算法获得低周疲劳性能最优的形状曲线。对5个分级屈服耗能连接试件开展低周往复加载试验,研究其滞回性能和变形能力等抗震性能,评价形状优化后分级屈服耗能连接的性能水平,并对弯剪部件影响参数进行分析。结果表明:优化后弯剪部件的塑性应变分布更加均匀,耗能能力和材料利用率明显提高;同时弯剪部件经优化后的分级屈服耗能连接试件变形能力显著增强;随着弯剪部件的等应力屈服高度比或高宽比减小,分级屈服耗能连接的承载能力和耗能能力均逐渐提高,但刚度退化速率逐渐加快;各试件变形及损伤主要集中在弯剪部件和屈曲部件,且均实现了分级屈服的耗能机制,说明分级屈服耗能连接能够有效控制结构的屈服过程。

U形耗能钢板分级屈服型金属阻尼器抗震性能研究

传统金属阻尼器因耗能可靠和价格优势已得到广泛应用.针对目前大多金属阻尼器存在耗能单一,不能满足不同地震水准耗能要求的问题,利用U形耗能钢板构造简单、价格低廉、耗能较强等特点,通过组合不同参数的U形耗能钢板,设计了一种分级屈服型金属阻尼器.通过对两个试件进行低周反复荷载试验、抗疲劳试验,证实了此种阻尼器具有良好的耗能能力和优良的抗疲劳性能.其骨架曲线呈现明显的分级屈服特征,可在不同强度地震作用下实现分阶段耗能的目标.等效黏滞阻尼比随位移增大而逐渐增大,最后数值基本稳定在0.43左右,表明阻尼器具有稳定可靠的耗能效果.刚度退化曲线呈现初期下降速度快、之后逐渐缓慢的趋势.最后,通过有限元软件ABAQUS对阻尼器试件进行数值模拟,数值模拟结果和试验结果吻合较好.本研究可为分级屈服型金属阻尼器的研究和工程应用提供参考.

水泥土加固桩水平循环承载性能足尺试验研究

选取宿迁典型饱和粉土场地,采用水泥土搅拌桩加固钻孔灌注桩桩周土,开展灌注桩水平循环加载足尺试验。探究水泥土加固试验桩(TPI)和未加固试验桩(TPU)在循环水平荷载作用下的滞回特性、弯矩、刚度退化、位移延性、水平承载力与残余变形能力。试验结果表明:TPI比TPU桩的弯矩减小47%,屈服位移减小41%,水平承载力提升150%,有效刚度提升240%,等效黏滞阻尼比提升233%,桩的开裂荷载提升150%,屈服荷载阶段桩体的残余变形能力减小17%。水泥土搅拌法不仅可以限制桩侧粉土液化,增加桩基础的耗能及位移延性,而且可以显著的降低桩头水平位移和弯矩的发展。从抗震性能的角度分析,水泥土搅拌桩加固既有桩基,有效抑制了加固范围内地基土刚度衰减,增强了桩-土结构的总耗能、等效黏滞阻尼系数与变形恢复能力,提高桩基础在大变形阶段的抗震性能。

钢接头连接的装配式混凝土叠合梁-柱节点抗震性能试验

在国内外装配式节点研究的基础上,提出了一种钢接头连接的装配式混凝土叠合梁-柱节点,为研究其抗震性能进行了低周往复加载试验.试验结果表明:新型节点中预制梁的型钢接头和纵筋焊接能有效传递二者间的应力;叠合梁-柱节点具有较好的整体性;节点的塑性铰产生在梁的型钢接头和纵筋焊接部位附近,梁柱节点核心区域破坏较小;新型节点耗能能力较好;装配式节点比现浇节点有更高的承载力,但是延性更低.

装配式轻钢复合墙体抗震性能试验研究

装配式轻钢复合墙体是一种集承重保温围护一体化的新型墙体。为研究轻钢复合墙体的抗震性能,以轻钢龙骨形式和填充材料类型为变化参数,设计了4个足尺试件进行低周往复荷载试验,得到了各试件的水平承载力、滞回特性和破坏特征,并分析了结构的抗侧刚度、耗能能力和水平承载力。结果表明:墙体轻钢骨架与内填材料协同工作性能良好,墙体的最终破坏表现为钢骨架强度破坏。水平龙骨由C型钢调整为双面扁钢可提高其水平承载力,但会降低墙体的延性和耗能能力;相较于内填泡沫混凝土填充墙体,内填聚苯颗粒泡沫混凝土墙体的水平承载力、刚度和耗能能力都有所降低,但延性有所提高。

圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法研究

通过对11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行低周反复荷载试验,分析再生粗骨料取代率、型钢截面形式、轴压比、型钢配钢率及圆钢管壁厚参数对组合柱水平承载力的影响规律;观察了组合柱的破坏形态及特征,研究了圆钢管、型钢翼缘及腹板应变的发展规律,分析了组合柱的地震破坏特征。研究表明,在水平地震作用下组合柱发生典型的压弯塑性铰破坏。在此基础上,结合现有规范提出了基于叠加原理的圆钢管型钢再生混凝土组合柱水平承载力计算方法。计算结果表明,其水平承载力计算值与试验值吻合度较好,能较为准确地预测组合柱的水平承载力。

剪切型阻尼器增强大头榫节点模型试验研究

中国传统木结构建筑破坏主要由榫卯节点松动、变形及拔榫引起.为解决榫卯节点容易松动、变形及拔榫破坏问题,引入节点阻尼器技术,在传统木结构建筑榫卯节点处安装扇形剪切型阻尼器.为研究传统木结构典型节点大头榫安装阻尼器后的抗震性能及增强效果,设计制作了6个大头榫足尺节点模型,其中3个榫卯节点未装阻尼器,3个榫卯节点安装阻尼器.通过低周反复加载试验研究6个试验模型的滞回特性、骨架曲线、刚度退化曲线及等效黏滞阻尼系数变化规律.研究结果表明:安装阻尼器可以有效控制节点的拔榫破坏;同时有效增强节点耗能、强度及刚度;安装阻尼器节点模型的极限承载力是未安装节点模型的1.5~3.5倍.

矿渣基地聚物混凝土柱抗震性能研究

为了研究不同强度等级的矿渣基地聚物混凝土柱的抗震性能,设计了3个普通混凝土悬臂柱试件和3个矿渣基地聚物混凝土悬臂柱试件,通过低周反复荷载试验,对地聚物混凝土柱的破坏模式、裂缝发展、滞回性能、位移延性、耗能性能、刚度与强度退化和承载力等进行了评估,分析了混凝土种类、混凝土强度对试件抗震性能的影响。结果表明,在低周反复荷载作用下,与普通混凝土试件相比,矿渣基地聚物混凝土柱的抗震性能并未明显改善;提高地聚物混凝土强度会改变地聚物混凝土柱的破坏模式,从而对部分抗震性能(延性、耗能能力)产生不利的影响;验证表明《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中受弯承载力计算公式对于地聚物混凝土构件的计算结果偏小,拓展到工程应用中偏安全。

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。

基于静力试验的柱端铰型受控摇摆钢筋混凝土框架地震响应数值分析

柱端铰型受控摇摆钢筋混凝土框架(CR-RCFC)是一种新型的可恢复功能结构,通过摇摆节点的构造来“弱化”结构整体抗侧刚度,从而达到减小地震响应的目的。CR-RCFC结构在振动台试验中呈现了在中震和大震作用下“主体构件免损伤,耗能构件易更换”的韧性抗震效果。振动台试验后进行低周反复静载试验得到拆除阻尼器后的CR-RCFC结构柱铰节点弯矩-转角滞回曲线和转动刚度等抗震性能参数。利用静力试验得到的结构抗震性能参数进行结构地震响应数值模拟,将数值模拟结果与振动台试验结果进行对比分析。对比分析结果表明:通过静力试验数据可以精确得到CR-RCFC结构节点抗震性能参数,根据该抗震性能参数进行的数值模拟结果与振动台试验结果吻合较好。

成型钢筋混凝土T形梁抗震性能非线性有限元分析

成型钢筋采用钢筋集中加工与配送模式,具有生产效率高、质量稳定、经济性好等特点,是建筑工业化的重要环节。成型钢筋骨架和钢筋焊接网是2种常见的成型钢筋。针对腹板配置成型钢筋骨架、翼缘配置钢筋焊接网的混凝土T形梁,基于有限元软件ABAQUS建立了考虑成型钢筋构造的非线性有限元模型,有限元分析结果与完成的成型钢筋混凝土T形梁低周反复荷载试验结果吻合较好。在此基础上,研究了钢筋成型工艺(手工绑扎、绕箍成型、穿箍成型)、混凝土浇筑方式(现浇、叠合)、混凝土强度(C30,C40,C50)、纵筋配筋率(0.4%,0.6%,0.8%,1.2%)、配箍率(0.2%,0.4%,0.6%)对钢筋混凝土T形梁抗震性能的影响规律。结果表明:绕箍成型、穿箍成型钢筋叠合梁和手工绑扎钢筋现浇梁的荷载-位移曲线较相似,所有试件位移延性在4.4~5.2;相比于纵筋配筋率为0.4%的绕箍成型钢筋叠合梁,纵筋配筋率为0.6%~1.2%试件的正、反向抗弯承载力分别提高25%~93%,18%~48%,正向位移延性由4.3下降为4.2~4.0,反向位移延性由5.0下降为4.8~4.5;绕箍成型钢筋叠合梁与现浇梁的骨架曲线相近,叠合梁比现浇梁的正、反向抗弯承载力分别低6%和10%以内;混凝土强度和配箍率对绕箍成型钢筋混凝土梁的抗弯承载力和位移延性的影响在4%以内。总体上,成型钢筋混凝土T形梁具有较好的抗震性能,成型钢筋可作为传统手工绑扎钢筋的替代方案。

循环周转型临时看台支承架体重复对比试验研究

为积极响应国家走绿色可持续发展道路的号召,北京冬奥会采用了大量支承架体用于临时看台或舞台的搭建。为研究赛后的临时看台支承架体能否安全合理地被再次使用,以索氏不锈钢插销式节点临时看台支承架体为研究对象,设计并制作了一个横纵均为2跨且跨度为2 m的足尺模型试件,共进行了两次试验,即在首次水平加载试验结束后,将该试验架体搭建在室外,经历长时间严寒风雪后再重复做一次试验,重点对比分析了其在4种不同恒载与水平荷载组合作用下的整体结构变形模式、力学性能及典型位置峰值应变等。研究结果表明:在恒载为0.0 kN∙m^(-2)、0.5 kN∙m^(-2)、2.0 kN∙m^(-2)和3.5 kN∙m^(-2)的工况下,两次试验中架体结构的试验现象及变形模式基本相同,力学性能差值在5%以内,典型位置处峰值应变差值在10%以内,累计损伤较小。两次试验结束后结构均未出现明显损伤,仍具有较大安全储备,所以在经历长时间的严寒风雪后,临时看台支承架体仍可以被重复使用。研究结果可为北京冬奥会临时设施架体的赛后利用等研究提供参考。

成型钢筋混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

成型钢筋是采用机械加工成型的钢筋制品,能有效提高钢筋加工质量与效率,降低加工成本,减少废料损耗,具有广阔的应用前景。目前,有关成型钢筋混凝土构件的研究主要集中在楼板和剪力墙方面,对柱的研究则相对较少。基于有限元软件ABAQUS,建立了成型钢筋混凝土柱的滞回分析模型。基于完成的3根成型钢筋混凝土柱抗震试验研究结果,验证了该模型合理性。在此基础上,开展了有限元参数分析,主要参数包括成型方式(穿箍、绕箍)、轴压比(0.2,0.4,0.6,0.8)、混凝土强度等级(C30,C40,C50,C60)、纵筋配筋率(0.78%,1.1%,1.5%,3.0%)、配箍率(0.45%,0.7%,1.0%)及箍筋构造(体积配箍率相同,双肢或三肢)等。分析结果表明:穿箍成型、绕箍成型和绑扎对比试件的承载力相近,相差≤5%;当轴压比从0.2增加到0.8时,试件的承载力提高22%,而延性系数下降42%;当纵筋配筋率从0.78%增加到1.5%时,试件的承载力提高31%,延性系数提高11%,而当配筋率从1.5%增加到3.1%时,试件的承载力提高39%,延性系数则降低52%;当纵筋配筋率从0.78%增加到1.5%时,双肢箍试件比三肢箍试件的延性系数高约20%,而当配筋率从1.5%增加到3.1%时,双肢箍试件的延性系数较三肢箍试件低约25%,这主要是由于在高配筋率情况下三肢箍对截面约束效果更好所致。

新型装配式冷弯薄壁型钢墙体抗侧性能分析

为了研究使用矩形钢管连接的新型全预制冷弯薄壁型钢复合墙体的抗侧性能,设计了6个足尺试件,并进行了水平低周往复加载试验,分析了龙骨间距、覆面板类型、单面或双面覆板等因素对新型复合墙体试件抗侧性能的影响.新型墙体的覆面板为OSB板与硅晶钙板.试验结果表明:使用矩形钢管连接的新型复合墙体具有良好的整体抗震性能;单面或双面覆板对墙体抗侧性能影响显著,双面覆板的新型复合墙体的屈服荷载约为单面覆板新型复合墙体的2倍;龙骨间距和覆面板材料对墙体抗侧性能的影响相对较小.在试验基础上,使用OpenSEES软件建立了试验墙体的有限元分析模型,并针对矩形钢管壁厚、周边螺钉间距取值进行了参数分析.参数分析结果表明,矩形钢管连接件壁厚取值推荐为2.5 mm,周边螺钉间距推荐取50~100 mm.