CFRP板纵向加固RC柱在水平低周循环荷载下的力学性能研究与应用

开发了一种纵向粘贴CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)板的RC(Reinforced Concrete,钢筋混凝土)柱抗弯加固系统,该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成.为研究纵向粘贴CFRP板对RC柱的抗弯性能影响,设计并开展了5根足尺矩形RC柱的水平低周循环加载试验.研究结果表明:粘贴CFRP板加固能有效延缓柱的开裂;柱的破坏模式得到明显改善;相较于未加固柱子,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的RC柱极限承载力分别提高了15.1%和17.4%;加固后柱的抗弯承载力和刚度得到提高,但增加CFRP板的层数对极限强度和刚度没有显著影响,反而会降低柱的延性,相较于仅采用增大柱底截面的方式加固的对照柱,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的试验柱的延性系数分别降低16.2%和35.1%;试验过程中,由于柱与基础节点承载力的限制,CFRP的最大应变仅达到极限应变的24%,抗拉强度未得到充分发挥.该加固方法已在某医院加固工程中得到应用,跟踪研究表明,加固后柱子的抗弯承载力有明显提升,加固方法得到工程业界的认可.

钢纤维混凝土在低周反复荷载下力学性能的研究

对钢纤维混凝土棱柱体试件做了低周轴心压缩循环加、卸载试验，试验采用恒位移控制，通过试验和参数研究，提出了钢纤维混凝土反复加、卸载应力~应变曲线方程及计算变形的公式，这些数学表达式简便且可根据材料特性进行调整，具有较广泛的适应性。

波形钢板剪力墙及组合墙抗剪承载力研究

为研究波形钢板剪力墙及其组合墙在水平荷载作用下的破坏形态、受力性能以及抗剪承载力计算方法,设计了4个波形钢板剪力墙及其组合墙试件,进行了低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对24个波形钢板剪力墙及其组合墙模型进行了模拟分析。研究结果表明:波形钢板剪力墙具有较好的变形能力,波形钢板能有效抑制混凝土裂缝的发展,并与混凝土具有很好的界面粘结力,水平波形钢板剪力墙较易在约束边缘构件底部形成塑性铰;波形钢板剪力墙及其组合墙具有较好的承载能力、延性和耗能能力,且承载力下降缓慢;ABAQUS有限元软件能较好地模拟试验,模拟结果与试验结果吻合较好,有限元计算结果表明:承载力随波形钢板的厚度和波角的增加有少量增加,此外,波形钢板-混凝土组合剪力墙承载力随剪跨比的增加而降低,竖向波形钢板剪力墙的抗侧承载力性能与水平波形钢板剪力墙的基本相同;该文提出的波形钢板剪力墙及其组合墙抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好,可为设计和工程实际参考;H型钢柱对波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力贡献最小,竖向波形钢板对组合墙剪力分担率大于水平波形钢板的,竖向波形钢板更有利于提升组合墙的承载性能。

低屈服点钢剪切板阻尼器滞回性能试验研究

为改善传统滞变型阻尼器在小振动变形时不明显的耗能效果,利用国产低屈服点钢设计了5个剪切板阻尼器(LYPSSP),并对其进行低周往复循环荷载试验,重点考察阻尼器核心板连接方式、高厚比、十字加劲肋对其滞回性能的影响。研究结果表明:核心板与翼缘板通过熔透焊缝连接与螺栓连接相比,构造简单、可靠度高且易加工;由国产低屈服点钢制作的剪切板阻尼器滞回曲线饱满,耗能性能好,在同一位移级别下循环的滞回曲线基本上重合,稳定性好,并且在整个循环加载过程中,强化现象非常明显,破坏之前也没有出现强度和刚度的突然改变;以P/Py为设计目标时,核心板高厚比越小、面外屈曲越小,滞回曲线就越饱满,耗能性能就越好;根据等效粘滞阻尼器系数和平均耗能指数,能够对阻尼器的耗能性能很好地做出评价。

装配整体式地铁车站侧墙底节点抗震性能研究

为了评价装配整体式地铁车站整体抗震性能,以北京金安桥装配整体式地铁车站为背景,设计制作了一个足尺预制拼装侧墙底节点和一个作为对比的足尺现浇侧墙底节点。采用低周循环加载试验,研究了预制拼装侧墙底节点的破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力、耗能性能以及套筒灌浆连接接头受力状态等指标。试验结果表明:预制拼装侧墙底节点与现浇侧墙底节点的承载力和变形能力基本相当,但耗能性能显著降低;两者的破坏形态明显不同,现浇侧墙底节点的裂缝发展比较充分,分布均匀密集,而预制拼装侧墙底节点的裂缝相对集中,其主要分布在刚度突变处以及弯矩最大截面。与现浇侧墙底节点相比,预制拼装侧墙底节点的初始刚度较大,但加载后期,其刚度显著降低。另外,基于灌浆套筒接头在构件中的受力状态分析,对灌浆套筒提出了一种等效抗弯刚度简化处理方法并对两种不同连接方式的侧墙底节点进行了数值分析,其破坏形态和骨架曲线与试验结果吻合较好,验证了该方法的合理性。

复合铅芯阻尼器减震性能研究及在剪力墙结构中的应用

剖析复合铅芯阻尼器的构成、作用机理与特点,对两个复合铅芯阻尼器进行了低周循环往复加载试验,试验结果表明,复合铅芯阻尼器屈服位移小,滞回曲线饱满,具有较大的耗能能力和较好的耐疲劳性能,采用双线性模型模拟阻尼器的力学性能偏保守,但对整体结构分析而言偏安全。最后将复合铅芯阻尼器首次应用在高烈度区山地高层剪力墙结构中,对附加复合铅芯阻尼器的高层剪力墙结构的耗能表现与减震性能进行了考察,分析结果显示,在多遇地震下,复合铅芯阻尼器使结构X向和Y向的层间剪力平均值分别降低了11.3%和15.6%,在罕遇地震下,复合铅芯阻尼器耗能占比达12%,阻尼器滞回曲线饱满,能够有效耗散地震输入能量和降低主体结构损伤,满足规范“大震不倒”的性能要求。

装配式地铁车站节点试验混凝土裂缝监测与识别的研究

对混凝土裂缝进行监测,有利于开展结构损伤评估工作。以某装配式地铁车站的地下连续墙-腰梁-支撑节点试验为背景,开展基于光学频域反射计(optical frequency domain reflectometer,OFDR)的分布式光纤技术在混凝土裂缝监测和识别中的应用,研究不同加载条件下分布式光纤应变曲线的特征。试验表明:与单调加载相比,低周循环加载时得到的光纤应变曲线尖峰更多,峰值更小,表明低周循环加载造成的裂缝更多,但宽度更小,这与现场观察到的现象一致;单调加载中的光纤应变曲线更易于裂缝的识别和精准定位。

钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点抗震试验

为了研究一种新型钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点的抗震性能,对不同参数的节点进行低周往复循环加载试验.节点均经历弹性、塑性和极限破坏三个阶段,且为环板与钢梁翼缘的连接处破坏.对比分析表明:节点的轴压比越大,承载力越低;环板越宽,承载力越高;方形环板比圆形环板承载力更高;垫板对节点试件的承载力有提高作用.钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点设计合理、传力明确、承载力高、构造简单、施工方便,是一种值得推广的组合装配式节点形式.

方钢管混凝土柱与钢梁的外肋环板节点抗震性能试验研究

为研究外肋环板节点的抗震性能,本文对3个十字型足尺试件进行了低周反复循环加载试验,分析了各试件的破坏过程及特征,然后根据实测的滞回曲线对节点的承载力、延性、耗能能力、强度退化、刚度退化等抗震性能指标进行了详细的比较分析。研究结果表明,外肋环板节点构造措施简单合理,具有较好的抗震性能。通过空钢管试件和填充混凝土试件的对比分析,表明在钢管中填充混凝土有利于改善节点的抗震性能。

循环荷载作用下植筋黏结性能的研究

化学植筋技术是一种基于混凝土结构的新型后锚固技术,但目前对动力荷载下的植筋受力情况研究较少。综合国内外对化学植筋在静力作用下的黏结机理,对植筋试件在低周循环荷载作用下的黏结性能进行试验研究。通过4个混凝土试件的植筋在低周循环荷载作用下的黏结性能试验,得到植筋的位移-荷载及应变-荷载等滞回曲线、植筋轴向应变及黏结应力曲线等并对此进行分析,得出一些植筋在动荷载作用下黏结性能相关的结论。

足尺HR-EPS模块剪力墙抗震性能试验研究

为评价HR-EPS(Hai Rong-Expanded Polystyrene)模块剪力墙结构的抗震性能,通过试验与数值模拟相结合的方法,对配筋率及轴压比不同的足尺HR-EPS模块剪力墙试件进行抗震性能研究。研究结果表明:墙体配筋率的提高,可以大幅增强足尺HR-EPS模块剪力墙的水平承载力;随着墙体配筋率的增加,墙体的刚度、位移延性系数以及耗能能力均有所增加,刚度退化速率有所降低;模拟结果与试验数据基本吻合,适当地增加轴压比可提高试件的耗能能力及其刚度,使其抗震性能有所提升;并根据试验结果对已有公式进行修正,给出了足尺HR-EPS模块剪力墙抗剪承载力计算公式。

不同轴压比下HR-EPS模块剪力墙抗震性能研究

为研究足尺HR-EPS模块剪力墙试件在不同轴压比下的抗震性能,文中通过低周往复荷载试验和有限元模拟结合的方法,开展了足尺HR-EPS模块剪力墙试件在不同轴压比下的抗震性能分析,获得试件的不同抗震性能指标,结果表明增大轴压比可以在一定程度上使试件的极限承载力增强,但会有一个上限值,超过这个上限值会使破坏具有一定脆性;与小轴压比墙体相比,大轴压比墙体的刚度退化速度在加载的前期稍显迅速;模拟结果与试验数据基本一致,适当增大轴压比使滞回曲线更加圆滑。获得不同轴压比下剪力墙的耗能能力和位移延性,为HR-EPS模块剪力墙的抗震性能提供数据依据,在实际工程应用奠定基础。

支撑与腰梁及连续墙节点抗震性能研究

研究目的:装配式建筑技术具有材料能耗低、生产效率高等优点,国内已逐步将装配式建筑技术应用于地铁车站的建设当中。为适应广州地区常见的内支撑支护体系,广州地铁提出一种新型的装配式地铁车站形式,该地铁车站的临时支护结构将作为车站的永久结构,采用“两墙合一”的设计,因此该工程对其地下连续墙-腰梁-支撑连接节点的连接精度及力学性能要求较高。本文基于该工程背景,针对连续墙-腰梁-支撑连接节点的足尺构件进行低周循环加载试验,探究在本工程中采用钢板连接及接驳器连接两种连接方案的适用性及安全性,并对比两种足尺节点的抗震性能的差异。研究结论:(1)试验结果表明两种连接方式的节点均能满足装配式地铁车站结构的设计抗震性能要求;(2)两个构件的破坏位置均为腰梁与支撑连接处界面,在进行抗震设计时应加强该处的连接强度;(3)与钢筋接驳器连接的节点相比,钢板连接节点的强度退化小、刚度大、延性好、抗震性能更优,可优先作为该类装配式地铁车站的连接方式;(4)本研究成果可为装配式地铁车站节点的抗震设计提供参考。

翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架抗震性能试验研究

为实现震后快速修复,提出一种翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架,由带悬臂梁段圆钢管柱、中间梁段及两者之间的梁柱节点连接装置组成。该框架拟通过节点域翼缘盖板的塑性变形或滑移进行耗能,从而确保梁柱等主要构件保持弹性,实现框架的震后快速修复。通过对4榀框架的低周循环荷载试验,分析框架的承载能力和破坏模式、研究翼缘盖板厚度、单侧螺栓列数、初始残余变形以及加载制度等因素对框架抗震性能的影响规律。结果表明:提出的装配式钢框架具有良好的承载能力和耗能能力,加载过程中框架的塑性损伤主要集中在翼缘盖板,具备震后快速修复的必要条件;经过多次修复且带有残余变形的钢框架极限荷载较原框架降低约0.1%,总耗能量降低约1.08%,仍然具有良好的承载与耗能能力;钢框架平均单次加载循环耗能量降低约0.8%,低周疲劳性能稳定,具有良好的抵御余震能力。

不同轴压比下装配整体式地铁车站拼装柱抗震性能试验研究

为评价装配整体式地铁车站预制拼装柱的抗震性能,以北京某装配整体式地铁车站为研究背景,设计并制作了3个足尺预制拼装中柱和3个作为对比的足尺现浇整体中柱。采用低周往复循环加载对其进行试验,研究中柱在不同轴压比（0.2,0.5,0.85）下的破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力、耗能性能以及适宜轴压比等。试验结果表明：随着轴压比的增大,预制拼装柱和现浇整体柱的水平承载力提高,变形能力和耗能性能逐渐降低。相同轴压比下,预制拼装柱和现浇整体柱的破坏过程相似,但预制拼装柱的塑性铰上移;轴压比为0.2时,预制拼装柱的变形能力低于现浇整体柱的变形能力;轴压比为0.5,0.85时,预制拼装柱的变形能力优于现浇整体柱的变形能力,尤其是轴压比为0.5时预制拼装柱的变形优势最为明显。预制拼装柱的耗能性能随着轴压比的增加而降低,且相对于现浇整体柱的耗能性能显著降低。预制拼装柱的位移延性系数是现浇整体柱的位移延性系数的1.16-1.33倍。随着轴压比的增加,两者的位移延性系数逐渐降低,但预制拼装柱的位移延性系数降低程度明显快于现浇整体柱的位移延性系数降低程度。基于相同轴压比下试件的承载能力和变形能力,建议预制拼装柱的适宜轴压比为0.5。

装配整体式地铁车站横断面方向梁板柱中节点抗震性能研究

为评价装配整体式地铁车站整体抗震性能及推动预制拼装技术在地下结构中的应用与发展,以北京某装配整体式地铁车站实际工程为背景,设计并制作了一个车站横断面方向的足尺预制拼装梁板柱中节点和一个作为对比分析的现浇整体梁板柱中节点.采用低周循环加载试验的方法研究了梁板柱中节点的破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力、耗能能力以及刚度退化等.试验结果表明:预制拼装梁板柱中节点与现浇整体梁板柱中节点的破坏形态略有不同,现浇整体梁板柱中节点的裂缝分布均匀,主要分布在加载板及连接梁区域,而预制拼装梁板柱中节点的裂缝分布较为集中,主要分布在加载板(叠合板)及预制构件拼装连接部位,尤其是叠合板的现浇与预制构件的连接区域.预制拼装梁板柱中节点与现浇整体梁板柱中节点的承载力、初始刚度及耗能能力基本相当,且预制拼装梁板柱中节点的位移延性系数约为现浇整体梁板柱中节点的1.6倍.基于预制拼装构件的连接方式及构造特点,对灌浆套筒和拼装连接缝进行简化处理,并对试验节点进行了有限元分析.分析结果表明,两者的破坏形态和骨架曲线与试验结果吻合较好,预制拼装梁板柱中节点的抗震性能与现浇整体梁板柱中节点的抗震性能基本相当.试验和数值分析结果均为预制拼装结构在地下结构中的应用奠定了基础.

装配整体式地铁车站纵断面方向梁板柱中节点抗震性能研究

结合北京某装配整体式地铁车站纵向梁板柱中节点的构造形式,设计制作了1个足尺预制拼装梁板柱中节点和1个作为对比的现浇整体梁板柱中节点试件。采用低周循环加载试验研究了两者的破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力以及节点核心区的受力模式等。结果表明:预制拼装梁板柱中节点试件和现浇整体梁板柱中节点试件的变形能力基本相当;预制拼装梁板柱中节点试件的加载刚度明显高于现浇整体梁板柱中节点试件的,且位移延性系数约为现浇整体梁板柱中节点试件的1.65倍;预制拼装节点的拼装缝提高了其变形能力,但两者的破坏形态明显不同;现浇整体梁板柱中节点试件的裂缝密集均匀,主要分布在梁端、板端及节点核心区,而预制拼装梁板柱中节点试件的裂缝分布较为集中,主要分布在预制构件搭接拼装位置,尤其是叠合板结合面出现了劈裂破坏;梁端牛腿增加了节点核心区抗剪面积,提高了构件整体承载力;节点核心区受剪面积的增加以及梁端拼接缝的存在对“强节点弱构件”的抗震概念设计原则较为有利。

波形钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究波形钢板剪力墙在水平荷载作用下的抗侧力性能,完成了水平波形和竖向波形的钢板剪力墙模型的低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对波形钢板剪力墙模型进行了模拟分析。试验结果表明：波形钢板剪力墙结构具有较高的侧向承载力、较强的抗剪屈曲能力和稳定的滞回性能;竖向波形钢板剪力墙在加载过程中发生了沿墙体对角线的x形剪切破坏;水平波形钢板剪力墙在加载过程中未出现波形钢板的屈曲破坏。因此,水平波形钢板剪力墙的极限荷载比竖向波形钢板剪力墙的更高、延性更好、滞回曲线更加饱满。在水平受剪时,竖向波形钢板剪力墙易产生拉压效应,水平波形钢板剪力墙易发生H型钢柱屈曲。波形钢板与边缘约束H型钢柱之间的焊缝未出现开裂,焊缝连接保证结构的整体性能。对比有限元分析结果与试验得到的数据,水平波形钢板剪力墙的荷载、位移比竖向波形钢板剪力墙的更接近试验值。采用有限元法对不同波角和钢板厚度的水平波形钢板剪力墙的抗侧性能进行了分析,结果表明：当钢板比较薄的时候,容易发生波形钢板的剪切破坏;当钢板较厚的时候,容易发生边缘约束H型钢柱的过早屈曲,对结构的承载力和延性不利;当波形钢板的波角为45°时,波形钢板剪力墙的承载力以及延性性能最佳。波角过大或过小时,剪力墙承载力均有所降低。因此,水平波形钢板剪力墙宜采用45°波角与厚度适中的钢板。

钢筋混凝土框架梁柱节点灌浆套筒连接抗震性能研究

设计并制作了4个钢筋混凝土框架梁柱节点试件,其中两个现浇整体节点试件,两个预制装配梁柱节点试件(采用灌浆套筒连接钢筋),轴压比分别为0.3和0.4。对试件进行低周往复加载试验,研究了梁柱节点试件的破坏形态、滞回特性、刚度退化、耗能性能以及灌浆套筒接头受力状态等。结果表明:预制装配梁柱节点试件的耗能能力略低于现浇整体梁柱节点试件的耗能能力,两者破坏形态明显不同,预制装配节点试件的裂缝分布比较集中,主要分布在梁柱交界面、灌浆套筒端部区域以及梁跨中截面区域,而现浇节点试件的裂缝分布比较均匀密集;加载前期,轴压比对滞回性能影响不明显,而加载后期,轴压比对预制装配整体式节点试件节点核心区的钢筋滑移和剪切变形影响较为明显;基于试验结果,对灌浆套筒材料进行简化等效处理,并对节点不同区域采用不同的截面属性,采用OpenSees有限元软件对节点试件进行了模拟,其模拟结果与试验结果吻合较好。

梁翼缘、腹板开孔方钢管混凝土柱-H型钢梁节点力学性能试验研究

为研究梁翼缘、腹板开孔构造对方钢管混凝土柱-H型钢梁节点破坏模式的影响,对6个方钢管混凝土柱-H型钢梁节点(1个常规节点和5个开孔节点)进行了低周循环加载试验。试验结果表明:按现行规范设计的方钢管混凝土柱-H型钢梁常规节点在梁翼缘对接焊缝处脆性断裂,节点的塑性转角不能满足临时指南FEMA的要求;合理的梁翼缘和腹板开孔构造,显著减缓了方钢管混凝土柱-H型钢梁节点梁翼缘对接焊缝的应力集中,梁削弱截面形成塑性铰,节点塑性转角达到0.03 rad,满足了临时指南FEMA的要求;其滞回性能稳定,承载力和常规节点相当;内隔板与柱壁板间焊缝质量较差的节点在试验中发生柱壁外鼓、柱壁间焊缝撕裂,节点延性和承载力明显下降。