预制装配式分体柱框架抗震性能研究

已有研究表明分体柱具有较好的延性,能运用于地震多发的房屋结构中。为方便施工,提出预制装配式分体柱框架结构的设想,通过有限元数值模拟,对整体柱框架结构和分体柱框架结构的抗震性能进行对比分析。结果表明:地震作用下装配式分体柱框架结构加速度响应较现浇整体柱框架更易趋于稳定;与整体柱框架相比,装配式分体柱框架位移响应较大;装配式分体柱框架结构的基底剪力均小于整体柱框架结构的;现浇整体柱框架结构的混凝土节点损伤区域与分体柱框架结构相比较大,证明钢套筒对框架结构节点起到保护作用;装配式分体柱框架结构更适用于硬质场地。整体表明装配式分体柱框架结构的延性更强、耗能性能更好,且更加稳定。

设置分体柱地铁车站抗震韧性数值模拟

本文提出一种适用于地铁车站的新型分体柱,运用ABAQUS软件从构件、结构两个层面对新型分体柱的延性以及可恢复性能进行了系统的分析。从构件层面,通过低周往复荷载试验模拟,得到构件的滞回曲线并提取骨架曲线,确定构件的极限位移;从结构层面,分析了传力的相关机理,与试验结果进行对比,验证分体柱数值分析的准确性。建立地铁车站结构模型,并输入了1条基岩地震波,对新型分体柱结构和整体柱结构在该地震波作用下的抗震韧性进行对比分析。计算结果表明,较地铁站中更为常见的整体柱结构,新型分体柱在地震作用下的位移响应会略有增加,剪力响应会大幅降低,能够达到预设的“中震不坏,大震可快速修复”的抗震性能目标,使构件具备功能可恢复性。

基于分体柱的地铁车站结构抗震性能研究

浅埋地下车站结构中柱和地面高层结构底层中柱相似,地震作用下均需承担较大的竖向压力,易因变形能力不足发生脆性破坏。在某2层3跨地铁车站结构中引入地面高层结构中的分体柱设计理念,形成新型地下车站结构抗震体系。首先,通过拟静力推覆分析对比了传统钢筋混凝土中柱和分体柱在轴向压力作用下的水平变形特性;然后,建立了土-结构相互作用的拟静力推覆分析有限元模型,从关键截面内力、关键构件变形能力、关键构件塑性损伤等角度对比了传统钢筋混凝土中柱和分体柱的地下结构抗震性能差异。研究结果表明,将分体柱应用于2层3跨地铁车站结构中可提高整体结构抗震性能,其工作机理是避免分体柱承担过大的剪力和弯矩,并充分发挥分体柱竖向支撑能力和水平变形能力。

钢筋混凝土分体柱框架边节点抗震性能的试验研究

通过 4根钢筋混凝土分体柱框架边节点在较高轴压比和低周反复水平荷载作用下的试验研究 ,分析了分体柱框架边节点的裂缝出现荷载、最大承载能力、破坏形态及其滞回特性等抗震性能 ;探讨了节点上下层柱全部或部分采用分体柱对框架边节点抗震性能的影响 ;研究了过渡区对分体柱框架边节点受力性能的影响 ;

分体柱隔板材料选择与优化的试验研究

对几种不同隔板材料填缝的分体柱以及空缝的分体柱的抗震性能和延性进行了比较性试验研究 ,结果表明用石膏板填缝的分体柱抗震性能和延性最佳 ,用纤维板、石棉板填缝的分体柱抗震性能和延性也能达到理想效果 ,说明分体柱可以根据需要选择多种隔板材料。

分体柱施工工艺的试验研究与设计建议

通过对分别以石膏板和竹胶板为隔板的分体柱足尺施工试验 ,探讨了分体柱的施工工艺 ,提出了分体柱的施工要求。得出了石膏板在两侧面没有强度加强措施的情况下 ,不能作为分体柱的隔板 ,竹胶板是分体柱隔板的理想材料的结论 ,并提出了分体柱隔板材料的施工要求。

分体柱在地下车站结构中的减震效果研究

已有研究表明,对于浅埋框架式地下结构,高轴压下中柱水平变形能力不足是导致地震破坏的关键因素。分体柱在承载能力与整体柱相当的情况下,具有更好的变形和耗能能力而广泛应用于地上结构,探讨了分体柱在地下结构抗震领域中的应用可行性。基于ABAQUS有限元平台,建立土–地下结构整体三维数值分析模型,通过Pushover和动力时程分析方法对比研究了采用分体柱的新型地下车站结构与原型车站结构的抗震性能,分析了分体柱的减震效果。研究结果表明,采用分体柱的新型地下车站结构中柱的层间位移地震响应有所增大,但相对于中柱变形能力的提升,其影响程度并不显著;分体柱替换现浇整体柱,会使得结构截面内力重分布,中柱所承担的剪力大幅减小,侧墙的剪力变化不明显。总体上,采用分体柱的新型地下车站结构显著改善了在高轴压比下中柱和侧墙变形不协调的问题,能够有效提升其抗震性能。

钢筋混凝土分体柱的抗震机理

为揭示钢筋混凝土分体柱的抗震机理,在以前模型试验基础上,考虑隔板与单元柱之间的非线性接触及钢筋与混凝土之间的黏结滑移,数值模拟了钢筋混凝土分体柱的抗震性能。结果表明:分体柱可实现变短柱为“长”柱的设想;分体柱具有理想的变形能力和延性,延性系数达到4.0;分体柱的刚度随变形增加呈指数衰减,后期刚度退化较为缓和;分体柱具有较高的耗能能力,其耗能系数达1.44;隔板与单元柱的切向接触应力较小,可忽略隔板对单元柱的变形协调作用。进一步验证了钢筋混凝土分体柱具有理想的抗震性能,完善和发展了钢筋混凝土分体柱的设计理论和应用技术。

高层建筑中分体柱应用的分析研究

通过对青岛百盛大厦工程的计算机分析,结合高层建筑中具共性的一些特点,通过数据分析对比对在高层建筑中应用分体柱技术解决短柱问题的可行性进行了探讨,论证了在底部加强区采用高宽比小于4的实体柱,仅将上部各层短柱改为分体柱是防止结构脆性破坏的有效措施,而分体柱对结构自振特性、侧移刚度和柱轴压比的变化均影响甚小.

轴压比对RC分体柱抗侧刚度及耗能性能的影响研究

已有研究表明,RC分体柱相对于整体柱具有更优的抗震延性,但关于轴压比对其抗侧刚度及耗能性能的影响研究甚少。本文通过弹塑性数值模拟,对比研究整体柱与分体柱的抗侧移刚度、耗能系数、延性系数,分析轴压比对上述指标的影响规律。结果表明:在不同轴压比下,分体柱的抗侧刚度均小于整体柱,延性系数和耗能系数均大于整体柱,整体上可以看出分体柱比整体柱具有更好的抗震性能。本文研究表明,当轴压比控制在0.5~0.7时,分体柱相对于整体柱的延性和耗能性能的提升达到最大值。

钢筋混凝土分体柱理论与技术

在钢筋混凝土高层建筑结构中,由于柱轴压比的限制,框架柱的截面大、剪跨比小,在结构底部经常形成短柱甚至超短柱,短柱延性差,地震时易发生脆性剪切破坏而导致结构破坏甚至倒塌。钢筋混凝土分体柱技术就是采用隔板将矩形短柱截面劈分成2根或4根独立配筋的等截面单元柱,使短柱的剪跨比扩大一倍,直接变短柱为“长”柱。系统地介绍了钢筋混凝土分体柱理论与技术,包括分体柱的承载力和抗震性能、分体柱框架梁柱节点的抗震性能、分体柱框架的抗震性能以及设计和施工建议等理论、试验和应用研究。创新成果表明,分体柱会使柱的抗弯承载力稍有降低,抗剪承载力保持不变,而变形能力和延性显著提高,且柱的破坏形态由剪切型转变为弯曲型,实现变短柱为“长”柱,从而从根本上改善了钢筋混凝土短柱的抗震性能,提高了钢筋混凝土高层建筑结构的抗震安全性。研究成果获得了天津市科学技术进步一等奖、国家发明专利和国家实用新型专利,为钢筋混凝土分体柱技术在钢筋混凝土高层建筑结构抗震设计中的应用提供了可靠的理论基础、试验依据和工程实例。

采用分体柱的地铁地下车站地震反应仿真分析

以某地铁地下车站项目为工程背景,基于ABAQUS有限元软件,通过对模型建立中出现的数值积分方法、结构材料本构关系、边界条件的确定、地震波的选取与输入等关键问题的分析,建立合适的三维标准段地铁车站结构计算模型。对ABAQUS有限元软件进行动力时程分析中出现的地震波基线漂移现象,运用SeismoSignal软件对地震波进行基线校正。在理论分析的基础上,通过数值模拟,分别对采用框架柱和分体柱的地铁车站结构在双向耦合地震作用下进行动力时程分析。通过对采用框架柱和分体柱的地铁车站进行弹塑性时程分析发现,大震下分体柱的承载力比框架柱减小约16%,但是延性提高了约35%。分体柱可通过损失部分承载力,改变框架柱的受力特征,在很大程度上提高了柱子的延性。

钢筋混凝土分体柱在侧向荷载作用下的弹塑性分析

高层结构由于竖向荷载大,底层柱截面往往很大,容易形成短柱。分体柱就是将一根截面较大的柱剖分为若干截面较小的柱,以增加柱的长细比,从而避免出现短柱,但由于对分体柱的力学性能了解不多,工程中鲜有应用。本文应用有限元法对某高层结构的底层角柱进行了弹塑性分析,分别讨论了分体柱在竖向和侧向荷载作用下的力学性能。结果表明,在竖向力的作用下,整体柱与分体柱的轴向变形相差不大,分体柱的侧向承载能力比整体柱略有降低,但延性却大幅度提高。可见,采用分体柱可以在保证柱承载力满足要求的前提下,大大提高柱的延性。

配置不同尺寸隔板的分体柱受剪性能试验研究

通过对3个配置不同尺寸隔板的钢筋混凝土分体柱试件进行拟静力试验,研究了柱体的破坏过程和破坏形态;分析了隔板尺寸变化对柱体滞回性能、承载力和延性的影响.结果表明:隔板尺寸变化对柱体的破坏模式影响较小,各试件最终表现为单元柱的压弯破坏;减小隔板尺寸可提高柱体的承载力,但同时减小了柱体的延性;各柱体的延性系数均大于10,具有良好的变形能力.

RC分体柱应用于柔性隔震层最佳剪跨比研究

为探究钢筋混凝土（RC）分体柱应用于柔性隔震层的最佳剪跨比，运用数值模拟对比研究整体柱和分体柱的延性系数、耗能系数和抗侧刚度。研究结果表明：分体柱与整体柱延性系数的比值随着剪跨比的增大而先增大后减小，且剪跨比在1．5～2．0范围内达到最大值；当A〈1．5时，分体柱与整体柱耗能系数比值随着剪跨比的增大而缓慢增大，但变化不明显，当A≥1．5时，比值迅速增大；分体柱与整体柱抗侧刚度的比值随着剪跨比的增大而增大，剪跨比越大，分体柱越不利于隔震。综合得出最佳剪跨比范围为1．5-2．0。

过渡区对混凝土分体柱框架中节点应力应变的影响

在利用分体柱技术解决短柱问题的基础上,通过对高轴压比和单调反向荷载作用下8个钢筋混凝土分体柱节点模型的数值模拟研究,分析了单调荷载作用下节点核心区的破坏机理,研究了节点上下分体形式和过渡区长度对节点核心区应力应变场的影响,以及裂缝的发展状态。在丰富混凝土框架节点设计理论的同时,也对分体柱框架节点工程实践提供参考。

新型分体柱受剪性能试验研究

设计制作了以竹胶板为隔板的新型分体柱.通过对新型分体柱进行恒定轴力作用下的拟静力试验,研究了新型分体柱的破坏过程和破坏形态,对比分析了新型分体柱与普通钢筋混凝土短柱的性能差异.结果表明:新型分体柱在一定程度上解决了加载后期石膏隔板易被压碎导致传统分体柱整体性下降的问题;竹胶板隔板使新型分体柱由整截面受力柱演变为4个协同工作的单元柱,阻止了对角斜裂缝的出现,避免了脆性破坏;新型分体柱的延性系数为11.34,远大于普通钢筋混凝土柱,具有良好的延性.

钢筋混凝土梁分体柱边节点抗震性能的试验研究

叙述了4个钢筋混凝土梁柱边节点在双向低周反复荷载作用下的试验结果,分析了整体柱边节点与分体柱边节点抗震性能的差异,结合理论计算的结果认为分体柱边节点比整体柱边节点抗震性能稍好。

混凝土分体柱弹性阶段侧向刚度的简化计算

在高层建筑结构中,底层柱截面很容易形成短柱。分体柱将一根大截面柱分为几个截面较小的柱,使短柱变为"长柱"。应用有限元分析软件对分体柱的侧向刚度进行研究,探讨了分体柱过渡区长度对柱子侧向刚度的影响,最后得出分体柱的侧向刚度简化计算公式,为工程应用提供了一定的根据。

钢筋混凝土分体柱框架梁柱中节点抗震性能的研究

本文通过对较高轴压比和低周反复荷载下的3个钢筋混凝土分体柱框架梁柱中节点和1个对比整截面柱框架梁柱中节点试件的试验研究，分析了节点核芯区的开裂荷载、最大承载能力、破坏形态及其滞回特性等抗震性能；研究了节点上下层柱的分体形式和分体柱过渡区的设置对节点核芯区抗震性能的影响；并给出了分体柱框架梁柱节点的设计建议。