拼接成型UHPC免拆模板钢筋混凝土柱的抗震性能

为研究超高性能混凝土(UHPC)免拆模板钢筋混凝土(URC)柱的抗震性能,选取UHPC免拆模板拼接方式和表面处理方式为试验设计参数,制作并完成了9个URC柱和1个钢筋混凝土(RC)柱的拟静力加载试验。模板拼接方式为螺栓加角钢连接、螺栓连接和环氧树脂砂浆连接;表面处理方式为光面处理、气泡膜印花处理和设肋处理,通过拟静力试验研究了模板拼接方式及表面处理方式对该类柱抗震性能的影响。此外,基于平截面假定,提出了URC柱的正截面偏压承载力计算式。结果表明:峰值荷载前,UHPC模板与核心混凝土黏结面无明显破坏,URC柱表现出良好的整体性,尤其是采用螺栓加角钢连接的URC柱,即使加载至极限位移时,也没有发生界面黏结失效破坏;与普通RC柱相比,URC柱的承载力提高了6.4%~43.3%,延性提高了11.4%~48.7%,耗能能力提高了27.7%~85.3%;三种连接方式中,采用螺栓加角钢连接的URC柱承载力最高,连接最可靠。最后,基于平截面假定提出的公式计算值与试验值吻合较好,可为工程应用提供参考。

钢支撑-钢筋混凝土掉层框架结构抗震性能试验研究

为改善坡地钢筋混凝土(RC)掉层框架结构抗侧刚度分布的不均匀性,设计了一栋在上接地层设置钢支撑的RC掉层框架结构,按1/4比例提取其顺坡向中榀框架下部5层子结构为试验对象,开展钢支撑-RC掉层框架拟静力试验,观测试件的破坏过程,并对比RC掉层框架试验所得试件的破坏形态,分析试件滞回性能、延性和刚度退化等抗震性能指标。结果表明:试件的最终破坏是以第4层柱底混凝土压溃,梁端混凝土剥落、底部钢筋断裂,顶层柱顶混凝土剥落为标志。与RC掉层框架试验结果相比,钢支撑-RC掉层框架试件上接地柱的破坏明显减轻,柱端破坏分布也更为均匀,避免了掉层框架结构“半层破坏模式”的出现,改善了结构的耗能和抗地震倒塌能力。但试件上接地层相邻上一层的变形和破坏程度较大,应对该楼层的柱端进行适当的抗震加强;设置钢支撑后,试件的滞回曲线较为饱满,并具有良好的延性(正、负向加载的位移延性系数分别可达5.13、5.69),正负向加载的刚度退化曲线也趋于对称。

近场脉冲型地震作用下附加支撑双柱式摇摆桥墩的抗震性能研究

为了解决摇摆桥墩承载力和耗能能力不足的问题,该文提出一种附加人字形支撑的双柱式摇摆桥墩结构,支撑为纯耗能支撑或自复位耗能支撑,支撑通过连接装置安装在双柱式摇摆桥墩的盖梁和承台之间。为了研究新型附加人字形支撑双柱式摇摆桥墩的抗震性能,对其进行拟静力分析,将双柱式现浇桥墩和双柱式纯摇摆桥墩作为对比模型,研究附加纯耗能支撑和自复位耗能支撑双柱式摇摆桥墩的滞回性能;分别对这四种桥墩结构进行动力时程分析,探究这四种桥墩在近场对称脉冲、近场非对称脉冲和远场无脉冲地震动作用下的动力响应。研究结果表明:附加支撑的双柱式摇摆桥墩中的墩柱仍具有摇摆机制,可有效避免墩身出现塑性铰发生严重的损伤破坏,同时附加的支撑可以显著提高桥墩的承载能力和耗能能力,有效降低桥墩结构的位移响应,特别是自复位耗能支撑还可额外为桥墩提供自恢复力,有效提高结构的抗震性能。

四主缆大跨悬索桥抗震性能分析及减震措施优化

以燕矶长江大桥为工程背景,首先,采用动力非线性时程法分析了燕矶长江大桥抗震性能,并研究了设置电涡流-摩擦组合型阻尼器和黏滞阻尼器对大跨悬索桥抗震性能的影响;然后,对附加电涡流-摩擦组合型阻尼器摩擦力、阻尼系数和阻尼指数开展了参数敏感性分析;最后,从耗能角度分析地震作用下电涡流-摩擦组合型阻尼器减震特点.结果表明:在E2地震作用下,桥塔关键截面抗弯能力均大于弯矩需求;在“纵向+竖向”地震作用下梁端纵向位移较大.设置塔梁处纵桥向阻尼器后,可有效降低主桥梁端纵向位移;增大摩擦力、阻尼系数与降低阻尼指数均可提升梁端纵向地震响应的控制效果,但参数变化对桥塔控制截面的地震响应影响较小.阻尼系数较大时,电涡流阻尼主导了电涡流-摩擦组合型阻尼器耗能,相较于黏滞阻尼器,电涡流-摩擦组合型阻尼器对梁端纵向位移控制效果更好.

部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点抗震性能试验研究

为研究不同连接构造的部分包覆钢-混凝土组合梁柱节点(PEC梁柱节点)的抗震性能,对2个PEC梁柱节点试件进行了拟静力加载试验,研究了低周往复荷载作用下PEC梁柱节点试件的破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。结果表明:强轴连接PEC梁柱节点的滞回曲线呈梭形和弓形,在达到极限承载力后仍能保持一定的延性和耗能能力;弱轴连接PEC梁柱节点牛腿与梁间的焊缝处发生破坏,未展现出预期的耗能能力,PEC梁仍在弹塑性状态,没有达到极限状态;PEC梁柱节点核心区混凝土替换为加劲肋板后,试件仍具有较好的承载力、延性和耗能能力,刚度退化规律无明显变化,且强轴连接节点与弱轴连接节点刚度变化规律基本一致;PEC柱牛腿设计过短会导致焊缝连接处断裂,试件延性和耗能能力得不到发挥,剩余刚度较大。

出踩与面宽方向柱头科斗栱抗震性能对比试验及数值分析

为研究加载方向对斗栱抗震性能的影响,文章基于地震作用的随机性和斗栱出踩与面宽方向的构造差异,对2个足尺柱头科斗栱分别沿出踩和面宽方向进行拟静力试验,得到斗栱的破坏模式、承载力、刚度与强度退化、耗能和变形能力。结果表明:斗栱在出踩和面宽方向分别加载时,大斗均相对平板枋滑移,馒头榫挤压剪断。出踩方向受力时单昂与桃尖梁相对滑移,面宽方向受力时整体明显转动。相比面宽方向受力的斗栱,出踩方向受力的斗栱具有更高的承载力、初始刚度和耗能能力,而变形能力较差。文章开展柱头科斗栱的数值分析,模拟结果与试验结果吻合较好,研究出踩和面宽不同加载方向、轴压荷载、木构件之间摩擦系数和木材弹性模量对其抗震性能的影响。结果表明:面宽方向是柱头科斗栱的最不利受力方向,其正负向承载力比出踩方向分别低19.21%和17.03%;轴压荷载和木构件之间摩擦系数越大,斗栱承载力越大,而木材顺纹弹性模量和横纹径向弹性模量对斗栱的初始刚度和承载力影响较小。

装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构抗震性能

为研究装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构抗震性能,对1个足尺轻钢框架结构试件和3个足尺轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构试件进行了低周反复荷载下的抗震性能试验及理论分析,试件变量包括:2种装配构造,即内嵌式装配墙板、外贴式装配墙板;2种轻钢骨架轻混凝土墙板,即框架式轻钢骨架轻混凝土墙板、桁架式轻钢骨架轻混凝土墙板。研究了各试件的破坏特征和损伤演化过程,分析了结构滞回特性、承载力、变形能力、刚度退化、耗能性能和应变。结果表明:装配式轻钢框架-轻钢骨架轻混凝土墙板结构共同工作性能良好,其水平承载力相比轻钢框架提高了204.7%~210.4%,抗侧刚度提高了257.3%~512.5%,结构变形及耗能能力有显著提高;内嵌墙板的自攻钉连接构造以及外贴墙板的螺栓连接构造传力性能可靠,结构具备2道抗震防线的受力特征;基于简化塑性分析模型以及拉压杆软化桁架模型,对试件承载力进行了计算,计算结果与试验符合较好。

配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱边节点抗震性能试验研究

改善工程材料韧性和耐久性,提高框架梁柱节点抵抗变形和破坏的能力,是提高框架结构抗震韧性的有效途径之一。采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料代替普通混凝土应用到梁柱边节点,考虑轴压比和加密区体积配箍率的影响,设计6个配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料、1个配筋单掺PVA纤维增强水泥基复合材料和1个钢筋混凝土梁柱边节点试件进行拟静力试验,分析其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、钢筋应变和梁端塑性铰区转角,探讨混杂纤维的加入对梁柱边节点抗震性能的影响。结果表明:与钢筋混凝土节点和单掺PVA纤维增强水泥基复合材料节点相比,PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料节点的承载力高、变形能力大、延性好、耗能能力强,抗震性能显著提升。当试验轴压比从0.12增加到0.24,梁端塑性铰区产生一定的外移,塑性性能发挥更充分,同时试件的变形能力、延性、耗能能力增加。在加密区体积配箍率减小的情况下,试件仍表现出良好的抗震性能。

预制拼装铁路重力式桥墩的抗震性能研究

为适应中国铁路建设向高烈度震区快速发展的需要,解决传统预制拼装桥墩墩柱及承台连接位置薄弱等问题,提出一种灌浆波纹管连接的模块化预制拼装桥墩体系,通过设置承台与墩身塑性区域共同浇筑及墩底局部无黏结段增强桥墩的抗震性能。制作1个局部无黏结整体现浇铁路重力式桥墩模型和1个局部无黏结预制拼装铁路重力式桥墩模型开展拟静力试验,并结合有限元分析,进行预制拼装铁路重力式桥墩抗震性能研究。结果表明:局部无黏结预制拼装桥墩整体连接性能稳定,可通过墩底塑性区域破坏与墩身及节段间的摇摆实现共同消能,其破坏模式表现为墩底塑性区域的弯曲破坏,未发生破坏位置转移现象;局部无黏结预制拼装桥墩等效塑性区域高度比整体现浇桥墩降低,抗侧向水平承载力与耗能能力提升显著,位移延性能力良好,可适应更大加载位移,最终累积耗能增长64.3%;结构接缝位置连接稳定可靠,同等加载位移下等效刚度基本一致,抗震性能得到明显提高;预制节段划分对预制拼装铁路重力式桥墩抗震性能的影响不大。

钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点抗震性能有限元分析

为深入研究钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点的抗震性能,建立了螺栓连接节点的精细化三维实体有限元模型。在对已有试验成果进行验证分析的基础上,研究加劲肋、螺栓连接数量对节点塑性耗能分配机制的影响。结果表明:当钢材本构后期考虑韧性损伤后,有限元计算结果与已有拟静力试验结果更吻合;CFST-1节点(梁高300 mm,有螺栓垫板)耗能能力最优,但仅达到相应焊接节点的一半;与CFST-1节点相比,CFST-3节点(梁高300 mm,无螺栓垫板)及CFST-2节点(梁高250 mm,有螺栓垫板)的总耗能更低;各螺栓节点的塑性耗能分配机制主要依靠梁耗能,而相应的加强环焊接节点主要依靠梁与加强环耗能;当螺栓节点采用环板加劲肋、4排螺栓以及腹板加劲肋构造优化后,刚度、承载力、延性与相应焊接节点一致,总塑性耗能达到刚接节点的79.1%,基本达到刚接节点的抗震水平。

焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能分析

大多数双钢板-混凝土组合剪力墙采用螺栓连接或焊接肋的方式使钢板和混凝土协同工作。然而,这种连接方式可能导致整体性和塑性变形效率较低,且制作复杂,焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙能够有效地避免这些问题。为了深入研究焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,基于约束混凝土真三轴塑性-损伤本构模型和钢材弹塑性混合强化-韧性损伤本构模型,建立了组合剪力墙的精细化三维实体-壳模型,将模拟所得的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、弹性刚度、承载力、累积耗能、等效阻尼粘滞系数和延性系数与已有拟静力试验结果相比较,发现两者吻合较好。分析结果表明:轴压比对组合剪力墙模型算例刚度和承载力的影响较小,而随剪跨比增大,组合剪力墙模型算例的刚度和承载力呈线性降低;轴压比对组合剪力墙模型算例总塑性耗能的影响较小,而剪跨比的影响较大,剪力墙总塑性耗能随剪跨比增大而降低;轴压比和剪跨比都不会改变算例各部件的耗能分配机制,即组合剪力墙模型算例以外钢板和内隔板耗能为主。

南方山区民居木结构榫卯节点抗震性能试验研究

为研究截面参数和节点形式对有穿销直榫节点抗震性能的影响,首先,以梁高、梁宽为研究参数,并与有穿销透榫节点作对比,共设计制作了4个足尺节点试件;然后,通过低周往复加载试验,研究不同参数下节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、强度和刚度退化及耗能能力等性能;最后,推导有穿销直榫节点的弯矩-转角理论公式,并与试验结果进行对比.研究结果表明:试件的主要破坏形态为柱内侧梁榫受拉边缘的顺纹拉裂破坏,伴随有柱内侧梁榫受压边缘的挤压变形和柱外侧梁榫的水平劈裂;节点的弯矩-转角滞回曲线呈捏缩效应明显的反Z形;在试验设计参数范围内,有穿销直榫节点的转动刚度和抗弯承载力随着梁截面高度和宽度的增大而增大,但是强度退化系数和等效黏滞阻尼系数的变化不明显;相比于有穿销透榫节点,有穿销直榫节点的正向抗弯承载力大62%,反向抗弯承载力大26%,且承载力下降更平缓,表明有穿销直榫节点具有更好的抗震性能;有穿销直榫节点理论公式所得结果与试验结果误差在9%内.

内置型钢增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

采用钢管对传统RC柱进行约束,形成的钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱具有优越的承载能力和耗能性能。但在应用于框架节点设计时,节点区域仍采用普通RC柱节点构造,可能导致节点处没有钢管约束而成为薄弱点,节点处易发生破坏。针对钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱节点抗震性能薄弱的现状,提出采用内置型钢短柱进行增强。基于ABAQUS工作平台对具有相同构造形式的节点试件建立有限元模型,将数值计算所得破坏形态、滞回曲线和型钢应力与试验结果进行对比,两者吻合较好,在此基础上探讨内置型钢长度和轴压比对节点抗震性能的影响。结果表明:随着内置型钢长度增加,试件的承载力、极限位移和延性均有不同程度的提升,轴压比对试件受力性能影响较小。通过进一步分析试件的破坏机制、型钢抗弯性能和耗能能力,提出满足节点抗震性能需求的内置型钢长度建议取值。

增设角部阻尼器箍头榫木节点的抗震性能

为了给广府木结构的修复提供理论依据,采用菠萝格木材设计制作了5个箍头榫节点试件。考虑到榫卯构造尺寸的影响,首先进行了未加固无损节点的拟静力试验。然后,采用对原有外观影响较小的雀替型阻尼器对上述节点损坏试件进行加固,以尽可能保留建筑的原始风貌。最后,对加固节点进行拟静力试验,以研究节点的抗震性能变化以及阻尼器的加固效果。结果表明:采用阻尼器加固后的节点试件在加载至破坏时,榫卯处压痕明显,梁外榫外侧劈裂、脱榫现象明显,阻尼器脚部的橡胶与钢板有一定的脱离现象;对节点增设阻尼器能够弥补节点初期损伤导致的受力性能下降,为残损榫卯节点提供较好的后期刚度,提高节点的承载能力和耗能能力;与未加固试件相比,增设阻尼器后,试件的后期刚度、极限承载力、总滞回耗能均有所增加,分别提高18%、19%、20%以上。文中还在已有简化力学模型的基础上,结合OpenSees,提出了一种应用于箍头榫木结构的宏观模型建模方法。采用该方法得到的节点滞回曲线与试验结果吻合良好,可以有效模拟阻尼器加固的箍头榫木节点的滞回耗能特性。

装配式型钢混凝土复合墙抗震性能研究

为研究铸钢节点连接装配式型钢混凝土复合墙的破坏机理和抗震性能,对1∶2缩尺的型钢混凝土复合墙试件进行了拟静力试验,通过改变墙体的内置型钢类型,对比分析其在低周往复荷载作用下的破坏过程、破坏模式、滞回特性、抗剪承载力、变形能力、墙体损伤以及耗能能力等,试验结果表明:焊接结构用铸钢节点强度和刚度大、安全性高,可以应用于型钢混凝土复合墙的现场装配式连接中;型钢混凝土复合墙均发生整体剪切破坏,其抗剪承载力、耗能和变形能力较钢筋混凝土复合墙均有较大程度的提高.结合工程实际,给出了型钢混凝土复合墙的现场装配方案.

节点加强下UHPC加固RC方柱抗震性能研究

目的为解决超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)在加固钢筋混凝土方柱中与基础的脱黏问题,方法在节点加强下采用UHPC对钢筋混凝土方柱进行加固。为验证该加固方法的有效性,设计并制作4个试件,以加固与否、不同轴压比(0.2,0.4)为参数,对各试件的延性性能、累计耗能、峰值承载力等抗震性能指标进行分析。结果试验结果表明,UHPC节点加强加固柱的延性系数、累计耗能最高提升了15.7%,76.4%,承载力最大提升了37.6%,并且加固柱滞回曲线的捏拢效应有所改善,这是因为:一方面,采用节点加强可以增大UHPC加固层与基础顶面的黏结应力,使UHPC加固层与核心混凝土具有非常良好的协同工作作用;另一方面,UHPC加固层可以限制混凝土开裂和塑性铰区纵筋屈曲,从而提高塑性铰区的转动能力。随着轴压比提高,试件承载力呈上升趋势,但延性性能和累计耗能均有所下降,这是因为UHPC中的钢纤维具有桥联作用,抑制了水泥基体裂缝的发展,使UHPC加固层剥落不严重,对高轴压比试件的破坏形态改善较为明显。最后提出一种基于平截面假定的UHPC节点加强加固柱的压弯承载力计算方法,计算结果与试验结果的比值均大于0.85,具有较高的精度,验证了该计算方法的合理性。结论研究成果可为节点加强下UHPC加固RC方柱的实际工程应用及设计提供试验依据和理论参考。

轴向拉压式U型厚壁金属波纹管阻尼器抗震性能研究

针对传统金属阻尼器承载力不足、极限变形较小等问题,提出一种新型轴向拉压式U型厚壁金属波纹管阻尼器。通过改变波纹管的壁厚、内径及波数等参数来调整阻尼器的承载力、初始刚度、极限变形及延性;采用有限元分析手段,对阻尼器的核心耗能元件进行单调及低周往复加载条件下的力学性能分析。研究核心耗能元件的内径、壁厚、波纹平均半径、U型波纹直边长度、材料屈服强度及波数这6个独立变量对其力学性能的影响关系,提出阻尼器极限位移的计算方法,给出阻尼器受拉屈服后刚度与屈服前刚度之比的拟合公式,揭示出新型阻尼器的受力机理,建立阻尼器的恢复力模型。同时,针对U型波纹管建立考虑边波效应的修正简化计算方法,并与规范法进行比较。研究结果表明:修正后的简化分析方法与规范法相比具有更高的精度;阻尼器滞回曲线饱满、耗能能力强、变形大、延性高;金属波纹管的刚度、屈服荷载、屈服后刚度及极限荷载均随壁厚的增加而显著增大;随着波数的增加,核心耗能元件的极限变形、延性及累积耗能显著提高,但受拉屈服后刚度降低;建议阻尼器设计时波纹平均径厚比不大于3.8,最大设计工作位移不大于极限位移的0.8倍。

联肢弯剪型钢板剪力墙抗震性能试验研究

联肢钢板剪力墙结构是将2片钢板剪力墙通过钢连梁连接形成的抗侧力结构。通过对1榀1/3缩尺的4层联肢弯剪型钢板剪力墙试件进行低周往复加载试验,从滞回曲线、骨架曲线、延性、承载力及刚度退化、耗能能力等方面研究了该结构体系的抗震性能,并且对试件的屈服顺序和变形模式进行了分析。结果表明:联肢钢板剪力墙试件的延性系数达到5.03,承载力退化系数均大于0.96,承载力和刚度退化稳定,等效黏滞阻尼系数达到0.25以上,表明联肢弯剪型钢板剪力墙具有优越的抗震性能。加载过程中,连梁先于墙板发生屈服,墙板先屈曲后屈服,此后柱脚和横梁相继屈服。连梁的引入改变了结构的屈服机制,提高了整体的延性和耗能能力,能够组成多道抗震防线,且试件整体最终也体现出合理的破坏机制。整体侧移曲线呈弯剪变形模式。该试验研究更加贴合实际工程中联肢钢板剪力墙结构的应用情况,为联肢钢板剪力墙结构的进一步研究和应用提供了试验基础。

中空夹层钢管钢渣混凝土T形节点抗震性能研究

将钢渣混凝土灌入中空夹层钢管混凝土结构,充分利用钢渣混凝土的微膨胀性和中空夹层内外钢管对混凝土的约束作用,有效解决了钢渣混凝土工程应用中的安定性问题。以混凝土类型、空心率、支主管直径比和轴压比为参数变量,共进行了5个中空夹层钢管混凝土T形节点试件(1个普通混凝土试件、4个钢渣混凝土试件)拟静力试验研究。试验结果表明:与灌注普通混凝土相比,灌注钢渣混凝土对试件节点承载力影响不大,但位移延性和耗能能力明显增加,提高幅度分别达69.46%和48.20%;当空心率从0.3增大到0.5时,试件位移延性系数提高9.69%;当支主管直径比从0.40增大到0.68时,位移延性系数提高82.44%;当轴压比从0.1增大到0.2时,试件位移延性系数降低17.98%。建立有限元模型对试件的滞回性能进行了模拟,模拟结果与试验结果基本符合,验证了所建有限元模型的有效性。进而开展了节点承载力影响参数分析,得到最佳空心率为70%左右。钢渣在钢管混凝土结构中应用,可大幅提高其抗震性能。

EPS混合土地基-沉箱抗震性能振动台模型试验

采用振动台试验研究了饱和砂土地基(CSS)和EPS混合土地基(CES)两种地基模型下沉箱结构的抗震性能。对比了两种不同地基模型下土体动力响应特征及沉箱结构动力稳定性,探讨了动力作用下沉箱的受力状态及失稳机制,分析了EPS混合土地基对上部沉箱结构地震稳定性的影响。试验结果表明:振动过程中CES工况的超孔压发展速率明显低于CSS,EPS混合土可显著提高模型抗液化性能。墙后填土作用于沉箱的动土压力沿深度方向呈三角形分布,沉箱中部位置动土压力最大。CES工况沉箱动力响应,包括加速度、位移及转动角等均小于CSS,表现出更好的抗震性能。CES沉箱所受动土推力与惯性力存在明显的相位差,有利于提高沉箱结构的稳定性。