CFRP及钢板复合加固震损方钢管混凝土框架结构抗整体性倒塌能力分析

为了研究CFRP及钢板复合加固震损方钢管混凝土框架结构的抗整体性倒塌能力,基于OpenSees开放平台,通过折减材料的刚度和强度模拟地震损伤,建立3榀分别为未加固、中度损伤加固和重度损伤加固的两跨三层方钢管混凝土框架结构数值模型,对其进行低周往复分析,并通过与试验结果对比验证了模型的可行性。对震损加固前后的结构数值模型进行增量动力分析,绘制出结构倒塌破坏阶段的易损性曲线,通过计算结构抗倒塌安全储备系数来评估其抗整体性倒塌能力。结果表明,未加固构件、中度损伤加固构件和重度损伤加固构件的抗倒塌安全储备系数分别为1.8、2.18、2.07,中度损伤加固构件和重度损伤加固构件的抗整体性倒塌能力较未加固构件分别恢复并得到提升21.1%和15.0%,且满足“大震不倒”要求。因此,CFRP及钢板复合加固可以有效恢复并提高震损方钢管混凝土框架结构的抗整体性倒塌能力。

方钢管再生混凝土框架-再生空心砌块填充墙抗震性能试验研究

为研究方钢管再生混凝土框架-再生空心砌块填充墙的抗震性能,以有无填充墙为变化参数,进行了2榀框架试件的低周反复加载试验。结果表明:方钢管再生混凝土框架破坏过程为RAC梁破坏→柱脚鼓曲,增设填充墙后,其破坏过程为填充墙破坏→RAC梁破坏→柱脚鼓曲。方钢管再生混凝土框架-再生砌块填充墙试件滞回曲线呈饱满梭形,其在受力过程中经历了弹性、弹塑性及破坏阶段。方钢管再生混凝土框架-再生砌块填充墙试件可满足结构正常使用阶段的变形要求,并具有良好的抗倒塌能力。相较于无填充墙试件,有填充墙试件在正、负向的承载能力分别提升了9.0%与-7.8%,在正、负向的延性系数分别提升了15.6%与35.7%。墙体存在可将框架初始刚度提升1.06倍,但对其残余刚度影响不大。墙体破坏前,其存在可提升框架耗能性能;墙体破坏后,其存在反而会抑制框架耗能性能。

方钢管混凝土框架内隔板节点抗震性能的试验研究

本文设计了一榀三层两跨的方钢管混凝土框架模型,梁柱节点采用内隔板节点型式。采用拟静力试验方法,对方钢管混凝土框架施加低周反复水平荷载,研究了方钢管混凝土框架内隔板节点的荷载-位移曲线、节点延性、节点破坏机制和破坏特点等抗震性能。研究结果表明,方钢管混凝土框架内隔板节点的抗震性能较好。

方钢管混凝土框架滞回性能试验与理论研究

为了研究方钢管混凝土结构的抗震性能,基于一榀三层两跨方钢管混凝土框架的拟静力试验,分析了反复水平荷载作用下框架的滞回曲线,并根据滞回曲线进一步得出了框架顶层骨架曲线及相应的恢复力模型,研究了钢管混凝土框架的延性、强度与刚度的退化等性能.采用非线性有限元分析方法,将恢复力模型应用到混凝土弹性模量退化方程中,并对试验结果进行了计算模拟.结果证明,理论分析结果与试验结果吻合较好.

消能支撑-方钢管混凝土框架结构抗震性能的试验研究

本文设计了一榀消能支撑框架,方钢管混凝土通过不同频率、不同位移幅值下的水平低周反复荷载试验,验证了消能支撑框架优异的消能能力,提出了相关连接构造的设计建议,为中高层钢结构住宅提供了一种新的抗震设计思路。

两层两跨方钢管混凝土框架抗震性能试验研究

为了研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土框架的抗震性能,对一榀两层两跨的方钢管混凝土柱-钢梁框架进行了竖向荷载和低周反复水平荷载作用下的抗震性能试验研究,观测了框架的破坏形态,得到了框架试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线,分析了方钢管混凝土框架的破坏机制、滞回性能、延性、耗能能力、强度及刚度退化等力学性能。结果表明：框架试件基本实现了梁铰破坏机制,具有良好的变形性能和耗能能力,位移延性系数为5.86～6.42,等效黏滞阻尼系数达到0.454,均满足延性框架的抗震要求。框架试件的强度和刚度退化较为平缓,具有较强的抗侧移能力。

端部设肋方钢管混凝土框架柱抗震性能分析

提出了一种端部设肋方钢管混凝土框架柱,采取在柱端部区域设置纵向加劲肋的方式避免端部过早地发生局部屈曲,以提高其承载力,改善延性和抗震性能.采用通用非线性有限元软件MSC.Marc建立壳-实体精细有限元分析模型对已有试验进行了非线性有限元分析,有限元分析结果与试验结果吻合良好.在验证了有限元模型合理性的基础上,分析了不同参数条件下端部设肋方钢管混凝土框架柱的力学性能.研究表明,端部加劲肋能够延缓钢管壁的鼓曲,提高柱的承载力,显著改善柱的延性和抗震性能.端部加劲肋的设置长度以柱的1~2倍边长为宜,高度和厚度应满足一定的构造要求,可以通过增大加劲肋的厚度或增加每边加劲肋的设置数量来提高柱的承载力,且后者效果更好.

方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

对三个1/3比例单跨两层方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,研究了梁柱连接为穿心高强螺栓-端板节点和内隔板式节点对试件性能影响,并将方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙进行对比.得到了试件的破坏形态、滞回曲线、延性、刚度、耗能能力等抗震性能指标,分析了其破坏特征、承载能力及刚度退化等力学性能.结果表明:方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的承载力、抗侧刚度和良好的耗能性能.斜加劲肋能有效限制薄钢板剪力墙面外变形,提高结构初始刚度和承载力,有效减轻滞回曲线"捏缩".穿心高强螺栓-端板节点提高了节点域刚度,延缓了柱壁鼓曲.方钢管混凝土竖向边缘构件确保了薄钢板剪力墙性能充分发挥.

低周反复荷载下方钢管混凝土框架抗震性能的试验研究

通过对一榀两跨三层的方钢管混凝土组合框架在低周反复荷载作用下的模型试验,深入研究了方钢管混凝土组合框架的滞回性能、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能。研究结果表明:方钢管混凝土结构的抗震性能优于混凝土结构。

方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙的滞回性能研究

对1榀单跨2层1/3比例的方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙进行了低周往复荷载试验,研究了方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙的抗震性能.利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值分析,并对比分析了数值分析结果与试验结果 .构建足尺模型研究了柱子轴压比、加劲肋数量、钢板墙高厚比和柱子柔度系数对方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙滞回性能的影响.结果表明:方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢剪力板墙具有良好的抗震性能.增大轴压比使结构的承载力和延性降低,但对滞回耗能和刚度退化影响较小;加劲肋数量对结构滞回耗能影响较大,但对承载力和刚度退化影响较小;高厚比和柱子柔度系数对结构的承载力、滞回耗能和刚度退化影响较大.

方钢管混凝土框架抗震性能试验研究与非线性有限元分析

为研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的抗震性能,制作了3榀方钢管混凝土框架试件,通过低周反复荷载试验,研究了框架的抗震性能,分析了轴压比、梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。在考虑几何、材料及接触非线性的基础上,采用有限元软件ABAQUS 6.10对试验框架进行了低周反复荷载作用下的精细化数值模拟。与试验结果的比较表明,数值分析结果与试验结果吻合较好,具有较好的精度,可用于方钢管混凝土框架的分析。基于数值分析结果,剖析了框架梁柱连接节点、柱脚等关键受力部位的应力发展过程,明确了框架的受力机理和破坏机制。

方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙抗震性能试验研究

对1个单跨两层1∶3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行低周反复荷载试验。研究方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的抗震性能,得到结构的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等,分析结构的破坏机理、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等。结果表明:方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的承载能力、抗侧刚度及良好的延性和耗能性能。方钢管混凝土框架可为薄钢板剪力墙屈曲后性能的充分发挥提供足够锚固,使结构形成"先钢板墙后框架"的破坏机制,实现双重抗震设防目标。与钢框架-薄钢板剪力墙相比,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有更好的延性和抗震性能,是一种优良的双重抗侧力体系。

自复位方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙结构的水平边缘构件受力分析

基于薄钢板剪力墙在目标位移下充分屈服并形成拉力带,对绕梁腹板销轴转动的自复位方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙结构的水平边缘构件(中梁和顶梁)进行受力分析。分别对水平边缘构件在钢绞线预应力和薄钢板剪力墙拉力带作用下的受力进行分析,推导了钢绞线在目标位移下的拉伸预应力计算公式;基于薄钢板剪力墙极限破坏形态,研究了薄钢板剪力墙拉力带产生的水平边缘构件端部的轴力和剪力;提出了水平边缘构件的弯矩、剪力及轴力计算公式,明确了水平边缘构件的内力分布。结果表明:水平边缘构件内力公式计算值与有限元分析值吻合较好,可为水平边缘构件的设计提供参考。

方钢管混凝土框架-两边连接薄钢板剪力墙力学性能研究

将薄钢板剪力墙与竖向边缘构件分开形成两边连接的薄钢板剪力墙,既具有良好的建筑适用性,又有利于保护框架柱.采用有限元软件ABAQUS 6.10对方钢管混凝土框架-两边连接薄钢板剪力墙和四边连接薄钢板剪力墙进行了非线性数值分析.通过对两边连接薄钢板剪力墙在侧向荷载作用下的受力特点分析,提出了中梁梁端剪力计算公式和钢板墙开洞处中梁腹板厚度设计建议公式.计算结果与数值分析结果吻合很好.基于建议公式的分析模型实现了"弱板强框架、强柱弱梁"的抗震设计理念,实现了双重抗震设防目标.四边连接与两边连接薄钢板墙的抗震性能比较表明,两边连接会明显降低方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的侧向承载力,但仍具有稳定的滞回性能,良好的耗能能力和延性.

新型自复位方钢管混凝土框架的抗侧刚度研究

提出一种新型绕梁腹板销轴转动的自复位方钢管混凝土框架梁柱连接节点.推导了自复位方钢管混凝土框架的抗侧刚度计算公式,通过有限元分析验证了公式的正确性.研究了钢绞线截面面积和初始预应力大小对自复位方钢管混凝土框架自复位能力的影响,探明了自复位框架的失效机制.结果表明:自复位方钢管混凝土框架具有良好的自复位能力,框架构件保持弹性.随着钢绞线截面面积增大,自复位框架刚度和承载力增大;钢绞线处于弹性时,初始预应力大小对自复位框架刚度影响很小.初始预应力合理取值可避免自复位框架失效机制的发生,并给出了初始预应力取值范围.

方钢管混凝土平面框架的恢复力模型研究

为了研究方钢管混凝土框架的滞回性能,进行了3榀采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土柱-钢梁平面框架拟静力试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。结果表明:试件的滞回曲线均为饱满的梭形;增大轴压比,可以提高框架的耗能能力,但降低了框架的延性和水平承载力;增大梁柱线刚度比,可以提高框架的水平承载力,但会降低框架的延性和耗能能力。在试验研究基础上,结合理论分析,提出了适用于穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的简化恢复力模型。恢复力模型所得滞回曲线与试验滞回曲线吻合较好。

方钢管混凝土框架结构抗震加固性能的试验研究

首先对一榀破坏后的方钢管混凝土框架模型进行了加固,然后通过拟静力试验,对加固后钢管混凝土框架结构的抗震性能进行了研究.研究结果表明:加固后的方钢管混凝土结构仍具有较好的承载力、延性和耗能能力.

方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙滞回性能研究

进行了一榀1/3比例单跨两层方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙的低周反复荷载试验,分析了其破坏过程、破坏形态及破坏机理.采用有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙进行了精细化数值模拟,分别研究了竖向边缘构件(边框柱)截面类型、开洞率δ、高厚比β、柱子抗弯刚度η和柱子轴压比n对开洞薄钢板剪力墙滞回性能的影响.结果表明,方钢管混凝土框架-单侧开洞薄钢板剪力墙具有较高的承载力、刚度和耗能能力,开洞对结构滞回性能影响明显.

方钢管混凝土框架加固后的非线性有限元分析——受低周反复荷载作用

建立了加固后损伤方钢管混凝土框架的三维非线性有限元分析模型,用以研究该框架在低周反复荷载作用下的抗震性能。该模型考虑了钢与混凝土的黏滑作用。通过与损伤方钢管混凝土框架加固后的结构在低周反复荷载作用下滞回曲线和刚度退化曲线的对比表明,计算结果较为精确,该模型可以应用于方钢管混凝土框架的结构分析中。同时由试验和有限元分析计算的结果可知,损伤方钢管混凝土框架结构加固后,具有较好的抗震性能。

震后方钢管混凝土框架加固效果试验研究

针对一榀震后损伤的方钢管混凝土框架的破坏特点,采取了补焊、焊板加固、及削弱梁端的综合方法,对框架节点施行加固.为了验证加固效果,确保修复后的框架在地震区应用的安全性,对框架施加低周反复水平荷载作用考察其抗震性能.研究结果表明在低周反复荷载的作用下加固框架仍具有较好的抗震性能,承载能力有了大幅提高,延性有所改善,滞回性能良好,节点具有很强的塑性转动性能;同时证明了内隔板式方钢管混凝土框架中梁柱节点连接质量决定了框架的抗震性能,框架的整体破坏是由多处节点焊缝破坏而导致了框架结构形成机动丧失承载能力.