废弃玻璃粉风积沙混凝土柱抗震性能试验研究

为研究玻璃粉等质量取代20%水泥与风积沙等质量取代30%天然砂对混凝土柱抗震性能的影响,本文设计和制作4根混凝土柱试件。第1根是普通混凝土柱,第2根是玻璃粉等质量取代20%水泥的混凝土柱,第3根是风积沙等质量取代30%河砂的混凝土柱,第4根是同时用玻璃粉和风积沙分别等质量取代20%水泥和30%河砂的混凝土柱。通过低周往复荷载试验,对比分析各个试件的破坏形态、承载力、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、延性系数、刚度退化规律和变形特点。结果表明:20%取代率的玻璃粉取代水泥和30%取代率的风积沙取代天然河砂均能提高混凝土柱的抗震性能,降低构件破坏程度;基于试验结果、Fajfar和Park-Ang提出的地震损伤模型,对其耗能因子β进行修正,得到了修正后的Park-Ang损伤模型,并与废弃玻璃粉风积沙混凝土柱的试验过程吻合较好。

PC钢棒-钢筋混合配筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究预应力混凝土用钢棒(steel bar for prestressed concrete, PC钢棒)-钢筋混合配筋混凝土柱的抗震性能,设计制作了5根相同尺寸、相同纵筋配筋率、不同PC钢棒替代率的PC钢棒-钢筋混合配筋混凝土柱试件,通过拟静力试验研究了PC钢棒替代率对试件抗震性能的影响规律。结果表明:随着PC钢棒替代率的提高,试件的裂缝分布高度降低,裂缝数量变少,滞回曲线的饱满程度逐渐降低,耗能能力降低,残余位移角减小,自复位能力增强;当PC钢棒的替代率不大于50%时,各试件的峰值荷载接近;当PC钢棒的替代率大于50%时,试件的峰值荷载随PC钢棒替代率的增大而提高;当加载位移角相同且不大于1.0%时,配置PC钢棒的混凝土柱的残余位移角较为接近,且明显小于未配置PC钢棒的钢筋混凝土柱的残余位移角;当加载位移角相同且大于1%时,柱的残余位移角随着PC钢棒替代率的增高而降低。

方钢管螺旋筋约束自密实高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究方钢管螺旋筋约束自密实高强混凝土柱的抗震性能,以轴压比、剪跨比、有无配制螺旋筋以及螺旋筋间距作为设计参数,进行了7个试件的低周反复加载试验,获取了各试件的滞回曲线以及应变分布。试验结果表明:试件破坏特征主要为方钢管柱脚区域出现明显鼓曲形成塑性铰区域;随轴压比的提高,试件抗剪承载力、环线刚度和耗能能力均有提升,剪跨比对试件抗震性能的影响规律不明显。配制螺旋筋对峰值承载力和刚度的影响较小,而对试件延性及耗能的提升明显,与无配筋试件相比试件延性平均提升了15.4%,耗能平均提升了114.9%。螺旋筋间距越密对试件抗震性能提升效果更优;适当增大轴压比,控制剪跨比在5以内以及增设螺旋筋对提升其承载能力和变形能力有积极作用。

方钢管超高性能混凝土柱抗震性能试验及数值模拟

钢管混凝土柱因其承载力高、抗震性能良好且施工方便等特点成为建筑结构发展方向之一,但目前对于钢管超高性能混凝土柱抗震性能研究较少。对不同类型方钢管混凝土柱抗震性能(4根方钢管超高性能混凝土柱、1根方钢管高强混凝土、1根方钢管普通混凝土)进行对比分析研究。结合6根方钢管混凝土柱的低周往复试验数据,建立纤维有限元模型进行参数分析。主要研究了在低周往复荷载作用下的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性以及耗能能力等,分析了轴压比、含钢率和混凝土种类等主要设计参数的影响规律。结果表明:(1)纤维有限元模型能够有效分析方钢管超高性能混凝土柱滞回特性;(2)与方钢管普通混凝土柱和高强混凝土柱相比,方钢管超高性能混凝土柱抗震性能更为优异;(3)方钢管超高性能混凝土柱随着轴压比的提高,试件水平承载力及刚度增大,但延性降低;随着含钢率的增加,试件水平承载力、刚度、延性及耗能能力均提高;随着钢纤维体积率的增加,试件延性、耗能能力提高。

椭圆钢管混凝土柱抗震性能试验与分析

为探究椭圆钢管混凝土构件的抗震性能,文章开展椭圆钢管混凝土柱在水平低周往复荷载与轴力共同工作下的拟静力试验,研究轴压比和混凝土强度等参数对其抗侧承载力、刚度、延性和耗能等抗震力学性能的影响规律,揭示椭圆钢管混凝土柱在水平低周往复荷载作用下的主要破坏形态与受力机理;同时结合椭圆截面特征和代码编程,开发基于OpenSees有限元软件的椭圆钢管混凝土柱精细化分析模型,并将计算结果与试验进行分析对比,验证有限元模型的准确性和可行性,进而明确椭圆钢管混凝土柱相对于普通钢管混凝土构件的抗震性能特征,并系统开展材料和几何等诸多参数对椭圆钢管混凝土柱抗震性能的影响分析。研究结果表明,椭圆钢管混凝土柱具有良好的抗震性能,且相比于传统钢管混凝土柱具有明显的强度、刚度和耗能优势;在水平低周往复荷载下,椭圆钢管混凝土柱的破坏模式主要包括柱脚钢管的局部屈曲、撕裂,核心混凝土压溃等现象。

压弯剪扭实腹型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,以截面尺寸、型钢含钢率、纵筋配筋率、体积配箍率和栓钉位置为变化参数,完成了12根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱的压弯剪扭低周反复试验。观察了试件在复合受扭状态下的破坏形态,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能及延性性能。结果表明:在压弯剪扭受力状态下,所有试件均发生弯扭破坏;荷载-柱顶位移滞回曲线呈饱满的梭形,扭矩-扭转角曲线为捏拢的“S”形;增大截面尺寸和配筋率可有效提高SRC柱的抗扭和抗弯承载力;峰值荷载前,抗扭刚度的退化速率明显快于抗弯刚度的退化速率,增大型钢含钢率和配筋率可延缓SRC柱的刚度退化;SRC柱的抗弯耗能能力优于抗扭耗能能力,扭转延性大于弯曲延性;与方形截面相比,矩形截面具有更好的扭转变形能力;在工字钢翼缘上焊接栓钉可有效提高SRC柱的抗震性能;根据现行规范和试验数据,提出SRC柱构造设计的相关建议和扭转耗能退化的经验公式。

套筒灌浆缺陷连接足尺预制混凝土柱抗震性能试验研究

灌浆套筒连接是预制混凝土结构最常用连接方式,灌浆不饱满缺陷是影响灌浆套筒连接柱抗震性能的主要因素。为明确不同缺陷率对该类柱抗震性能的影响,该研究考虑无灌浆缺陷、45%缺陷率和60%缺陷率三种情况,设计并制作了3个足尺预制柱进行低周往复拟静力试验,通过与无灌浆缺陷试件对比,分析套筒灌浆缺陷连接对柱构件破坏模式、滞回特征、延性等的影响。结果表明:不同于无缺陷试件的弯曲破坏特征和饱满滞回耗能特征,灌浆缺陷试件呈现出钢筋滑移破坏特征和捏拢滞回特征,延性变形系数为2.8~3.5,小于无缺陷试件的5.8。在发生钢筋滑移前,灌浆缺陷仅一定程度影响屈服荷载和峰值承载力。该研究的相关成果可为灌浆套筒连接预制混凝土结构的抗震性能研究提供参考。

型钢-钢纤维高强混凝土柱抗震性能试验研究

为改善高强混凝土的脆性,提升型钢高强混凝土柱的抗震性能,采用钢纤维混凝土制备型钢高强混凝土柱试件,开展型钢-钢纤维高强混凝土柱的低周往复加载试验,观察试件的破坏过程和形态,基于荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及强度衰减分析钢纤维掺量对试件变形能力、承载力、延性等抗震性能的影响。结果表明:钢纤维体积分数在0~2.0%范围内,不同钢纤维掺量的试件均发生弯曲破坏,但钢纤维的掺入可延缓裂缝发展,有效防止混凝土大面积脱落;加入钢纤维,试件的滞回曲线更饱满,耗能能力显著提升,承载力提高了13%~21%,钢纤维体积分数为1.0%时提高最明显;随钢纤维掺量的增加,试件的延性和变形能力得到改善,钢纤维体积分数为2.0%时延性系数达5.34,强度衰减缓慢,控制位移增大,在变形较大的情况下,试件的强度衰减从28%降为16%。钢纤维的增韧效果能显著提升型钢混凝土组合结构的抗震性能。

超高层内拉筋钢管混凝土柱抗震性能试验研究

近年来世界各地区地震频发,受附近震源影响的工程结构破坏严重,现有各类计算方法难以有效解决强震下结构体系塑性大变形的响应与失效问题。对于内拉筋钢管混凝土柱结构体系,借助相关技术手段,结合机器视觉技术的智能化检测手段对钢管与混凝土的共同受力状态、钢管混凝土高层建筑结构体系的刚度损伤进行检测。基于受力监测与刚度损伤监测数据对高层建筑地震损伤进行定量评估。研究成果可用于检测超高层建筑结构体系的刚度损伤变化及关键部位材料受力状态,从而对超高层建筑在地震作用下的损伤提出量化评估并进行安全鉴定。

地聚合物混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究地聚合物混凝土柱的抗震性能,采用拟静力试验方法对3个地聚合物混凝土柱和1个普通硅酸盐混凝土柱的抗震性能进行了试验研究。试验中考虑了不同的地聚合物混凝土强度等级和轴压比,对比分析了柱子的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、耗能能力以及刚度退化等各项抗震指标,并通过规范公式计算了地聚合物混凝土柱的承载力。试验结果表明:地聚合物混凝土柱的破坏形态和普通硅酸盐混凝土柱基本相似,主要表现为压弯破坏;试件的滞回曲线十分饱满,滞回曲线呈现为梭型;地聚合物混凝土随着混凝土等级的提升和轴压比的增大,滞回曲线的形状变得更加饱满,抗震性能得到提高;破坏时等效阻尼系数介于0.220~0.274之间;地聚合物混凝土柱的承载力可采用普通混凝土规范公式进行较好的计算。研究结果可为地聚合物混凝土结构的进一步推广和应用提供参考。

笼模钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

采用钢筋笼与周边预制混凝土薄板模壳连接形成一体的中空的笼模构件,在施工现场安装后一次性浇筑笼模构件中空腔体内的混凝土,形成完整的笼模钢筋混凝土构件。该新型笼模钢筋混凝土构件与传统钢筋混凝土构件的主要区别是:箍筋采用成型格网箍筋,笼模构件的模壳混凝土与中空腔体内的混凝土存在二次结合面,构件纵筋采用100%搭接方式连接。为研究笼模钢筋混凝土柱的抗震性能,进行了笼模钢筋混凝土柱和传统钢筋混凝土柱在恒定轴压力下的往复加载试验对比,研究试件的破坏形态、承载力和延性以及钢筋应力的发展过程。研究结果表明:笼模钢筋混凝土柱的破坏形式、承载能力和延性与传统钢筋混凝土柱基本一致,刚度略有提升,两者的受力机理没有明显差异;笼模钢筋混凝土柱可以按传统钢筋混凝土柱的计算原理和方法进行设计计算,提出的计算公式结果与试验结果基本吻合。研究成果可以作为笼模钢筋混凝土柱工作性能评价与工程设计的理论依据。

基于并筋的装配式混凝土柱抗震性能试验

基于纵筋与并筋等面积原则,提出一种基于并筋的装配式混凝土柱,主要包括纵向钢筋、并筋、异径半灌浆套筒、异径机械套筒和抗剪连接件,可有效提高装配式混凝土柱的连接效率。设计并制作现浇混凝土柱XJZ-1、普通并筋柱BJZ-1和带抗剪件并筋柱BJZ-2的试验模型,研究其破坏模式、滞回性能、钢筋应变、骨架曲线和延性系数等。结果表明:试件XJZ-1底部先后出现水平和竖向裂缝、混凝土压碎和纵筋弯曲现象;试件BJZ-1与BJZ-2均先后出现水平裂缝、沿注浆孔对角斜裂缝、混凝土压碎、灌浆套筒上部纵筋一侧受弯屈服和坐浆层脱落等现象。试件XJZ-1承载能力、初始刚度和延性系数最大;相比试件BJZ-1,试件BJZ-2的承载能力、初始刚度和延性系数分别提高13.02%、13.33%和18.50%。另外,各试件在加载时首先产生水平裂缝,随后出现纵筋屈服和混凝土局部脱落现象,但箍筋未发生屈服,均属于弯曲破坏。

反复荷载下型钢再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢再生混凝土柱的破坏形态和抗震性能,对10个不同剪跨比、再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率的型钢再生混凝土柱进行低周反复荷载试验,观察其受力过程及破坏形态,分析不同设计参数对荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、耗能能力及刚度退化等力学性能的影响。试验研究结果表明:型钢再生混凝土柱的主要破坏形态为剪切斜压破坏、弯剪破坏以及弯曲型破坏,破坏形态与剪跨比有关;滞回曲线大多呈梭形且较为饱满,说明型钢再生混凝土柱具有较好的延性及耗能能力;取代率对试件承载力影响不明显,延性及耗能能力随取代率的增加而有所降低;随着轴压比的增大,试件承载力有一定提高,但其衰减加快,且延性及耗能能力降低;增大体积配箍率时,试件承载力增大不明显,但延性及耗能能力显著提高。总体上看,型钢再生混凝土柱具有较好的抗震性能,可以通过合理的设计将其应用于抗震结构中。

HRB600级钢筋高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究HRB600级钢筋高强混凝土柱的抗震性能,进行9根截面尺寸为600mm×600mm的高强混凝土柱在工程实际轴压比条件下的低周反复荷载试验,主要设计变化参数为钢筋等级、箍筋间距、混凝土强度和轴压比。对比分析各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、延性、刚度退化和耗能能力,基于试验建立HRB600级钢筋高强混凝土柱的恢复力模型。结果表明:各试件的破坏形态相似,均为延性弯曲破坏,柱底出现塑性铰,纵筋屈曲,混凝土保护层脱落;HRB600级钢筋高强混凝土柱不仅具有较好的滞回性能以及变形与耗能能力,且震后可恢复性能相对较好;高强混凝土柱设计中,HRB600级钢筋与C80混凝土匹配应用效果较优;合理配置箍筋,可使HRB600级钢筋高强混凝土柱在高轴压比条件下的延性系数大于4.0;文章基于足尺构件试验建立的恢复力模型,以期可为相关工程结构抗震弹塑性分析提供参考。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

考虑纤维种类、轴压比、剪跨比、配筋率等因素,设计制作22根钢-聚丙烯混杂纤维混凝土框架柱试件,通过低周反复荷载试验研究柱的抗震性能。基于实测的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及破坏形态,探讨纤维种类等因素对试件耗能能力和延性的影响规律,建立钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱位移延性系数计算公式。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维在增强柱耗能能力方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,并随轴压比的增大,其发挥作用越明显;剪跨比、纵筋配筋率和配箍率对混杂纤维混凝土柱耗能能力和延性的影响与普通混凝土柱类似,随其增大而提高。

钢骨-方钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

通过14根组合柱试件在高轴向压力和低周反复水平荷载作用下的试验,研究了钢骨-方钢管高强混凝土柱的抗震性能。试验结果表明,该组合柱滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;轴压比、混凝土强度、宽厚比、含骨率等参数对组合柱的极限承载力和刚度具有显著影响,但是延性和耗能主要受轴压比和含骨率影响,其中轴压比是最主要的因素;钢骨的加入使方钢管高强混凝土柱的位移延性系数有了显著提高,但是当内填混凝土强度很高时,为了满足抗震设计的要求,保证组合柱具有良好的延性,仍有必要对其轴压比的限值作出规定。研究成果可为钢骨-方钢管高强混凝土柱在高烈度地震区的应用提供参考。

活性粉末混凝土柱抗震性能试验

为了考察活性粉末混凝土柱类构件的抗震性能,开展了18根活性粉末混凝土柱的拟静力试验,研究了轴压比、纵筋配筋率、配箍率和钢纤维体积含量4个因素对活性粉末混凝土柱破坏形态、滞回特性、骨架曲线、刚度、承载力及延性的影响规律.研究表明:活性粉末混凝土柱的承载力随着轴压比的增大而提高,但其延性随着轴压比的增大有下降的趋势;试件柱的承载力及位移延性系数随着纵筋配筋率的增大而显著增大;配箍率的提高一定程度上改善了荷载达到峰值后阶段的滞回特性,骨架曲线的下降段变得较为平缓;钢纤维掺量的增加,改善了试件柱的破坏进程,一定程度上提高了试件柱的延性及耗能能力.

CFRP布修复震损高强混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究CFRP(碳纤维)布修复震损高强混凝土方柱的抗震性能,共进行了4个高强混凝土方柱试件模型的低周反复荷载试验,分别研究横向CFRP布方式加固试件和修复震损试件、横向结合L型CFRP布方式修复震损试件的抗震性能。在试验数据的基础上分析对比了试件的延性性能、承载力、能量耗散、刚度退化以及CFRP应变。研究结果表明:经过2种不同方式修复的震损破坏试件的抗震性能得到了明显改善,延性性能远远比对比试件的好,但是仍然比未经震损直接加固的试件的延性略低,其中采用横向结合L型CFRP布方式修复的试件所表现的抗震性能较好。

外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土柱是一种新的加固形式。在其运用到结构抗震加固时,必须保证加固构件具有良好的延性破坏机制,为此进行了7根碳纤维布与角钢复合加固钢筋混凝土柱的低周反复试验,并编制了复合加固钢筋混凝土柱全过程分析程序,对轴压比、碳纤维布用量、角钢用量等影响复合加固效果的因素进行了分析。试验及电算结果均表明,复合加固后钢筋混凝土柱的极限承载力和耗能性能均有大幅提高。与仅用外包角钢加固柱相比,复合加固柱的抗震性能亦得到明显改善。

碳纤维布加固震损钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究带有地震损伤钢管混凝土柱采用碳纤维布加固后的抗震性能,按照1∶2缩尺比例设计并制作了4根钢管混凝土柱,进行了模拟地震的预损伤、碳纤维布加固和震损柱加固后的低周往复荷载破坏试验。试验结果表明:碳纤维布加固震损钢管混凝土柱提高了柱的承载力和刚度,其延性和耗能能力得到了明显改善;碳纤维布对柱的加固效果与损伤程度有关,损伤越大的柱经碳纤维布加固后的延性、耗能能力、刚度和承载力都低于损伤越小的柱;在一定损伤程度情况下,受碳纤维布加固柱恢复并超过受损前的抗震性能。