CFRP布约束H型钢部分外包混凝土柱的试验与设计方法研究

提出H型钢部分外包混凝土柱(PEC柱)结构,通过对18根PEC柱试件的轴心和偏心受压试验,研究了不同的碳纤维布粘贴层数、不同的碳纤维布粘贴间距、不同的偏心距分别对PEC柱的承载能力和破坏模式的影响。研究发现:粘贴碳纤维布的PEC柱承载力大于不粘贴碳纤维布的PEC柱;相同碳纤维布粘贴间距时,粘贴两层布比单层布的PEC柱承载力有所提高;碳纤维布粘贴间距越小,PEC柱的极限承载力越大;所有试件柱的极限承载力随偏心距的增大而降低。基于试验数据,提出承载力计算公式。

三维框架部分外包混凝土柱-型钢梁角钢连接半刚性节点抗震性能研究

为更贴近实际工程结构的使用情况,在三维框架中对部分外包混凝土柱-型钢梁角钢连接半刚性节点的抗震性能进行研究。试验设计了一榀三维框架缩尺试件,在低周反复水平荷载及恒定的竖向荷载下,通过对梁端、连接角钢和节点域的应变、位移数据的采集及处理,分析此类节点的破坏模式、滞回性能、角钢应变、节点域应变、节点转角及初始转动刚度。试验结果表明:角钢连接半刚性节点有较强的转动能力,有接近铰接节点的转动表现;角钢连接节点的延性优越、滞回性好,表现出优异的抗震性能;受到螺栓、角钢滑移的影响,顶底角钢节点滞回曲线存在微弱的捏缩现象,但总体比较饱满。

端板狗骨式连接新型部分外包混凝土柱-钢梁框架结构抗震试验研究

为进一步研究端板狗骨式连接新型部分外包混凝土柱-钢梁组合框架结构的抗震性能,设计制作了1榀组合框架结构底部两层单跨1∶2缩尺模型试件,并对其进行水平循环往复荷载试验,记录了试验过程主要现象,得到了试件的滞回曲线。根据试验现象记录和测试数据整理记录,对试件滞回特征、水平抗侧刚度、节点连接性能、抗震延性与耗能能力、损伤进程与破坏模式等加以分析以揭示试件的抗震性能。研究结果表明：端板狗骨式连接实现了梁端塑性铰形成位置远离节点区和节点区混凝土斜压带传力模式,试件滞回曲线较为饱满,整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比达到4. 03%（推）/3. 57%（拉）、3. 05（推）/2. 96（拉）和0. 280,即其变形、抗震延性与耗能能力良好;试件结构呈现梁端削弱截面和部分外包混凝土柱脚形成塑性铰的理想塑性机构,变形与耗能能力发挥充分。

PEC柱-型钢梁框架异型内节点的抗剪性能试验研究

由于民用建筑外观及工业建筑生产工艺要求,部分包覆钢-混凝土结构因错位、变梁变柱等会形成异型内节点.为研究该类异型内节点的抗剪性能,以柱两侧梁错位高度、单侧梁截面高度增大等为变量参数,按1∶2缩尺比例设计制作了1个常规内节点和3个异型内节点模型试件,并完成低周往复荷载试验,分析了内节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能等指标.试验研究结果表明:各试件滞回曲线均呈现对称饱满的梭形;等效黏滞阻尼系数在0.598~0.618,位移延性系数在3.28~4.96,表现出良好的耗能性能及变形性能;因错位、变梁形成的异型内节点与常规内节点相比,承载力分别提升约6.1%、14.0%、15.0%;位移延性系数提升了约-26.6%、11.0%、-14.1%,延性性能规律不明显,耗能能力、强度和刚度退化变化不大;对于左右梁截面尺寸相同且完全错开(即错位高度大于梁高)的Ⅰ类异型内节点,可按T形边节点进行设计;基于节点域传力机理,建立了Ⅱ类异型内节点抗剪计算模型,并提出了抗剪承载力计算公式,试验结果与理论计算结果吻合较好.

部分外包混凝土组合柱-钢梁T形连接件连接框架层间抗震机理研究

为研究T形连接件连接的新型卷边部分外包混凝土组合柱-钢梁组合框架层间抗震机理,按1/2缩尺设计制作了1榀组合框架中间层子结构模型试件,并进行水平低周反复荷载试验。基于试验结果,分析了组合框架中间层子结构的滞回特性、承载力、抗侧刚度退化、耗能能力和破坏模式等。结果表明:T形连接件连接实现了"小震利用摩擦耗能,中大震通过梁端屈服耗能"的设计目标;预拉对穿螺栓连接有效实现了节点域混凝土斜压带传力模式,且T形连接件的设置使梁端出现塑性铰位置外移,更好满足了"强节点弱构件"的抗震要求;试件抗侧刚度沿高度分布均匀,试件整体水平位移表现为理想的倒三角弯剪型变形模式;试件的破坏模式为中间层T形连接件端部外排螺栓附近梁截面形成塑性铰的塑性破坏机构,对应层间侧移角和节点连接转角均达到0.05 rad,超过了罕遇地震作用下层间侧移角限值1/30的要求,且试件承载力仍呈缓慢增大趋势,即结构具有良好的抗倒塌性能。

带PEC柱钢板剪力墙抗侧刚度的分析

为了解决带部分外包混凝土柱钢板剪力墙的边缘框架与钢板剪力墙之间的刚度匹配问题,本文对边缘框架和钢板剪力墙抗侧刚度进行理论计算,采用叠加的方法给出了带部分外包混凝土柱钢板剪力墙结构在单向荷载作用下各阶段的抗侧刚度。通过Abaqus软件建立8组不同钢板厚度的有限元模型,分析了不同钢板厚度对整个结构抗侧刚度的影响,并设计了一榀1/3缩尺的带部分外包混凝土柱钢板剪力墙试件,对其进行单向加载试验,将试验结果、理论计算和有限元模拟得到的抗侧刚度进行对比。结果表明:通过对结构抗侧刚度理论计算值、有限元模拟值和试验值的对比,3个值的误差均在10%以内,验证了理论推导的公式的正确性;得出内嵌钢板的高厚比在350~560内,带部分外包混凝土柱框架的约束可以充分发挥钢板剪力墙的抗侧性能。

新型PEC柱(强轴)-钢梁(RBS)组合框架层间倒塌机理试验研究

结构抗倒塌性能是维系结构震后整体性和实现＂大震不倒＂设计标准的关键所在。为研究新型PEC柱（强轴）-钢梁（BRS）组合框架结构的层间子结构倒塌机理,按1∶2缩尺比例设计制作1榀组合框架层间子结构试件并进行拟静力抗震试验。基于试验现象记录和测试数据整理,分析了试件的破坏过程、滞回特性、水平抗侧刚度退化、耗能能力、水平侧移模式与塑性破坏机构等抗震性能。研究结果表明：对穿螺栓连接实现了节点区混凝土斜压带传力模式,且梁端截面削弱使梁端出现塑性铰远离节点区,较好满足了＂强节点弱构件＂的抗震要求;试件位移延性系数μu=4.36,最大等效黏滞阻尼比（ζeq）max=0.344,具有较好的抗震延性和耗能能力;试件水平抗侧刚度沿高度分布均匀,呈现理想倒三角形侧移模式;试件最终破坏模式为梁端削弱截面屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构,且其承载力下降到极限承载力85%时,对应层间相对侧移和节点转角均超过罕遇地震作用下层间侧移限值1/30,试件具有良好的抗倒塌能力。