铅黏弹性阻尼器增强钢管约束钢筋混凝土柱节点抗震性能研究

针对钢管约束钢筋混凝土(steel tubed reinforced concrete,STRC)柱节点抗震性能薄弱的现状,提出采用改良的铅黏弹性阻尼器进行增强。基于ABAQUS工作平台对铅黏弹性阻尼器试件建立有限元模型,将数值计算所得滞回和骨架曲线、耗能性能及疲劳性能与试验结果进行对比,两者吻合较好。在此基础上探讨了铅芯直径、铅芯布置形式及复合黏弹性体厚度比值对铅黏弹性阻尼器力学性能的影响。结果表明:相较于扇形铅黏弹性阻尼器,改良后的四边形铅黏弹性阻尼器表现出更好的力学性能;随着铅芯直径的增大,阻尼器的耗能能力指标均得到大幅提高;建议铅芯个数取2个,铅芯面积与复合黏弹性层面积比值取6%~8%,复合黏弹性体厚度比值约为0.67。建立不同布置方案的铅黏弹性阻尼器增强STRC柱节点试件模型,对其破坏形态、滞回特性和箍筋应力进行对比分析,给出合理的布置方案,为实际工程提供参考。

火灾下面内约束钢筋混凝土简支双向板力学响应机理

现有分析方法对火灾下面内约束简支双向板的开裂、变形响应以及面内约束导致抗火性能降低的机理缺乏合理解释,本文应用ABAQUS有限元软件对火灾下面内约束钢筋混凝土简支双向板的温度场和热力耦合场进行了三维实体有限元分析,在实验验证基础上进行参数分析,探究钢筋和混凝土的挠度、应力变化规律和力学响应机理.结果表明:在火灾下,面内约束力削弱了板的倒拱效应与拉力膜效应,导致抗火性能显著降低.单向和双向面内约束、长宽比、荷载比的增大均会缩短板的倒拱效应与拉力膜效应阶段的时间.

钢管约束钢筋混凝土柱梁节点研究现状与分析进展

钢管约束钢筋混凝土(steel tube-constrained reinforced concrete,STRC)柱具有优越的力学性能,但当STRC柱应用于框架结构时,常存在难以满足“强节点、弱构件”抗震设计要求的问题。为改善STRC柱梁节点的抗震性能,总结归纳了目前STRC柱梁节点的构造形式及增强机理,从工作机理、增强效果、易施工性等方面对各种构造形式的节点进行对比,认为复合式节点是解决STRC柱框架节点薄弱问题的最优途径。并进一步分析了不同构造形式STRC柱节点的轴压性能、抗震性能和理论设计方法,结果表明环梁对节点轴压承载力提升显著,钢管约束式节点轴压和抗震性能均表现良好,且设计理论较为成熟。最后,在试验研究和理论分析基础上,剖析了该研究领域亟需解决的问题和研究发展方向。

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。

基于应力约束和启发式算法的建筑钢筋混凝土桁架结构拓扑优化方法

为了解决建筑钢筋混凝土桁架结构承载力较低的问题,文章提出了基于应力约束和启发式算法的建筑钢筋混凝土桁架结构拓扑优化方法。建筑钢筋混凝土桁架结构设计变量过滤处理为后续计算提供基础。根据轴心受力构件计算标准,构建应力约束条件。使用启发式算法中的组合优化方法,在MATLAB软件完成建筑钢筋混凝土桁架结构拓扑优化。试验结果证明:此方法具有较高的计算能力,可提升桁架结构的应力承载力至70.251J,得到最优优化结果。

带有防火保护的圆钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能分析与设计

抗火性能是圆钢管约束钢筋混凝土柱设计时的关键问题之一,尽管目前相关研究已逐渐完善,但带有防火保护条件下该类构件的抗火性能研究与设计仍不充分,已有的行业标准中构件高温稳定承载力公式未与常温公式相连续,且其中的防火保护层设计公式不具有明确的物理意义。基于ABAQUS软件,该文开展了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱在ISO 834标准火灾作用下温度场和耐火极限的有限元分析,研究了荷载比、截面尺寸、长细比、防火保护层厚度等关键参数对构件耐火极限的影响规律,并提出了钢管温度、钢筋温度以及混凝土等效温度的简化计算公式。结果表明:随着防火保护层厚度的增大,构件的耐火极限近似线性增大。基于系统性参数分析,提出了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱高温下截面承载力和稳定承载力设计公式,以用于确定构件达到不同耐火极限所需的防火保护层厚度,该方法保持了与现行标准中常温承载力计算公式的连续性。

结构空间约束对钢筋混凝土梁受弯性能的影响

为探究结构空间约束对框架结构屈服机制的影响,借助多尺度数值方法,建立了具有不同边界条件的钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁模型.定量分析了端部约束及添加现浇楼板对RC框架梁刚度和受弯承载力,即试件所能承受的最大弯矩的影响,揭示了端部约束及现浇楼板对RC梁弯曲机制的影响机理.此外,对各国规范计算的受弯承载力进行对比分析.结果表明,结构空间约束会影响RC框架梁的破坏形态.固支梁的刚度和受弯承载力显著高于简支梁,固支梁的受弯承载力和刚度最高可达简支梁的3.06倍和4.10倍.添加现浇楼板可显著提高梁的受弯承载力与刚度.各国规范可准确地计算简支梁的受弯承载力.然而,计算的固支梁及楼盖梁的受弯承载力极其保守,剪跨比为5.0的固支加板梁的受弯承载力模拟值分别是中国、美国和加拿大规范值的6.25倍、6.76倍和6.06倍.

约束条件对钢筋混凝土平板冲切承载力的影响

本文在实验的基础上建立不同约束条件的钢筋混凝土平板数值模拟试件,通过研究不同约束条件下钢筋混凝土平板的极限承载力及破坏形式,发现约束条件对钢筋混凝土极限承载力及破坏形式影响显著。简支及固支约束条件与支撑约束条件相比可大幅提升钢筋混凝土平板的极限承载力。对破坏形式的影响,发现约束条件越多试件的破坏形式越接近脆性破坏,当约束达到一定数量后再增加约束,试件的极限承载力及破坏形式的影响不再明显。

基于ABAQUS有限元分析的钢筋混凝土柱扭转性能研究

基于ABAQUS软件,构建钢筋混凝土柱(RC)受扭行为的数值模拟方法,深入探讨RC柱受扭行为的主要影响因素,为RC柱受扭行为的设计与优化奠定理论基础。采用有限元方法对钢筋混凝土的受力性能进行分析,研究了不同配筋率下钢筋混凝土柱构件的抗扭性能。试验结果显示,随着混凝土的强度提高,钢筋混凝土柱剪跨比降低,其初扭刚度和极限抗扭承载力也随之提高。钢筋配筋率、扭转-弯曲比、纵向配筋率、纵向荷载率对构件扭转承载力的影响较大。当轴力之比大于0.4时,其峰值转矩有降低的趋势。剪跨比减小了RC柱的刚性劣化程度,增加了RC柱的抗弯承载力。混凝土的延性指数在纵向配筋7.15%时达到最大。据此提出了RC柱剪跨比为5,RC柱纵筋7.15%,RC柱横筋0.67%。

四螺箍约束钢筋混凝土方形柱抗震性能研究

将螺旋箍筋应用于钢筋混凝土方柱,通过合理的横向箍筋配置形式,不仅便利施工,还可有效地减小构件侧向约束不均匀的“拱效应”,提高其承载能力和变形能力,增强其抗震性能。基于此,对新型四螺箍约束钢筋混凝土方柱的抗震性能进行了试验研究与有限元分析。试验结果表明:水平低周反复荷载作用下,四螺箍约束钢筋混凝土方柱主要表现为弯曲破坏,其特征为在构件底部1/3高度以下形成弯曲网状裂缝;与传统单螺旋箍筋约束钢筋混凝土方柱构件相比,体积配箍率较小的四螺箍约束钢筋混凝土方柱仍能表现出更高的承载力、延性和耗能能力;纵筋率对四螺箍约束构件的抗震性能指标影响较大。有限元分析结果表明,随着四螺箍约束构件径宽比的增大,其承载力提高,但变形能力降低,刚度退化现象更为严重。

轴向约束钢筋混凝土异形柱的高温试验研究

开展4根T形和4根十字形钢筋混凝土柱在IS0834标准升温过程下的明火试验，考察轴向约束刚度比和轴压比对高温下异形柱破坏形态、轴向变形、附加轴力等的影响趋势。试验结果表明：①高温下因轴向约束产生的最大附加轴力大致相当于各试件常温轴力的19％～62％。②随轴压比减小，最大附加轴力逐渐增加，轴向约束刚度比较大时该趋势更为明显。③随轴向约束刚度比的增大，最大附加轴力逐渐增加，轴压比较小时该趋势更为明显。④在试验所涉及的轴压比和轴向约束刚度比范围内，前者对最大附加轴力的影响总体上更为显著。由于火灾中相邻构件之间相互约束作用的客观存在，积极开展约束构件的抗火研究对科学把握其真实火灾行为是必要的。

考虑轴向约束的钢筋混凝土梁高温下竖向推覆试验

为研究轴向约束对钢筋混凝土梁高温下大变形力学性能的影响,进行了1根常温和2根高温下约束梁的竖向推覆试验。比较分析了不同升温时间对轴向约束钢筋混凝土梁测点温度、升温反应及延性和耗能等的影响;重点研究了轴向约束钢筋混凝土梁的高温反应、破坏形态、承载能力和受力机制。结果表明:升温过程中,随着温度的升高,轴向约束钢筋混凝土梁不断向下挠曲,但炉温超过800℃之后,挠度有所恢复;由于受热膨胀引起的轴压力影响,高温下约束梁塑性铰区域明显缩小,其延性和耗能能力随着温度的升高而降低;高温作用产生的初始轴压力提高了梁的峰值承载力,但随着升温时间的延长,其提高幅度低于材料劣化对梁峰值承载力的降低幅度;初始轴压力使得高温梁在破坏前始终处于压弯机制;研究结果可为验证和校正火灾下约束混凝土梁力学行为的数值模拟以及理论分析提供可靠的试验数据,并为进一步探讨高温下钢筋混凝土约束梁大变形时的破坏准则提供依据。

高温下带轴向约束的钢筋混凝土构件轴向内力的实用计算方法

根据结构力学的原理和方法,提出了一种火灾下带轴向约束的钢筋混凝土构件轴向内力的实用计算方法.通过对带轴向约束的钢筋混凝土柱的高温内力分析,并与前人试验结果进行对比,初步验证了该方法的可行性.

基于FDS的真实火灾下钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能

为揭示钢管约束钢筋混凝土(steel tubed reinforced concrete,STRC)柱在真实火灾作用下的抗火性能,采用火灾动力学模拟(fire dynamics simulator,FDS)软件获取宿舍和教室场景下的真实火灾曲线,建立Abaqus模型对圆形STRC柱进行温度场和耐火极限有限元分析,获取真实火灾场景下温度曲线、载荷比、截面直径、长细比等参数对STRC柱耐火性能的影响.结果表明:真实火灾场景下STRC柱的变形受力性能与标准火灾场景下类似,耐火极限分别与载荷比和长细比成反比,与截面直径成正比.根据研究结果,建议采用真实火灾曲线对STRC柱进行精细化抗火设计,在工程所需的耐火极限范围内,可出于安全需要,基于等效爆火时间采用标准火灾曲线进行构件抗火设计.

轴向循环荷载下钢筋混凝土柱的试验研究

通过5个钢筋混凝土柱试件,试验研究了钢筋混凝土柱在反复循环轴向荷载下的轴力—变形特性,基于试验结果建议了一个钢筋混凝土柱的轴向刚度滞变模型。

梁端约束对钢筋混凝土梁耐火性能的影响

利用已编制的钢筋混凝土结构高温反应的全过程分析程序,通过带有杆端约束的钢筋混凝土梁的耐火极限分析,初步探讨轴向约束刚度比、转动约束刚度比和高跨比对梁的耐火性能的影响规律.研究表明,转动约束刚度比不变时,随着轴向约束刚度比的增大,梁的耐火极限逐渐减少,当轴向约束刚度比增大到一定程度时,这一趋势逐渐减缓;轴向约束刚度比不变时,随着转动约束刚度比的增大,梁的耐火极限逐渐增大,当转动约束刚度比增大到一定程度时,这一趋势逐渐减缓;随着高跨比的减少,梁的耐火时间逐渐减少.

轴向约束型钢RPC混凝土异形柱耐火性能研究

为考察分析受轴向约束的型钢活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)异形柱的耐火性能,采用有限元软件ABAQUS构建火灾下型钢RPC混凝土异形柱热-力顺序耦合模型,并探究加载角、荷载比、偏心率等参数对其耐火性能的影响规律。研究表明:在一定加载角度范围内,型钢RPC混凝土异形柱的抗火性能随加载角的增大而增大;荷载比和偏心率也是影响型钢RPC混凝土异形柱耐火性能的重要因素,随着荷载比和偏心距的增大,构件的耐火极限相应降低。型钢RPC混凝土异形柱的耐火性能受偏心率、荷载角、荷载比等因素的影响逐渐增加,最终都表现为脆性破坏,其轴向变形呈现出基本恒定、缓慢下降和线性下降三个阶段。研究结果可为该类结构的防火设计提供理论依据。

矩形钢管约束钢筋混凝土超短柱滞回性能试验

为研究矩形钢管约束钢筋混凝土超短柱的滞回性能,进行了4个矩形钢管约束钢筋混凝土超短柱和2个普通钢筋混凝土对比试件的试验研究.主要参数为轴压比(0.3,0.5)和钢管宽厚比(111,166);6个试件的剪跨比均为1.0.试验结果表明:普通钢筋混凝土超短柱的破坏模式为剪切破坏,延性和耗能性能较差;钢管约束钢筋混凝土超短柱中,钢管对混凝土产生有效约束作用,因此构件未发生剪切破坏,延性、弹塑性变形能力和耗能性能显著高于钢筋混凝土对比试件;随轴压比提高,矩形钢管约束钢筋混凝土超短柱的承载力提高,但延性稍有降低.在本文试验研究范围内,钢管的宽厚比对矩形钢管约束混凝土超短柱的抗震性能无显著影响.

强约束大尺寸钢筋混凝土柱轴心受压试验研究

为研究箍筋强约束钢筋混凝土柱的轴心受压性能,完成了7根配箍特征值0.22-0.47、截面尺寸600mm×600mm的大尺寸钢筋混凝土柱试件的轴心受压试验研究。结果表明,试件的破坏形态均是纵筋受压屈曲,中部箍筋外凸,部分箍筋拉断,混凝土保护层剥落;除个别试件外,大部分试件核心区混凝土未压碎;强约束能有效提高钢筋混凝土柱的轴心受压承载力和竖向变形能力;达到峰值竖向应力时,纵向钢筋受压屈服,提供竖向承载力,箍筋受拉屈服,对核心混凝土起到约束作用。以小尺寸试件试验建立的约束混凝土应力-应变关系,可以较好地预测本文试件峰值前的应力-应变关系和峰值应力,但有可能高估混凝土的峰值应变及峰值后的变形能力。

钢筋混凝土早龄期约束收缩试验研究

针对现浇混凝土结构早期变形开裂问题,设计了适用于轴向配筋试件的刚性框架端部约束收缩试验装置,进行不同配筋率和不同钢筋布置方式下C30混凝土干燥约束收缩试验,并以素混凝土试件和配筋试件端部自由收缩试验作为对比。测试配筋试件和素混凝土试件收缩变形、约束荷载、内部相对湿度随龄期的发展变化。结果表明：端部自由情况下,配筋试件干燥收缩小于素混凝土试件,约束率随配筋率增加而增大;端部约束情况下,配筋试件约束荷载远小于素混凝土试件,仅为素混凝土试件的1/8~1/17;干燥收缩过程中混凝土内部相对湿度呈“3阶段”规律变化。研究结果为混凝土早期变形开裂及防裂措施的研究提供参考。