不同破坏机制的装配式RCS框架节点抗震性能试验研究

提出一种新型钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架节点构造形式,通过对12个1/2比例的柱贯通型RCS混合节点低周往复加载试验,研究强节点系数ηj、节点核芯区加劲腹板构造、钢梁与节点连接构造等参数对试件破坏模式、滞回耗能特性和变形组成的影响。试验研究表明:随着强节点系数的减小,试件破坏形态由梁端的弯曲破坏转变为节点的剪切破坏;试件滞回曲线也相应的由耗能能力较好的梭型转变为捏拢的反S型。ηj>1的试件梁端弯曲变形引起的层间位移超过总位移的60%,而ηj<1的试件,层间位移主要由柱端弯曲变形引起。节点核芯区的加劲腹板有效提高了节点的抗剪强度和刚度,节点区的剪切变形对层间位移的贡献最大不超过10%。ηj<1的试件,节点核芯区加劲腹板在1/20层间位移角时达到屈服,节点的受剪强度同时达到峰值,且随节点剪切变形的进一步增加无明显衰减。节点核芯区预埋高强螺栓和钢梁的连接构造合理可靠,加载过程中无明显相对变形,可满足梁柱刚性节点假设。成果可供装配式RCS混合结构的工程设计参考。

钢管柱-钢筋混凝土框架转换节点设计研究

在传统钢管柱与钢筋混凝土框架转换方式的基础上,提出了一种适用性较强的新型转换节点。框架柱纵向受力钢筋与节点域钢管侧壁焊接,框架梁纵向受力钢筋与节点钢牛腿翼缘焊接。该转换节点钢管下插长度小,节约钢材效果明显。通过钢牛腿翼缘的叠层式连接构造,既能解决框架梁钢筋焊接的问题,又可减小牛腿翼缘偏心受力的影响,焊接施工方便。在清华大学教育部重点实验室进行了4个转换节点的缩尺模型试验,并采用非线性有限元软件Marc对转换节点的受力机理进行深入分析。结果表明:在水平往复荷载作用下,试件加载至最大位移时,牛腿端部混凝土压溃、剥落,纵向受力钢筋弯折变形显著,形成塑性铰。框架柱顶部混凝土裂缝数量较少,试验结束时框架柱基本完好。钢管柱底部管壁可能进入屈服,钢管柱及节点域均未出现面外变形。试件的荷载-位移滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力。钢管柱的最大应力均出现在框架的顶部附近,过渡段钢管的应力低于钢管柱。在达到极限变形状态时,钢牛腿、内环板及竖向加劲肋应力较低,均处于弹性状态。该钢管柱-钢筋混凝土框架转换节点具有良好的技术经济性能,能够达到“强节点、弱构件”的抗震性能目标。

钢梁-混凝土柱框架结构抗震性能研究进展

钢梁-混凝土柱(RCS)框架结构由钢筋混凝土柱和钢梁组成,是一种性能优越的组合结构形式。这种框架结构以其建筑适用性高、施工速度快、基础造价低、力学性能好等优点,在土木工程领域得到了迅速的发展和广泛的应用。本文阐述了国内外对RCS框架结构抗震性能的研究概况,主要包括RCS框架结构在国内外的研究和应用背景、框架结构的试验研究及有限元分析、RCS框架结构的施工过程,并指出了RCS框架结构在研究中存在的不足。

施工缝对框架柱抗震性能影响的试验研究

为研究施工缝对钢筋混凝土框架柱抗震性能的影响,对整浇柱和在底部设施工缝的带缝柱两种类型构件进行拟静力试验。通过对比深入分析施工缝对柱端传力机制和破坏机理的影响,并且从耗能、纵筋滑移、应力分布及剪切变形分量所占比重等不同角度分析施工缝对柱子抗震性能的影响。结果表明,同等条件下带缝柱与整浇柱的破坏形态一致,但是裂缝发展过程和破坏机理明显不同;施工缝使破坏区域集中,塑性铰长度减小;施工缝对柱抗震性能的影响程度主要与轴压比和剪跨比有关;混凝土接缝面之间的摩擦力和抗剪能力均与轴向荷载的大小有关;施工缝有割裂力在上下混凝土间的传递和利用缝面摩擦力增大耗能能力两种效应,具体哪种效应起控制作用取决于施工缝面法向应力和切向剪力的相对大小。

后包钢管混凝土框架节点抗震性能试验研究

结合工程实践,进行了三个不同形式的后包钢管混凝土框架节点和一个普通钢管混凝土框架节点的低周反复加载试验。研究后包钢管混凝土框架节点承载能力和抗震性能,以及不同钢管厚度、不同加劲肋形式对节点承载能力和抗震性能的影响。试验结果表明,后包钢管混凝土框架节点的抗震性能不低于普通的钢管混凝土框架节点。研究为加固钢筋混凝土柱提出了一种新方法。

装配式RCS组合框架梁柱子结构抗连续倒塌性能试验研究

装配式RCS组合框架是由预制钢筋混凝土柱和钢梁通过钢套筒节点连接而形成的框架,符合建筑工业化发展趋势。装配式梁柱节点是影响装配式RCS组合框架结构抗连续倒塌性能的关键。设计了3种不同构造的装配式RCS组合框架梁柱节点,并以此为基础,制作3个梁柱子结构试件,采用静力加载方式对各子结构的抗连续倒塌性能进行试验研究,分析其破坏形态、位移发展、应变发展、荷载-位移曲线和抗力机制等。结果表明:梁柱节点连接构造方式不同,子结构的连续倒塌破坏形态、承载力和极限变形能力也有所不同,采用悬臂梁段与梁连接的子结构,其破坏主要是悬臂梁段与梁连接区发生下翼缘拉裂和腹板拉裂,承载力和极限变形能力较高;采用顶底角钢连接的子结构,其破坏主要是底部角钢拉裂和腹板拉裂,承载力和极限变形能力较低;各子结构抗连续倒塌机制均经历了梁机制、复合机制、悬索机制3种抗力机制,且各节点转角均满足DoD规范的限值要求;采用悬臂梁段与梁连接的子结构,其抗连续倒塌性能优于采用顶底角钢连接的子结构的抗连续倒塌性能。

装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能试验研究

通过4个1/2比例装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点低周往复荷载作用下的试验研究,分析了节点区加劲腹板厚度及开孔的影响,研究该新型节点连接构造的受力性能及装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架单元的抗震性能。基于试验结果对试件的破坏特征、滞回性能及变形组成进行分析。研究结果表明:装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点滞回曲线呈纺锤形,梁端塑性铰区充分耗散能量,具有良好的抗震性能;装配式螺栓连接钢筋混凝土柱-钢梁混合节点具有良好的连接质量;加劲腹板厚度的增加一定程度上减小了节点的剪切变形,加劲腹板开孔对节点受力性能影响不大;梁弯曲变形引起的层间侧移在强柱弱梁型钢筋混凝土柱-钢梁框架节点总侧移中所占比例最大,节点剪切变形所占比例较小。

高强箍筋高强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为研究高混凝土梁柱节点的抗震性能,进行了4个高强箍筋混凝土节点和1个普通箍筋混凝土节点的低周往复荷载加载试验,研究了高强混凝土节点的破坏形态、滞回特性、耗能能力、受剪性能及箍筋的应力水平,分析了箍筋强度、体积配箍率和箍筋形式对节点承载力、延性、耗能和剪切变形的影响。结果表明:高强箍筋节点的破坏过程与普通箍筋节点类似;提高箍筋屈服强度对节点的承载力提高效果有限,但可有效提高位移延性和耗能能力,同时限制了节点核心区的剪切变形;试件达到极限位移时,普通箍筋试件箍筋已屈服,复合高强箍筋试件箍筋强度发挥比较充分,表现出较好的抗震性能。

钢筋混凝土Z形截面柱框架节点抗震性能试验研究

为了研究钢筋混凝土Z形截面柱框架节点的抗震性能,进行了8榀缩尺比为1∶2的Z形柱中间层节点的低周反复加载试验,得到了节点试件的破坏模式、滞回曲线和骨架曲线,以及受剪承载力和延性系数等用以评价节点抗震性能的主要参数。将试验得到的承载力与规程公式计算结果进行比较,结果表明Z形截面柱节点的承载力可按两个L形截面柱节点的承载力公式计算,计算结果和试验结果吻合较好。分析了轴压比、节点的配箍特征值、剪压比和Z形柱肢高肢厚比等试验参数对节点的抗震性能的影响,分析表明剪压比是Z形截面柱节点延性的最主要影响因素,剪压比小的节点试件具有良好的位移延性和滞回特性,而肢高肢厚比对节点的延性影响不大。

混凝土框架节点碳纤维布抗震加固新方法研究

提出了用碳纤维布加固平面框架中间节点和空间框架中间节点的新方法,通过5个框架中间节点(其中2个为假三维节点)的足尺拟静力试验,验证了本文加固方法的有效性。试验结果表明,对平面框架梁柱节点,在核心区水平及竖向粘贴碳纤维布,以及竖向和斜向交叉粘贴碳纤维布两种加固方法均能显著改善构件的延性,承载力也有一定的提高;对空间框架梁柱节点,采用碳纤维布与小钢架联合加固,不但能够大大提高构件延性,而且能够提高节点的屈服强度、极限强度和屈服后刚度,加固效果十分明显。基于试验结果,提出了节点加固的设计方法建议。

设防框架的梁铰模型和能力易损性的试验研究

抗震设防等级越高,建筑物的抗震能力越强。然而反映设防能力区别的实用力学模型及其参数却很少。该研究即通过试验得到RC框架梁的塑性铰的本构模型及概率能力,为整体结构的地震风险研究奠定基础。为此,制作了4组12个基于GB50011-2010不同设防等级和位置的节点缩尺模型并做了拟静力试验。结果表明,节点的破坏实质是梁的受弯破坏,节点所在位置对梁的受力变形指标影响不大。因此,较少的试验试件可得到扩充数倍的梁铰样本,提高概率分析精度。因此,基于试验的统计结果并参照FEMA 356,提炼了不同设防等级的梁的塑性铰归一化本构模型,提出了梁铰破坏程度的性能指标,计算了梁的概率抗震能力,总结了设防能力和易损性的级差。用试验的方法量化结构模型的规范要求并赋予模型指标可靠度,是该文的创新点。

钢筋混凝土柱-腹板贯通型钢梁混合框架中节点抗震性能试验研究

提出了用于混合框架的钢梁腹板贯通、翼缘部分切除的钢梁-钢筋混凝土柱(RCS)中节点构造形式。通过对节点试件的低周往复加载试验,研究了6种不同构造措施下节点试件的破坏过程、破坏形态和抗震性能。分析了该类混合节点试件的承载力、变形能力、滞回曲线、骨架曲线、强度退化、刚度退化和耗能特性等。结果表明,该6个节点试件的破坏形态可分为两类:一类为柱端混凝土和节点区内部混凝土的局压破坏;另一类为节点核心区的剪切破坏。局压破坏的试件滞回曲线呈弓形,且曲线下降段较陡,而剪切破坏的试件滞回曲线呈反S形,曲线下降段较缓。局压破坏的试件承载力退化大,刚度退化较快。研究表明,所提出的混合节点具有良好的抗震性能,合理的节点构造措施可增强内外混凝土的共同工作性能,从而提高节点的受剪承载力和变形能力。

钢筋混凝土框架边节点现浇板受拉有效翼缘宽度研究

现浇板参与受力会影响甚至改变钢筋混凝土框架节点的破坏模式,其对结构抗震性能的影响可通过计算有效翼缘宽度来反映。通过3个钢筋混凝土梁-柱-板边节点试件的低周反复荷载试验,对带现浇板的边节点破坏形态、滞回曲线以及现浇板纵向钢筋应变等进行了分析。研究结果表明:由于现浇板参与受力,增大了框架梁端弯矩,使得钢筋混凝土梁-柱-板边节点的下柱顶部发生破坏,未能实现"强柱弱梁"预期破坏机制;现浇板纵筋应变随层间侧移角增加而增大,在相同层间位移角下,板筋应变值随距梁侧距离的增大而减小。为进一步对钢筋混凝土梁-柱-板边节点的受力机理进行研究,以力学模型为基础建立了现浇板受拉有效翼缘宽度计算方法,根据建议公式对8组钢筋混凝土梁-柱-板边节点现浇板的有效翼缘宽度进行分析,计算结果与试验结果吻合较好,建议的计算方法有效解决了设计规范中经验公式计算结果离散性大的问题。

FRP加固节点的混凝土框架结构抗震性能试验研究

设计了3个1/2缩尺两层两跨RC平面框架结构试件,对其进行了拟静力加载试验,其中2个试件完好时加固,1个试件加载受损后再进行加固,框架结构的节点及梁柱端均采用FRP加固。对比分析了FRP加固RC框架的破坏形态、承载能力、承载力退化、刚度退化、延性、耗能能力等。结果表明:试件加载至荷载下降到峰值荷载的85%为止,FRP加固RC框架结构均未产生严重破坏,滞回环较为饱满,有捏拢现象,承载力及刚度退化缓慢;较之普通RC框架,FRP加固节点的框架结构延性和耗能能力明显提高,具有良好的抗震性能;CFRP加固框架的承载能力、承载力退化、刚度、延性、耗能能力均优于CFRP/GFRP层间混杂加固的效果,但前者的变形能力及损伤容限提高程度不及后者;受损后CFRP加固框架的承载能力、刚度、延性、耗能能力均低于完好加固的效果。

冻融循环下钢筋混凝土框架梁柱中节点抗震性能试验研究

通过6个不同冻融循环次数和轴压比的RC框架中节点梁柱组合体试件的低周反复加载试验,研究冻融循环次数和轴压比变化对节点核心区和梁柱组合体破坏模式、水平承载力、变形及耗能能力等抗震性能指标的影响。结果表明:随着冻融循环次数的增加,混凝土力学性能劣化,贯穿节点的梁端纵筋与混凝土之间的黏结强度显著退化,使得通过"斜压杆机构"与"桁架机构"传入节点核心区的剪力比例发生变化,导致低周反复荷载作用下节点核心区破坏模式发生转变,承载力降低,组合体耗能能力下降,延性稍有增大;当剪压比较大时,轴压比的增大使经冻融循环后的节点承载力降低,延性和耗能能力均出现不同程度的下降;冻融循环次数增加,由节点核心区剪切变形引起的柱顶水平位移在总柱顶水平位移中所占的比例增大。

考虑海洋环境损伤的钢筋混凝土框架节点受火性能试验研究

为了研究海洋环境下锈胀裂缝对钢筋混凝土框架节点受火性能的影响,设计了5个配筋相同的足尺钢筋混凝土框架节点试件,以沿梁、柱箍筋方向裂缝宽度最大值为损伤指标,通过快速氯离子侵蚀试验模拟海洋环境下氯离子侵蚀,使4个试件产生不同宽度的锈胀裂缝,然后对4个已损伤框架节点试件以及未损伤的对比节点试件进行火灾试验。结果表明:通过快速氯离子侵蚀试验产生了横向裂缝,其位置与箍筋位置大致相同,其间距与箍筋间距大致相等;初始裂缝宽度对构件高温下的梁、柱端位移变化速率影响显著,锈胀裂缝越宽,构件高温下梁、柱端位移变化速率越快;裂缝的存在加快了热量的传输,导致截面温度场发生畸变;裂缝的存在也会提高钢筋和混凝土的升温速度,加快其力学性能退化,对构件高温下的承载力退化影响显著。

锈蚀钢筋混凝土框架节点高温后抗震性能试验研究

为研究钢筋锈蚀对高温后钢筋混凝土框架节点承载力及抗震性能的影响,设计了4个钢筋混凝土框架梁-柱节点,通过快速氯离子试验使节点钢筋发生不同程度的锈蚀。对4个节点先后进行1 h的火灾试验及低周反复荷载试验,获得节点各截面的温度场分布规律,研究了钢筋锈蚀率对火灾后节点承载能力、刚度、延性、耗能能力等的影响。试验结果表明：随着锈蚀率的增加,节点的承载能力、刚度、耗能能力显著降低;节点的延性整体呈下降趋势,但轻微锈蚀损伤使高温后节点延性略微增加;与未锈蚀节点相比,锈蚀钢筋混凝土节点的屈服荷载降幅为37.93%,极限荷载降幅为28.11%,核心区受剪承载力降幅为35.92%。考虑初始损伤及高温作用对混凝土材料性能的影响,提出了节点核心区受剪承载力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。