基于偏心距随机特性的RC框架柱承载力抗震调整系数

以水平地震与竖向荷载组合作用下的RC框架柱为研究对象,推导截面偏心距与荷载效应比的关系式。接着依据已有的水平地震概率模型与楼面恒荷载、活荷载概率模型,分析偏心距设计值在总体样本点与失效样本点中分别具有的保证概率。然后采用Monte Carlo方法分析RC框架柱可靠度水平随多个参数的变化规律。结果表明:RC框架柱的承载力抗震可靠指标随弯矩效应比和轴压比设计值的变化较为明显,且弯矩荷载效应比越大、轴压比设计值越小,对应的可靠指标越低。与设计目标可靠指标相比,现行规范中RC柱的承载力抗震调整系数值是偏低的,在多数情形下应提高至0.9或1.0。这为合理进行RC框架柱的抗震设计提供了有益参考。

FRP加固RC框架柱关键位移角统计及性能水平量化

对国内外学者122根FRP加固RC柱伪静力试验的关键位移角进行了统计分析。分别给出了柱纵筋屈服荷载、柱侧弯峰值荷载、柱侧弯极限荷载所对应位移角d的限值—可靠度关系。当可靠度为95%左右时,纵筋屈服荷载、峰值荷载、极限荷载所对应的关键位移角d_y、d_m、d_u分别为1/240、1/110和1/60。对关键位移角d进行了RC柱自身特征参数及FRP加固量参数的单因素分析。结果表明,原柱自身特征参数轴压比n,FRP加固量λf显著影响d_y;纵筋率ρs,混凝土轴心抗压强度fc显著影响d_m;FRP加固量参数λf显著影响du。并依据分析结果将各参数范围分段,给出分段内的关键位移角d的限值—可靠度关系。最终,从适应性、经济可修行及安全性三方面将FRP柱性能划分为4个性能等级,选取d_y、d_r、d_m、d_u作为相应性能水平等级的指标限值。

反复荷载下RC框架柱的非线性分析

提出了反复荷载作用下钢筋混凝土结构的非线性分析方法，程序中引入了混凝土平面等参单元、弹塑性钢筋单元和双向联结单元，还引入了检验材料破坏及其破坏时的不平衡力重分布等功能，采用了片状裂缝模型，以混合型的初始刚度法与切线刚度法进行非线性选代计算。并对试验ＲＣ框架柱进行了反复荷载下的计算分析。

基于平面框架拟静力试验的RC框架柱的破坏模式研究

以2008年汶川地震中漩口中学倒塌的教学楼中的钢筋混凝土柱为原型,按照1∶4的比例进行缩尺,通过平面框架拟静力试验对不同剪跨比下RC框架柱的破坏模式进行研究。设计3组不同剪跨比(λ=3、λ=4.25及λ=6)的RC框架柱模型。采用拟静力试验对RC框架柱进行加载,得到RC框架柱的滞回曲线、骨架曲线以及不同的破坏模式,定义RC框架柱抗剪承载力与轴力之比为抗震性能系数α。利用3组试验数据,总结基于抗震性能系数α的RC框架柱破坏规律:当抗震性能系数α<0.16时,RC框架柱发生弯曲破坏,而当α≥0.16时,其发生剪切破坏。因此,在RC框架柱的抗震设计中应重视抗震性能系数α的取值,避免柱发生剪切脆性破坏。文章对应变计算剪力的3种方法进行比较,得出线性情况下有效的剪力计算方法,即在试验中通过实测的应变信息反演出RC框架柱端真实受力状态。

双向加载下钢筋混凝土框架柱震损分级及损伤模型对比分析

目前已有的RC框架柱震损划分原则及对应损伤指标计算方法主要基于水平单向受力下的研究成果。相比单向受力,相同加载位移下水平双向受力RC框架柱的抗震性能明显退化,损伤加剧,因此RC框架柱的震损分级量化需考虑双向地震作用。本文基于已开展的RC柱双向滞回试验,提出了双向受力下RC柱基于骨架曲线的震损分级原则;基于8个典型双向损伤模型,对7个双向受力RC试验柱不同损伤级别对应的损伤指数进行了对比分析,推荐了适用于双向地震作用下RC柱震损分级判定的2个损伤模型以及对应的震损分级指数区间建议值,并对2个模型的特点和适用性进行了讨论。之后采用该损伤模型和震损分级评价指标对典型双向受力柱的抗震性能影响因素进行了分析。结果显示,损伤评价结果与试验结果和试验现象吻合较好,该方法可较好地适用于双向滞回加载RC柱的损伤评估。

功能可恢复RCS混合框架结构研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架结构以其结合了混凝土优异的抗压性能及钢材优异的抗弯性能而受到广泛关注,而可恢复功能结构以其震后快速恢复使用功能的能力,也成为地震工程界研究的新热点。功能可恢复RCS混合框架结构可以在弯矩较大的梁端和柱脚部位设置可更换构件,实现结构的功能可恢复能力。文中简述了近年来功能可恢复RCS混合框架结构研究进展,重点关注各类型功能可恢复钢梁、功能可恢复摇摆柱脚的构造研究,介绍了功能可恢复RCS混合框架结构性能分析研究进展。最后,对功能可恢复RCS混合框架结构仍需深入研究的问题进行了展望。

人工气候环境下锈蚀RC框架柱抗震性能试验研究

通过人工气候环境模拟技术模拟近海大气环境,对6根剪跨比为5的RC框架柱试件进行了加速腐蚀,并对腐蚀后试件进行拟静力加载试验,研究不同钢筋锈蚀程度和轴压比对锈蚀RC框架柱承载能力、变形能力和耗能能力等抗震性能指标的影响。结果表明：锈蚀程度较严重的试件,加载过程中柱底部水平裂缝数量较少,裂缝之间的间距较大,裂缝宽度较宽;随锈蚀程度的增加,试件的承载力、变形能力和耗能能力均有不同程度的退化,由塑性铰区弯曲变形引起的柱顶水平位移占柱顶总水平位移的比例逐渐减小;当锈蚀程度相同时,随轴压比的增大,试件破坏形态由大偏心受压破坏转变为小偏心受压破坏,试件承载力先增大后减小,而变形能力和耗能能力逐渐减小,由塑性铰区弯曲变形引起的柱顶水平位移占柱顶总水平位移的比例呈下降趋势。

新型混凝土材料加固震损RC框架柱抗震性能试验研究

通过5根采用新型混凝土材料加固RC框架柱和1根未加固框架柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究了不同震损程度和不同加固方式对试件抗震性能的影响.试验结果表明:各加固试件的极限承载力相对于未加固试件均有不同程度的提高,其中三面加固柱极限承载力高于单面加固柱,而四面加固柱极限承载力最高;中等震损和严重震损试件经加固后的极限承载力比未损直接加固试件的极限承载力略低,但相差不大.采用新型混凝土材料加固受损试件,能够有效的提高受损构件的滞回性能、极限承载力和刚度等抗震性能.

箍筋锈蚀对RC框架柱耗能能力影响研究

在钢筋混凝土构件中,箍筋不仅起着钢筋骨架的作用,而且约束构件的横向变形,改善其抗震性能。箍筋锈蚀后,其截面减小和力学性能变化会导致混凝土构件的破坏形式从延性向脆性转变。从约束指标和核心区混凝土抗压强度两方面改进约束混凝土的本构关系,合理反映箍筋锈蚀对核心区混凝土的影响。并借助OpenSees软件按此本构关系添加新材料对RC框架柱进行数值模拟,研究箍筋锈蚀对构件耗能能力的影响。最后与纵筋锈蚀引起的粘结退化对构件损伤的影响进行对比,发现箍筋锈蚀对构件的变形和损伤影响不可忽略。

锈蚀RC框架柱恢复力模型研究

通过对大量锈蚀RC框架柱抗震性能试验资料的统计分析,研究了锈蚀对RC柱骨架线影响的规律.采用三折线骨架曲线,并且给出特征点的计算方法;考虑往复荷载作用下强度退化及刚度退化效应,基于能量耗散原理,定义了退化指数,最终建立了能够反映强度和刚度退化的锈蚀RC柱恢复力模型.经验证表明:该模型能够较好地反映锈蚀RC柱的滞回特性,符合试验结果.

基于集中塑性铰模型的弯曲破坏锈蚀RC框架柱数值模拟方法

出于近海大气环境下锈蚀RC框架结构抗震性能评估的需要,提出了基于集中塑性铰模型的锈蚀RC框架柱数值模拟方法,并通过对15根锈蚀RC框架柱试验结果进行回归分析,得到了该模拟方法所需的可考虑钢筋锈蚀影响的塑性铰弯曲(弯矩-转角)恢复力模型,进而采用OpenSEES有限元分析软件,建立了弯曲型破坏锈蚀RC框架柱的集中塑性铰模型。通过数值模拟结果与试验结果对比发现:采用该模拟方法得到的各试件的骨架曲线以及试件最终破坏时的累积耗能均与试验结果符合较好,表明所建立的锈蚀RC框架柱集中塑性铰模型能较为准确地反映锈蚀RC框架柱的受力性能和抗震性能,可用于近海大气环境下锈蚀RC框架结构抗震性能评估。

高轴压比密配箍筋框架柱抗震性能研究

为研究高轴压比下箍筋强约束钢筋混凝土柱的抗震性能,完成了3根配箍特征值0.22-0.44的钢筋混凝土柱的拟静力试验。试验表明：配置加密箍筋能有效提高高轴压比钢筋混凝土柱的抗震性能,水平承载力有一定提高,延性有较大程度改善,配置加密箍筋的RC框架柱的耗能能力明显高于未加密箍筋的柱。基于Msc.marc的THUFIBER程序对试件进行模拟,模拟结果与试件结果吻合较好。同时,对不同轴压比、不同配箍特征值构件的延性进行分析,通过对计算数据的回归分析,得出了框架柱位移延性系数随配箍特征值、轴压比变化的计算公式。通过与已有试验数据、美国规范ACI318-08、欧洲规范Eurocode 8的比较,论证了本文回归计算公式的合理性,并通过该公式给出了配箍特征值的建议值。

钢筋强度对钢筋混凝土框架柱破坏模式的影响

弯曲破坏、剪切破坏是钢筋混凝土柱的一种典型震害形式,为研究不同强度钢筋的钢筋混凝土(reinforce concrete,RC)框架柱抗震性能,进行了两组剪跨比为3,共12根柱的1/4缩尺平面框架拟静力试验。对其破坏形态,延性以及应变,抗剪、抗弯承载能力进行对比分析。结果表明:钢筋强度对柱的破坏模式有影响,配置高强度钢筋的框架柱以剪切破坏为主,延性较差,滞回曲线“捏拢现象”明显,呈纺锤形,属于脆性破坏;配置低强度钢筋的框架柱以弯曲破坏为主,表现出较好的延性特征和耗能性能,破坏前有明显的变形,且柱应变为另一试验的1/2。另外根据两组试验相关参数进行不同钢筋屈服强度、不同混凝土等级的抗弯及斜截面抗剪承载能力计算;引入钢筋与混凝土的匹配度系数α作为衡量柱破坏模式的参数:α<0.46时,柱会发生弯曲破坏;α>0.48时,柱发生剪切破坏。因此在RC框架柱的抗震设计中,所配置钢筋强度与混凝土强度的匹配度问题应引起重视。

基于OpenSees的加固震损RC柱拟静力试验数值模拟

采用基于纤维模型的OpenSees非线性有限元软件,对新型混凝土材料加固的预震损RC柱低周反复加载试验进行了数值模拟分析,采用改进的Park-Ang双参数损伤模型对构件损伤进行计算和材料性能折减,并将模拟结果同试验结果进行了比较分析。结果表明,使用考虑损伤的OpenSees模型能够有效地对构件进行加固后的承载力及受力性能分析。对于模拟中存在的一些问题,通过分析试验给出其主要原因。

斜向水平荷载作用下钢筋混凝土框架柱受剪性能分析

利用三维非线性有限元方法,对矩形截面两个主轴方向上配箍量不等的钢筋混凝土框架柱在斜向水平荷载作用下的受剪承载力进行了分析研究,并与试验结果进行了比较分析,得出了斜向水平荷载作用下钢筋混凝土框构件受压侧的两个角边,容易发生钢筋与混凝土的粘结破坏及在柱截面短边适量增加配箍量有利于提高斜截面受剪承载力的结论.

CFRP加固工程中框架柱的有限元分析

阐述了CFRP(碳纤维复合材料)对工程结构中框架柱性能的影响,采用ANSYS有限元分析软件对加固工程中的RC框架柱进行了非线性分析,研究了RC矩形截面框架柱在CFRP加固前后的力学性能,结果表明:CFRP加固后的框架柱的力学性能明显提高,CFRP充分发挥了作用。

钢筋混凝土框架柱受剪性能分析

利用三维非线性有限元方法对矩形截面两个主轴方向上配箍量不等的钢筋混凝土框架柱在斜向水平荷载作用下的受剪承载力进行了分析研究,并与试验结果进行了比较分析,得出了斜向水平荷载作用下钢筋混凝土框架柱受压侧的两个角边容易发生钢筋与混凝土的粘结破坏及在柱截面短边适量增加配箍量有利于提高斜截面受剪承载力的结论.

钢筋混凝土柱-钢梁组合框架节点受力性能研究

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合框架将钢筋混凝土柱钢梁组合起来提供了优于传统的钢框架和混凝土框架多个优点,本文采用ABAQUS有限元软件建立钢筋混凝土柱-钢梁组合节点构件的有限元模型,分析了不同构造(面承板、扁钢箍、小钢柱等)情况下的力学性能。

斜向水平荷载作用下钢筋混凝土框架柱受剪性能的试验研究

通过对两组8根钢筋混凝土框架柱的试验和分析,主要研究了斜向水平荷载作用下两个主轴方向上配箍量不等的柱的破坏形态和受剪性能,其中第一组采用单调加载,第二组采用低周反复加载。试验结果表明,两个主轴方向上配箍量不等的柱在斜向水平荷载作用下的破坏形态与配箍量相等的情况相似,柱受压侧的两个角边容易发生钢筋与混凝土的粘结破坏。理论分析表明,其受剪承载力满足偏上限的类椭圆方程。有限元计算结果与试验值吻合较好。

规则钢筋混凝土框架中考虑双向随机偏心距的柱承载力抗震可靠度分析

地震作用下RC框架柱大多处于双偏压受力状态。为考虑双向偏心距随机特性的影响,采用Monte Carlo方法分析了RC框架柱的承载力抗震可靠度。基于已有的试验数据,分析了GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中双偏压构件抗力计算模式的不确定性及其对极限状态方程的影响。以按规范设计的典型RC框架角柱、边柱和中柱为例,结合已有荷载和抗力变量的统计概率参数,通过对荷载效应以及抗力进行抽样,分别按单偏压和双偏压情形计算了RC柱的承载力抗震可靠度。结果表明:对于规则框架结构,双偏压情形下使柱具有较低可靠度的地震作用方向(沿结构主轴)与单偏压情形并不相同;考虑双向随机偏心距后,RC柱的承载力抗震可靠度会较单向随机偏心距下的可靠度有较大程度的降低。