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。

RCS混合节点抗剪承载力计算方法对比研究

为研究适用性强的钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合节点抗剪承载力计算方法,对近年来的RCS节点剪切破坏试验数据进行了统计,将试验结果与中国规程方法、Nishiyama方法、Parra方法和ASCE指南方法计算结果进行了对比,并对各方法的参数适用性进行了讨论。对比结果表明:4种方法均具有工程实用价值,其中Parra方法结果离散性最小,中国规程方法计算最为简便。参数分析表明:4种方法对不同配箍率和不同位置节点均有较好适用性,但对小轴压比节点(轴压比0~0.2)与柱贯通节点预测均偏于保守;中国规程方法对于混凝土强度高于60 MPa的节点预测结果偏于危险,同时对有直交梁节点承载力预测偏于保守。建议在公式中引入混凝土强度系数和直交梁约束系数,用以考虑两者对承载力的影响。

考虑扭转作用的RC框架抗连续倒塌性能研究

为了探究扭转对RC框架抗连续倒塌性能的影响,利用LS-DYNA建立了有限元模型,在对梁受扭试验以及框架抗连续倒塌试验合理验证的基础上,研究了扭转对平面框架抗连续倒塌性能的影响机制,分析了空间框架抗倒塌性能。结果表明:相比于不受扭构件,当梁所受初始扭矩分别达到梁截面抗扭承载力的20%、40%、60%及80%时,结构在连续倒塌下的压拱承载力分别降低了0.5%、3.4%、10.9%、15.6%;随着梁所受扭矩的不断增大,中柱端梁底钢筋的断裂呈现先提前再延后的趋势,而中柱端梁顶钢筋的断裂不断提前;空间框架中由于横向梁弯曲产生的协调扭转作用会使得梁底钢筋相比于平面框架先断裂,钢筋断裂前空间框架的抗倒塌承载力基本等于其对应的平面框架与横向梁的承载力的叠加。

采用端板螺栓连接的可更换耗能梁抗震及可更换性能试验研究

为研究端板-螺栓连接可更换耗能梁的抗震及可更换性能,设计制作了4个可更换耗能梁试件并进行了拟静力试验,研究不同长度系数对可更换耗能梁抗震性能和可更换能力的影响。结果表明:当长度系数较小时,试件发生剪切破坏,破坏特征包括腹板-加劲肋焊缝撕裂、腹板屈曲和腹板撕裂;当长度系数较大时,试件发生弯剪破坏,破坏特征包括梁端翼缘-端板焊缝撕裂和梁端翼缘屈曲;所有试件的滞回曲线非常饱满,具有优异的变形能力和耗能能力;可更换耗能梁的抗剪承载力强化明显,超强系数均值为1.9;采用端板-螺栓连接的可更换耗能梁均可实现震后可更换,当梁端残余转角为0.0020 rad~0.0046 rad时耗能梁可以实现震后更换,且更换快捷、操作简单;同时,根据耗能梁构件与带可更换构件的RCS混合框架结构体系的几何变形特征,可以将耗能梁的主要受力阶段划分为正常使用、非必要更换和必要更换3个阶段。

多层混凝土框架结构基础拉梁计算研究

为便于获得工程设计应用的多层混凝土框架结构独立基础拉梁的计算方法,通过考虑拉梁与基础的相对位置关系及嵌固端位置等因素,建立不同的模型分析计算。计算结果显示,不同的计算模型得出的拉梁内力呈规律性变化,表明根据拉梁与基础的相对位置关系和嵌固端位置等因素确定拉梁的计算和建模方法适用可行,并符合规范要求。

现浇楼板对RC框架结构“强柱弱梁”破坏机制的影响及措施

以地震中倒塌的汶川漩口中学教学楼为原型,设计了两个具有不同形式现浇楼板的钢筋混凝土框架结构对比模型,分别为普通现浇楼板模型和四角设缝楼板模型,运用DIANA进行了非线性有限元数值模拟。动力时程对比分析表明:忽视现浇楼板的贡献使RC框架结构很难实现“强柱弱梁”破坏机制,现浇楼板四角设缝的措施,可以有效减少框架结构柱端的塑性铰数量,使结构呈现出“强柱弱梁”破坏机制,提高了RC框架结构的延性和抗震性能。

人工气候环境下锈蚀RC弯剪破坏框架梁抗震性能试验研究

采用人工气候加速腐蚀方法,对8个剪跨比为2.67的RC框架梁进行拟静力试验,研究不同锈胀裂缝宽度下,箍筋与纵筋锈蚀的弯剪破坏RC框架梁的抗震性能衰减规律。首先,保持框架梁设计参数不变,仅变化钢筋锈蚀程度,其次,保持锈蚀程度不变,仅改塑性铰区箍筋间距,以延性系数、承载力、塑性转角、变形恢复能力、刚度退化和累积滞回耗能等指标为参数,给出了不同锈蚀程度、不同配箍率下RC框架梁的抗震性能退化规律:锈蚀程度相同时,随配箍率的减小,锈蚀框架梁对筋锈蚀程度更加敏感;由于箍筋纵筋均锈蚀,构件抗弯、抗剪承载力均下降,表现为构件极限荷载的降低和屈服平台的变短;以延性系数、软化刚度退化和累积耗能等参数对锈蚀率最为敏感;随锈蚀率增大,破坏模型主要由弯曲破坏为主的弯剪破坏模式转变为延性差、剪切变形明显的脆性破坏模式。

钢筋混凝土框架梁的变形能力及基于性能的抗震设计方法

本文以Priestley改进的M ander约束混凝土模型为基础推导了RC梁截面λbv-ξn-μbφ关系的一般计算公式和简化计算公式λbv-ξ-μbφ,建立了配箍特征值λbv、相对受压区高度ξn及曲率延性μbφ三者之间的量化关系式,用于梁截面在目标曲率延性下的变形能力设计,给出了梁截面在目标曲率延性下的设计流程图。对所设计的梁截面进行变形能力验算,均可达到设定的目标曲率延性。在简化的λbv-ξ-μbφ公式基础上建立了框架梁的性能设计方程,即λbv-ξ-pθlb关系式,给出了RC框架梁基于性能的抗震设计方法的一般步骤。设计者可灵活地根据性能要求设定可接受的破损指标D I进行梁的性能设计。

混凝土框架节点碳纤维布抗震加固的试验与分析

本文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抗震加固新方法,通过5个框架中间节点(其中2个为拟三维节点)的足尺拟静力试验,以及用有限元软件ANSYS进行分析,验证了本文加固方法的有效性。试验与分析结果表明,对平面框架梁柱节点,本文的2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,采用碳纤维布与三角钢腋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。

近海大气环境下考虑锈蚀的不同剪跨比RC框架梁抗震性能试验

为了研究近海大气环境下锈蚀RC框架梁的抗震性能,采用人工气候加速腐蚀方法对8榀剪跨比分别为2.6和5(λ=2.6和λ=5)的RC框架梁进行腐蚀试验,进而进行拟静力试验,研究锈蚀程度和剪跨比对RC框架梁抗震性能的影响。结果表明:随着钢筋锈蚀程度的增加,RC框架梁破坏时剪切变形所占的比例增大,破坏过程更加迅速,延性更差。另外,随着钢筋锈蚀程度的增加,RC框架梁的强度、变形能力和耗能能力都逐渐降低,尤其是对剪跨比较小的框架梁,降低幅度更大。因此,钢筋锈蚀对剪跨比较小的RC框架梁抗震性能影响更加严重。同时,该文拟合出锈蚀RC框架梁延性系数、功比指数及累积耗能与剪跨比和锈蚀率之间的关系曲线,为锈蚀劣化RC框架梁抗震性能的定量分析提供理论依据。

钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震设计方法

以变形需求作为设计参数,阐明了RC框架结构基于性能的抗震设计方法的基本原理及步骤:利用弹塑性位移谱法求解结构的位移与变形需求,在层间位移角满足特定要求后,将梁柱塑性铰区的转动量值作为性能设计的参数,结合预期的性能目标由梁柱性能设计方程进行构件变形能力设计。以一10层框架结构为例,给出了RC框架结构基于性能的抗震设计的完整过程,并通过弹塑性时程分析作了比较验证。结果表明:弹塑性位移谱法求解结构位移需求是一种可为工程接受的、简便有效的方法,通过梁柱性能设计方程对变形能力进行定量设计,可将结构的破损程度控制在预先设定的性能目标范围内。

考虑梁轴向约束效应的RC梁柱节点受力机理及抗震性能试验研究

钢筋混凝土(RC)框架梁受弯损伤会发生轴向伸长,周边构件(抗侧力构件、现浇板)对梁伸长的约束作用会在梁中产生不可低估的轴力,从而影响梁柱构件和节点的抗震性能以及结构的强震破坏模式。分析了梁中约束轴力对节点抗剪受力机理的影响,设计了6个1/2比例的RC梁柱子结构试件,采用可直接量测约束轴力的等效约束装置代替周边构件对梁伸长的约束作用,通过低周往复加载试验考察了梁轴向约束效应对节点抗剪需求、抗剪承载力以及损伤破坏模式的影响。结果表明,约束轴力对抗剪需求的影响比抗剪承载力的影响明显,梁轴向约束效应产生的轴力较大,且随梁弯曲变形的增大而增加。与无约束试件相比,考虑梁轴向约束效应的试件节点抗剪需求增大了1.14~2.22倍,节点区斜裂缝宽度较大,损伤情况更加严重。

不同加载制度下RC框架梁抗震性能试验研究

为了研究不同加载制度下RC框架梁的抗震性能,分别采用4种加载制度对RC框架梁试件进行拟静力试验。结果表明:峰值位移(峰值荷载对应的位移)出现的越早,RC框架梁破坏时剪切变形成分越大,试件的最大裂缝宽度越大,塑性铰转角和延性系数越小,但塑性铰高度基本不变;随着循环位移幅值和循环次数的不同,框架梁的刚度、强度退化也有差异,表现为:在滞回曲线软化段,经历较大位移幅值循环(或较多次循环)后的RC框架梁比经历较小位移幅值循环(或较少次循环)后的RC框架梁刚度和强度退化快;同时,不同加载制度下RC框架梁的耗能能力存在差异,峰值位移出现早的框架梁其耗能能力较差。

钢筋混凝土空间框架底层梁柱节点双向往复加载试验研究

"强柱弱梁"和"强节点弱构件"是钢筋混凝土延性框架结构抗震设计中的重要概念。然而受楼板参与工作、双向地震动作用等因素的影响,抗震规范中规定的抗震构造措施可能无法保证上述抗震概念的实现。针对我国中低烈度区的既有多层钢筋混凝土框架结构,设计4个包含底层柱脚的空间梁柱节点试验体,其中包括2个中柱节点和2个边柱节点,并通过双向往复加载试验,考察空间双向加载作用和现浇楼板对其承载力、延性和破坏模式等方面抗震性能的影响。试验结果表明,无论是否考虑现浇楼板的作用,按抗震规范设计的三级框架节点试验体在双向往复荷载作用下均未出现预期的"强柱弱梁"的破坏模式。相反,2个中柱节点试验体均在底层柱脚发生脆性破坏,2个边柱节点试验体均在底层柱顶与节点区附近发生脆性破坏。特别是对于边柱节点,由于节点区在一侧缺少梁的约束而过早发生节点区破坏。其承载力明显低于中柱节点。在这种破坏模式下,楼板的存在对于构件承载力影响不大,但楼板为边柱节点区提供的约束作用有助于在一定程度上提高其非线性变形能力。

无黏结预应力装配式框架结构地震易损性分析

为研究无黏结预应力装配式框架结构的抗震性能,首先采用有限元软件Open SEES中的梁柱节点单元模拟无黏结预应力梁柱节点,并与试验结果进行验证.然后,按照场地条件选取18条地震动记录,以预应力筋屈服和最大层间位移角作为结构的损伤指标,建立地震需求模型.最后,采用IDA方法对一栋6层无黏结预应力装配式框架结构和现浇框架结构进行易损性分析,得到两种结构的IDA曲线和易损性曲线.研究结果表明:在水平地震作用下,柱截面尺寸和配筋相同、梁截面尺寸和受弯承载力相同时,在防止倒塌性态点处,装配式结构的最大层间位移角和地震动强度指标均小于现浇结构;当地震动强度较小时,装配式框架结构和现浇框架结构的抗倒塌能力接近,但随着地震动强度的增大,在防止倒塌性态点处,装配式框架结构的抗倒塌能力比现浇框架结构弱.

基于ABAQUS梁单元的钢筋混凝土框架结构数值模拟

以三层两跨的钢筋混凝土平面框架结构的非线性受力全过程试验研究为背景,通过材性试验标定了混凝土和钢筋的材料参数,应用ABAQUS对钢筋混凝土框架进行有限元建模并对其进行数值模拟。在数值模拟中,框架结构采用梁单元建模。混凝土的受拉本构关系考虑受拉刚化效应,混凝土的受压本构关系考虑箍筋对混凝土的约束作用将素混凝土本构关系修正为约束混凝土本构关系。混凝土的本构关系分别采用ABAQUS自带的损伤塑性模型(CDP)、《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)推荐的本构关系。其中,规范推荐的本构关系采用两组参数,分别为根据材性试验测定的参数和规范推荐的参数,并分别将三者模拟的结果与试验结果进行了对比,表明采用经过参数标定的损伤塑性模型能够较好地模拟框架结构的受力行为。在缺乏试验的情况下,直接采用我国规范建议的混凝土本构关系,亦可较好地进行混凝土框架结构的数值模拟分析。

RC框架梁负弯矩区粘钢加固试验研究

为研究梁端负弯矩区L形钢板的不同锚固措施对加固效果的影响,设计制作了3个缩尺比例为1/2的H型框架梁,对其中一个梁进行全配筋作为对比梁,对其余两个两端配筋不足的梁采用4种不同的锚固方法进行粘钢加固,分析了静载作用下梁端负弯矩区钢筋的屈服荷载和L形钢板的应变。试验结果表明:在L型钢板转角处加焊两块80mm×60mm×10mm的三角形加劲肋钢板的加固方法,提高了L形钢板在转角处的刚度,更好地发挥了钢板的能力,加固效果最好。

钢筋混凝土框架“强柱弱梁”抗震措施的试验研究

针对历次震害中钢筋混凝土框架结构的梁柱节点容易破坏的问题,本文进行了4个足尺框架梁柱组合节点试件的低周反复荷载试验。重点研究了不同柱梁强度比值对钢筋混凝土框架抗震性能的影响。结果表明,提高柱梁抗弯强度比值可以更好地保证梁端率先出现塑性铰,有效减小节点核心区和柱端的破坏程度,进而提高水平地震作用中框架节点的延性。

钢筋混凝土框架梁截面高度合理取值及挠度的简捷算法

提出了根据正常使用极限状态下的挠度条件确定钢筋混凝土框架梁截面高度的简捷方法 ,给出了能反映荷载水平、材料性质、计算跨度、截面宽度等因素的钢筋混凝土框架梁截面高度的实用取值公式和计算挠度的简捷公式 ,可供设计人员在工程设计中参考使用。

外包角钢加固震损型钢混凝土节点试验研究

为研究外包角钢加固震损型钢混凝土柱—钢筋混凝土梁组成的框架节点抗震性能,按1∶2缩尺比例设计并制作了5个型钢混凝土柱—钢筋混凝土梁组成的框架节点模型。其中1个为对比节点,1个为外包角钢加固节点,另外3个为模拟不同地震损伤后采用外包角钢加固节点,对所有节点模型进行低周往复加载破坏性试验。通过试验和测试参数分析可知:外包角钢加固型钢混凝土柱—钢筋混凝土梁组成的框架节点,保证了"强柱弱梁"抗震设计目标,破坏形态均为梁端弯曲破坏;采用外包角钢加固后的试件模型极限承载力、初始刚度和延性系数最大值分别提高了53.7%、47.1%和25.5%。在一定的损伤程度下,外包角钢加固震损型钢混凝土柱—钢筋混凝土梁组成的框架节点是一种有效的抗震加固方法。