纤维织物增强高延性混凝土加固RC短柱抗剪性能试验研究

为研究纤维织物增强高延性混凝土(TR-HDC)加固钢筋混凝土短柱的抗剪性能,设计了6根钢筋混凝土柱,包括2个对比柱和4个TR-HDC加固柱.通过低周反复荷载试验,对比分析剪跨比、纤维织物层数对试件破坏形态、变形、承载力和耗能能力的影响.结果表明:采用TR-HDC加固钢筋混凝土短柱,可显著提高其抗剪承载力;TR-HDC与原混凝土柱协同工作性能良好,加固后的混凝土柱的变形、承载力和耗能能力明显提高;增加纤维织物的层数对钢筋混凝土短柱的抗剪承载力提高幅度较小,但可大幅增强柱的耗能和变形能力;剪跨比较大时,更有利于发挥TR-HDC加固材料的力学性能.基于桁架-拱模型,提出TR-HDC加固钢筋混凝土短柱的抗剪承载力计算方法,计算结果较准确.

钢筋混凝土板柱节点冲切性能研究进展

为提高板柱节点冲切性能从而促进其工程应用,比较了各类抗冲切元件的不同布置形式、形状尺寸、几何参数以及组合形式对节点抗冲切承载力的影响,概括了受损板柱节点修复与加固的研究现状,梳理了不同开洞尺寸、距离、数量、形状及偏心荷载作用下开洞板柱试件抗冲切性能的研究成果,归纳了有无抗冲切钢筋和配置型钢剪力架板柱节点的抗冲切承载力计算方法以及基于机器学习的板柱节点冲切承载力预测方法。结果表明:各类抗冲切元件可通过改变布置形式、形状尺寸、几何参数以及元件组合从而改善板柱节点的冲切性能;板件开洞的尺寸越大、距离越远、数量越多,对节点的抗冲切性能越不利;基于数值模拟和规范改进得出的冲切承载力计算公式仅对特定试验有较高的预测精度,尚未形成较为统一的承载力计算公式,而基于机器学习的冲切承载力预测模型是未来研究的重点;需进一步开展关于受损板柱节点修复与加固方法的研究,对完善板柱节点抗冲切性能研究理论体系具有重要意义。

某核心筒收进水瓶型超高层结构设计关键问题研究

某超高层建筑位于武汉市汉阳区一线滨江区域,整体造型为下大上小逐渐收分的水瓶型,主体结构高度249m,屋面上设51m高塔冠,地上建筑总高度300m。建筑师要求外框柱贴幕墙边布置,导致塔楼大部分柱均为斜柱,在竖向荷载作用下将对楼面体系产生水平分力,设计中通过在楼面梁设置抗拉钢筋及型钢承担水平拉力。核心筒墙体在17、43层进行了转换收进,通过合理的分析及措施,确保了墙体传力路径的合理性。对主体结构进行了风洞试验并进行了相关论证,减小了设计风荷载,节约了结构造价。对结构进行了施工模拟、收缩徐变分析、墙体有限元分析及塔冠分析,结果表明结构设计安全合理。

模块化钢结构梁柱子结构抗连续倒塌性能研究

模块化钢结构作为一种高度预制的装配式建筑,具有工业化程度高、绿色节能环保等优点。但是,由于模块化钢结构体系超静定次数较低,其在极端荷载工况下的抗连续倒塌性能应予以特别关注。模块化钢结构梁柱子结构作为主要的传力路径,具有多梁多柱等有别于传统框架梁柱子结构的特点,需对其抗连续倒塌性能开展研究工作。该文针对采用螺栓-角件连接节点的模块化钢结构梁柱子结构进行Pushdown试验及数值模拟,分析了在双柱失效、单柱失效工况下试件的破坏模式和抗连续倒塌机理。结果表明,梁柱子结构在两种工况下的受力机理不同:在双柱失效工况下,梁柱子结构抗力主要由梁机制提供,加载后期抗力提供方式体现出一定的悬链线机制,并随水平连接板厚度的增加而增强;在单柱失效工况下,子结构抗力主要由模块间水平连接抗剪能力提供,由梁机制及悬链线机制提供的抗力较小。

嵌入式H型钢梁柱节点受力性能研究

为解决传统标准梁柱节点施工复杂、节点强度低等一系列问题,提出一种嵌入式H型钢梁柱节点结构形式,并设计4个梁柱节点试件(1个标准现浇梁柱节点试件,3个嵌入式H型钢梁柱节点试件)进行试验研究,设置型钢翼缘宽度、剪跨比为主要参数,对4个试件的破坏形态、承载力、变形能力进行对比分析。结果表明:嵌入式H型钢梁柱节点试件的节点核心区柱端混凝土裂缝较少,裂缝分布和破坏位置基本上发生于梁端,充分满足了“强柱弱梁”的设计要求;相较于标准现浇梁柱节点试件,嵌入式H型钢梁柱节点试件峰值承载力、极限承载力、变形能力均显著提高,当型钢翼缘加宽时,试件峰值承载力和极限承载力提升较为有限,当剪跨比大于2.7时,承载力将会明显降低。

盾构施工扰动对天津结构性黏土动力特性影响的试验研究

盾构隧道施工扰动会改变周围土体的应力、应变状态,破坏土的结构性,从而影响隧道后期的地震响应.通过共振柱试验和动单剪试验,分析了施工扰动对天津结构性黏土动剪切模量和阻尼比的影响.试验结果表明:施工扰动程度越大,平均应力归一化动剪切模量的初始值越小(应力释放程度较大的D4试样的平均应力归一化动剪切模量初始值为无应力释放的D1试样的74%),在相同剪应变下的归一化动剪切模量越小,动剪切模量的衰减速率越快,在相同剪应变下的阻尼比越大;土的结构性越弱,初始动剪切模量越小(无水泥掺量的B1试样的初始动剪切模量为4%水泥掺量的B4试样的59%),在相同剪应变下的动剪切模量越小,动剪切模量衰减速率越快,在相同剪应变下的阻尼比越大.盾构隧道施工扰动对结构性黏土动力特性的影响机理为:施工扰动会使结构性黏土的结构破损、结构性减弱,从而导致其归一化动剪切模量减小,动剪切模量衰减速率增大,阻尼比增大.因此,在进行盾构隧道抗震设计时应考虑前期施工扰动引起的结构性黏土的结构破损对动剪切模量的影响.

新型承插式螺栓连接柱-柱节点抗拉性能研究

为实现模块化钢结构单元房间的上下连接,提出一种新型承插式螺栓连接柱-柱节点,以有无注浆、承插深度为参数设计并制作3个足尺节点试件,并对其进行抗拉试验,分析了各节点的破坏形态、应变分布以及承载能力等,探讨了该新型节点的抗拉性能.建立了数值分析模型,进行了轴拉荷载作用下的受力性能参数化分析,研究了承插深度、螺栓直径及内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响.基于高强螺栓的抗剪承载力,提出了适用于该新型节点的抗拉承载力计算公式.研究结果表明:该新型节点可将轴向拉力有效传递至高强螺栓,试件破坏时均出现高强螺栓群被剪断,灌浆节点试件发生破坏时,出现钢材与灌浆料界面的黏结破坏及螺栓周围局部灌浆料的压碎;高强螺栓群在拉力荷载作用下呈端部螺栓受剪较大、中心螺栓受剪较小的分布,试件破坏时,各螺栓承受的剪力趋于相等;灌浆节点与无浆节点相比,灌浆料与高强螺栓协同工作性能良好,弹性阶段最大摩擦力平均值提高64.4%,极限抗拉承载力提高14.1%;承插深度由300 mm增至500 mm,节点极限抗拉承载力提高80.9%;承插深度和螺栓直径对节点抗拉承载力影响较大,内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响较小;根据提出的节点抗拉承载力计算公式得到的计算值与有限元模拟值吻合良好.

预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点受剪承载力计算方法

梁柱节点受剪承载力计算是混凝土框架结构节点抗震设计的关键点之一,由于节点剪力传递机理与构造的复杂性,目前尚未形成完善的节点受剪承载力计算理论。该文阐述了预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点的受力机理,并基于桁架模型和斜压杆模型,提出了一种同时考虑预应力筋与型钢贡献的节点受剪承载力计算方法。开展了新型节点受力性能拟静力试验,分别选取了梁端破坏与节点剪切破坏两种破坏形式的节点试验数据,对所建立的新型节点受剪承载力计算方法进行了验证评估,结果表明,该文提出的预应力混凝土梁-型钢混凝土柱框架节点承载力计算方法具有较好的精度。

配置抗冲切钢筋的RC板柱节点受冲切承载力计算

为计算配有常用抗冲切钢筋(箍筋和栓钉)的钢筋混凝土(RC)板柱节点的受冲切承载力,结合梁斜拉破坏机理和修正压力场理论(MCFT)提出一种配有抗冲切钢筋的RC板柱节点的受冲切承载计算方法.首先根据MCFT推导出配有抗冲切钢筋的RC板柱节点的临界斜裂缝倾角计算式;然后,假定冲切破坏时临界截面周长范围内的抗冲切钢筋达到屈服强度,将临界斜裂缝倾角代入MCFT推导出板柱节点的受冲切承载力计算方法;最后,使用该方法和美国规范(ACI 318-19)方法计算62个配有抗冲切钢筋的RC板柱节点试验的冲切承载力,并分析了混凝土强度、板有效厚度、柱截面边长、抗弯钢筋配筋率及抗冲切钢筋配筋率对节点抗冲切承载力的影响.结果表明:由MCFT推导出的节点受冲切承载力计算值与试验值吻合较好,均值为0.96,变异系数为0.20;节点的冲切承载力与上述影响因素呈非线性正相关.该方法可用于配有抗冲切钢筋的RC板柱节点的受冲切承载力计算.

RC梁柱节点抗剪机理及承载力计算方法综述

对国内外关于框架结构中梁柱节点抗震性能研究成果进行总结归纳,分析了加载过程中节点的破坏形态及其抗剪机理,总结了典型的梁柱节点抗剪承载力计算模型,并基于各国规范对比了现有的抗剪承载力计算模型的适用性。对比了美国规范ACI 318-19、欧洲规范EC2的抗剪承载力计算的差异,指出了《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)建议的梁柱节点抗剪承载力计算结果相对保守。建议适量增加节点核心区配箍率,从而提高钢筋与核心区混凝土的粘结性能,减少纵筋的粘结滑移现象。

窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系的抗震性能

针对钢结构住宅凸梁、凸柱和抗侧刚度不足的问题,提出一种新型窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系;通过与传统H形钢柱-平钢板剪力墙体系进行对比,确定内嵌波纹钢板布置方式,采用ABAQUS软件建立所提出体系的有限元模型,对所提出体系的抗震性能进行分析,探讨外部框架截面形式与布置方式、波纹钢板厚度与剪跨比等对所提出体系的抗侧承载力、耗能能力和塑性变形能力的影响。结果表明:所提出的体系具有较大的抗侧承载力和较强的耗能能力、塑性变形能力,极限抗侧承载力为设计值的1.73倍,具备一定的安全储备;横向布置的波纹钢板能有效减小其作用于框架梁柱的荷载;采用十字形异形柱使所提出的体系有更强的塑性变形能力;所提出体系中的异形柱偏肢宜沿剪力墙面内方向布置,内嵌波纹钢板厚度宜取为3~5 mm,剪跨比宜控制在1.25左右。

考虑时间效应的钢渣填料动力特性与微观结构研究

钢渣是冶金行业的第二大废弃物,充分利用废弃钢渣代替部分砂石料作为新型的土工填料,符合“绿色经济”与“可持续发展”战略。因钢渣材料有别于砂石料,化学成分复杂,而力学特征具有时效特性,采用共振柱试验研究考虑水化期影响的钢渣动力特性,分析动剪切模量和阻尼比等动力特性变化规律;基于Hardin-Drnevich双曲线模型描述考虑时间效应的钢渣动力特性,采用Boltzman函数描述最大动剪切模量随水化期变化的关系,给出最大阻尼比范围;并与传统砂土的动力特性对比,得出水化前钢渣动剪切模量略高于传统细砂,水化90 d后可达到标准砂的最大动剪切模量,工程中可以用钢渣作为一种填料代替砂土。最后,通过微观电子显微镜方法分析不同水化期下的钢渣微观结构,发现水化产物Aft相较于其他水化产物生成时间较晚,Aft和C-S-H所组成的胶凝结构是影响钢渣动力特性时效特征的主要因素。

新型异形钢管混凝土结构可更换剪切板式节点抗震性能研究

提出了一种新型异形钢管混凝土结构剪切板式节点,制作了2个可更换剪切板式梁柱节点进行拟静力试验与有限元分析,获得了2个节点的滞回曲线、延性性能和耗能能力等力学性能指标。研究表明:不同开孔形式的剪切耗能板会造成不同的破坏模式;采用腰孔型剪切耗能板的新型异形钢管混凝土结构剪切板式节点的延性性能和耗能能力较好。在试验和数值模拟的基础上,研究了板件间摩擦系数对节点抗震性能的影响,当摩擦系数增加至0.30时,节点抗震性能更好。

基于ABAQUS大偏心梁柱节点损伤分析

为了研究大偏心梁柱节点损伤程度,结合某高层建筑框架剪力墙梁柱大偏心节点情况,研究梁柱偏心对节点核心区抗剪承载力的不利影响。通过节点精细化有限元模型,定量分析梁柱节点偏心所产生的附加扭矩、附加弯矩,以及由于梁柱偏心对节点核心区抗剪承载力的不利影响。分析结果表明,对于典型的强柱弱梁的节点体系(即柱子截面较大而梁截面较小的情况),在不采用梁端水平加腋的构造措施的条件下,偏心节点核心区的混凝土最大应力值仍小于节点核心区材料的抗压强度标准值。由于节点核心区周围楼板的存在可在一定程度上承担部分节点核心区由于偏心引起的附加扭矩作用,使柱节点核心区的抗剪会有较大的富余度。

基于改进简化拉-压杆模型的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算方法

在简化拉-压杆模型(Simplified softened strut-and-tie model,SSSTM)基础上,考虑轴压比对混凝土斜压杆倾角的影响,修正斜压杆倾角计算公式,并基于剪滞模型,考虑裂缝面纤维数量及纤维取向特性,建立裂缝面单位面积纤维拉应力计算公式,从而提出适用于钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力计算的改进简化拉-压杆模型(Modified simplified softened strut-and-tie model,MSSSTM).采用MSSSTM模型、SSSTM模型对36个钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力进行计算.结果表明:MSSSTM模型、SSSTM模型的试验值与计算值之比的平均值分别为1.01、1.05,变异系数分别为0.04、0.09;按照MSSSTM模型计算得到的钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力试验值与计算值吻合较好,离散性较小,且该模型亦能较合理地反映轴压比、混凝土强度等对节点受剪承载力的影响.

不同配筋率下钢筋混凝土板柱节点抗冲切承载力试验研究

为研究纵筋配筋率对普通钢筋混凝土板柱节点抗冲切承载力的影响,制作了4个配筋率分别为0.3%、0.7%、1.2%及1.8%的无腹筋板柱中节点并进行冲切试验,试验结果表明:随着配筋率的增加,板柱节点的初始刚度和极限承载力明显增加,试件的延性降低,破坏模式由弯曲破坏逐渐向冲切破坏转变;收集并整理了国内外269个板柱节点冲切试验的数据,通过与采用中国规范、美国规范、欧洲规范和日本规范抗冲切承载力计算公式计算结果的对比分析,进一步说明了在冲切承载力计算公式中考虑纵筋配筋率的必要性;通过对试验数据的回归分析,考虑包含纵筋配筋率在内的主要影响因素,建立了适用于钢筋混凝土无腹筋板柱抗冲切承载力的计算公式。

砂柱法制样及剪切速率对黏性粗料三轴试验的影响

对砂柱法和常规方法制备的黏性粗粒土三轴试样进行饱和试验,对比其饱和效果,同时为论证砂柱对土体排水效果、应力-应变关系和强度特性的影响,开展砂柱法试样和常规试样在不同剪切速率下的三轴CD剪试验,并讨论剪切速率对试验的影响。试验结果表明:砂柱法配合反压饱和6 h,试样基本饱水均匀;常规试样的速率敏感度较高,随着剪切速率的增大,强度指标φd减小、Cd增大,同一围压下,峰值偏应力减小;体应变εv与剪切速率呈反比,且围压越大,越不利于土体排水,峰值偏应力减小的幅度越大;剪切速率与Ei呈反比,与Bi成正比,邓肯-张模型参数Rf、k、n、D和F值随剪切速率的增大而减小;砂柱法制备的试样速率敏感度较低,且砂柱法试样在0.3 mm/min剪切速率下具有同常规试样0.03 mm/min剪切速率下相似的三轴应力-应变特征;该方法获取了相近的CD剪强度指标和邓肯张模型参数,同时缩短了试验在饱和-固结-剪切3个阶段的用时,大幅提高了试验效率,具有良好的经济效益。研究结果可为与黏性粗粒土三轴试验相关的实践和研究工作提供参考。

采用FRP、钢管、混凝土的组合柱轴压承载力统一计算公式

随着FRP与传统材料的组合应用,国内外学者提出了适用不同工程背景的FRP、钢管、混凝土新型组合柱形式。考虑到其约束效果可以采用统一的侧向约束系数来评价,针对大多数基于FRP、钢管、混凝土的组合柱提出较为简便的统一计算公式。为建立适用范围广的组合柱轴压承载力统一计算公式,回顾了已有的FRP、钢管、混凝土组合柱形式,并按其约束形式分为四类截面。根据双剪统一强度理论,引入钢管屈服强度折减系数、方钢管的不均匀约束系数来考虑极限状态时钢管轴向应力低于其屈服强度的特点,分别推导出四类截面的组合柱轴压承载力计算公式。该公式考虑了组合柱的套箍指标、钢管屈服强度折减系数和组合柱截面尺寸影响,形式简单,适用范围广。通过与试验数据对比,提出的统一计算公式的理论计算值与试验值较为吻合。

基于MCFT的腐蚀RC矮墩柱数值模拟方法

采用电化学氯腐蚀的方法对5根剪跨比为2的RC矮墩柱进行室内加速腐蚀试验,并对其进行拟静力加载试验。根据试验结果分析了腐蚀损伤和轴压比对RC柱破坏过程、承载能力、变形能力和耗能能力的影响。通过理论推导,建立了基于MCFT(修正压力场理论)的考虑腐蚀损伤的钢筋混凝土剪切行为本构模型,进而提出了考虑弯-剪-滑移耦合效应的数值模拟方法。对比模拟结果和试验结果可知:采用该模拟方法得到的各柱试件的滞回曲线与实际滞回曲线符合较好,骨架曲线特征点及累积耗能值误差较小,表明该研究提出的考虑腐蚀的剪切行为本构及数值模拟方法可以较为准确地反映腐蚀RC矮墩柱的抗震性能,该研究成果可为腐蚀损伤在役RC墩柱的抗震性能评估奠定基础。

界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱抗剪性能研究

为研究界面焊接环向钢筋的钢管混凝土叠合柱的抗剪性能,以环向钢筋的布置间距和直径为研究参数,对6根叠合柱试件进行了横向剪切静力试验和数值模拟,分析了各参数对试件的破坏过程、破坏形态、荷载-跨中挠度曲线以及抗剪承载力的影响规律。研究结果表明:界面环向钢筋布置方案不同的叠合柱试件破坏形态基本相同,均发生斜压破坏;试件的受力过程可划分为弹性阶段、弹塑性阶段、强化阶段和破坏阶段四个阶段;随着界面环向钢筋布置间距的减小,试件的抗剪承载力提高显著,最大增幅达22%;增大界面环向钢筋的直径可提高试件的抗剪承载力,但作用效果有限,最大增幅仅为6.1%。通过试验数据对有限元模型的有效性进行验证,并进一步分析了不同阶段有限元模型的应力状态,明确了此类叠合柱的受剪机理。