配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱边节点抗震性能试验研究

改善工程材料韧性和耐久性,提高框架梁柱节点抵抗变形和破坏的能力,是提高框架结构抗震韧性的有效途径之一。采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料代替普通混凝土应用到梁柱边节点,考虑轴压比和加密区体积配箍率的影响,设计6个配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料、1个配筋单掺PVA纤维增强水泥基复合材料和1个钢筋混凝土梁柱边节点试件进行拟静力试验,分析其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、钢筋应变和梁端塑性铰区转角,探讨混杂纤维的加入对梁柱边节点抗震性能的影响。结果表明:与钢筋混凝土节点和单掺PVA纤维增强水泥基复合材料节点相比,PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料节点的承载力高、变形能力大、延性好、耗能能力强,抗震性能显著提升。当试验轴压比从0.12增加到0.24,梁端塑性铰区产生一定的外移,塑性性能发挥更充分,同时试件的变形能力、延性、耗能能力增加。在加密区体积配箍率减小的情况下,试件仍表现出良好的抗震性能。

圆中空夹层不锈钢管水泥砂浆短柱轴压性能研究

海洋工程平台塔架结构中,圆形截面中空双钢管是主要受力构件,工程界十分关注其受压性能和耐腐蚀性能。为研究圆中空夹层不锈钢管水泥砂浆短柱的轴压力学性能,以外不锈钢管壁厚、内碳素钢管直径和是否含夹层水泥砂浆为试验变量,共设计了12个短柱试件。分析各试件的破坏情况、荷载-位移曲线、承载力、变形能力及应变特征,研究不同变量对极限承载力的影响规律。结果表明:试件破坏形态为外钢管端部或中部局部屈曲破坏;随着不锈钢管壁厚的增大,试件的轴压承载力近似呈线性增长;夹层水泥砂浆对试件力学性能影响较大,可有效提高试件承载力,抑制外不锈钢管的变形,提高试件延性;对于含夹层水泥砂浆的试件,承载力随空心率增大而减小,不含夹层水泥砂浆的试件,承载力随空心率增大而增大。根据国内外规范以及相关学者提出的理论公式,计算了试件的极限承载力,并与试验承载力进行了对比分析,给出了设计建议。

单轴对称截面轴压构件弯扭失稳换算长细比的一般计算式

单轴对称截面轴压构件弯扭失稳的换算长细比是计算其极限荷载的重要参数。基于单轴对称截面轴压构件弯扭失稳的平衡微分方程,采用Galerkin法推导了4种边界约束条件弯扭失稳临界荷载的一元二次方程,并进一步得到了基于荷载比、双长细比的弯扭失稳换算长细比理论式。基于理论式,分别对比了我国现行标准GB 50017—2017中双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳的换算长细比,揭示了其中存在的问题;提出了新的双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳换算长细比的计算式,并与理论式的计算结果进行对比。结果表明,对于不同边界约束条件的轴压构件,其弯扭失稳临界荷载或换算长细比的形式不尽相同;相较于GB 50017—2017中的公式,所建议的双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳的换算长细比具有更高的精度,且适用于4种边界约束条件和115个等边双角钢组合T形截面、71个长肢相并的不等边双角钢组合T形截面和71个短肢相并的不等边双角钢组合T形截面。

轴力对预应力高强混凝土管桩抗震性能的影响

目的研究轴力和往复荷载作用下预应力高强混凝土管桩的抗震性能,为预应力高强混凝土管桩的设计和实际工程应用提供参考依据。方法应用ABAQUS有限元软件对预应力高强混凝土管桩进行有限元模拟,并与已有试验结果对比,两者吻合良好,验证了模型的准确性。在此基础上,研究轴压比和有无普通钢筋及普通钢筋直径对预应力高强混凝土管桩滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力的影响。结果配置普通钢筋可以提高预应力高强混凝土管桩的承载能力和延性,对刚度影响不大;随着轴压比的增加,预应力高强混凝土管桩的承载能力逐渐提高,但延性变差,轴压比为0.45时,预应力高强混凝土管桩发生脆性破坏。结论配置普通钢筋可以有效改善预应力高强混凝土管桩的抗震性能,预应力高强混凝土管桩的轴压比不宜超过0.3。

负载下活性粉末混凝土钢筋网加固足尺混凝土柱轴压性能试验研究

为提高负载下钢筋混凝土(RC)柱的轴心抗压性能,使用活性粉末混凝土钢筋网(RPCSM)对负载下的RC足尺柱进行加固,设计制作了7根RC方柱试件,其中1根未加固对比柱、1根端部箍筋加密加固柱、2根RPCSM加固柱、3根端部箍筋加密RPCSM加固柱。考虑加固层厚度、钢筋网配筋率和端部箍筋加密对轴心受压RC柱性能的影响,进行了试验研究并分析了各试件的破坏模式、荷载-变形关系和应变变化规律。结果表明:加固柱的承载力提高了2.81~3.82倍;原混凝土柱与RPCSM加固层界面粘结可靠,共同工作良好;随着钢筋网配筋率的提高以及加固层厚度的增加,端部箍筋加密后整体性的提高,承载力和轴向变形能力提高,但延性有所下降。结合规范和破坏机理,给出了承载力计算公式,以促进该加固技术的推广。

高温后烧结普通砖砌体剪压复合抗剪性能试验研究

为了研究砖砌体结构在高温后的剪压复合受力性能,制作了84个砌体试件,进行了在不同高温后不同轴压比下的抗剪试验,得出砌体在高温后的抗剪强度和轴压比之间的变化规律,对高温后砌体试件在不同轴压比情况下的延性进行了分析。结果表明:在相同温度下,随着轴压比增大,砌体抗剪强度增大;轴压比一定时,随着温度升高,砌体抗剪强度减小。在0.1~0.5轴压比范围内,同一温度下,随着轴压比增加,砌体的延性不断增大;轴压比相同时,随着温度的升高,砌体延性逐渐降低。以常温下相同压应力为基准,200℃以内,轴压比为0.3时试件出现剪压破坏;400℃以上,轴压比为0.2时试件出现剪压破坏,高温使砌体剪压段提前。基于变摩擦系数的剪摩理论,计算出普通砖砌体抗剪强度公式的变摩擦系数;结合高温后砖砌体纯剪强度公式,得到以温度为变量的高温后砖砌体剪压复合抗剪强度计算公式。

轴压比对波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性能的影响研究

为研究轴压比对波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性能的影响,使用ABAQUS软件建立了组合结构柱的有限元模型,通过破坏形态和滞回曲线等对模型的准确性进行了验证,运用参数模型讨论了不同轴压比对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、压弯承载力和延性系数的影响。结果表明,随着轴压比增大,方钢管的高应力高度逐渐升高,波纹板的应力由水平分布变化为斜向分布;提高轴压比会使试件的压弯承载力和延性系数呈先升高后降低的趋势,建议轴压比不应超过0.30,满足规范中对延性系数的要求并在一定程度上提高结构的压弯承载力。通过合理控制轴压比,可以提升波纹侧板-方钢管混凝土柱抗震性,确保其在实际应用中的安全性和稳定性。

承插式连接预制拼装桥墩抗震性能试验研究

为研究不同连接构造、轴压比和承插深度对承插式连接预制拼装桥墩(简称“承插式桥墩”)抗震性能的影响,制作1组现浇桥墩试件和3组承插式桥墩试件开展拟静力试验。对比试件破坏模式、滞回曲线、骨架曲线及特征值、耗能能力、刚度特性和残余位移、纵筋应变,分析承插式桥墩与现浇桥墩抗震性能差异以及增设钢榫进行结构优化后桥墩抗震性能改善效果。结果表明:承插式桥墩与现浇桥墩试件破坏模式、损伤范围、承载能力、耗能能力、残余位移和钢筋应变沿梁高分布相近;提高承插式桥墩轴压比,能提高桥墩承载能力,降低延性和累积耗能能力,破坏时残余位移远小于其它构件,具有可靠的自复位能力;提高承插深度,会增大桥墩承载能力和耗能能力;墩底增设钢榫能增强承插式桥墩与承台间的连接,承载能力、延性、耗能能力等与承插式和现浇桥墩保持一致,但各加载位移下的累积耗能较高,有助于提高承插式桥墩的耗能能力,具有良好的抗震性能。

带T形钢翼缘的核心钢管混凝土组合柱轴压比限值研究

为了充分发挥带T形钢翼缘的核心钢管混凝土组合柱(T-CFST柱)的变形性能,保证柱在地震作用下能满足延性需求,通过理论推导和数值模拟,对T-CFST柱的延性和轴压比限值进行研究。基于大小偏心受压界限破坏建立了T-CFST柱的标准轴压比和设计轴压比计算公式,同时基于ABAQUS软件建立了T-CFST柱的精细化有限元模型,在验证有限元模型准确性的基础上,研究了高轴压比下不同影响因素对组合柱延性的影响,建议了不同含钢率、型钢强度、混凝土强度下组合柱的设计轴压比限值。结果表明:T-CFST柱延性随混凝土强度降低、截面含钢率降低、型钢强度提高、体积配箍率提高而提高;即使在较大轴压比时,柱的延性依然较好,T-CFST柱的轴压比限值在计算的基础上有所提高。

高轴压比下小剪跨比剪力墙的抗震性能试验研究

通过5片不同轴压比下小剪跨比剪力墙构件的低周反复荷载试验,研究了高轴压比对小剪跨比剪力墙的破坏模式、受剪承载力、延性、刚度特征及耗能能力的影响,并对加载全过程中剪力墙腹板双向钢筋的受力情况及传力机制进行分析。研究结果表明:所有构件均发生了剪切破坏,并在高轴压力作用下发生了平面外的错动;高轴压比阻碍了裂缝的产生及发展,提高了构件的受剪承载力,但在构件达到峰值荷载后,强度和刚度退化剧烈,极限位移小,提高边缘约束构件配箍率可以有限地提高构件的变形能力、延性及耗能能力,但对破坏模式、传力机制的影响不大。轴压比对构件的传力机制有着显著的影响,当轴压比较小时,桁架作用明显,水平钢筋与竖向钢筋对受剪承载力的贡献相当,均能充分发挥作用;当轴压比较高时,拱作用明显,水平钢筋未能充分发挥作用,对受剪承载力的贡献有限,竖向钢筋主要对拱作用有贡献。

冷弯型钢钢管混凝土柱-钢梁装配式节点抗震性能研究

为考察多高层框架结构体系中新型冷弯型钢装配式钢管混凝土柱-冷弯型钢拼合梁节点的抗震性能,设计并制作了一组足尺节点试件,对其进行不同轴压比下的拟静力试验.结合ABAQUS有限元分析,以轴压比、钢管柱壁厚、内填充混凝土强度等级为主要参数,研究节点试件在低周往复水平荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力、耗能能力、刚度退化等抗震性能.结果表明:在冷弯型钢柱内填充混凝土时,新型冷弯型钢装配式梁柱节点的承载力和耗能能力相比于空钢管柱节点整体有所提高,节点延性增加,节点仍保持“强柱弱梁”的失效模式.在低轴压比(0.2)下,钢管柱壁厚的增加对节点的耗能能力与承载力有一定的提升,其延性也有所增加;混凝土强度等级的变化对本文所研究“强柱”构造下的节点抗震性能几乎无影响,节点的滞回曲线基本一致,骨架曲线基本重合,节点的破坏形态保持不变,随着混凝土强度等级的增加,节点延性有所降低.但在高轴压比(0.8)下,钢管柱壁厚为2 mm和3 mm时柱刚度过弱,节点出现柱端压弯破坏;当钢管柱壁厚增加到4 mm时,节点破坏形态转变为梁端塑性铰破坏,因此应注意限制梁柱线刚度比,保证“强柱弱梁”的失效模式.本文研究成果对该新型节点用于多高层框架结构体系中的适用性及设计构造有一定参考意义.

方钢管超轻混凝土短柱轴压性能试验研究

对16个方钢管超轻混凝土短柱和8个空钢管短柱进行了轴压试验,以超轻混凝土强度和含钢率为变化参数,研究方钢管超轻混凝土短柱的破坏形态和受力性能。结果表明,随着超轻混凝土强度的降低,钢管对核心混凝土的约束效应越强;随着含钢率的增加,构件的承载力和变形能力提高,但当含钢率高于0.25时,超轻混凝土的存在对构件的承载力和变形能力已基本没有影响。基于叠加理论,提出了适用于方钢管超轻混凝土短柱承载力的计算公式。

圆钢管煤矸石混凝土中长柱轴压性能有限元分析

目的研究圆钢管煤矸石混凝土中长柱的轴压性能,找到各设计参数对试件轴压承载力的影响规律,提出轴压承载力计算式,推广钢-煤矸石混凝土组合结构。方法采用ABAQUS有限元分析软件建立圆钢管煤矸石混凝土中长柱轴压有限元模型,分析典型试件受力全过程的应力分布、荷载分配以及不同参数变化对其轴压承载力的影响。结果相同设计参数下,钢材屈服强度与含钢率是承载力的关键影响因素;而随煤矸石粗骨料取代率的增加,试件的承载力降低幅度未超过3.6%。结论掺入煤矸石粗骨料后的试件仍具有较高承载力,依据《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)中的方法对计算式进行修正后的误差在10%以内,适用于圆钢管煤矸石混凝土中长柱,能够满足实际需求。

钢筋PVA-ECC柱复合受扭性能试验研究及损伤分析

为研究复合受力状态下钢筋PVA-ECC构件的受扭性能,进行了9根PVA-ECC柱和1根普通混凝土(RC)柱的单调加载试验,考虑不同轴压比、扭弯比、剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距等参数,研究其破坏特征、扭矩-扭率曲线特征,并进行了损伤演变分析。结果表明,PVA-ECC试件受力过程均经历了弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;PVA-ECC试件在受扭承载能力和扭转变形方面与RC试件相比有很大提升;降低轴压比、增大扭弯比和剪跨比可有效提高试件的扭转延性,减小箍筋间距和剪跨比、增大轴压比可有效延缓试件开裂;采用PVA-ECC材料能有效抑制试件的损伤发展;剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距对复合受扭作用下试件的损伤有较大影响;纵筋配筋率越大和剪跨比、箍筋间距越小,试件复合受扭的损伤程度越小。

某超高层项目钢管混凝土组合柱应用

某超高层项目荷载较大,导致框架柱截面较大,严重影响建筑空间使用。采用钢管混凝土组合柱,和型钢混凝土柱相比,标准层每根柱节约建筑有效使用面积1.5~1.8m^(2),结构主体成本节约近1000万元。提出了对钢管进行开孔的梁柱节点做法并分析五种不同节点方案,采用大型通用有限元软件ABAQUS进行仿真分析,充分考虑框架梁对节点的约束作用,得到五种节点方案的极限承载力及钢管的最大应力,结果表明采用钢管开孔的梁柱节点做法可行,并得到最合理的开孔形式;分别对7种不同箍筋形式进行受力性能分析,并考虑实际施工因素,得到最为合理的箍筋设置形式。

轴压比和面承板厚度对混合节点抗震性能的影响

为了研究新型柱全截面隔板式钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架节点形式的抗震性能,考虑不同轴压比和面承板厚度的影响,对2组共6个3/4比例的梁柱节点进行低周往复加载试验研究.试验中所有试件均发生设计预期的节点剪切破坏,滞回曲线呈弓型,表明节点具有良好的抗震性能.试件最终因节点区的混凝土开裂剥落而丧失承载力.试验结果表明,当轴压比为0~0.25时,随着轴压比的增大,RCS节点开裂荷载有所增大,峰值荷载前斜裂缝数量减少、宽度减小,试件的承载力、刚度和耗能能力均有所提高.节点域柱纵筋黏结应力随轴压比增大而减小,表明节点域内黏结状况有明显改善.相较于单向面承板试件,双向面承板试件在承载能力、延性和耗能能力方面均表现出显著提高;当双向面承板厚度由6 mm增加至10 mm时,试件峰值承载力和刚度的提升幅度相对有限.

圆钢管再生镍铁渣混凝土柱冲击性能试验

为研究掺镍铁渣钢管再生混凝土柱抗冲击性能,以粗骨料替代率、轴压比、落锤质量及冲击能量为变化参数,设计并制作了11根圆钢管再生混凝土柱。通过落锤冲击试验,得到了试件的破坏形态、位移时程曲线及冲击力时程曲线,研究了轴压比、粗骨料取代率、冲击能量和落锤质量对钢管再生混凝土柱侧向冲击性能的影响。结果表明:钢管再生混凝土柱抗冲击性能良好,能量吸收率基本恒定在67%左右;与取代率为0%相比,再生粗骨料取代率为30%时,试件跨中挠度平均降低8.9%;再生粗骨料取代率为70%时,试件跨中挠度平均降低11.4%;随着冲击能量的增加,试件跨中残余位移显著增大;轴压比在0~0.4以内,轴向力对钢管再生混凝土抗冲击性能有提高作用;落锤质量由330 kg增加至430 kg,冲击持续时间增加16%;套箍系数增大,跨中挠度减小。

7A04-T6铝合金矩管柱抗震性能研究

为研究7A04-T6铝合金矩管柱的抗震性能,在验证有限元模型可行性的基础上,对12根7A04-T6铝合金矩管在低周反复荷载下的加载过程进行模拟。根据模型计算结果分析长细比、轴压比及截面形式对7A04-T6铝合金矩管抗震性能影响,得出随着长细比、轴压比的增大,构件抗震性能变差,与加载方向对应的矩管柱腹板尺寸对其抗震性能起着主导作用。同时提出了可用于预测7A04-T6铝合金矩管抗震性能的骨架曲线模型,并验证了模型的准确性。

矩形空心桥墩抗震性能研究

为研究水平地震作用下矩形空心桥墩的抗震性能,对2个不同轴压比的桥墩进行了恒定竖向荷载下拟静力试验,同时还研究了试件刚度退化、承载能力、耗能能力和延性系数等抗震性能指标,并基于ABAQUS有限元软件对试验得出的抗震性能规律进行了验证。研究结果表明:该试验破坏模式为底部塑性铰区域的弯曲破坏;ABAQUS模拟结果与试验值有良好的吻合程度,对试验值有较好的验证与补充效果;较大的轴压比形成了更强的约束,限制了桥墩混凝土裂缝的开展,提高了桥墩的承载力和刚度;轴压比大的试件耗能能力和延性系数低。

哑铃形钢管混凝土柱压弯扭复合作用下力学性能试验研究和有限元分析

以轴压比(n)、弯扭比(γ)为变化参数,开展了四根圆形和四根哑铃形钢管混凝土构件压弯扭复合作用下的试验,对不同轴压比和弯扭比参数下各构件的扭矩-转角曲线、扭矩-剪应变曲线、破坏模态的变化规律进行分析。结果表明:在轴压比一定的情况下,弯扭比较大时,构件以受弯为主,破坏模式接近“弯型破坏”;弯扭比较小时,构件以绕构件中心扭转为主,破坏模式接近“扭型破坏”。抗扭承载力随着轴压比增加而提高;在γ=2.80时,当n=0.00增大至n=0.11时,圆形和哑铃形钢管混凝土构件抗扭承载力分别提高23%和53%,增大到n=0.22时,圆形和哑铃形钢管混凝土构件抗扭承载力分别提高了23%和99%;抗扭承载力随着弯扭比增加而降低,其中γ=0.90增大至γ=2.80时,圆形和哑铃形钢管混凝土构件抗扭承载力分别下降了46%和51%。通过有限元软件ABAQUS,对压弯扭构件的扭矩-转角全过程关系曲线及破坏模态进行分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好。