加固后钢筋混凝土十字形柱斜向抗震性能研究

钢筋混凝土十字形柱的斜向抗震性能是影响结构安全性能的重要因素。文章设计了3种新型约束补强方式加固的钢筋混凝土十字形柱试件,在验证有限元建模方法有效性的基础上模拟了斜向低周往复加载,通过分析试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力和延性等抗震性能指标研究了试件的斜向抗震性能,并参考相关规范得出了新型约束补强方式十字形柱的压弯承载力计算公式。结果表明:钢筋网格局部加强使试件的斜向峰值位移提高了7.4%~19.4%;柱端嵌贴碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)板条会使试件峰值承载力、延性系数分别提高了约29.2%~34.2%和7.5%~22.9%;柱端嵌贴CFRP板使试件斜向峰值承载力、延性系数分别提高了约99.9%~105.5%和17.4%~24.8%。3种加固方式均可改善钢筋混凝土十字形柱的斜向抗震性能,改善程度由大到小依次为柱端嵌贴CFRP板、柱端嵌贴CFRP板条和钢筋网格局部加强。

横向静载作用下轨道交通预应力混凝土U型梁裂缝开展研究

为探究轨道交通预应力混凝土U型梁结构在腹板横向受力情况下的裂缝开展状况,通过回顾总结其裂缝开展成因,并以实际工程中的某标准梁段为例,进行了横向静载破坏试验,分析了U型梁结构在横向受力下的应变、挠度变化规律以及裂缝发育和损伤状况。研究结果表明,在横向对称荷载作用下,随着加载级的增大,U型梁展现出良好的整体性能和横向抗裂性能;该梁的裂缝损伤首先出现在腹板和底板处,随后逐步扩展到底板与腹板的连接部位;在破坏加载级下,腹板与翼缘发生破坏性裂缝损伤和明显的外扩变形;在高于规范撞击力建议值2倍的横向静载作用范围内,试验梁能够保持弹性工作状态,验证了采用美国ACI规范中对于列车脱轨撞击力的建议值进行U型梁横向抗撞设计的合理性。该研究成果可为轨道交通预应力混凝土U型梁的力学性能研究和结构优化设计提供更多参考。

预应力薄壁圆钢管约束混凝土短柱轴压性能初探

为提高薄壁钢管混凝土柱轴心受压性能,提出了预应力薄壁圆钢管约束混凝土柱,即采用对拉螺栓对薄壁圆钢管施加环向预应力,形成对内部混凝土初始约束围压,以提高内部混凝土的轴心抗压强度及承载力性能。为探究其轴向受压性能提升效果,进行了预应力薄壁圆钢管约束混凝土短柱轴心受压试验;并采用ABAQUS有限元计算软件建立了相应的非线性有限元数值模型,基于试验所获得荷载-位移数据,验证了模型的可靠性。在合理可靠试验模型的基础上,进行了不同预应力度(k=0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)和不同钢管厚度(t=1.5mm、2.0mm、2.5mm和3.0mm)情况下的轴心受压性能影响分析。结果表明:采用对拉螺栓对薄壁圆钢管混凝土柱施加环向预应力,可有效提高其轴心抗压强度、刚度和延性;在合适预应力范围内,预应力度(k=0~0.4)越大,预应力薄壁钢约束混凝土短柱轴心受压性能提升越明显;但较大的预应力度(k=0.5)会让构件在达到峰值荷载后,其承载力降低较为明显,从而使构件延性降低;当预应力度k不变,构件的轴心受压性能随钢管厚度t的增大而增大。

矿渣基地聚物混凝土柱抗震性能研究

为了研究不同强度等级的矿渣基地聚物混凝土柱的抗震性能,设计了3个普通混凝土悬臂柱试件和3个矿渣基地聚物混凝土悬臂柱试件,通过低周反复荷载试验,对地聚物混凝土柱的破坏模式、裂缝发展、滞回性能、位移延性、耗能性能、刚度与强度退化和承载力等进行了评估,分析了混凝土种类、混凝土强度对试件抗震性能的影响。结果表明,在低周反复荷载作用下,与普通混凝土试件相比,矿渣基地聚物混凝土柱的抗震性能并未明显改善;提高地聚物混凝土强度会改变地聚物混凝土柱的破坏模式,从而对部分抗震性能(延性、耗能能力)产生不利的影响;验证表明《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中受弯承载力计算公式对于地聚物混凝土构件的计算结果偏小,拓展到工程应用中偏安全。

深中通道泄洪区非通航孔桥主梁设计

深中通道泄洪区非通航孔桥总长6.05 km,分布于伶仃洋大桥及中山大桥2座通航孔桥两侧。泄洪区非通航孔桥采用等跨连续梁布置,4~6跨一联。主梁设计过程中,首先进行110、120、130 m三种跨径方案比选,确定采用最经济的110 m跨径方案。然后针对结构形式,提出预应力混凝土梁、钢-混组合梁和钢箱梁3种方案,从力学性能、经济性和施工风险等方面综合考虑,最终推荐采用钢箱梁方案。钢箱梁采用外形简洁流畅的封闭式断面,有利于后期维养;考虑全线景观效果,主梁高度取4 m,高跨比为1/27.5;横隔板间距取2.5 m,采用实腹式横隔板和框架式横肋的组合式设计,使箱室内部通透性更好;钢箱梁采用Q420qD钢和Q345qD钢2种材料。钢箱梁施工采用适合海上长大桥梁的大节段预制+现场拼装的施工方案。

全干式预应力拼装柱节点抗震性能研究

全干式预应力拼装柱节点作为一种高效的装配式节点,开展该类节点的试验和数值研究对全干式预应力拼装框架结构体系抗震性能的评价具有重要作用。通过拟静力试验研究了无粘结预应力钢棒(UBPC)、有粘结预应力钢棒(BPC)、纵筋和无粘结预应力钢棒(RUBPC)三种预应力拼装柱节点在45°双向偏压作用下的力学性能。然后,运用有限元软件分析了外加轴压比、预加轴压比、纵筋配筋率和配箍率等参数对预应力拼装柱节点抗震性能的影响。结果表明:BPC、UBPC试件可通过柱脚粘接面的张开降低预制柱构件的损伤;且各试件在1/100的位移角限值内基本处于弹性变形状态;试件破坏时,RUBPC、UBPC试件的预应力损失分别为25%和22%,表明了其具有良好的自复位特性。

考虑节点域影响的钢管约束钢筋混凝土柱框架结构抗震性能研究

近年来,钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱结构已成为组合结构研究热点之一。约束钢管在柱端断开能够充分发挥其对混凝土的约束效果,增强柱体承载力及抗震性能。然而,节点区域将变得相对薄弱,传统结构体系性能分析中多以节点为刚性域,不考虑节点本身的变形及受损对结构的影响,这将导致STRC柱结构分析及设计存在一定的安全隐患。本文在STRC框架结构中引入节点单元Joint2D来模拟节点的受荷变形全过程,对比分析了节点单元对抗震性能模拟结果的影响,评价了不同强节点系数结构的地震易损性和抗倒塌性能。结果表明,不考虑节点性能的分析结果过高地估计了结构性能,造成不满足规范限值要求的性能指标被分析为满足要求。《钢管约束混凝土结构技术标准》中一级抗震的强节点系数1.5在罕遇地震时将偏于不安全,为满足结构使用安全及抗倒塌能力,建议取强节点系数为1.7。

预制装配式分体柱框架抗震性能研究

已有研究表明分体柱具有较好的延性,能运用于地震多发的房屋结构中。为方便施工,提出预制装配式分体柱框架结构的设想,通过有限元数值模拟,对整体柱框架结构和分体柱框架结构的抗震性能进行对比分析。结果表明:地震作用下装配式分体柱框架结构加速度响应较现浇整体柱框架更易趋于稳定;与整体柱框架相比,装配式分体柱框架位移响应较大;装配式分体柱框架结构的基底剪力均小于整体柱框架结构的;现浇整体柱框架结构的混凝土节点损伤区域与分体柱框架结构相比较大,证明钢套筒对框架结构节点起到保护作用;装配式分体柱框架结构更适用于硬质场地。整体表明装配式分体柱框架结构的延性更强、耗能性能更好,且更加稳定。

某金融大厦托梁拔柱改造工程设计与施工研究

托梁拔柱技术设计难度大、施工复杂,施工过程中安全风险较高,因此尚未形成完整的托梁拔柱设计理论和施工技术。结合某金融大厦改造工程,对托梁拔柱实践进行探讨,该大厦项目拟拆除两根框架柱,依据功能布局的需求及相应的计算结果,采用新增简支预应力上翻梁的加固改造措施。从实施方案对比、可行性论证和现场监测验证等方面阐述了简支上翻梁的优越性,并详述托梁拔柱的施工方案。施工过程中框架梁监测点变形量在-4.6mm~2.5mm之间,大厦改造后可以满足预定的使用功能,可为同类型的工程提供参考。

基于村镇建筑的新型沙漠砂混凝土砌块墙体的抗震性能研究

利用沙漠砂研发的蒸压加气混凝土砌块是一种新型砌体材料。为了研究这种新型砌块在村镇建筑中的应用,考虑在不同竖向压应力和构造柱的约束作用下,对4片沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体开展拟静力试验,通过对比分析4片墙体在低周反复荷载作用下的破坏特性、力-位移曲线、骨架曲线、刚度退化曲线及延性等性能指标。结果表明:1)墙体主要以剪切破坏为主,未设置构造柱墙体主裂缝沿约45°贯彻整个墙体,设置构造柱墙体主裂缝呈“倒八”字型,且当竖向压应力增大时,墙体的抗震承载力也随之增大,抗侧刚度有所提高,但延性随之减小;2)竖向压应力相同情况下,对比分析表明设置构造柱墙体的极限承载力约是素墙体的2.22倍,延性提高了约60%,且刚度也有所提升;3)基于主拉应力理论和库仑破坏理论分别建立了适用于该新型砌块墙体的抗震承载力计算公式,且库仑破坏理论建立的抗震承载力计算公式应用更合理;4)建立了恢复力模型骨架曲线,能够较好地反映沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体的试验特点。

济南华润万象城抗震性能分析与设计

济南华润万象城为一栋结构高度412m的超限高层商业建筑,采用框架-剪力墙结构。结构中同时存在扭转不规则、平面开洞、大跨度结构、大悬挑结构、斜柱、桁架悬挑等多项平面及竖向不规则情况。采用多种计算程序进行了抗震性能分析,其结果均满足既定的抗震性能目标。对复杂商业中的各关键部位设计进行了多方案比选,确定了合理的结构布置和适当的构造措施,取得了良好的效果。

服役15年大跨跨海预应力混凝土梁桥荷载试验及结构性能评价

大跨预应力混凝土梁桥因其结构刚度大、行车平顺舒适、抗震性能好、施工技术成熟等优势得到广泛应用,该类桥梁在服役较长时间后,由于自然环境和超载的长期影响可能导致结构出现裂缝,并影响结构的安全承载能力,这一问题对于跨海桥梁显得尤为突出。因此,为准确评估在役跨海混凝土桥梁的实际工作状态与承载能力,通过对一座已服役15年的大跨跨海预应力混凝土梁桥进行现场静载、动载试验,并结合有限元对其振型等特性进行了分析。研究结果表明,桥梁结构的工作性能仍保持良好,但由于所处海域环境及长期服役导致的结构损伤和裂缝的影响,使其实际承载能力有所下降。研究成果可为在役同类桥梁的维修加固提供参考。

某250m超高层建筑的塔楼结构设计分析

某超高层建筑高度为249.9m高度,位于6度设防地震烈度区,是采用叠合柱、型钢剪力墙并带有斜柱转换的框架-核心筒(双筒)结构体系。分析了整体结构在地震作用下的变化,并采用有限元软件着重分析了斜柱、型钢剪力墙和楼层楼板等构件的受力特点。结果表明,结构可满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的预期抗震性能目标要求,承载能力、变形能力、层间弹塑性位移、层间位移角可满足抗震性能目标C的各项抗震性能水准要求。

装配式T梁翼板后张法预应力交叉连续梁柱节点施工关键技术

公开了一种装配式T梁翼板后张法预应力交叉连续梁柱节点建造新技术,在装配式混凝土梁柱节点处采用板下一体化叠合T梁翼板端预应力张拉技术,有效改善了梁柱节点受力特性,节点抗负弯矩效果好,预应力梁柱增强节点抗震能力强。采用有限元软件ABAQUS对“低标准,提前张拉”“超标准,控制张拉”两种工况下节点进行优化施工模拟。由分析结果可知:当梁侧加腋板底张拉节点只有柱侧双边张拉时,在保障结构安全的前提下,可在混凝土凝结硬化达到混凝土设计强度的75%时进行张拉;当梁侧加腋板底张拉节点为三边或四边张拉时,在混凝土凝结硬化达到混凝土设计强度的85%时进行张拉;整体技术方案较常规技术可节省45%左右的吊装工期,节点抗震效果更好,成本降低20%左右,有效简化了施工工艺,整体装配建造新技术符合“绿色建造”规范要求。

临沂金水湾二期超高层结构设计

临沂金水湾二期超高层项目结构高度153.3m,属于高震区超高层超限结构,地上结构采用钢管混凝土框架⁃钢筋混凝土核心筒混合结构,塔楼外框柱均倾斜布置以满足建筑外立面的变化。采用YJK和ETABS两种软件对主塔楼结构进行了弹性分析,并采用PERFORM⁃3D软件进行了动力弹塑性分析。从结构体系、性能设计等方面对超高层结构设计进行了简要论述,并对梭形超高层建筑的斜柱设计要点、环带桁架、底层分叉柱以及结构动力弹塑性四个方面进行了详细分析、介绍,最后给出了上述要点的计算结论和构造建议。

装配式钢筋混凝土梁柱节点抗冲击性能分析

文中主要就钢筋混凝土柱以及预制装配式梁柱节点进行冲击荷载试验,并分析了钢筋混凝土柱以及预制装配式梁柱节点处裂纹演变规律、冲击力时程响应以及支座反力时程响应。结果表明,钢筋混凝土柱及预制装配式梁柱节点的冲击力时程响应曲线均呈现波动(脉冲段)-平稳(平台段)-波动-平稳的规律,现浇混凝土梁柱节点的第一个脉冲段的冲击荷载较预制装配式梁柱节点降低了33.7%;钢筋混凝土柱节点处的支座反力的第一个脉冲段峰值冲击力比预制装配式梁柱节点低了4%,第二个脉冲段峰值冲击力比预制装配式梁柱节点低了20.8%。总之,预制混凝土柱构件的抗冲击能力大于现浇混凝土柱构件的抗冲击能力,其抗冲击性更强,损伤度更小。

跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站抗震设计探讨

针对跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站结构抗震冗余度低,在高烈度地区应用较少,为更好地分析高架车站抗震受力全过程,以某跨座式单轨独柱大悬挑钢-混组合框架高架车站工程实例为背景,根据建筑规范和城市轨道交通规范要求设定合理的抗震性能目标,并研究构件抗震受力历时过程中的受力情况。采用大型有限元Midas作为主要计算软件,选取合理的地震波,进行多遇地震和设防地震有限元计算时采用弹性时程分析方法,且对振型分解反应谱法地震作用进行相应的放大,结果分析构件满足抗震性能目标要求。进行罕遇地震计算时,为更好地模拟工程实际情况,计算模型考虑桩土共同作用,采用结构-承台-桩基整体计算建模方法,进行弹塑性时程分析,关键构件采用截面纤维模型进行计算,能够反映关键构件在大震作用下进入破损阶段之后的行为,可以查看关键构件截面混凝土的开裂和压碎历史,钢材或钢筋的屈服和硬化过程。研究结果表明结构构件均满足抗震性能目标:(1)关键构件的钢材纤维受拉受压均未超过屈服强度,保持弹性工作状态,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,同时延性系数D/D1小于1,均说明关键构件满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(2)桩基的钢筋纤维受拉、受压均未超过屈服强度,混凝土纤维受拉开裂,受压未达到屈服强度,满足抗震性能为压弯、抗剪不屈服的目标;(3)地震作用下,带有桩模型与无桩模型的基底剪力有一定差距,表现为带有桩基模型的地震剪力较大,设计时应考虑桩土共同作用。

钢筋混凝土结构梁柱节点滞回性能对比分析

为验证装配式强化梁柱节点与传统梁柱节点在受力和抗震性能方面的区别,借助ABAQUS的非线性分析功能分别建立了传统梁柱节点和装配式强化梁柱节点有限元模型,选择了合理的参数,分析了二者的破坏形态和滞回性能。结果表明:在相同荷载作用下,传统梁柱节点模型中的部分钢筋已发生破坏,强化梁柱节点中的钢筋未破坏,只部分钢筋进入塑性变形阶段,且通过滞回曲线对比显示:强化梁柱节点曲线的包络面积明显大于传统梁柱节点,说明了装配式强化梁柱节点的耗能能力更好。装配式强化梁柱节点设计的刚度、承载力和耗能能力均优于传统梁柱节点。

新型预制装配式RCS组合框架节点抗震性能

提出一种新型预制装配式钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)组合框架节点,阐述了其构造形式与工作机理.为研究其力学性能,设计并制作了一个该类型的足尺试件,对其施加低周反复荷载,观察加载过程中试件的破坏特性,并分析研究该节点的滞回曲线、骨架曲线及应变变化规律.实验结果表明试件的破坏状态为梁端破坏,符合“强柱弱梁”的抗震设计要求,在整个加载过程中节点域柱间的连接焊缝并未发生屈服,上下预制柱表面的混凝土没有裂缝产生.在实验基础上,采用ABAQUS有限元软件建立试件三维模型,并对其进行了变参数分析.结果表明,节点的承载力及刚度均随着箍板厚度的增加而增大,且相较于改变内隔板的厚度,增加箍板厚度能够更有效提高节点的性能.

高温后带粉刷层钢筋混凝土柱非线性全过程分析

在前人试验研究基础上,采用ANSYS软件对4根未外抹粉刷层RC柱构件高温后的抗震承载性能进行热—力耦合模拟分析,模拟分析数据结果与试验数据结果吻合情况较好。在有限元模型得到验证的基础上,拓展外抹粉刷层RC柱高温后抗震承载性能的热—力耦合数值模拟分析,深入探讨了外抹粉刷层对RC柱承载能力的影响。计算分析表明,粉刷层可有效减少外部高温热量输入构件,构件截面温度增长受抑制,增长相对比较缓慢;粉刷层可有效提高火灾后RC柱的屈服荷载和极限荷载,减缓刚度退化;粉刷层可起到较好的保护作用,有效减轻混凝土结构的火灾损伤。