拼接成型UHPC免拆模板钢筋混凝土柱的抗震性能

为研究超高性能混凝土(UHPC)免拆模板钢筋混凝土(URC)柱的抗震性能,选取UHPC免拆模板拼接方式和表面处理方式为试验设计参数,制作并完成了9个URC柱和1个钢筋混凝土(RC)柱的拟静力加载试验。模板拼接方式为螺栓加角钢连接、螺栓连接和环氧树脂砂浆连接;表面处理方式为光面处理、气泡膜印花处理和设肋处理,通过拟静力试验研究了模板拼接方式及表面处理方式对该类柱抗震性能的影响。此外,基于平截面假定,提出了URC柱的正截面偏压承载力计算式。结果表明:峰值荷载前,UHPC模板与核心混凝土黏结面无明显破坏,URC柱表现出良好的整体性,尤其是采用螺栓加角钢连接的URC柱,即使加载至极限位移时,也没有发生界面黏结失效破坏;与普通RC柱相比,URC柱的承载力提高了6.4%~43.3%,延性提高了11.4%~48.7%,耗能能力提高了27.7%~85.3%;三种连接方式中,采用螺栓加角钢连接的URC柱承载力最高,连接最可靠。最后,基于平截面假定提出的公式计算值与试验值吻合较好,可为工程应用提供参考。

水平地震作用下大式带斗栱木结构古建筑的抗倒塌性能分析

基于根据宋代《营造法式》制作的某单层单开间殿堂式木结构振动台模型,建立了考虑柱础滑移隔震、榫卯半刚性连接及斗栱减震性能的空间杆系有限元模型。通过模型的数值计算值与振动台实测数据之间的对比分析,验证了建模方法的正确性。提出了柱脚滑移倒塌的相对位移判定准则及柱架层间倒塌的最大层间位移角判定准则,并采用增量动力分析(IDA)方法对这两种倒塌机制进行研究。结果表明:木结构古建筑在普通地震波作用下不易出现柱脚滑移倒塌;层间倒塌为长周期地震波作用下最易出现的倒塌机制;相对于普通地震波而言,木结构古建筑受长周期地震波作用的影响更大。

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型及数值模拟应用

为研究纵筋与箍筋共同锈蚀对钢筋混凝土黏结性能的影响,采用电渗—恒电流—干湿循环的加速锈蚀方法对25个钢筋混凝土(RC)试件进行锈蚀,进而对其进行拉拔试验,研究了纵筋锈蚀、箍筋锈蚀、保护层厚度和箍筋间距等参数对黏结性能的影响规律。分析了锈蚀对混凝土与钢筋界面间黏结力的影响,将黏结性能退化归因于材料性能退化和约束效应退化,基于试验数据,建立并验证了一个考虑设计参数、纵筋及箍筋共同锈蚀的修正黏结滑移本构模型。结合所提本构模型及微元算法建立了锈蚀纵筋应力-滑移模型,基于OpenSees平台,将所建模型应用于零长度截面单元中,通过串联纤维梁柱单元与零长度截面单元建立了考虑黏结滑移变形的锈蚀RC构件数值模型,根据锈蚀RC柱拟静力试验数据对该模型的准确性进行验证,并采用仅考虑锈蚀损伤的纤维模型进行辅助验证。结果表明:混凝土与钢筋界面间黏结力随锈蚀程度的增加呈先上升后下降的趋势,增加保护层厚度可略微增加黏结强度,而箍筋加密对黏结强度提升明显;与纤维模型相比,所建锈蚀RC纤维模型承载力、累计耗能和极限位移误差分别降低12.8%、23.5%和14.2%,表明所建模型可合理计算钢筋滑移的贡献且准确预测锈蚀RC柱地震整体响应。

带楼板双槽钢组合截面构件抗震性能试验研究

为研究带钢筋混凝土(RC)楼板双槽钢组合截面构件的抗震性能,对4个带RC楼板试件进行了常轴力和往复弯曲共同作用下的拟静力试验,分析了填板间距、有无加劲肋和腹板高厚比等参数对试件抗震性能的影响.结果表明:各试件的滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力和延性;减小填板间距,对试件的承载力和刚度影响较小,但提高了试件的延性和耗能能力;试件SJ3的峰值荷载和初始刚度比试件SJ1的分别提高了28.42%和22.70%,说明在试件的塑性铰区设置加劲肋可提高其承载力和刚度;试件SJ4的峰值荷载、延性系数、初始刚度和累计耗能量比试件SJ1的分别提高了33.88%、20.70%、27.40%和12.84%,说明减小腹板高厚比,可显著改善试件的抗震性能.

单轴对称钢梁截面组合节点的抗震性能试验研究

为减小钢框架梁柱组合节点中梁下翼缘焊缝脆性破坏的风险,提出了采用单轴对称钢梁截面的梁柱组合节点形式,完成了3个1∶2的组合节点试件的拟静力试验研究,分别考虑标准型钢梁截面、上窄下宽且仅梁下翼缘削弱型的单轴对称钢梁截面及仅梁下翼缘扩翼型的单轴对称钢梁截面组合节点试件,对各试件的破坏过程、滞回行为、关键部位的应变发展、耗能性能及延性等进行了详细分析.结果表明:焊缝质量有所保证的组合节点试件其加载点的荷载-位移滞回曲线饱满,具有良好的耗能性能;仅梁下翼缘扩翼型组合节点试件的塑性铰在扩翼板末端的钢梁截面上形成,在梁下翼缘反复屈曲的过程中母材逐渐开裂并向腹板延伸;正弯矩作用下组合梁截面的中和轴靠近梁上翼缘,从而显著加大了梁下翼缘处的应变水平;单轴对称钢梁截面组合节点形式有助于实现梁上塑性铰外移,减小梁下翼缘焊缝处的应变集中程度;实际工程中应切实保证梁翼缘对接焊缝的质量.

西安f_(4)地裂缝场地土体本构模型与应用

为寻求较合适的地裂缝场地土体动力本构关系模型,以便准确研究普通场地和地裂缝场地在不同土层分布情况下的动力响应规律,以西安f_(4)地裂缝场地为背景,设计完成地裂缝场地土体振动台试验。同时,以二次开发所得的等效线性化模型、边界面模型和ABAQUS自有的摩尔-库伦模型为对象,分别建立数值分析模型,并将计算结果与试验结果进行对比。最后,以边界面模型为材料本构,进行6种工况的地裂缝场地与普通场地的ABAQUS数值分析,找到不同土层分布地裂缝场地对土体动力响应的影响规律。结果表明:在高地震强度下,土体发生较大塑性变形,边界面模型是较合适的地裂缝场地土体动力本构模型。普通场地和地裂缝场地均对地震波有放大效应,但不同的土层分布形式的场地放大效果不同;地裂缝场地均表现出加速度放大效应和形似“八”的上下盘效应,其上盘影响最大值为11 m,下盘的最大值为9 m。该研究成果为地裂缝环境工程结构的抗震设计及工程应用提供参考。

酸雨环境下钢筋混凝土框架节点抗震性能试验研究

为研究酸雨腐蚀后RC框架节点的抗震性能,采用人工气候法模拟酸雨环境,对8榀RC梁柱节点试件进行加速腐蚀试验,而后进行拟静力试验,观察酸雨腐蚀后试件表观现象,并分析腐蚀循环次数、轴压比及硫酸根离子浓度对节点与其核心区破坏特征、滞回性能、剪切性能、受剪承载力等的影响.在此基础上,引入损伤指数,并确定损伤模型参数取值,进而定量化揭示节点试件在加载过程中的损伤演化规律.试验与分析结果表明:酸雨腐蚀虽会使试件发生骨料外露、结晶析出、蚀洞形成等现象,但腐蚀后试件的核心区最大剪力仍小于现行规范计算的抗震受剪承载力阈值;随着腐蚀循环次数与硫酸根离子浓度的增加,试件梁端弯曲裂缝与核心区剪切裂缝出现较早且发展较快,节点承载能力、变形能力与耗能能力均逐渐减小,而核心区剪切占比与损伤发展速率则不断变大;具有较大轴压比的试件,节点承载能力相对较大,但变形能力较差,核心区剪切占比及损伤发展速率较大.

内置非贯通型钢STRC柱压弯承载力计算研究

采用内置型钢短柱对钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱节点进行增强。为明确该节点中内置非贯通型钢STRC柱的控制截面位置及压弯承载力,进行了内置不同长度型钢STRC柱及无型钢对比试件的拟静力试验及有限元模拟研究,分析了试件的受力机理及压弯承载力,探讨了型钢长度和钢管约束等因素的影响。研究结果表明:随着内置型钢长度增加,破坏截面有从型钢-混凝土过渡截面转移至柱根的趋势;增大钢管径厚比会削弱其抗弯贡献,从而减小过渡截面压弯承载力,影响破坏截面位置。基于试验及有限元分析结果,提出柱根及过渡截面压弯承载力计算模型,建立内置型钢临界长度的确定方法,研究结果为STRC柱的设计及节点中型钢的参数确定提供理论依据。

织物增强HDC加固砖柱受压性能试验研究

为研究纤维网格高延性混凝土(TRHDC)加固砖柱的受压性能,进行了8组砖柱的受压试验;基于各试件的破坏形态、承载力和加固面层横向拉应变,分析了不同加固方式、偏心距、纤维网格种类和层数对加固效果的影响.结果表明:TRHDC面层能够提高砖柱的整体性,改善其脆性破坏特征;砖柱承载力随玻璃纤维网格层数的增加而增大;由于碳纤维织物具有较高的抗拉强度和弹性模量,其约束效果优于玻璃纤维网格高延性混凝土;TRHDC面层的约束效果随着偏心距的增大而降低.评估了砌体结构设计规范和相关文献中的分析模型在预测TRHDC加固砖柱抗压强度及应变方面的适用性,理论值与试验值吻合较好.

考虑嵌固端约束作用的RC柱纤维单元模型研究

针对传统纤维单元未考虑嵌固端约束作用而导致钢筋混凝土(RC)柱的数值模拟精度降低问题,分析了嵌固端约束作用对RC柱破坏形态和传统纤维单元模拟精度的影响.选取文献中45根高剪跨比RC柱并建立实体单元模型进行数值模拟,结果表明建模方法合理可靠;进而剖析了嵌固端约束机理及嵌固端约束作用对RC柱承载力和延性性能的影响,明确了控制截面位置及其承载力计算方法,阐明了纤维单元数值积分点位置与控制截面位置、权系数与等效塑性铰长度的对应关系,提出控制截面位置计算公式和考虑嵌固端约束影响的等效塑性铰长度计算公式,建立了一种考虑固端约束影响的纤维单元模拟方法.通过对文献中45根RC试验柱的数值模拟分析,表明所提方法可合理考虑嵌固端约束影响,具有较好的适用性.

钢筋混凝土板裂缝对声发射波传播特征影响

目前利用声发射技术对混凝土结构进行裂缝定位或损伤检测时,并没有考虑已存在裂缝对声发射波传播特征的影响,这往往会使检测结果产生较大的偏差.为了探究裂缝参数对声发射波传播特征的影响,对3个不同保护层厚度的钢筋混凝土板试件进行了四点静力加载破坏试验和声发射测试,研究了裂缝深度、宽度、数量对钢筋混凝土板声发射波速和振幅衰减等传播特征的影响规律.试验和分析结果表明:裂缝深度对声发射传播特征的影响显著,声发射振幅衰减随裂缝深度增大而增大,声发射波速随裂缝深度增大而减小;声发射波速和振幅衰减几乎不随裂缝数量、宽度两参数变化而变化.在此基础上,提出考虑裂缝影响的修正波速时差定位法,进一步探讨了与采用传统时差定位法相比对钢筋混凝土损伤定位的影响,结果显示,基于修正波速的时差定位法对钢筋混凝土板进行损伤定位精度更高.

波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力研究

为研究波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力,考虑钢板厚度、钢板面层是否热浸镀锌等因素,对波纹钢板连接试件进行静力拉伸试验,并设计同等条件下平板连接试件试验为对照组.从试件的破坏模式、纵向接缝的滑移荷载、极限荷载、滑移位移和极限位移等方面进行分析.研究结果表明:热浸镀锌对连接试件的极限荷载基本无影响;当连接试件发生孔壁承压破坏时,波纹连接试件极限荷载比同等条件下平板连接试件高12%～20%,两者极限位移相差不大;当连接试件发生螺杆剪坏时,两者极限承载力基本相同,平板连接试件极限位移约为波纹板连接试件的1.3～1.7倍.通过规范计算结果与试验结果的对比分析,建议波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接的承载力偏于安全地按JGJ 99—2015计算.

690MPa高强钢薄壁方形截面轴压构件承载力直接强度法研究

与有效宽度法和有效屈服强度法相比,直接强度法更简单。采用ANSYS有限元软件建立模型分析了名义屈服强度f_(y)为690MPa高强钢薄壁方形截面轴压构件的极限承载力,并和直接强度法、修正的直接强度法相比较。主要参数:板件宽厚比b/t=23,30,40,50和60;构件长细比λ=20,30,40,50,60,70,80和90。研究结果表明:对f_(y)=690MPa的薄壁方形截面(b/t>20)轴压构件,采用直接强度法和修正直接强度法计算时,其稳定系数采用《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的a类曲线;对长细比70≤λ≤90的构件,3种方法均偏保守;对长细比20≤λ<70的构件,在大部分宽厚比范围内,Kwon等提出的修正直接强度法能较好地预测有限元计算结果,直接强度法偏于不安全,Shen Hongxia提出的修正直接强度法偏安全。

波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力数值分析

为研究波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力,建立ABAQUS有限元模型,探讨了端距、螺栓预拉力、波形对波纹板连接件承载力的影响.结果表明:为保证板件端部不被剪断,波纹板连接件的端距应不小于3 d 0;当波纹板连接件发生孔壁承压破坏时,承载力随预拉力的增加而增加,承载力计算公式建议按中国平板连接计算公式乘以1.1的增大系数考虑;当发生螺杆剪切破坏时,预拉力对承载力影响较小,波纹板连接件承载力按平板连接计算公式计算.

锈蚀RC框架柱性能劣化的模拟与评估

为研究钢筋的不均匀锈蚀对RC框架柱性能的影响。推导了钢筋锈蚀过程中混凝土裂缝扩展规律以及锈蚀产物沿钢筋环向的分布规律,建立了基于表观裂缝宽度的纵筋锈蚀程度评估模型。通过引入锈蚀影响系数提出了考虑不均匀锈蚀分布的锈蚀纵筋等效强度模型。基于已有试验结果分析了纵筋锈蚀和箍筋锈蚀的关系,建立了箍筋和纵筋锈蚀程度的关联模型。基于Mander的约束混凝土模型建立了锈蚀箍筋约束的混凝土模型。模型计算结果表明:钢筋锈蚀导致混凝土、钢筋强度显著降低,钢筋的不均匀锈蚀会对钢筋力学性能产生影响。基于OPENSEES平台和所提出的材料模型,建立了锈蚀RC框架柱的数值模型。根据已有试验资料,先后对本文所提出的纵筋锈蚀程度评估模型,箍筋和纵筋锈蚀程度关系模型,锈蚀箍筋约束混凝土模型,以及锈蚀RC柱的数值模型进行了验证。结果表明,本文模型具有较好的精度,锈蚀程度评估模型能够体现主要因素的影响,研究结果可用于既有混凝土结构的性能评估。

方钢管超高性能混凝土界面黏结滑移性能

为研究方钢管超高性能混凝土(UHPC)的界面黏结滑移性能,以钢管宽厚比、高宽比和UHPC强度为主要参数,设计了18个方钢管UHPC试件并对其进行静力推出试验.通过试验分析了试件的破坏过程与形态、荷载-滑移曲线、黏结强度和钢管纵向应变分布,结果表明:推出后的试件整体较为完整,钢管无鼓曲现象,加载端边缘处混凝土有一定损伤;加载端与自由端的荷载-滑移曲线形状基本一致,且曲线分为有明显峰值点的弱化型和无明显峰值点的强化型两类;黏结强度随宽厚比和高宽比的增加而减小,当宽厚比较大时,增大UHPC强度可以明显提高黏结强度;加载端的钢管纵向应变小于自由端,应变沿高度方向大致呈指数分布.从黏结强度的组成出发,忽略化学胶着力影响,通过确定界面摩擦和机械咬合应力的表达式,建立了方钢管UHPC在两种养护条件下的黏结强度计算模型,理论计算与试验数据符合较好.

无抗冲切钢筋的RC板柱节点受冲切承载力计算

为更精确地预测无抗冲切钢筋的钢筋混凝土(RC)板柱节点受冲切承载力,结合梁剪压破坏机理和修正压力场理论(MCFT),提出一种新的板柱受冲切承载力计算方法。首先,假定无抗冲切钢筋的RC板柱节点冲切荷载由上部剪压区混凝土提供的受剪承载力、斜拉区及受拉区中的骨料咬合力和钢筋的销栓作用共同承担;其次,分析剪压区和斜拉区及受拉区的不同受力状态,分别建立剪压区抗剪承载力计算式和斜拉区及受拉区抗剪承载力计算式;然后,通过统计分析和理论推导得到临界斜裂缝倾角、剪压区高度和受压区高度的计算公式;最后将两部分的抗冲切承载力贡献叠加,建立无抗冲切钢筋的RC板柱节点的受冲切承载力计算方法。使用该计算方法对文献中54个板柱节点试验结果进行验算,计算结果与试验值吻合较好,且变异系数较小。该计算方法可用于无抗冲切钢筋的RC板柱节点的冲切承载力的计算。

一般大气环境下锈蚀RC框架梁恢复力模型

对5榀一般大气环境下锈蚀RC框架梁进行拟静力试验,分析锈蚀程度对RC框架梁滞回性能的影响.基于试验结果,结合完好RC框架梁骨架曲线特征点参数,得到锈蚀RC框架梁骨架曲线模型.引入基于能量耗散的循环退化指数β_i,提出综合考虑锈蚀RC框架梁构件基本强度退化、软化段强度退化、卸载刚度退化和再加载刚度退化的滞回规则,进而建立适用于一般大气环境下锈蚀RC框架梁的恢复力模型.将建立的恢复力模型与试验滞回曲线进行对比,吻合情况良好,表明所建立的恢复力模型具有较高的精度,能较好地揭示一般大气环境下锈蚀RC框架梁的滞回特性.研究成果可为锈蚀RC结构弹塑性分析提供理论依据.

酸雨侵蚀箍筋约束混凝土本构模型研究

采用人工气候环境模拟技术模拟酸雨环境,对15组箍筋约束混凝土棱柱体试件进行加速腐蚀,进而进行轴压试验,研究了箍筋锈蚀对约束混凝土破坏形态、峰值应力、峰值应变、极限应变和应力-应变曲线形状的影响.基于Mander模型及现有研究成果,确定了未腐蚀试件本构模型峰值应力、峰值应变、极限应变和形状系数等参数的计算公式,并通过对试验结果的回归分析,得到了考虑箍筋锈蚀率影响的形状系数和各特征点参数修正系数拟合公式,最终建立了酸雨侵蚀箍筋约束混凝土本构模型.与试验结果对比发现,采用该模型计算得到的各试件峰值应力、峰值应变、极限应变及应力-应变曲线形状均与试验结果符合较好,表明所建立的本构模型能较为准确地反映遭受酸雨侵蚀箍筋约束混凝土力学性能,可用于该环境下RC结构剩余承载力及抗震性能评估.

双层柱间支撑框架在循环荷载下的破坏机理

为研究双层柱间支撑框架(steel two-tiered braced frames,简称STBF)的滞回性能及在罕遇地震作用下的破坏机理,对1个1/2缩尺STBF进行了往复加载试验。在试验基础上,又对31个经试验验证的STBF模型进行了数值模拟。分析了STBF在循环荷载作用下的破坏模式、变形和内力变化规律,研究了柱顶荷载、支撑长细比、支撑截面径厚比和层高比等参数对STBF破坏机理的影响。结果表明:STBF在循环荷载作用下,支撑破坏主要集中在某一层,该层支撑会出现较大支撑平面外屈曲变形,并可能发展为断裂破坏;由于上、下层支撑不同时破坏,导致柱产生支撑平面内弯矩;随着层高比的增大,STBF的耗能能力提高;当轴压比大于0.5或层高比小于0.5时,STBF可能由于柱失稳而过早破坏,建议柱轴压比不应大于0.5,且层高比不应小于0.5。