矩形钢管高强混凝土框架抗震性能分析

为研究地震作用下矩形钢管高强混凝土框架的破坏机理和抗震性能,进行了单跨两层矩形钢管高强混凝土框架低周反复荷载试验和有限元分析. 考察结构试件在试验过程中塑性铰出现的位置、顺序及塑性发展程度,研究其破坏机制和破坏模式. 研究结构滞回曲线与骨架曲线,分析其承载能力、变形能力、耗能能力以及强度和刚度退化情况. 在此基础上,采用有限元软件Perform-3D对矩形钢管高强混凝土框架试件进行参数分析,研究了轴压比、钢材屈服强度及静力弹塑性分析水平侧向力加载模式等对结构抗震性能影响. 结果表明:矩形钢管高强混凝土框架试件呈梁铰破坏形态,并具有承载能力高、变形能力和耗能能力强的特点. 试件平均峰值荷载较屈服荷载提高了1.68倍;顶层和底层最大层间位移角分别为1/30和1/27,分别超过了规范规定限值的66.7%和85.2%. 延性系数分别超出了规定限值的58.5%和60.0%;轴压比对结构抗震性能影响显著. 当轴压比大于0.6时,结构承载能力与变形能力明显降低;水平侧向力加载模式对结构承载能力影响大. 均匀加载模式下结构承载能力最大,顶点加载模式下最小,倒三角形加载模式居于二者之间. 研究成果可为矩形钢管高强混凝土框架结构抗震设计提供参考.      

拱桥加固中新老混凝土结合面的受力性能

结合工程实例,制作了2个拱圈试件,通过一次性加载破坏试验,对试件的破坏特征、新老混凝土结合面的工作性能及应力、应变分布进行了研究.试验结果表明:受荷初期,结合面的抗剪主要由无植筋时新老混凝土的粘结承担;当剪应力达到新老混凝土粘结抗剪强度后,主要由植筋承担.在裂缝附近区域、靠近裂缝和远离裂缝的非裂缝区域,结合面的粘结剪应力分布不同,主要区别在纵向钢筋开始屈服到试件破坏阶段.在此阶段,裂缝附近区域结合面的粘结剪应力随荷载增大线性减小,在靠近裂缝的非裂缝区域基本不变,而在远离裂缝的非裂缝区域线性增大,直至试件破坏.粘结剪应力最大值出现在拱顶裂缝附近.     

高强螺栓抗剪连接件推出试验数值模拟

在预制混凝土板中采用可拆卸螺栓连接是缩短施工时间、优化施工工艺的方法之一。提出一种新的螺栓连接件形式,利用ABAQUS有限元软件对连接件推出试验进行了精细化的有限元模拟,并分析了不同参数下的荷载-滑移曲线和破坏行为。提出的精细化有限元数值模拟方法能够较为准确地再现高强螺栓抗剪连接件推出试验的受力性能和破坏模式。通过有限元模拟可知,在预紧力和螺杆直径满足抗剪要求的前提下,螺栓连接件推出试验的荷载-滑移曲线受螺栓预紧力大小、混凝土板预留孔径大小的影响较大,而基本不受螺栓螺杆直径的影响。     

薄钢板PEC柱-削弱截面钢梁框架层间抗震试验研究

为研究薄钢板组合PEC柱(强轴)-削弱截面钢梁组合框架的层间抗震性能,设计制作1榀组合框架中间层子结构1∶2缩尺试件并对其进行水平循环往复荷载抗震试验.基于试验现象和测试数据整理,得到了试件破坏模式与滞回特征曲线,并对试件水平抗侧刚度、耗能性能和变形模式等进行了分析.研究结果显示:采用梁端截面削弱方式可通过梁端塑性铰形成位置偏离节点区以满足"强节点"的抗震要求;试件整体与层间中间层位移延性系数分别大于4.05和4.81,对应等效粘滞阻尼比最大值分别为0.288和0.286;试件结构水平抗侧刚度沿高度均匀分布,侧移变形呈理想倒三角弯剪型侧移变形模式;试件结构破坏模式为梁端削弱截面充分屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构,且其承载力下降到极限承载力85%时,对应试件整体与层间侧移角分别为0.043 3 rad和0.039 4 rad,相应超过框架结构大震层间侧移限值0.035 0 rad,说明试件结构具有良好的抗震延性.     

基于性能的三层全钢管混凝土框架试验研究

为了研究全钢管混凝土框架结构的抗震性能,对一榀单跨3层方钢管混凝土柱-矩形钢管混凝土梁框架结构进行拟静力试验,研究了该结构的滞回性能、延性、承载力与刚度退化、耗能能力等性能指标,并通过有限元模拟,分析了矩形钢管混凝土梁的受力机理.研究结果表明:此类全钢管混凝土框架结构滞回曲线饱满,延性系数大于3,层间位移转角在1/43~1/27之间,层间塑性变形能力随着框架柱长细比及梁柱线刚度比的增加逐渐减小,等效粘滞阻尼系数在0.115~0.441之间,强度退化不明显,但刚度退化较为明显;在加载过程中,梁端、柱根部屈服后,随着荷载的增加,中和轴向受压区逐渐移动,极限荷载时混凝土受拉区达到最大.     

暗支撑型钢混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为了研究不同数量暗支撑对型钢混凝土剪力墙的抗震性能影响,选取4个剪跨比为1.75的矩形截面型钢混凝土剪力墙试件进行了低周反复荷载下的试验研究（其中1个为普通剪力墙对比试件,3个为工字钢暗支撑剪力墙试件）,对比分析了不同数量暗支撑条件下型钢混凝土剪力墙试件的破坏特征、承载力、刚度、延性、滞回特性及耗能能力.试验研究表明:带暗支撑型钢混凝土剪力墙试件的裂缝细密且分布区域较大,塑性铰发展充分,滞回曲线饱满,耗能能力明显提高;带暗支撑型钢混凝土剪力墙试件的屈服荷载和极限荷载相比普通剪力墙分别提高了88.76%和91.97%,极限位移角提高26.67%,抗震能力比对比试件显著提高.      

预应力外包钢混凝土矩型梁抗弯承载力计算公式

外包钢混凝土结构具有构造简单、连接方便、使用灵活、承载力高及延性好等优点,但作为受弯构件,其抗裂性能及抗弯刚度等优势不是很明显。对其施加预应力,形成预应力外包钢混凝土结构,可以进一步提高构件的承载能力,增加其抗弯刚度,提高其抗裂性能,增加其耐久性。分析预应力外包钢混凝土矩型受弯构件结构及受力特点,以外包钢屈服、受压混凝土是否达到极限应变值及预应力钢筋是否屈服为条件,将预应力外包钢混凝土受弯构件的破坏模式归纳为四种,给出其相应抗弯承载力理论计算公式。     

钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱抗震性能影响

为了研究钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱在地震荷载下的弹塑性滞回性能的影响,采用有限元OpenSEES对试验墩柱进行了有限元数值模拟,同时参数分析了在改变墩柱延性、钢筋屈服强度、混凝土的约束以及加载历程对粘结滑移曲率的影响。分析结果表明：考虑钢筋粘结滑移的模型能较好地反映滞回曲线的“捏拢”效应以及墩柱强度与刚度的退化作用,与实际结果模拟较好,可供钢筋混凝土墩柱数值模拟和地震反应分析参考。     

高韧性混凝土损伤容限特性研究

通过三点弯曲试验研究了高韧性混凝土的损伤容限特性。研究结果表明,高韧性混凝土具有优秀的控制裂缝发展的能力以及抵抗由缺陷、裂纹或其它损伤而导致破坏的能力。与基体相比,高韧性混凝土的起裂荷载提高了约4倍,峰值荷载提高了约5倍,峰值荷载对应的裂缝口张开位移提高了约50倍,高韧性混凝土试件的荷载-裂缝口张开位移曲线更加丰满,其破坏模式为多缝开裂的延性破坏。     

大跨连续刚构桥双肢薄壁高墩抗推承载力试验研究

针对张家界太极溪特大桥的双肢薄壁高墩的抗震性能,以相似比1∶16制作该桥墩的缩尺模型,对试件进行单调低周荷载的加载。结果表明:试验墩的破坏模式主要呈现"弯剪破坏模式",双肢薄壁墩相较同类型高桥墩的延性有着明显提高,滞回曲线捏缩效应非常明显。通过原桥桥墩的有限元模型与试验墩做对比,得到有限元计算结果与试验结果相一致。并使用ANSYS对该桥墩的横向布置、双肢间距与刚度的影响做了探究,改变横梁布置可以非常明显地提升该类桥墩的峰值荷载,即明显提高了其抗推承载力。且适当增大双肢间距或提高双肢刚度可以在保证该桥墩抗推承载力不变的同时,显著提升其延性性能,而减小双肢刚度使其抗推承载力与延性性能均由于压弯破坏而明显减小。     

撞击荷载作用下盾构隧道接头螺栓失效及参数分析

为了研究高速列车脱轨撞击盾构隧道时接头螺栓参数对螺栓失效和管片的影响. 基于ABAQUS有限元软件,建立了盾构隧道管片衬砌分块拼装式模型,利用时速200 km/h列车12.5° 斜向撞击荷载曲线,通过设置接触面单元和具有抗拉、抗剪、抗弯3种刚度组合的连接单元,近似模拟了盾构隧道接缝混凝土接触效应和螺栓连接效应,开展了不同螺栓直径和不同螺栓强度级别下管片接头螺栓的失效研究. 研究结果表明:在列车撞击荷载作用下,接头螺栓主要发生拉伸失效和剪切失效两种失效状态,失效后螺栓拉力和剪力降低为0,并且螺栓失效一般是相对列车行进方向相继出现的;拉伸失效通常出现在被撞块后端纵向螺栓,而被撞块环向螺栓和前端纵向螺栓一般发生剪切失效;各螺栓发生失效的时间随着接头螺栓强度级别的提高或螺栓直径的增大有所延后;不同螺栓参数下被撞块管片位移极大值均在6 cm左右,提高接头螺栓的强度级别和增大螺栓直径,将减小被撞块管片最终位移较大值区域面积以及最终位移极大值的数值,但管片最终位移极大值数值的减幅在10%以内,说明改变螺栓参数无法明显减小管片最终位移.      

基于损伤和能量耗散的钢筋混凝土柱抗震性能研究

从PEER数据库中选取7根钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的试验数据,在分析了不同轴压比和配箍率下各试件的滞回特性、延性指标和割线刚度退化等的基础上,基于钢筋混凝土构件的Park-Ang双参数破坏准则,研究了构件损伤与耗能的关系、轴压比和配箍率对滞回耗能和损伤演化的影响。结果表明,轴压比较小和配箍率较高的试件,滞回曲线较为饱满,具有较好的延性性能;在一定范围内,增大轴压比或配箍率可以提高试件的屈服位移、屈服荷载和峰值荷载;加载前期,试件的损伤主要由位移首次超越引起,累积耗能对试件损伤影响相对较小,随着位移幅值的增大,累积耗能对试件损伤的贡献逐渐加大;配箍率相同的情况下,减小箍筋的间距对改善钢筋混凝土抗震性能有显著作用。     

PBL剪力键荷载-滑移关系试验研究

为研究PBL剪力键(perfobond rib shear connector)加载全过程的结构行为,对11组37个试件进行了静载破坏试验,研究了PBL剪力键在各工作阶段下的荷载-滑移曲线及破坏特征.采用归一化方法分析了混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力对PBL剪力键各工作阶段荷载-滑移关系的影响,提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式.研究结果表明:在弹性段内,PBL剪力键的荷载-滑移关系呈线性,曲线斜率与混凝土榫抗剪刚度有关,在弹塑性段和强化段内,荷载-滑移关系呈幂函数,其系数与混凝土榫抗剪刚度、贯穿钢筋抗拉能力成线性关系;开孔孔径45、60 mm的PBL剪力键中,贯穿钢筋的合理直径分别为16、20 mm.     

车站洞门环梁与隧道管片连接螺栓的粘结-滑移

地铁车站洞口的混凝土环梁与隧道管片之间一般通过螺栓连接,螺栓往往以预埋的方式锚入车站环梁内,并且与握裹它的混凝土之间存在粘结-滑移变形,这对环缝张开宽度和环梁结构损伤发展都可能产生影响,为进一步明确其中的机理及影响程度,参考既有的粘结-滑移本构模型,利用可细化分析粘结-滑移的有限元分析平台,在充分考虑材料非线性特征的基础上,针对3种不同型号螺栓,分别考虑锚固长度足够和不足两种情况,分析了螺栓在环梁内的粘结-滑移,以及环缝宽度增大的过程;通过量化分析粘结应力和螺栓应力沿螺栓长度的分布,揭示了粘结-滑移对环缝宽度发展的影响机制. 分析表明:采用粘结-滑移模型时,得到的螺栓连接刚度介于嵌固模型和弹簧模型之间,粘结-滑移变形对盾构管片和车站环梁之间环缝宽度的影响不可忽略;仅考虑受拉影响,即便在锚固长度足够的情况下,当螺栓接近屈服时,螺栓与环梁间的粘结-滑移变形在环缝张开宽度中占比最大可达30%,螺栓屈服后,这个滑移占比会随环缝扩展降至8%以下,受此影响,考虑粘结-滑移的螺栓抗拉刚度最低约为完全嵌固模型的1/3.       

FRP约束混凝土柱强度和延性性能试验研究

为研究碳纤维增强复合材料CFRP对约束混凝土柱延性性能的影响,玻璃纤维增强复合材料GFRP对约束混凝土柱的强度和延性的改善效果,以及高强度CFRP以外的其他材料的约束效应,并分析它们在约束混凝土柱中的作用机理,通过对纤维增强复合材料FRP约束柱布置纵向、环向位移传感器进行单轴压缩试验,由裂纹走向及破坏形态总结出了FRP约束柱的破坏过程,根据荷载-应变曲线、荷载-位移曲线研究了FRP约束混凝土圆柱的强度和延性性能。研究结果表明:(1)CFRP和GFRP作为约束材料,都可以产生强的约束效应,提高约束混凝土的强度,CFRP、GFRP约束混凝土强度分别增加了29.2%和58.6%;(2)强约束作用下,CFRP和GFRP约束混凝土柱的强度和延性性能得到显著改善;(3)由于单一FRP材料的线弹性性质,FRP约束混凝土柱破坏时脆性特征明显;(4)与CFRP相比,变形性能较好的GFRP能更好地改善混凝土柱的延性性能,设置1层GFRP相比1层CFRP延性可提高61.9%,设置2层GFRP相比2层CFRP延性可提高63.6%。     

低屈服点波形钢板剪力墙减震耗能性能数值分析

为了研究低屈服点波形钢板剪力墙（corrugated steel plate shear wall,CSPSW）新型抗侧向荷载系统减震耗能性能，利用有限元软件ABAQUS，对16个CSPSW有限元模型进行横向单调和循环荷载作用下的减震耗能性能数值分析，并以波形钢板屈服强度和板厚为关键参数，综合分析其对结构抗侧性能、滞回性能、刚度退化、延性和能量耗散等性能的影响规律.研究结果表明：低屈服点CSPSW与普通钢板剪力墙初始刚度相同，但抗侧性能弱于后者；与普通屈服强度CSPSW相比，低屈服点CSPSW滞回曲线更饱满，耗能性能更好，且延性更好；随着波形钢板屈服强度降低，低屈服点CSPSW延性和耗能性能均提高，结构水平刚度退化加快；随着波形钢板厚度增大，低屈服点CSPSW初始刚度和结构耗能性能均提高，承载能力变化较小.     

方中空不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能

为促进方中空不锈钢管混凝土构件在土木工程中的应用，以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象，首先，进行轴压试验，得到了不同试件在轴压荷载作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线，并进一步分析了不锈钢方管宽厚比、核心混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对方中空不锈钢管混凝土短柱极限承载力的影响；然后，初步讨论了倒角对强度和延性的影响，提出了避免内管先于外管屈曲的最小厚度计算方法；最后，基于试验结果以及已有文献数据，采用拟合方法推导了方中空不锈钢管混凝土短柱的抗压承载力计算式，并与已有文献的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比.研究结果表明：试件宽厚比由34.9降至20.9，极限承载力的提升率平均为98.5%，核心混凝土强度由C40提升至C60时，试件极限承载力的提升率平均为7.3%；短柱的轴压极限承载力随约束效应系数近似呈线性增加，约束效应系数ξ越大，短柱的承载力越高；本文得到的计算式可以较好地预测方中空不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力.     

U型外包钢-混凝土组合梁延性的试验研究

为探讨U型外包钢．混凝土组合梁的延性,对9根U型外包钢-混凝土组合梁进行了试验研究,研究了其延性与破坏类型之间的关系,根据试验结果,用灰色系统理论对影响U型外包钢-混凝土组合梁延性的主要因素——混凝土翼缘板宽度、剪力连接系数、混凝土强度、横向配筋率和底部钢板的屈服强度——进行了分析,并在此基础上用有限元软件ANSYS对上述5个因素对组合梁延性的影响规律进行了定量分析．最后,基于试验和数值模拟结果,建立了U型外包钢,混凝土组合梁位移延性系数的计算公式,试验和数值分析结果表明：U型外包钢,混凝土组合梁的延性主要取决于它的破坏类型,其位移延性系数为2．4～4．3;发生延性破坏的U型外包钢,混凝土组合梁的位移延性系数高于相同用钢量的钢筋混凝土梁。     

超高性能混凝土深梁受剪性能

为促进超高性能混凝土(UHPC)深梁的应用, 进行了4根以混凝土强度为主要参数的UHPC深梁受剪性能试验, 并开展了C40和C80混凝土深梁的对比试验; 分析了UHPC深梁的荷载-挠度曲线、破坏模式、钢筋应变、裂缝形态与极限荷载; 为探讨现有普通混凝土深梁受剪承载力计算方法是否可用于UHPC深梁, 应用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)对6根深梁试件进行了抗剪强度计算。研究结果表明: 混凝土强度越大, 在相同荷载下深梁的刚度越大, 在深梁开裂前的弹性阶段, UHPC试件刚度随钢纤维掺量的增大略有增大; 与C40和C80混凝土深梁一样, UHPC深梁裂缝包括弯剪裂缝和腹剪裂缝, 当荷载分别为13%~22%和18%~34%极限荷载时, 两类裂缝先后出现; UHPC深梁在加载全过程中梁、拱受力机制共存, 加载前期梁受力机制起主导作用, 后期则拱受力机制起主导作用; UHPC深梁裂缝多而密, 发生剪压破坏, 在支座上端反拱区不产生裂缝, 而C40和C80混凝土深梁出现斜压破坏, 且在支座上端反拱区产生裂缝; 试验梁受剪承载力随混凝土强度的增大约呈指数式增大, 混凝土强度从C40增大到C80、C190时, 其受剪承载力分别增大了30.76%和201.92%;采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中方法计算的UHPC深梁受剪承载力与试验值比值的均值为0.89, 均方差为0.15, 在没有更精确的计算方法之前, 该计算方法暂时可用。      

无粘结预应力混凝土框架抗震性能的试验研究

通过2榀2种类型(梁和柱均配置无粘结预应力钢筋和仅梁配置无粘结预应力钢筋)无粘结预应力混凝土框架模型在水平低周反复荷载作用下的试验，对其破坏形态、延性、强度、刚度及能量耗散能力等进行了研究．试验结果表明：能量主要由框架的非预应力构件承担，而且主要集中在框架柱上；对于梁和柱均配置无粘结预应力钢筋的框架，能量大部分集中于框架的中柱．