往复水平荷载下钢管再生混凝土柱的抗震性能试验

为研究方钢管再生混凝土柱在往复水平荷载作用下的抗震性能,基于现行设计规范,制作了4根方钢管再生混凝土试件进行拟静力加载试验,研究了再生骨料替代率、含钢率和轴压比这3种参数对试件抗震性能的影响。通过观察各试件的破坏过程和破坏形态,分析其滞回曲线、骨架曲线、延性系数、耗能能力及刚度退化规律发现：所有试件破坏形态都为柱脚的鼓曲破坏,与普通钢管混凝土柱相同;随着再生骨料替代率的上升,柱的极限承载力、延性系数及耗能能力都有所降低,但降幅不大;含钢率越大,柱的极限承载力明显提高,延性和耗能能力亦有所增加,抗震性能显著增强;轴压比对柱的极限承载力和延性有一定程度影响,轴压比越大,极限承载力越大,延性反而越差;从承载力、延性及耗能能力来看,在合理的轴压比和含钢率的前提下,方钢管再生混凝土柱具有较好的抗震性能,可用于抗震设防区。     

方钢管再生混凝土柱的抗震性能试验及设计参数影响分析

为了定量分析不同因素对方钢管再生混凝土柱在低周反复荷载下抗震性能指标的影响,选择再生骨料取代率、含钢率和轴压比为设计变化参数,开展了4根框架柱的拟静力试验。详细观测了框架柱破坏过程中及破坏后的形态,分析了实测滞回曲线,探究了设计变化参数对框架柱承载力、刚度、位移延性系数及耗能能力等抗震性能指标的影响规律。研究表明,方钢管再生混凝土柱的破坏形态同普通钢管混凝土柱相类似,都是柱底部钢管鼓曲、漆皮脱落及核心混凝土被压碎;随着再生骨料取代率的增大,柱的不同阶段的承载力、刚度、延性性能及耗能能力均有所降低;含钢率的增大对试件的位移延性系数、承载力、刚度、耗能能力起到有益作用;随着轴压比的提高,试件的延性性能及耗能能力有所降低,但其极限承载力、刚度却有所增加。     

T形钢管再生混凝土柱抗震性能的有限元非线性分析

为研究T形钢管再生混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能,在选择合适材料本构关系的基础上,采用有限元软件ABAQUS,模拟得到了3根不同再生骨料取代率下T形钢管再生混凝土柱的荷载-位移曲线,通过滞回曲线分析了不同替代率对试件水平承载力、延性和耗能能力的影响,并将轴压比、含钢率和钢材强度作为变化参数,用建立的有限元模型对T形钢管再生混凝土柱的抗震性能进行非线性分析。研究结果表明,不同取代率对试件的滞回曲线影响不大,所有柱的滞回曲线都非常饱满,说明T形钢管再生混凝土柱具有良好的抗震性能;轴压比对试件骨架曲线影响较大,随着轴压比的增大,试件水平承载力逐渐减小,且下降幅度变大,表现出更差的延性;含钢率对试件初始刚度和抗震性能影响很大,含钢率越大,试件初始刚度也越大,水平承载力和抗震性能也越好;钢材强度对试件的初始刚度影响不大,强度越大,试件的水平承载力越高,抗震性能越好;研究成果可供异性截面钢管再生混凝土结构的推广使用提供参考。     

异形钢管再生混凝土柱抗震性能有限元研究与影响因素分析

为研究T形钢管再生混凝土柱在不同影响因素下的滞回性能,以再生骨料取代率为变化参数,进行了3根试件的有限元模拟分析。基于已建立的模型,进行了轴压比、含钢率及钢材强度为参数的有限元分析。根据模拟得到滞回曲线和骨架曲线,分析了设计参数对位移延性系数、承载力、刚度和耗能能力等抗震指标的影响。研究结果表明,T形钢管再生混凝土柱的滞回曲线较为饱满,从梭形逐步发展到弓形;随着再生骨料取代率的增大,柱的极限承载力和塑性变形能力有所下降,但影响较小;随着轴压比的提高,柱的极限承载力减小,延性变差;随着含钢率的增高,柱的水平承载力和变形能力提高;钢材强度的提高对柱的抗震能力起到有益作用;基于结构滞回性能指标的要求,T形钢管再生混凝土柱可用于实际工程的需要。     

圆钢管全再生粗骨料混凝土柱抗震性能试验研究

为研究圆钢管全再生粗骨料混凝土柱的抗震性能,进行了圆钢管全再生粗骨料混凝土柱在竖向荷载和水平反复荷载下的拟静力试验,试验参数为含钢率和轴压比。通过各试件的破坏形态和破坏过程,分析了含钢率和轴压比对滞回曲线、刚度退化、耗能性能等抗震性能的影响。结果表明,钢管全再生粗骨料混凝土柱和普通圆钢管混凝土柱的破坏过程、破坏模式基本相同。含钢率越大,试件的水平承载力、延性越好;随着轴压比的增大,试件的水平承载力、耗能性能有增大的趋势,但试件的延性逐渐降低,可知圆钢管全再生粗骨料混凝土柱具有良好的抗震性能。     

钢管自密实再生混凝土短柱偏压受力性能研究

通过14根钢管自密实再生混凝土偏压短柱静力试验,研究了再生骨料替代率、膨胀剂掺量、含钢率和偏心距对钢管自密实再生混凝土偏压短柱受力性能的影响,得到了偏压试件的破坏形态、弯矩—曲率曲线、荷载—应变曲线、承载力、延性系数和耗能系数等数据,分析了各因素对偏压试件承载力、延性系数和耗能系数的影响规律。研究表明:增加含钢率可以增大试件的极限承载力、延性系数及耗能系数。掺加一定量的膨胀剂会使得试件极限承载力提高,延性系数和耗能系数降低。而增加再生骨料替代率会使试件的极限承载力降低,延性系数有提高趋势,耗能系数提高。增加偏心距,极限承载力降低。     

方钢管再生混凝土框架柱的非线性有限元分析

为进一步研究方钢管再生混凝土框架柱在地震反复荷载下的抗震性能,基于试验结果,选择合理的材料本构关系及破坏准则,采用有限元软件ABAQUS对试验中框架柱的抗震性能进行非线性分析,得到其荷载-位移滞回曲线。在此基础上对方钢管再生混凝土框架柱进行了参数分析,分析了核心混凝土等级、再生骨料替代率这2个参数对框架柱抗震性能的影响。研究结果表明,该模型的计算结果较为准确,计算得到的荷载-位移滞回曲线与试验实测结果吻合较好;提高核心混凝土等级,试件的承载力提高明显,但后期变形能力差,延性较差;增大再生骨料替代率可以明显改善试件的延性,但会降低试件所能达到的极限荷载。研究结果可供实际工程需要及试验设计参考。     

方钢管再生混凝土柱-钢梁节点的抗震性能试验与影响因素分析

为了研究方钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点在不同影响因素下的抗震性能,基于现行设计规范,以再生骨料取代率、粘结滑移、混凝土等级为设计变化参数,设计并制作了4根节点模型并进行了拟静力试验。详细观察了破坏过程,得到了实测滞回曲线。基于试验数据,详细分析了各设计变化参数对节点承载力、刚度、位移延性系数及耗能能力的影响程度。研究结果表明,各变化参数下的节点模型在破坏形态上都表现一致,均表现出钢梁翼缘的断裂破坏;不同再生骨料取代率对节点抗震性能影响不大;粘结滑移有否对节点抗震性能影响极小;混凝土等级越高,节点承载能力随之变大,但变形能力变差。研究成果可为方钢管再生混凝土柱-钢梁结构的推广和应用提供理论参考。     

低周反复荷载下方钢管再生混凝土框架柱损伤试验研究

为了更加深入的了解地震作用下方钢管再生混凝土框架柱的损伤演化过程,设计制作了4根方钢管再生混凝土框架柱模型,通过改变加载制度、轴压比和含钢率进行了低周反复荷载试验。通过观察试件的破坏失效过程得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力退化及耗能能力,并从损伤的角度出发分析了不同设计参数及加载制度对方钢管再生混凝土框架柱抗震性能的影响。研究结果表明,试件在地震作用下的损伤进程分为无损伤、损伤稳定发展及损伤急剧发展3个阶段;随着加载的持续进行,试件的损伤逐步加大,使得其承载力和刚度不断下降,从而导致试件的变形能力降低。该研究结果可供建立方钢管再生混凝土地震损伤模型作为参考,并为揭示损伤对方钢管再生混凝土柱力学性能的影响提供试验支撑。     

碳纤维布加固方钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究碳纤维布加固方钢管混凝土柱的抗震性能,基于现行设计规范,按1∶2比例制作了3根方钢管混凝土柱试件模型,其中1根为对比试件,另外2根先经碳纤维布加固,再进行低周水平荷载破坏试验,考察了轴压比对碳纤维布加固效果的影响。试验结果表明,碳纤维布加固提高试件极限承载力幅度较小,但能明显改善试件的延性性能,提高其耗能能力,增强了抗震性能;轴压比对碳纤维布加固效果有一定影响,随着轴压比的增大,碳纤维布加固后的方钢管混凝土柱的极限承载力提高幅度越大,但位移延性系数提高率越小,耗能能力下降;从提高极限位移、延性和耗能能力来看,碳纤维布加固方钢管混凝土柱是一种有效的加固方法。     

钢管再生混凝土柱-钢梁框架边节点恢复力模型研究

通过对2个矩形钢管再生混凝土柱-工字型钢梁框架边节点在低周反复荷载下进行的拟静力试验,分析了不同再生骨料取代率对节点抗震性能的影响,建立了该种类型节点的恢复力模型。研究结果表明,该类型节点滞回曲线饱满,拥有较好的抗震性能;不同再生骨料取代率对试件特征点的荷载影响不大,说明再生骨料取代率对节点抗震性能影响较小;建立的恢复力模型骨架曲线和滞回曲线与试验实测的具有较高的吻合度,可供矩形钢管再生混凝土柱-工字型钢梁框架结构的弹塑性地震反应分析参考;矩形钢管再生混凝土柱-工字型钢梁框架边节点具有良好的抗震性能,可以在高烈度抗震设防区域中的高层建筑中推广使用。     

方钢管混凝土柱加固后抗震性能试验研究

方钢管混凝土柱是框架结构主要抗侧力构件,决定着整个建筑的抗震性能。为改善方钢管混凝土柱抗震性能,提出了外包碳纤维布和外包钢套加固柱的方法。通过低周反复荷载作用下3根加固方法不同的方钢管混凝土柱的试验结果,对比了外包碳纤维布和外包钢套加固柱2种方法的加固效果,分析了相应的加固机理。通过对试件滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、承载力和刚度退化等抗震性能指标分析结果表明,碳纤维布加固对承载力和刚度提高不明显,但明显改善了试件的延性,从而提高了试件的抗震性能;外包钢套加固在提高柱承载力、刚度及抗震性能方面均具有显著效果;从提高承载力和耗能能力来看,外包钢套用于方钢管混凝土柱的抗震加固效果更优。     

矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架边节点的抗震性能试验

为研究矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架节点的抗震性能,基于现行规范,按照1/2的缩尺比例设计2个节点模型。这2个节点模型分别填充再生骨料取代率为50%、100%的核心混凝土,考察了不同再生骨料取代率对节点抗震性能的影响,进行了低周反复荷载破坏试验并详细观察了节点模型在加载过程中的破坏形态。通过分析试验相关实测数据可知,矩形钢管再生混凝土柱-工字形钢梁框架节点的破坏形态表现为梁段形成塑性铰的弯曲破坏,满足了"强柱弱梁"的延性抗震设计要求;钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点具有良好的延性和耗能能力,可在抗震设防区推广使用;2个试件的滞回曲线相差不大,不同再生骨料取代率对该类型节点的抗震性能不产生明显影响。     

钢管再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能非线性有限元分析

为了研究钢管再生混凝土柱-钢梁框架节点的抗震性能,基于已进行的试验,在选取合适的本构关系后,选用大型有限元软件ABAQUS对试验中的不同再生骨料取代率下框架节点进行非线性分析;并在已建立的模型的基础上,改变轴压比和梁柱线刚度比参数,探究不同试验参数对节点抗震性能的影响。研究结果表明,将理论计算得到的滞回曲线和实测滞回曲线对比后发现吻合较好,钢管再生混凝土柱-钢梁节点具有较好的耗能能力,不同骨料取代率对节点的抗震性能影响不明显;轴压比对节点弹性阶段无明显影响,增大轴压比不利于节点的后期承载力;梁柱线刚度比越大,有利于节点的初始刚度和承载能力的提高;研究成果可为该类节点的工程实际应用提供理论支撑。     

方钢管再生骨料混凝土短柱轴压力学性能研究

研究方钢管再生骨料混凝土短柱轴压力学性能,以再生骨料取代率、含钢率和不同再生骨料种类为参数,通过试验观测试件的破坏形态,记录荷载—位移、荷载—应变、极限荷载等数据,分析了3种影响因素对试件力学性能的影响。试验结果表明方钢管再生骨料混凝土短柱的最终破坏形态与普通钢管混凝土相似,随着再生骨料取代率的增大,钢管再生骨料混凝土刚度增大,承载力逐渐降低,在实际工程中建议再生砖骨料取代率控制在30%以内;随着含钢率的增大,试件抵抗变形的能力越强,承载力越高。     

低周反复荷载作用下外包钢套加固方钢管混凝土柱试验研究

通过3根方钢管混凝土框架柱试验,研究了外包钢套加固后柱的抗震性能,进行了柱加固和加固后的低周反复试验,探讨了不同钢套厚度对外包钢套加固柱抗震性能的影响。通过分析柱的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、极限承载力、耗能能力及刚度退化等参数可知,外包钢套固柱的破坏形态仍为压弯破坏,该方法显著提高了柱的承载力和刚度,抗震性能得到了很大提高,说明外包钢套加固是一种合理且有效的抗震加固方法。提出了外包钢套加固方钢管混凝土柱的受弯承载力计算公式,计算与实测结果吻合较好。     

碳纤维布加固方钢管混凝土柱恢复力模型研究

通过对3根方钢管混凝土柱低周反复荷载试验,得到了碳纤维布加固柱的滞回曲线和强度退化规律,分析了轴压比对碳纤维布加固试件抗震性能的影响。试验结果表明,碳纤维布加固能增强方钢管混凝土柱的抗震性能,是一种有效的加固方法。基于试验结果,采用回归分析的方法建立了碳纤维布加固方钢管混凝土柱的恢复力模型,并详细描述了该模型的滞回规则。该模型的骨架曲线由弹性段、硬化段、退化段组成三折线骨架曲线,给出了骨架曲线各阶段刚度计算公式。比较试验骨架曲线与计算值可知,两者较为符合,所提出的恢复力模型能较全面的反映试件的实际受力性能,可供碳纤维布加固钢管混凝土柱及其结构非线性地震反应分析及抗震加固应用。     

方钢管混凝土柱的地震损伤模型

为建立方钢管混凝土构件的双参数损伤模型,通过7根方钢管混凝土柱在低周反复荷载作用下的滞回性能,获得了各构件破坏时的累积滞回耗能,通过回归分析得到了适合方钢管混凝土柱的双参数损伤模型。研究表明:方钢管混凝土柱在模型中的耗能因子β应为0.042;大于圆钢管混凝土柱的耗能因子,方钢管混凝土柱基于累积滞回耗能的损伤比例要远大于圆钢管混凝土柱。模型的建立对于方钢管混凝土结构的抗震设计及震害分析都具有重要的指导意义。     

方钢管再生混凝土长柱轴压力学性能试验研究

以再生骨料取代率、含钢率、长细比以及不同再生骨料种类为参数,通过试验得到了试件破坏形态、荷载—位移、荷载—应变等数据,试验结果表明:加再生砖骨料的钢管再生混凝土柱与一般钢管再生混凝土柱相比在弹性段没有差异,但在下降段轴压刚度下降较快,当砖含量为50%时承载力和刚度均下降较多,含钢率越高抵抗变形的能力越强,承载力越高。     

基于纤维模型的圆钢管混凝土柱的抗震性能

基于纤维模型宏观单元和开源软件Open SEES,对圆钢管混凝土柱在低周静力反复荷载下的荷载–位移滞回曲线进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好;以含钢率、轴压比、材料强度为参数,数值模拟了这些参数对圆钢管混凝土柱滞回骨架曲线的影响,分析了各参数对圆钢管混凝土柱的抗震性能的影响。结果表明,随着含钢率的提高,柱的承载力、弹性阶段刚度会相应提高;随着轴压比提高,其延性降低,其抗震性能变差;随着钢材强度的提高,试件的承载力也会随之提高;对于非高强混凝土,其强度对试件最大承载力、弹性阶段刚度影响不明显。