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无黏结预应力型钢混凝土梁-型钢混凝土柱框架抗震性能研究

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建筑结构学报 2023年第4期44卷 227-236页

作者：姚刚峰熊学玉苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011 同济大学土木工程学院上海200092

为研究无黏结预应力型钢混凝土(UPSRC)结构的抗震性能,对1榀由UPSRC梁和型钢混凝土(SRC)柱构成的8.2 m跨长框架进行了水平反复加载试验。根据已有文献中普通SRC及有黏结预应力型钢混凝土(BPSRC)框架的试验结果,对比研究了UPSRC框架的破... 详细信息

为研究无黏结预应力型钢混凝土(UPSRC)结构的抗震性能,对1榀由UPSRC梁和型钢混凝土(SRC)柱构成的8.2 m跨长框架进行了水平反复加载试验。根据已有文献中普通SRC及有黏结预应力型钢混凝土(BPSRC)框架的试验结果,对比研究了UPSRC框架的破坏机制、刚度退化、能量耗散以及残余变形等抗震特性。结果表明:水平反复荷载作用下UPSRC框架在梁端及柱底位置形成塑性铰,以截面受弯破坏为主;达到80%的峰值荷载设计值后卸载,梁端预应力布置侧的裂缝均基本闭合;UPSRC框架的耗能能力和变形恢复能力介于SRC框架和BPSRC框架之间,SRC框架耗能能力最强,而BPSRC框架自恢复能力最优。另外,设计了4个分别采用UPSRC、BPSRC、SRC及普通无黏结预应力混凝土(UPC)梁的两跨三层平面框架模型,且各梁按受弯承载力相近原则设计。其中,UPSRC梁的总含钢量高于UPC梁的,但低于SRC梁的。利用OpenSEES程序对4个模型进行动力时程分析,对比发现,各框架中梁的总用钢量越大,梁端的损伤程度会降低,但相应的柱端损伤更严重。

关键词：预应力型钢混凝土无黏结拟静力试验抗震性能 OpenSEES模型结构损伤

预制预应力混凝土双T板受弯性能足尺试验研究

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建筑结构学报 2022年第2期43卷 127-136,172页

作者：熊学玉葛益芃姚刚峰同济大学建筑工程系上海200092 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海200092

预应力混凝土双T板适用于大跨、重载结构,广泛应用于北美的装配式停车场结构中,近年来也逐渐在我国工程中得到应用。为全面掌握大跨度双T板在服役阶段的受力性能,结合国内首座装配式公交停车场项目,设计4块先张法预应力双T板足尺试件,... 详细信息

预应力混凝土双T板适用于大跨、重载结构,广泛应用于北美的装配式停车场结构中,近年来也逐渐在我国工程中得到应用。为全面掌握大跨度双T板在服役阶段的受力性能,结合国内首座装配式公交停车场项目,设计4块先张法预应力双T板足尺试件,跨度分别为11.980 m和13.180 m,并对其进行三分点单调加载试验,实测各试件从台座张拉锚固至加载前预应力筋有效预应力的变化,并结合我国GB 50010—2010和欧洲BS EN1992-1-1:2004进行了分析。对加载过程中试件的钢筋和混凝土应变、开裂荷载、裂缝发展、变形、正截面承载力等进行了研究。结果表明:预应力筋张拉锚固后实际预应力与设计值最大偏差达14%,应有可靠的措施保证有效预应力达到设计要求;我国GB 50010—2010对双T板最大裂缝宽度的计算值偏小,但对开裂弯矩、短期刚度和正截面承载力的预测较准确;各试件具有良好的变形能力,位移延性系数在3.27~5.04之间。

关键词：双T板预应力混凝土足尺试验受弯性能有效预应力位移延性

预应力SRC梁截面受弯承载力实用设计方法研究

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建筑科学 2023年第11期39卷 97-104页

作者：姚刚峰熊学玉苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室江苏苏州215011 同济大学土木工程学院上海200092

为获得简便、精确的预应力型钢混凝土(PSRC)截面受弯承载力解析计算方法,参考国内外有关型钢混凝土结构的规范准则,给出了两种针对PSRC受弯构件的实用方法,包括叠加法和截面塑性应力分布法。首先,利用收集的35个PSRC简支梁试验数据,对... 详细信息

为获得简便、精确的预应力型钢混凝土(PSRC)截面受弯承载力解析计算方法,参考国内外有关型钢混凝土结构的规范准则,给出了两种针对PSRC受弯构件的实用方法,包括叠加法和截面塑性应力分布法。首先,利用收集的35个PSRC简支梁试验数据,对包括预应力规范方法(方法1)、叠加法(方法2)和截面塑性应力分布法(方法3)在内的3种方法的适用性进行初步研究。经分析发现,方法1与方法3均具有较高计算精度,计算与实测极限弯矩比值(Mu,c/Mu,t)的平均值皆为0.96,但方法1的适用范围具有局限性;方法2计算结果则整体偏低,Mu,c/Mu,t的均值为0.84。设计参数方面,混凝土强度及是否设置栓钉对各方法计算精度的影响最显著。其次,利用OpenSEES数值模型深入研究了截面中性轴位置的影响,可知中性轴位置对方法1和方法3精度的影响基本可忽略,而方法2计算精度则随中性轴的升高而明显降低。

关键词：预应力型钢混凝土受弯承载力实用方法中性轴适用性

基于修正的软化拉压杆模型的RC框架边节点受剪性能研究

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工程力学 2022年第6期39卷 55-71页

作者：熊学玉谢一凡姚刚峰同济大学建筑工程系上海200092 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海200092 苏州科技大学土木工程学院苏州215011

在软化拉压杆模型(Softened strut and tie model, SSTM)基础上,针对边节点受力特点,建议采用更准确的混凝土斜压杆倾角计算公式,并基于44个RC框架边节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线的试验数据,拟合了软化混凝土本构曲线,提出修正的软... 详细信息

在软化拉压杆模型(Softened strut and tie model, SSTM)基础上,针对边节点受力特点,建议采用更准确的混凝土斜压杆倾角计算公式,并基于44个RC框架边节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线的试验数据,拟合了软化混凝土本构曲线,提出修正的软化拉压杆模型(Modified softened strut and tie model, MSSTM)。使用传统SSTM模型、约束斜压杆模型和MSSTM模型分别对91个边节点受剪承载力(其中56个发生节点核心区剪切破坏)、26个边节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线进行计算。结果表明:MSSTM模型对受剪承载力以及剪应力-剪应变骨架曲线的预测效果整体优于SSTM模型和约束斜压杆模型。就承载力而言,SSTM模型、约束斜压杆模型和MSSTM模型的计算值与试验值之比的均值分别为1.028、1.203和0.995,变异系数分别为0.230、0.273和0.164。MSSTM模型计算结果更准确且离散性更小。此外,MSSTM模型可较好预测应力-应变曲线上的特征参数,尤其是峰值剪应力和开裂刚度。两者计算与试验结果比值的均值分别为1.14和1.02。

关键词：框架边节点修正的软化拉压杆模型软化混凝土本构曲线受剪承载力剪应力-剪应变骨架曲线

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考虑箍筋约束的预应力型钢高强砼梁延性分析

哈尔滨工业大学学报 2018年第6期50卷 161-168页

作者：姚刚峰熊学玉同济大学建筑工程系上海200092 先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学) 上海200092

预应力型钢高强混凝土(PSRHC)梁具有承载力高、截面尺寸小等特点,适用于大跨度、重荷载的建筑结构.为掌握不同设计参数对PSRHC梁构件延性性能的影响,利用数值方法,进行了PSRHC梁静力性能的模拟及多参数分析.首先,基于截面纤维模型,建立... 详细信息

预应力型钢高强混凝土(PSRHC)梁具有承载力高、截面尺寸小等特点,适用于大跨度、重荷载的建筑结构.为掌握不同设计参数对PSRHC梁构件延性性能的影响,利用数值方法,进行了PSRHC梁静力性能的模拟及多参数分析.首先,基于截面纤维模型,建立了可考虑箍筋约束作用的PSRHC梁的静力全过程数值模拟方法,相关荷载-位移计算曲线与已有试验结果吻合良好.之后,研究了混凝土强度等级、受拉、受压钢筋用量、预应力筋用量、型钢翼缘及腹板厚度、箍筋间距及直径等因素对PSRHC梁延性的影响.结果表明:增大混凝土强度等级,增加受压钢筋及箍筋用量,可提高PSRHC梁的延性;增加受拉钢筋、预应力筋用量,增大腹板厚度,均使得延性降低;而翼缘厚度对延性的影响规律不明显.其中,箍筋间距由50 mm增加至200 mm时,延性系数降低约20.6%;箍筋直径由6 mm增大至10 mm,延性系数增大18%~34%.最后,结合数值试验结果,建立了包含体积配箍筋率及综合配筋指标两个参数的延性系数计算公式,利用此公式评估延性时以3.1作为界限值.

关键词：预应力型钢混凝土高强混凝土纤维模型数值模拟箍筋约束作用

基于ABAQUS准静态显式分析的RC框架梁柱子结构倒塌模拟

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应用基础与工程科学学报 2021年第2期29卷 296-307页

作者：姚刚峰熊学玉同济大学建筑工程系上海200092 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海200092

由地震、爆炸、车辆撞击等引发的工程结构连续倒塌将导致严重的后果,受到国内外学者的关注.当前已有大量对RC结构倒塌性能的试验研究,但相关的数值模拟手段仍然有限,存在不足.本文基于ABAQUS/Explicit模块,通过引入延性金属材料的断裂准... 详细信息

由地震、爆炸、车辆撞击等引发的工程结构连续倒塌将导致严重的后果,受到国内外学者的关注.当前已有大量对RC结构倒塌性能的试验研究,但相关的数值模拟手段仍然有限,存在不足.本文基于ABAQUS/Explicit模块,通过引入延性金属材料的断裂准则,建立了可考虑钢筋断裂的RC框架梁柱子结构的非线性有限元模型.在模型调整过程中,对比分析了网格划分方式、混凝土受压本构、加载速度以及约束弹簧刚度等非试件设计因素对计算结果的影响.结合已有试验研究,对所建立的模型进行了验证.结果表明:有限元模型的荷载-挠度及水平反力-挠度计算曲线与试验结果吻合良好;该模型能够捕捉RC框架梁柱子结构在中柱失效工况下倒塌行为的主要特征,如压拱效应、悬链效应、钢筋断裂等.此外,研究了钢筋屈服后的极限强度以及极限应变对倒塌性能的影响.发现两者均对悬链阶段的力学性能产生明显影响,尤其是改变钢材的极限强度.

关键词：连续倒塌梁柱子结构数值模拟 ABAQUS/Explicit 断裂准则钢筋材性

无黏结预应力型钢混凝土框架梁静力性能试验研究及有限元模拟

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建筑结构学报 2019年第9期40卷 104-112页

作者：姚刚峰熊学玉同济大学建筑工程系上海200092 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海200092

为研究无黏结预应力型钢混凝土(UPSRC)框架梁的静力性能,对4榀UPSRC框架梁试件进行了竖向静载试验,主要的变化参数为框架梁中普通钢筋用量、型钢用量以及框架柱尺寸。对其裂缝发展、破坏模式、荷载-位移曲线、普通钢筋及型钢应变、无黏... 详细信息

为研究无黏结预应力型钢混凝土(UPSRC)框架梁的静力性能,对4榀UPSRC框架梁试件进行了竖向静载试验,主要的变化参数为框架梁中普通钢筋用量、型钢用量以及框架柱尺寸。对其裂缝发展、破坏模式、荷载-位移曲线、普通钢筋及型钢应变、无黏结筋应力变化等进行了分析。结果表明:UPSRC框架梁整体呈“梁铰”破坏机制,梁端及跨中出现塑性铰,截面转动能力强;达到极限荷载时,跨中及梁端受拉钢筋均屈服,部分受压钢筋屈服,型钢受拉翼缘基本屈服,受压翼缘则处于弹性工作状态;极限荷载后,UPSRC框架梁仍有较高的承载能力;无黏结筋应力增量与跨中挠度呈良好线性关系,且已有规范计算方法低估了UPSRC构件达到极限状态时无黏结筋的应力增量值;与型钢用量及框架柱截面尺寸相比,改变普通钢筋直径对UPSRC框架梁的极限荷载以及裂缝宽度的影响最为显著。利用ABAQUS有限元软件对试验进行了数值模拟。经分析发现,该模型可较好地模拟竖向荷载作用下UPSRC框架梁的力学性能。

关键词：无黏结预应力有限元模拟型钢混凝土框架梁静力性能试验

单调与反复竖向荷载作用下无黏结预应力型钢混凝土框架受力性能试验研究

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建筑结构学报 2017年第12期38卷 1-11页

作者：熊学玉姚刚峰同济大学建筑工程系上海200092 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海200092

对两榀无黏结预应力型钢混凝土(PSRC)框架进行了试验研究,分别施加单调与反复竖向荷载,分析并比较不同竖向荷载形式下无黏结PSRC框架的受力特征及其差异,以研究反复荷载作用对其受力性能的影响。试验结果表明:无黏结PSRC框架开裂后刚度... 详细信息

对两榀无黏结预应力型钢混凝土(PSRC)框架进行了试验研究,分别施加单调与反复竖向荷载,分析并比较不同竖向荷载形式下无黏结PSRC框架的受力特征及其差异,以研究反复荷载作用对其受力性能的影响。试验结果表明:无黏结PSRC框架开裂后刚度不发生明显变化,具有优良的承载力及延性,单调荷载作用下框架的计算延性指标约为3.36;反复荷载作用下,其滞回曲线较为丰满,呈现一定的"捏拢"效应,最大能量耗散系数为1.36;达到极限荷载前,两框架的刚度、所受荷载值及正向作用下的裂缝开展情况基本接近,力加载阶段框架梁上最大裂缝宽度分别为0.11mm和0.08mm,反复荷载对结构性能的退化作用不明显;极限荷载作用后,单调荷载下框架所受荷载下降平缓,而反复荷载作用下框架所受荷载快速下降,且随着变形增大,速度变快。基于OpenSEES程序对竖向反复荷载作用下的无黏结PSRC框架的受力性能进行了模拟,其荷载-位移计算曲线与试验结果吻合良好。

关键词：预应力型钢混凝土框架无黏结竖向荷载拟静力试验 OpenSEES模拟受力性能

新规范型钢混凝土梁集中荷载下受剪承载力公式的可靠度

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四川建筑科学研究 2023年第2期49卷 26-32页

作者：姚刚峰苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011

针对中国近年发布的《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)与《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138—2001)中型钢混凝土(SRC)梁剪力计算公式的差异以及原公式数据样本的局限性,利用所收集的国内外71根受剪梁的88个有效数据,重新对中... 详细信息

针对中国近年发布的《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)与《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138—2001)中型钢混凝土(SRC)梁剪力计算公式的差异以及原公式数据样本的局限性,利用所收集的国内外71根受剪梁的88个有效数据,重新对中国多部规范中集中荷载下SRC梁受剪承载力公式的可靠度进行了对比分析。首先,对比了数据样本的试验值与规范计算值。结果表明:《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)与《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138—2001)均比现行的《钢骨混凝土结构技术规程》(YB 9082—2006)偏安全;随着型钢和箍筋用量的增加,组合结构规范公式的安全性呈下降趋势,需要重视。其次,结合计算模式的不确定性统计信息,利用蒙特卡洛模拟方法,对240根普通SRC受剪梁进行了可靠度分析。研究发现,组合结构规范公式具有较高安全性,即使将公式按0.9进行折减,其可靠度依旧能基本满足设计需求。

关键词：型钢混凝土规范受剪承载力可靠度蒙特卡洛模拟