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考虑损伤效应的型钢高强高性能混凝土框架柱恢复力模型研究

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建筑结构学报 2012年第6期33卷 69-76页

作者：王斌郑山锁国贤发李磊西安工业大学建筑工程学院陕西西安710032 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

为研究型钢高强高性能混凝土框架柱的抗震特性,基于已进行的9榀型钢高强高性能混凝土框架柱低周反复加载试验结果,进一步分析了其滞回特性,并将其骨架曲线简化为带下降段的理想三折线型骨架曲线模型,给出了骨架曲线的确定方法,同时简化... 详细信息

为研究型钢高强高性能混凝土框架柱的抗震特性,基于已进行的9榀型钢高强高性能混凝土框架柱低周反复加载试验结果,进一步分析了其滞回特性,并将其骨架曲线简化为带下降段的理想三折线型骨架曲线模型,给出了骨架曲线的确定方法,同时简化了滞回环。通过引入基于损伤的循环退化指数对构件在反复荷载作用下的屈服荷载、硬化刚度、卸载刚度、再加载刚度以及承载力等各项力学性能指标的退化规律进行了描述,建立了基于损伤的型钢高强高性能混凝土框架柱的恢复力模型,给出了具体的滞回规则。结合试验结果,对恢复力模型的有效性进行了验证。研究结果表明:该模型能够较好地描述型钢高强高性能混凝土框架柱在反复荷载作用下的滞回特性,研究结果可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。

关键词：型钢高强高性能混凝土框架柱骨架曲线循环退化指数恢复力模型

循环荷载作用下型钢高强高性能混凝土框架柱受力性能试验研究

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建筑结构学报 2011年第3期32卷 117-126页

作者：王斌郑山锁国贤发李磊西安工业大学建筑工程学院陕西西安710032 西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

为了研究型钢高强高性能混凝土框架柱的抗震性能,进行了9个不同轴压比、体积配箍率、含钢率、加载制度下的型钢高强高性能混凝土框架柱试件低周反复加载试验。获得了型钢高强高性能混凝土框架柱的破坏形态,分析了不同设计参数及加载制... 详细信息

为了研究型钢高强高性能混凝土框架柱的抗震性能,进行了9个不同轴压比、体积配箍率、含钢率、加载制度下的型钢高强高性能混凝土框架柱试件低周反复加载试验。获得了型钢高强高性能混凝土框架柱的破坏形态,分析了不同设计参数及加载制度对该框架柱的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度和强度退化、变形能力、滞回耗能等力学性能的影响。试验结果表明:框架柱荷载-位移滞回曲线饱满,下降段较为缓慢,总体上表现出良好的抗震性能;随着循环次数和位移幅值的增加,试件的刚度、强度不断退化,耗能能力以及极限变形能力不断降低;与变幅循环加载相比,常幅循环加载下试件的破坏过程较为缓慢,滞回耗能总量相对较大。

关键词：型钢高强高性能混凝土框架柱拟静力试验抗震性能

低周反复荷载作用下型钢高强高性能混凝土框架柱损伤试验研究

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土木工程学报 2011年第9期44卷 1-10页

作者：郑山锁王斌侯丕吉国贤发于飞张宏仁西安建筑科技大学陕西西安710055 西安工业大学陕西西安710032

为了研究地震作用下型钢高强高性能混凝土框架柱的损伤演化过程,通过改变轴压比、体积配箍率、含钢率、加载制度对12榀型钢高强高性能混凝土框架柱试件进行了低周反复加载试验,得到了试件经历不同次数循环加载后其极限承载、变形和极限... 详细信息

为了研究地震作用下型钢高强高性能混凝土框架柱的损伤演化过程,通过改变轴压比、体积配箍率、含钢率、加载制度对12榀型钢高强高性能混凝土框架柱试件进行了低周反复加载试验,得到了试件经历不同次数循环加载后其极限承载、变形和极限耗能能力的变化规律,并从损伤的角度系统地分析了不同设计参数及加载制度对试件荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度和强度退化、变形能力、滞回耗能等的影响。研究结果表明,试件的损伤过程可以分为无损、损伤稳定增长、损伤急剧增长三个阶段;随着循环次数和位移幅值的增加,试件损伤逐渐累积,使其刚度、强度不断退化,耗能能力以及极限变形能力不断降低;与变幅循环加载相比,常幅循环加载下试件的损伤演化过程较为缓慢,滞回耗能总量相对较大。研究结果为进一步建立能够描述型钢高强高性能混凝土框架柱损伤程度的地震损伤模型,揭示损伤对框架柱力学性能的影响提供试验支持。

关键词：型钢高强高性能混凝土框架柱试验研究损伤

低周反复荷载作用下型钢高强高性能混凝土框架梁损伤试验研究

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工程力学 2011年第7期28卷 37-44页

作者：郑山锁王斌于飞张宏仁国贤发侯丕吉西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

为了研究地震作用下型钢高强高性能混凝土框架梁的损伤演化过程,对5榀不同含钢率、配箍率下型钢高强高性能混凝土框架梁试件进行了低周反复加载试验。分析了框架梁的破坏形态以及裂缝开展模式,得到了低周反复荷载作用下框架梁的荷载-位... 详细信息

为了研究地震作用下型钢高强高性能混凝土框架梁的损伤演化过程,对5榀不同含钢率、配箍率下型钢高强高性能混凝土框架梁试件进行了低周反复加载试验。分析了框架梁的破坏形态以及裂缝开展模式,得到了低周反复荷载作用下框架梁的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,研究了不同含钢率、配箍率下框架梁的刚度退化、强度衰减、延性性能、耗能能力等方面的规律与特点。结果表明:在低周反复荷载作用下,经过合理设计的型钢高强高性能混凝土框架梁一般发生弯曲型破坏,且具有良好的延性和抗震耗能能力;随着水平位移幅值和循环次数的增加,框架梁的损伤逐渐累积,使其强度和刚度不断退化,耗能能力降低,但随着含钢率和配箍率的增大,强度和刚度退化幅度减小,累积耗能能力增强。研究结果为进一步建立能够描述型钢高强高性能混凝土框架梁损伤程度的地震损伤模型,揭示损伤对框架梁力学性能的影响提供试验支持。

关键词：型钢高强高性能混凝土框架梁低周反复加载试验研究损伤

型钢高强高性能混凝土框架节点的受力性能研究

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型钢高强高性能混凝土框架节点的受力性能研究

作者：任杰西安建筑科技大学

学位级别：硕士

型钢高强高性能混凝土（SRHSHPC）组合结构作为一种新型的结构形式,充分发挥了钢与高强高性能混凝土两种材料的优良特性,逐渐成为了高层和超高层建筑的主要结构形式之一。本文对SRHSHPC框架节点进行了受力性能研究,主要研究内容如下: ... 详细信息

型钢高强高性能混凝土（SRHSHPC）组合结构作为一种新型的结构形式,充分发挥了钢与高强高性能混凝土两种材料的优良特性,逐渐成为了高层和超高层建筑的主要结构形式之一。本文对SRHSHPC框架节点进行了受力性能研究,主要研究内容如下: 1、通过5榀SRHSHPC框架节点试件的低周反复加载试验,探讨了节点的受力性能,包括裂缝开展、受力机理、破坏形态,分析了轴压比、混凝土强度对节点承载力、骨架曲线、滞回曲线的影响。 2、采用ANSYS有限元程序对节点试件的受力过程进行了数值模拟,得到了节点在单调荷载作用下的荷载—位移曲线。与试验结果对比分析表明,本文所采用的分析模型基本合理,可以客观地反映节点的受力性能。在此基础上,进一步探讨了含钢率变化对SRHSHPC框架梁柱节点受力性能的影响,分析了节点核心区型钢的应力分布以及节点范围纵筋和箍筋的受力状况。 3、基于已有单、双参数损伤模型,引入破坏比及累积塑性损伤参数,得出适用于SRHSHPC框架梁柱节点的损伤模型,并通过试验结果回归确定了模型中损伤参数。最后,基于节点损伤指数的变化规律,研究混凝土强度、轴压比对节点损伤性能的影响。

关键词：型钢高强高性能混凝土框架节点损伤试验研究理论分析

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型钢高强高性能混凝土框架梁地震损伤研究

型钢高强高性能混凝土框架梁地震损伤研究

作者：于飞西安建筑科技大学

学位级别：硕士

作为钢-混凝土组合结构的一种主要形式,型钢混凝土结构以承载能力高、刚度大、抗震性能好等优点已经被广泛用于高层、超高层建筑以及大跨和重载结构中。对于型钢混凝土框架结构而言,在地震作用下,框架梁端首先出现塑性铰以耗散地震能量... 详细信息

作为钢-混凝土组合结构的一种主要形式,型钢混凝土结构以承载能力高、刚度大、抗震性能好等优点已经被广泛用于高层、超高层建筑以及大跨和重载结构中。对于型钢混凝土框架结构而言,在地震作用下,框架梁端首先出现塑性铰以耗散地震能量,因此,框架梁受力性能的优劣成为影响型钢混凝土框架结构抗震性能的重要因素。本文采用物理模型试验与理论分析相结合的研究手段,对型钢高强高性能混凝土框架梁的地震损伤进行了较为系统的研究。首先通过5榀型钢高强高性能混凝土(SRHSHPC)框架梁试件的低周反复加载试验,考察了框架梁的破坏形态以及裂缝开展模式,得到了低周反复荷载作用下框架梁的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,分析了不同含钢率、配箍率下框架梁的刚度退化、强度衰减、延性性能和耗能能力等方面的规律与特点。结果表明：在低周反复荷载作用下,经过合理设计的SRHSHPC框架梁一般发生弯曲型破坏,且具有良好的延性和抗震耗能能力;随着水平位移幅值和循环次数的增加,框架梁的损伤逐渐累积,使其强度和刚度不断退化,耗能能力降低,但随着含钢率和配箍率的增大,强度和刚度退化幅度减小,累积耗能能力增强。研究结果为进一步建立能够描述SRHSHPC框架梁损伤程度的地震损伤模型,揭示损伤对框架梁力学性能的影响提供试验支持。基于本次试验研究结果,对框架梁的地震损伤特征与效应进行了分析,在总结和分析已有地震损伤模型的基础上,提出了基于变形和累积耗能非线性组合的SRHSHPC框架梁地震损伤模型,并将试验研究结果进行了损伤量化,讨论了含钢率、配箍率对框架梁损伤性能的影响。研究结果将为该类结构构件的地震损伤评估以及基于损伤的抗震设计方法的建立提供理论依据。

关键词：型钢高强高性能混凝土框架梁低周反复加载试验研究地震损伤

型钢高强高性能混凝土偏心柱的受力性能试验研究和非线性分析

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型钢高强高性能混凝土偏心柱的受力性能试验研究和非线性分析

作者：王志凯西安建筑科技大学

学位级别：硕士

型钢高强高性能混凝土结构是一种新型的结构形式，由于其较高的承载力、较强的刚度，良好的抗震性能、耐久性，在高层建筑、大跨和重载结构中已越来越多地使用。但是我国对于型钢高强高性能混凝土的研究才刚刚起步，关于这种结构的系统... 详细信息

型钢高强高性能混凝土结构是一种新型的结构形式，由于其较高的承载力、较强的刚度，良好的抗震性能、耐久性，在高层建筑、大跨和重载结构中已越来越多地使用。但是我国对于型钢高强高性能混凝土的研究才刚刚起步，关于这种结构的系统理论研究还很少见报道，为此有必要对型钢高强高性能混凝土基本构件进行系统研究，分析其受力性能，并建立型钢高强高性能混凝土基本构件的设计计算理论与方法。另外，随着有限元软件在结构方面的大量使用，使型钢高强高性能混凝土基本构件的有限元分析成为可能，从而可通过理论分析与试验研究相结合的方法进一步揭示型钢高强高性能混凝土基本构件的静力和动力性能。本文通过四个偏心率不同的型钢高强高性能混凝土柱的试验研究，揭示了型钢高强高性能混凝土大、小偏心柱的破坏机理、破坏模式及其内部受力性能，研究了其开裂荷载与挠度、极限荷载与挠度及裂缝的形态和发展过程，验证了型钢高强高性能混凝土偏心受压柱的近似平截面假定。探讨了在ANSYS程序中实现型钢高强高性能混凝土柱非线性有限元分析的方法、原理与技术;结合试验并参考国内外学者的研究成果，应用ANSYS有限元程序，对四个不同偏心率柱的试验过程进行了数值模拟和非线性有限元分析。分析结果与相应的试验研究成果对比分析表明，数值模拟的计算结果与相应的试验结果吻合较好。表明在高强高性能混凝土和钢材的本构模型和破坏准则比较准确的情况下，通过有限元软件可以对试验过程进行数值模拟。

关键词：型钢高强高性能混凝土偏心柱试验研究受力性能非线性分析数值模拟

型钢与高强高性能混凝土界面粘结滑移行为研究

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型钢与高强高性能混凝土界面粘结滑移行为研究

作者：李磊西安建筑科技大学

学位级别：硕士

型钢混凝土结构具有承载力大、刚度大、构件截面尺寸小、良好的延性以及较好滞回特性及耗能性能,因此型钢混凝土结构的应用越来越广泛。型钢与混凝土之间良好的粘结作用是保证型钢混凝土构件中型钢与混凝土协调工作的基础,型钢、钢筋和... 详细信息

型钢混凝土结构具有承载力大、刚度大、构件截面尺寸小、良好的延性以及较好滞回特性及耗能性能,因此型钢混凝土结构的应用越来越广泛。型钢与混凝土之间良好的粘结作用是保证型钢混凝土构件中型钢与混凝土协调工作的基础,型钢、钢筋和混凝土三种材料元件协同工作,以抵抗各种外部作用效应,才能够充分发挥型钢混凝土组合结构的优点。型钢与混凝土之间的粘结作用直接影响着型钢混凝土结构和构件的受力性能、破坏形态、计算假定、构件承载能力、裂缝和变形计算理论和分析方法。目前各国规范对型钢混凝土结构构件的计算方法不尽相同,但它们的共同特点都是简化或避开了对型钢与混凝土之间的粘结滑移问题的精确处理。笔者对现有的型钢混凝土粘结滑移行为的研究资料进行了总结和分析,结果表明型钢混凝土粘结滑移是一个较复杂的课题,诸多研究成果分歧与矛盾较大,许多问题尚不足以定论,因此型钢混凝土粘结性能的研究有待于进一步的深入和完善,尤其需要加强型钢与高强高性能混凝土的粘结滑移行为的研究并对其界面脱粘的本质进行必要的理论分析。基于前人的研究成果,设计了十二榀不同剪跨比、配箍率和混凝土强度的型钢高强高性能混凝土简支梁试验,以考察不同参数下型钢混凝土简支梁中的粘结滑移行为,通过密布的电阻应变片和滑移传感器测试沿梁长度方向的界面粘结应力和相对滑移的变化规律。同时采用声发射技术对粘结滑移的内裂缝形成和发展进行追踪观察。本文对试件的破坏形式和形态进行深入分析,确定了各级荷载下粘结应力和滑移量的分布规律,以及影响型钢与混凝土粘结滑移性能的主要因素,指出了试件加载后期型钢与混凝土界面所存在的粘结软化现象,并探讨了型钢与高强高性能混凝土的粘结滑移机理。基于通过与前人型钢-普强混凝土界面粘结滑移试验结果的对比,探讨了高强高性能混凝土对型钢-混凝土界面的增强作用,揭示了界面的增强机理与界面破坏机理,进一步明确了型钢高强高性能混凝土粘结滑移机理。基于型钢与混凝土界面粘结软化行为机理分析,并结合大量型钢混凝土粘结滑移试验结果,提出了一种简化粘结滑移本构关系,并以此建立了不同区段界面的平衡微分方程,进而进行了粘结滑移全过程分析,求得了沿试件长度方向的型钢应力、粘结应力以及粘结锚固承载力的解析表达式。计算结果与试验结果对比分析表明,采用本文提出的模型进行型钢混凝土界面粘结滑移分析合理可行。将型钢混凝土组合结构构件抽象为具有内部摩擦界面的弹性体,并将界面脱粘过程视为界面裂缝的扩展过程,基于断裂力学中的能量原理,得到了钢-混凝土界面脱粘过程中的能量关系,进而建立了基于能量的界面脱粘准则。用此准则进行了型钢混凝土拉拔试件的界面脱粘分析,分别建立了不考虑界面软化和考虑界面软化两种情况的界面脱粘模型,得到了两种情况下基于能量分析和基于强度分析的直接联系。结果表明,通过恰当的定义钢-混凝土界面等效粘结强度,基于强度的模型和基于能量的模型可以得到一致的结果。将非线性断裂力学的思想用于型钢与混凝土界面的剪力传递机理研究,通过求解型钢与混凝土界面基本方程得到了五种不同粘结滑移本构模型下界面粘结应力和滑移量分布规律以及界面粘结锚固承载力的闭合解。对比分析表明,五种粘结滑移本构模型下求解的粘结应力虽分布形式不同,但粘结锚固承载力却收敛于同一表达式。最后,数值模拟了型钢与混凝土界面在受力过程中经历的不同粘结状态,并确定了不同粘结滑移本构模型下构件的有效锚固长度。研究成果为改进型钢混凝土结构的强度、刚度、变形、裂缝宽度计算理论提供了试验依据,亦可以直接应用于型钢混凝土结构有限元分析,以通过数值试验方法对其各种可能的受力情况进行模拟,使其理论分析结果得以改进与完善,并应用于一般型钢混凝土结构构件的工程设计中。

关键词：型钢高强高性能混凝土粘结滑移简支梁粘结强度界面脱粘剪力传递锚固

栓钉剪切连接件在SRHPC结构中的数值分析

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山西建筑 2009年第15期35卷 5-6页

作者：邓国专中铁第一勘察设计院集团有限公司

探讨了型钢表面的栓钉与外包高强高性能混凝土之间的受力特性,基于既有的试验结果和理论计算,分析了栓钉的荷载—滑移曲线规律,研究了栓钉在三维有限元模拟中的影响因素,给出了三维受力状态下栓钉的刚度方程,建立了数值分析中每个方向... 详细信息

探讨了型钢表面的栓钉与外包高强高性能混凝土之间的受力特性,基于既有的试验结果和理论计算,分析了栓钉的荷载—滑移曲线规律,研究了栓钉在三维有限元模拟中的影响因素,给出了三维受力状态下栓钉的刚度方程,建立了数值分析中每个方向的荷载—变形曲线。

关键词：栓钉连接件型钢高强高性能混凝土荷载—变形曲线数值分析