基于数据库的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法

玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验主要研究弯折半径与直径之比对弯拉强度的影响,直线段抗拉强度对弯拉强度的影响研究较少。本文基于ACI 440.3R-12中B.5试验方法,开展3组(9个弯拉试件)不同直线段抗拉强度的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验研究。3组试件直线段抗拉强度分别为530(A组)、850(B组)和1100 MPa(C组),弯折半径与箍筋直径之比均为3。试验结果表明:所有试件均发生玻璃纤维增强复合材料箍筋弯折段被拉断的破坏模式;A、B、C组试件弯拉强度分别为325、445和530 MPa。本文系统收集了国内外已有93个弯拉试件,并结合本文9个弯拉试件建立了玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验数据库。基于数据库统计分析,提出了保证率不小于95%的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法。

多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱轴压性能有限元分析

为了研究新型多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱的力学性能,本文在其轴压试验的基础上,采用基于试验提出的约束混凝土本构模型,并利用有限元软件ABAQUS进行数值分析,讨论箍筋间距、箍筋强度、箍筋形式及混凝土强度对约束混凝土方柱轴压性能的影响。结果表明,数值模拟的多螺旋复合箍筋约束混凝土轴压方柱的应力-应变曲线与试验曲线拟合较好,验证了本文所提本构模型的适用性及所建有限元模型的合理性;多螺旋复合箍筋明显提高了约束混凝土方柱的强度和延性性能,约束效果好于传统井字形复合箍筋,且五螺旋复合箍筋的约束效果要好于四螺旋复合箍筋。

不同箍筋形式UHPC梁受扭性能试验

为了揭示箍筋形式对超高性能混凝土(UHPC)矩形梁受扭性能影响,以箍筋形式、间距为变量,开展UHPC梁纯扭试验和计算方法研究。对6根UHPC矩形梁进行纯扭试验。分析受扭梁的失效模式和受扭性能,最后基于螺旋箍筋UHPC梁受力机制,推导极限扭矩计算公式,并与现行规范进行比较。结果表明:不同箍筋形式UHPC矩形梁的失效模式均为延性破坏;箍筋间距相同时,螺旋箍筋梁的裂缝分布更密集;极限扭矩、扭转延性及屈服刚度与箍筋间距呈负相关,螺旋箍筋屈服刚度提升更为显著;本文提出的螺旋箍筋UHPC梁极限扭矩公式计算值与试验值结果吻合良好,表明螺旋箍筋UHPC梁具有较好的抗扭性能,提出的计算公式可较好地预测极限扭矩。

锈蚀箍筋矩形柱轴压承载力试验及理论研究

为探究箍筋锈蚀对钢筋混凝土矩形柱轴压性能的影响,以截面形状、箍筋布置、体积配箍率、锈蚀程度为变化参数,设计了27个钢筋混凝土矩形柱试件,并采用全浸泡电化学加速锈蚀法对其中的18个试件进行加速锈蚀。通过轴压试验研究了试件的破坏形态及各参数对其力-位移曲线的影响。结果表明:随着箍筋锈蚀率的增加,试件的初始刚度、极限承载力及延性均有所降低。试件的配箍率越低,其极限承载力降幅越显著。而后,基于锈蚀箍筋约束混凝土峰值应力、纵筋压屈模态下剩余承载力及保护层锈胀剩余承载力模型,建立了锈蚀箍筋约束混凝土矩形柱的极限承载力计算模型。通过预测值与试验值的对比,验证了模型的准确性与适用性。该模型可为锈蚀钢筋混凝土结构的剩余承载力的计算及安全评估提供指导。

考虑箍筋约束的630MPa高强钢筋抗压强度发挥水平研究

在高强钢筋混凝土大偏心受压构件设计计算中纵筋抗压强度发挥水平会影响其抗压强度取值,而现行《混凝土结构设计规范》尚未对此做出明确规定。基于现行规范对630 MPa级高强钢筋混凝土大偏心受压柱的受压纵筋强度发挥水平进行了理论分析;同时设计制作了8个630 MPa级高强钢筋混凝土大偏心受压柱试件,开展单调等偏心距加载试验测得混凝土构件表面应变和高强纵筋应变,研究高强钢筋混凝土大偏心受压构件中受压纵筋实际强度发挥水平;对比分析理论计算结果与试验研究结果的差异及其产生原因,最终提出了采用箍筋约束混凝土本构模型分析高强钢筋混凝土大偏心受压柱受压纵筋强度发挥水平的新思路。研究结果表明:高强受压纵筋在试验中均发生屈服,抗压强度能够充分发挥;构件受压区应变分布仍符合平截面假定,现行规范公式的形式仍满足要求,但混凝土极限压应变的规范取值偏小导致理论计算得到的高强受压纵筋抗压强度发挥水平低;引入箍筋约束混凝土本构模型可较好地反映混凝土大偏心受压构件中高强受压纵筋抗压强度实际发挥水平,基于MANDER模型的高强受压纵筋应变计算值与试验实测值比值的平均值为1.044,标准差为0.148,变异系数为0.142,精度最高、预测结果最优。研究将为高强钢筋纳入现行规范理论分析体系,加快高强钢筋大规模推广应用提供参考和依据。

FRP箍筋强度保留率分布模型与可靠性分析

基于文献数据,采用假设检验法,开展纤维增强复合材料(FRP)箍筋强度保留率分布规律研究.通过Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验对比了Weibull分布、正态分布及对数正态分布这3种模型对FRP箍筋强度保留率的拟合优度.结果表明:当FRP箍筋弯折半径(R)与箍筋直径(D)之比(R/D)在常规范围内(3~5)时,对数正态分布为最优分布模型,据此得到95%和50%保证率下FRP箍筋强度保留率分别不小于32.46%和43.79%;中国、美国、日本和加拿大四国规范保留率预测公式计算结果的保证率仅为24.1%~40.3%,偏于不安全.根据中国FRP纵筋与箍筋的强度保证率要求,当R/D=3、4、5时玻璃纤维增强复合材料(GFRP)箍筋强度保留率不小于38.86%、35.68%、46.09%.

约束作用下箍筋锈蚀对再生混凝土抗压强度的影响研究

通过加速锈蚀箍筋约束再生混凝土试件的单轴受压试验,研究了配箍形式、箍筋锈蚀率等因素对抗压强度和破坏形态的影响。并结合再生混凝土的极限强度面和破坏准则,建立了锈蚀箍筋约束再生混凝土的抗压强度模型,验证了模型的有效性。结果表明:随着箍筋锈蚀率的增加,试件的抗压强度减小;当配箍形式相同时,箍筋间距越大,箍筋锈蚀率对抗压强度的影响越显著;当箍筋间距相同时,箍筋锈蚀率对配置方形箍试件的抗压强度影响程度比配置棱形箍试件的影响大;在锈蚀箍筋试件的轴压破坏位置处,箍筋是否发生断裂与配箍形式和箍筋锈蚀率有关;所建立的锈蚀箍筋约束再生混凝土的抗压强度模型考虑了配箍形式、箍筋间距、箍筋锈蚀率等重要因素的影响,适用于各种截面,经试验验证,具有良好的计算精度和适用性。

锈蚀箍筋约束混凝土压弯构件恢复力模型优化

箍筋锈蚀后受其约束的钢筋混凝土构件承载能力、强度、刚度都降低,塑性、延性变差,影响了构件的抗震性能。研究基于恢复力模型,考虑到箍筋锈蚀后约束混凝土应力-应变关系的改变,建立锈蚀箍筋约束混凝土压弯构件的退化三线型恢复力模型,并进行有限元分析。结果表明,按照构建的恢复力模型计算得到的骨架曲线、滞回曲线与试验结果较为接近,由此得出该模型有效。

内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压力学性能

钢管混凝土作为一种发展前景广阔的结构形式,具有较好的承载力和塑性变形能力。矩形钢管混凝土柱作为其中常见的一种形式,在实际工程中的应用较为广泛。该研究基于矩形钢管混凝土在实际应用中存在的长短边约束不一致和对核心混凝土约束不足两个问题,探究一种新型的矩形钢管混凝土构件,即内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱。为此,对11根内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱、2根内置跑道形箍筋的矩形钢管混凝土柱、2根普通矩形钢管混凝土柱开展了轴压力学性能试验,重点分析了并束距、钢管壁厚、混凝土强度等级、箍筋间距、箍筋直径、内置用钢量等重要参数对内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力和延性的影响规律。结果表明:在总用钢量不变的情况下,将矩形钢管的壁厚减薄,并加工成异形箍筋内置于核心混凝土中,能够有效地提高试件的轴压承载力和延性;内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压过程可以分为4个阶段——弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段、下降段;相比于普通矩形钢管混凝土柱,内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱有更为饱满的塑性强化段。在试验和参数分析结果的基础上,采用已有的约束混凝土本构模型,推导得到内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式。该研究可为实际工程应用提供科学依据和数据参考。

螺旋箍筋约束钢管混凝土组合暗柱剪力墙抗震性能试验研究

研究以钢管等效代替约束边缘构件范围内的纵向受力钢筋,并在钢管外侧滚焊螺旋箍筋代替边缘构件箍筋的新型配置螺旋箍筋约束钢管混凝土组合暗柱的剪力墙结构的抗震性能.考虑高宽比、轴压比等参数设计制作新型配置螺旋箍筋约束组合暗柱的剪力墙与传统钢筋混凝土剪力墙进行低周反复荷载加载试验;分析了剪力墙的破坏形态、滞回性能、耗能能力、延性和刚度退化.研究结果表明:螺旋箍筋约束钢管混凝土组合暗柱对改善中高传统钢筋混凝土剪力墙承载能力和变形能力具有较好的效果,螺旋箍筋约束钢管混凝土组合暗柱的构造形式对耗散地震能量具有较好的作用.

钢纤维-GFRP箍筋混凝土梁受剪抗裂性能试验研究

为解决纤维增强聚合物(FRP)配筋混凝土梁的受剪抗裂性能不足和挠度过大等问题,在混凝土中掺入具有优良阻裂特性的钢纤维是一种有效途径。通过8根钢纤维—玻璃纤维增强聚合物(GFRP)箍筋混凝土梁的受剪试验,研究了钢纤维体积率(0.5%、1.0%、1.5%)和剪跨比(1.5、2.0、3.0)对试验梁斜截面抗裂性能的影响。结果表明:钢纤维能够有效抑制GFRP箍筋混凝土梁内部微裂缝的扩展,提高其整体刚度和抗裂性能。当剪跨比为2.0时,钢纤维体积率为1.5%试验梁的开裂剪力相对于未掺纤维对比梁增加了38.4%。随着剪跨比增加,试验梁受剪抗裂性能逐渐降低。基于试验数据和已有研究结果,提出了钢纤维-GFRP箍筋混凝土梁开裂剪力的建议计算方法,该方法的计算值与试验值吻合良好。

实现地下室外墙止水钢板免焊接的装配式箍筋体系施工技术研究

工业与民用建筑现浇框架-剪力墙结构中,地下室外墙水平施工缝处常规采用连续预埋止水钢板进行防水处理,当其与剪力墙边缘构件或者框架柱交叉时,止水钢板在高度范围内与墙、柱箍筋存在碰撞,无法按照设计要求布设。针对止水钢板与墙、柱箍筋交叉碰撞构造各种传统处理方法存在的不足,创新采用一种装配式箍筋体系实现地下室外墙止水钢板免焊接安装,集免截箍筋、免伤主筋、免钻免焊止水钢板等多功能于一体,替代箍筋穿焊、断筋点焊、外侧补强等传统工艺,防止因箍筋截断导致的现浇构件受力性能降低,消除因焊伤对止水钢板造成的渗漏隐患,同时保证墙、柱箍筋的连续性及止水钢板的防水性,显著提高现浇结构实体质量及地下室外墙施工缝防水抗渗效果。

GFRP箍筋约束海水海砂混凝土柱轴压性能数值模拟

试验研究了GFRP箍筋与海水海砂混凝土结构共同工作的重要因素之一是良好的界面粘结性能,在轴压试验下探究了二者之间的粘结性能在各类条件下的影响。在进行上述实验研究后,使用Abaqus有限元软件并采用简化双线性模型建立了GFRP箍筋约束海水海砂混凝土的轴压模型,研究了GFRP箍筋的直径、间距和种类对海水海砂混凝土柱轴压性能的影响。通过数值模拟得到的理论值与试验得到的试验值比较,二者的一致性较高,因此使用简化双线性模型来评估GFRP箍筋约束海水海砂混凝土柱的轴压性能具有一定的适用性。在研究各因素的影响后发现,发现缩小GFRP箍筋之间的距离和增加GFRP箍筋的直径,可以提升GFRP箍筋约束海水海砂混凝土柱的承载能力。然而,较大直径的GFRP箍筋可能导致试样出现脆性破坏,同时采用圆形螺旋箍筋对提升GFRP箍筋约束海水海砂混凝土柱的承载能力效果显著,且随着距离的减小增强效果增加。

箍筋类型对GFRP筋增强混凝土梁性能的影响

传统混凝土结构因钢筋锈蚀带来的安全问题,引起了广泛的关注。FRP筋具有轻质高强、耐腐蚀等优点,因此被建议替代混凝土结构中的钢筋。为了探究不同类型GFRP箍筋对GFRP筋混凝土梁性能的影响,对配备两种不同箍筋的GFRP筋混凝土梁分别进行了静力加载试验,分析了GFRP筋混凝土梁失效演化过程,讨论了箍筋类型对GFRP筋混凝土梁破坏模式、应力应变状态和荷载位移曲线的影响。最终结果表明:GFRP传统螺纹箍筋梁比GFRP管切割箍筋梁承载能力更高,传统螺纹箍筋转变为管切割箍筋时,梁破坏模式从弯曲破坏变成剪切破坏,GFRP传统螺纹箍筋梁的延性更好。

基于锈蚀箍筋约束的加固柱抗震性试验

在钢筋混凝土结构中,由于材料的锈蚀,混凝土构件的抗震性能会出现明显退化。为了研究箍筋锈蚀对加固柱抗震性能的影响,本文设计制作了8个钢筋混凝土试件,试件采用外包钢和CFRP材料加固处理,将处理后的试件进行低周往复荷载试验,根据试验结果分析不同加固材料、包裹方式、黏结材料下锈蚀箍筋约束混凝土柱的抗震性能指标。研究结果表明:(1)与未锈蚀柱相比,加固后的箍筋锈蚀柱以弯剪破坏为主,CFRP材料的承载力较高,但破坏时延性不如CFRP加固试件;(2)外包钢加固对箍筋锈蚀柱抗震性能的提升最大,CFRP加固次之;整包加固优于环包加固,环氧树脂胶黏结略优于水泥基灌浆料黏结。

新型多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱的轴压性能试验研究

为更有效探讨新型多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱的轴压性能,对8根配置多螺旋复合箍筋的混凝土方柱进行了单向轴心受压试验,观察混凝土方柱的破坏过程和破坏形态,探讨了新型多螺旋复合箍筋约束混凝土柱的应力-应变关系曲线,对比分析了箍筋间距、箍筋强度和箍筋形式等因素对混凝土柱强度和延性的影响。结果表明:新型多螺旋复合箍筋可以有效提高钢筋混凝土方柱的强度和延性性能,当箍筋配置合理时,四螺旋复合箍筋柱的峰值强度可提高2倍,五螺旋复合箍筋柱的延性比可达1.98;该类型柱的约束效果要好于传统井字形复合箍筋柱,且五螺旋复合箍筋的约束效果强于四螺旋复合箍筋柱;该类型试件的强度和延性性能会随着箍筋间距的减小而提高,随着箍筋强度的提高而提高,且小间距高强度箍筋约束混凝土试件的应力-应变关系曲线下降段更平缓,变形性能更好;矩形外箍的应力增长要高于螺旋内箍,当试件达到峰值荷载时,普通强度箍筋均屈服,而高强箍筋大部分未屈服,可为试件达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能提供一定的安全储备。

HPB300级箍筋混凝土梁扭曲裂缝宽度试验研究

对11根混凝土梁(10根HPB300级钢筋配箍的混凝土梁和1根HRB400级钢筋配箍的混凝土梁)进行了扭曲裂缝宽度试验研究,探讨了纯扭作用下箍筋与纵筋的应变对混凝土梁裂缝分布和裂缝宽度的影响规律,分析了纵筋配筋率、箍筋配筋率与箍筋间距等因素与矩形截面混凝土纯扭构件裂缝宽度的相关性。结果表明:矩形截面混凝土纯扭构件的裂缝宽度与箍筋应变呈线性正比例增长,与箍筋间距、纵筋间距、截面高宽比直接相关,通过改变箍筋间距、纵筋间距改变配箍率、配筋率对扭曲裂缝宽度有较大影响;箍筋或纵筋的直径变化对矩形截面混凝土纯扭构件裂缝宽度的影响不大,在混凝土强度和截面高宽比相同的条件下,扭曲裂缝间距与总配筋率有关,总配筋率越大,裂缝间距越小;在适筋的配筋范围内,纯扭作用下裂缝倾角与配筋强度比没有明显关系;采用规范承载力公式设计的HPB300钢筋配箍的混凝土纯扭梁不能自然满足正常使用阶段最大裂缝宽度的限值要求。

锈蚀箍筋约束混凝土加固柱抗震性能分析

为研究加固后锈蚀箍筋约束混凝土柱的抗震性能,设计16个钢筋混凝土矩形柱,对加速锈蚀后的试件采用外包钢及CFRP、GFRP材料进行加固处理,随后开展低周往复荷载试验,以研究不同加固材料、不同加固包裹方式、不同黏结材料等因素对锈蚀箍筋约束混凝土柱滞回曲线、骨架曲线、刚度衰减、延性性能及耗能能力等抗震性能指标的影响。研究结果表明:(1)与未锈蚀柱相比,加固后的箍筋锈蚀柱以弯剪破坏为主,CFRP加固试件较GFRP加固试件具有更高的承载力,但破坏时延性不如GFRP加固试件;(2)外包钢加固试件、CFRP加固试件、GFRP加固试件的耗能能力较未锈蚀试件分别增大222.3%、123.9%、98.5%,延性系数也相应增大45.3%、22.3%、25.6%。总之,外包钢加固对箍筋锈蚀柱抗震性能的提升最大,CFRP加固次之,但优于GFRP加固;整包加固优于环包加固;环氧树脂胶黏结略优于水泥基灌浆料黏结。

装配式预应力高强箍筋混凝土框架结构强柱弱梁设计

为设计满足“强柱弱梁”标准的装配式预应力高强箍筋混凝土框架结构,以5层装配式预应力高强箍筋混凝土框架结构为例,设计此结构梁跨度,依次是3 m、5 m、7 m,轴压比依次是0.7、0.8、0.9,极限弯矩比依次是0.9、1.1、1.3.在OpenSees平台上通过Push-over分析方法,绘制多种条件下结构的荷载-顶点位移变化、塑性铰变化,以此分析所设计装配式预应力高强箍筋混凝土框架结构,是否符合强柱弱梁的设计标准.分析结果显示:梁跨度是3 m、轴压比与极限弯矩比是0.7、0.9时,装配式预应力高强箍筋混凝土框架结构的荷载-顶点位移变化最为稳定,此时塑性铰主要分布于梁端而非柱端,满足强柱弱梁设计标准.

外包型钢加固箍筋锈蚀混凝土柱恢复力模型研究

为研究外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的恢复力模型,对9根不同箍筋锈蚀率、体积配箍率的各混凝土柱进行通电锈蚀,锈蚀完成后加固,进而进行低周往复荷载试验。对各试验试件的骨架曲线及滞回曲线进行分析。在完好试件恢复力模型特征参数计算的基础上,对数据进行拟合回归,给出了外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的退化三线型恢复力模型,并提出了不同因素作用下特征参数的计算公式。结果表明:箍筋锈蚀柱经外包型钢加固后各抗震性能指标有显著提升,破坏特征点明显滞后于完好试件,且以剪切破坏为主。通过对比分析,所得模型与试验结果吻合较好,能很好地反映外包型钢加固柱的滞回特性,为此类柱恢复力模型的计算提供参考。