型钢混凝土异形柱抗震性态及其量化指标研究

为研究型钢混凝土异形柱的抗震性态,采用"建研式"加载装置对17个试件进行低周反复加载试验,在参照钢筋混凝土结构和型钢混凝土结构对性态水平和破坏状态划分的基础上,对此建议了5个评价等级:即正常使用、暂时使用、修复后可使用、生命安全和防止倒塌;以层间位移角为性态控制指标,对其进行频数统计分析,并建立型钢混凝土异形柱在不同性态水平下的量化指标;通过控制地震震害指数,提出在不同性态水平下型钢混凝土异形柱不同破坏状态时的损伤程度,并与性态指标构成一一对应关系。研究成果可为型钢混凝土异形柱结构基于性能的抗震设计和工程应用提供参考。

长龄期再生混凝土弹性模量及泊松比试验研究

为了揭示与时间效应相关的再生混凝土本构特性,制作了33个再生混凝土棱柱体试件进行单轴抗压试验,重点考察了经历两年静置的再生混凝土试件弹性模量及泊松比的变化规律,并提出了相关建议公式。结果表明:随着骨料取代率提高,再生混凝土的脆性性质较为显著;由于时间控制起了很大的作用,再生混凝土的轴心抗压强度和弹性模量较之普通混凝土及标准龄期计算值有较大提高;泊松比的变化不明显,其值相对稳定,且在高取代率时其泊松比数值比普通混凝土有所降低。

连钢箍接头服役混凝土电杆的性能评估及加固研究

为了揭示带钢箍接头服役混凝土电杆的破坏机理和承载性能,对3根长4.2m、3根长3.5m的带有钢箍接头的混凝土电杆以及3根长4.2m采用碳纤维布(CFRP)加固的钢箍接头电杆进行了抗弯承载力试验。通过试验观察了各试件的受力全过程和破坏形态,并获取了荷载-挠度曲线、刚度退化规律曲线、极限承载力等重要指标。研究结果表明:未加固试件的破坏形态大多为混凝土拉裂、接头钢箍不屈服,具有明显的脆性;加固接头试件的破坏过程迅速,主要表现为混凝土与CFRP的表面粘脱失效而破坏,过程迅速,具有脆性破坏特点,黏贴双层碳纤维布试件比采用单层碳纤维布试件的承载力提高了32.8%;对比加固和未加固接头的试件,经单层加固后电杆的承载力提高58.8%、初始弹性刚度提高达3倍,且延性性质也有所改善;但加固与未加固试件的耗能能力大致相当,其截面应变均符合平截面假定。

型钢混凝土十形柱及其节点抗震性能演变、传递机制及设计理念

为研究型钢混凝土十形柱与型钢混凝土十形柱框架节点在抗震性能方面的演变规律,通过13个型钢混凝土十形柱及其框架节点的反复荷载试验,揭示了型钢混凝土十形柱、十形柱平面节点、十形柱空间节点的震损机理及性能差异,深入分析了配钢形式、加载方向、剪跨比以及轴压比等关键参数对此类构件抗震性能的影响;考虑荷载加载方向对双向受剪性能的影响,提出了型钢混凝土十形柱及其节点的受剪承载力统一预测模型;采用Open SEEs零长单元并引入荷载加载角对弯曲型破坏的型钢混凝土十形柱双向压弯承载力进行了全过程受力性能模拟并证实其可行性。结果表明:型钢混凝土十形柱及其节点由平面受力转变至空间受力时,其受剪承载力和耗能能力也随之提高;十形柱的位移延性系数最大,而平面节点的位移延性系数最小。试验轴压比在0.5范围内时,提高轴压比有利于构件和节点受剪承载力及耗能能力的增长;试验轴压比小于0.3时,随着轴压比的增大,十形柱及其节点的延性随之提高,而试验轴压比大于0.3时则随之降低。型钢混凝土十形柱及其框架节点的弹性及弹塑性层间变形能力均大于规范规定的要求。基于综合性能研究成果,给出了型钢混凝土十形柱合理配钢形式的设计建议、轴压比控制原理、最不利地震作用验算方向等结构设计理念。

钢管再生混凝土轴压构件的力学性能分析

为了研究钢管再生混凝土构件在轴心荷载作用下的力学性能演化规律,以再生粗骨料取代率、高宽比、截面形式为变化参数,完成了16个试件的轴心受压试验;在此基础上,获取了轴压荷载-位移曲线,并首次分析了试验参数对试件能量耗散、变形延性、刚度指标的影响。研究结果表明:方形试件与圆形试件在轴压荷载-位移曲线上的最大区别为前者具有明显的峰值尖点;随着再生粗骨料取代率的增加,短柱试件的耗能能力下降,圆钢管中长柱试件的耗能能力得到提高,方钢管中长柱试件的耗能能力具有先降后升趋势,而延性系数则保持增长;随着高宽比的增加,圆钢管再生混凝土构件的轴压耗能具有减增减的趋势,而方钢管再生混凝土柱的轴压耗能具有稳步减小的趋势,中长柱试件的延性系数总体呈现下降趋势;钢管再生混凝土试件的相对弹性刚度随取代率的增加而增大。

CFRP加固带接头混凝土电杆承载力试验及刚度研究

为了揭示带锈蚀钢箍接头的老旧混凝土电杆经碳纤维布(CFRP)加固后的承载性能及破坏机理,采用南方电网西南线某路段的4根电杆为试验对象(其中2根纵向黏贴两层CFRP,1根纵向黏贴单层CFRP,1根未进行相关加固措施)进行了抗弯承载力试验。通过试验,观察了各试件的受力全过程及破坏形态,获取了荷载-挠度曲线、刚度退化曲线及极限承载力等重要指标。研究结果表明:加固接头试件的破坏主要表现为混凝土与CFRP的表面粘脱失效,过程迅速,具有脆性破坏特点。CFRP加固后试件的截面应变仍符合平截面假定。加固试件的承载力和刚度远大于未加固试件的相应值,黏贴双层CFRP的试件比单层CFRP试件的承载力高,前者的初始刚度和弹塑性刚度均比后者各阶段刚度有所改善。综合考虑后,建议采用纵向黏贴单层碳纤维布较为经济合理,研究成果可供同类服役混凝土电杆的加固设计提供参考。

压剪作用下PVA纤维再生混凝土力学性能试验研究

为了研究压剪作用下外掺聚乙烯醇(PVA)纤维对再生混凝土力学性能的影响,以再生粗骨料取代率、压应力比和PVA纤维体积掺量为变化参数,设计并制作144个立方体试件进行压剪试验。观察了试件的破坏形态,得到了荷载-位移曲线及垂直变形-剪切位移曲线,分析了不同变化参数对抗剪强度、峰值位移的影响规律。结果表明:0.1%体积掺量的PVA纤维对再生混凝土的抗剪强度提高了10%;随着压应力比的增大,试件的抗剪强度呈增大趋势,平均增大了2.03倍;与普通混凝土相比,再生混凝土试件的抗剪强度平均降低了13%;当再生粗骨料取代率为100%时,PVA纤维最佳掺量为0.1%;提出了纤维掺量为0.1%时压剪作用下PVA纤维再生混凝土抗剪强度计算公式。

动态响应下海水海洋骨料混凝土受压应力‑应变本构关系研究

为了构建海水海洋骨料混凝土在高应变率下的受压应力⁃应变本构关系,以海水海砂碎石骨料混凝土和海水海砂珊瑚骨料混凝土为研究对象,采用大直径霍普金森压杆试验装置开展了两类混凝土动态力学性能的测试,并通过静态力学性能试验得到各自混凝土动态力学性能比较的参考基准。基于静动态受压性能试验结果,获取了海水海洋骨料混凝土破坏模式与特征、应力⁃应变关系曲线、峰值应力和峰值应变、受压强度的动态放大系数(DIF),并深入分析应变率和混凝土类型对单一性能指标的影响。研究结果表明:海水海砂碎石骨料混凝土的破坏面在于碎石与水泥浆体的界面区,而海水海砂珊瑚骨料混凝土的破坏表现为珊瑚的剪切断裂;海水海洋骨料混凝土的静动态受压过程相似,其应力⁃应变关系曲线基本经历了弹性阶段、塑性发展阶段以及全塑性破坏阶段;应变率效应对提高海水海洋骨料混凝土动态受压力学性能具有显著影响,其中珊瑚作为粗骨料比碎石粗骨料具有更高的应变率敏感性。通过数值回归分析,构建了以应变率为自变量的海水海洋骨料混凝土受压强度DIF预测模型。以《混凝土结构设计规范》提供的分段式数学方程为基础,采用数值反演法建立了海水海洋骨料混凝土静动态应力⁃应变统一本构方程。

再生混凝土基本力学性能试验及应力应变本构关系

以设计强度为C30的废弃混凝土为再生粗骨料制备再生混凝土试件,其中66个标准棱柱体试件和33个150mm×150mm×550mm棱柱体试件,分别进行棱柱体抗压强度、抗折强度、弹性模量及泊松比试验,研究了不同再生粗骨料取代率下再生混凝土的基本物理力学性能,提出了再生混凝土应力-应变本构方程.结果表明:随着再生粗骨料取代率的增加,标准龄期再生混凝土棱柱体抗压强度略有提高,其应力-应变全过程曲线的形状与普通混凝土相似,在曲线的上升段,再生粗骨料混凝土的曲线与天然骨料混凝土基本重合,但在下降段,则再生混凝土的曲线变得更为陡峭;标准龄期的同批次再生混凝土抗折强度与棱柱体抗压强度的比值约为0.12,棱柱体抗压强度与其立方体抗压强度的平均比值为0.87;再生粗骨料取代率对再生混凝土的强度指标影响不大,各种取代率再生混凝土的抗折强度和棱柱体抗压强度与天然骨料混凝土实测值接近;对同批次静置2a的长龄期再生混凝土所测棱柱体抗压强度较标准龄期实测值有较大幅度提高,增大值为16.87%;长龄期再生混凝土的弹性模量较普通混凝土有较大提升,但泊松比的变化不明显,其值相对稳定,且在高取代率时其泊松比数值比普通混凝土有所降低.

钢管再生混凝土黏结滑移推出试验及黏结强度计算

为了揭示钢管再生混凝土界面黏结滑移的作用机理,采用服役满50年的混凝土作为再生粗骨料来源,设计25根钢管再生混凝土短柱试件进行推出试验。考虑试件的截面形式、再生粗骨料取代率、混凝土强度等级、长径比及界面埋置长度5个变化参数对其黏结性能的影响,获取两类不同钢管再生混凝土的荷载滑移曲线、黏结应变和黏结力分布规律,推导黏结剪力传递长度公式,并运用相关强度公式对钢管再生混凝土的黏结强度进行对比计算。研究结果表明:加载端和自由端的荷载滑移全过程曲线具有相似性,但自由端的初始滑移发展较慢。钢管纵向应变在加载初期和加载末期分别呈负指数分布和线性分布,实测强度较名义黏结强度大。对比得到圆形试件的黏结性能优于方形试件;圆形试件的黏结强度随骨料取代率的变化具有一定的波动性;方形试件的黏结强度随取代率的增大而略为增大;当混凝土强度较高时,其极限黏结强度会有所提高;钢管再生混凝土的黏结强度随长径比的增加而有所降低。

基于变形和能量双重准则的型钢混凝土异形柱地震损伤行为研究

为了研究型钢混凝土(SRC)异形柱地震损伤的评估机制,首先根据17个SRC异形柱抗震性能试验实测数据,建立该类结构柱基于性态的抗震设计量化指标;之后采用基于变形和能量的双重准则,结合异形柱结构的力学特性,通过引入组合系数的办法提出了适用于SRC异形柱抗震性能演化的Park-Ang修正模型。研究结果表明,型钢混凝土异形柱抗震性态水平可划分为5个等级,依次为正常使用、暂时使用、修复后可使用、生命安全和防止倒塌;在满足84.13%的概率保证率下各水平的柱构件位移角限值分别为1/700、1/150、1/100、1/50和1/35;提出的修正Park-Ang损伤模型能较好地反映型钢混凝土异形柱地震损伤的演变规律;通过控制损伤阀值,明确了型钢混凝土异形柱在各性态水平下的地震损伤评估依据。

多轴受力状态下再生混凝土的破坏准则及应力-应变本构关系研究

以再生粗骨料取代率、侧向围压值、时间龄期、再生骨料来源和混凝土强度等级为变化参数,设计68个试件进行三轴受压试验研究,观察了三轴受压状态下再生混凝土的破坏形态,揭示了其破坏机理,获取了三轴受压时的应力-应变全过程曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量等特征点参数。研究结果表明:随着围压值的增大,再生混凝土的破坏形态由垂直劈裂转变为斜向劈裂破坏,且与斜向劈裂面相交的粗骨料被剪断;单轴受压和侧向围压值σ_w≤9MPa时,再生混凝土发生脆性破坏;围压值σ_w≥12MPa时,再生混凝土为塑性状态破坏。最后,基于试验分析和普通混凝土的强度理论,分别采用莫尔-库仑破坏准则、π平面剪应力破坏准则以及Rendulic平面上的应力破坏准则从宏观的角度对再生混凝土材料的强度准则进行深入分析,并探讨了多轴应力状态下再生混凝土的应力-应变本构方程。研究结果可供再生混凝土的进一步研究和推广应用提供参考。

方钢管再生混凝土粘结滑移性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土的界面粘结滑移性能,利用废弃混凝土作为再生粗骨料制作了10根方钢管再生混凝土短柱试件,并对其进行推出试验研究,试验中考虑了混凝土强度等级、埋置长度和再生粗骨料取代率3个变化参数的影响,获取了方钢管和再生混凝土界面之间的荷载—滑移曲线,分析了各变化参数对起滑粘结强度和极限粘结强度的影响。研究结果表明:方钢管再生混凝土荷载—滑移曲线大致经历了4个阶段,即无滑移阶段、应力上升阶段、应力突变阶段及应力下降阶段;取代率对起滑粘结强度和极限粘结强度的影响较小,但埋置长度较小试件的起滑和极限粘结强度比埋置长度较大试件的大;混凝土强度对其二者影响较大。

方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱轴压机理及承载力计算

为研究方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的轴压受力性能,完成了25个方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱试件和4个普通方钢管混凝土柱试件的轴心受压试验。从试件的表观破损全过程、核心混凝土的碎裂形态、螺旋筋的失效模式、荷载位移曲线、各钢材组分的应变发展规律等多个角度对方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱的轴压机理展开分析,并与普通方钢管混凝土柱进行了对比。研究结果表明:螺旋筋有效改善了方钢管对核心混凝土约束不均匀的特点;螺旋筋、纵筋及方钢管之间具有良好的变形协调性,在本研究的配筋率范围内(0.44%~2.90%),螺旋筋的屈服强度均能充分发挥;方钢管螺旋筋复合约束混凝土柱比普通方钢管混凝土柱具有更好的轴压承载能力和变形能力,且随着螺旋筋间距的减小、直径和径宽比的增大,其表现出更优良的轴压性能;基于复合约束模型推导的承载力公式,其物理意义明确、形式简单,且计算值与试验值吻合较好,可供工程设计参考。

钢管再生混凝土柱轴压性能及承载力计算

为揭示圆钢管再生混凝土柱的轴压性能,基于试验实测数据,采用ABAQUS有限元软件对试验试件的受力全过程进行了数值模拟,并证实了数值模拟方法的可行性,在此基础上,通过增设30个数值计算模型,全面考察了含钢率、长细比及截面积等变化参数对钢管再生混凝土轴压柱受力性能的影响。结果表明:长细比的增长将显著削弱其极限承载力,而含钢率的增长将显著提高其延性和耗能能力;增大截面积将有利于承载力的提高,但提高幅度不明显;依据现行规范公式计算所得的极限荷载值较试验值和模拟值的小,计算结果偏于保守。将再生粗骨料取代率引入规范公式予以修正,所得计算模型对钢管再生混凝土轴压构件的设计计算具有参考价值。

型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点的滞回性能,以柱截面配钢形式、轴压比、水平加载角度及有无楼板参与工作为变化参数,进行4个平面和7个空间L形柱-混凝土梁框架节点的拟静力试验;比较分析试件的破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、耗能能力、位移延性以及层间位移角等抗震性能指标。研究结果表明:平面节点和空间节点的破坏形态分别为核心区发生剪切破坏和梁端出现塑性铰,带楼板工作的钢筋混凝土梁柱空间节点出现板的弯曲破坏以及梁底出现塑性铰的破坏模式;配实腹式型钢试件的滞回曲线比配空腹式型钢试件的饱满;平面节点的承载能力比空间节点的大,但耗能能力、位移延性及抗倒塌能力均不及空间节点;楼板的存在对节点承载能力的提高和维持刚度的稳定均具有有利作用;轴压比可提高节点的承载力和初始刚度;L形柱框架节点的层间变形能力大于规范规定的层间位移角限值。通过引入加载角度,提出了型钢混凝土L形柱-梁空间节点受剪承载力计算模型,其能较好地反映节点核心发生剪切破坏的传力机制。

碳纤维布加固超役混凝土电杆的破坏机理及力学性能

以某电网某路段超过服役期的钢筋混凝土电杆为研究对象,选取电杆杆身与跨中带钢圈接头的杆身试件各6根,其中各取3根试件采用碳纤维布(CFRP)沿杆件纵向进行加固,并对其进行抗弯承载力试验,对比研究在不同的碳纤维布黏贴层数下加固电杆的受力性能和破坏机理。基于试验实测数据,对强度及刚度计算方法进行了研究,并提出了刚度退化的数学表达式。研究结果表明:采用碳纤维布加固电杆后,其破坏表现为混凝土与碳纤维布的表面粘脱失效所致,纵向碳纤维布被拉断作为最终破坏形态,破坏过程迅速,脆性明显;试件的截面应变分布符合平截面假定。加固前杆身试件的承载力退化严重,加固后混凝土电杆的承载能力和刚度均有显著提高,但加固电杆的损伤发展较加固前提早,且快而集中,综合多方面考虑,建议在混凝土电杆接头附近的一定距离内采取双层、杆身其余部位采用单层的碳纤维布加固方法。

圆钢管再生混凝土中长柱轴压性能退化研究

为了揭示圆钢管再生混凝土中长柱在轴心荷载作用下的性能退化规律,以再生粗骨料取代率和长细比为变化参数,完成了5个试件的轴心受压试验。在此基础上,分析了其延性指标、能量耗散、刚度退化的演化过程。研究结果表明:再生粗骨料取代率的增加,试件的耗能能力随之提高,弹性轴压刚度也变大,且圆钢管再生混凝土试件的延性系数均比圆钢管混凝土试件的大,承载能力也在取代率为50%时达最大;当试件的长细比增大后,耗能能力和弹性轴压刚度均表现为先增后减的趋势,延性系数则保持增长的态势,而承载能力有所降低;所得刚度退化的简化计算模型可为工程设计提供参考。

高温后方钢管高强混凝土轴压短柱试验研究

为了研究高温后方钢管高强混凝土短柱的受力性能,以温度及混凝土强度为变化参数,设计了15个试件进行高温后的静力加载试验,观察了高温后试件的外观变化和破坏形态,分析了其荷载—轴向位移曲线,研究了各个参数对高温后方钢管高强混凝土短柱的力学性能的影响,并探讨了引入材料强度折减系数后已有规范对构件承载力计算的可行性。研究结果表明:高温后方钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式为剪切破坏和腰鼓破坏两种,温度低时倾向于发生剪切破坏,温度较高时易发生腰鼓破坏;温度在400℃以下时试件的承载力和轴压刚度变化不大,超过400℃时承载力和轴压刚度迅速降低,温度从常温升至200℃、400℃、600℃、800℃时,试件承载力分别为常温试件的101%、105%、76%、54%,其轴压刚度分别为常温试件的97%、96%、62%、51%;极限承载力随混凝土强度等级的提高而增大,混凝土等级从C60提高至C70及C80时,平均极限承载力分别提高7%和12%。延性系数随温度的升高经历先减小后增大的变化过程,温度为400℃时延性系为常温试件的92%,800℃时为123%,混凝土强度对试件的延性系数影响并无明显规律。引入折减系数后我国规程DBJ 13-51-2003及日本规程AIJ(1997)的计算值与试验值吻合较好。

方钢管约束再生混凝土中长柱轴压性能退化研究

为了揭示方钢管再生混凝土中长柱在轴心荷载作用下的性能退化规律,以再生粗骨料取代率和长细比为变化参数,完成了5个试件的轴心受压试验。在此基础上,分析了其延性指标、能量耗散、刚度退化的演化过程。研究结果表明:方钢管混凝土试件的峰值荷载比方钢管再生混凝土试件的大;随着再生粗骨料取代率的增加,方钢管再生混凝土轴压中长柱的耗能能力具有先降后升的趋势;方钢管混凝土试件的延性系数均比其再生混凝土试件的大;试件的弹性轴压刚度随取代率的增加表现为先增后减;随着长细比的增加,钢管再生混凝土中长柱的轴压耗能和弹性轴压刚度具有稳步减小的趋势,延性系数则呈现为先降低后增长之势。所得刚度退化的简化计算模型可为工程设计提供参考。