CFRP-不锈钢夹层管混凝土柱轴压试验及承载力计算方法

为了提升薄壁不锈钢结构的承载性能和耐久性,在不锈钢管内外壁粘贴碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber-Reinforced Polymer,CFRP)复合约束海水海砂混凝土,制得一种CFRP-不锈钢夹层管海水海砂混凝土结构。以CFRP粘贴层数和方式为变化参数,对18个短柱试件进行了单调轴心受压试验,观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了荷载-位移曲线和材料应变分布数据,分析了试件轴压力学性能的变化规律。结果表明:内外贴CFRP能有效地提高结构的承载能力和变形能力;无CFRP和内贴CFRP试件的破坏形态均为剪切破坏,但破坏形态会随着外贴CFRP层数的增加向腰鼓破坏转变;在相同粘贴方式下,试件的承载能力、变形能力和耗能能力随着CFRP层数的增加呈非线性提高;在相同粘贴层数下,内贴CFRP的力学性能提升效果优于外贴CFRP,粘贴1层和2层CFRP时,内贴试件的极限承载力相较于外贴试件能再提高5.6%和6.7%,同时内贴1层CFRP的试件的耗能能力与外贴2层CFRP的相当;应变分析显示,在试件破坏前,CFRP与不锈钢协同工作良好。文中最后基于极限平衡法,考虑不锈钢的应变硬化效应,提出了CFRP-不锈钢夹层管混凝土柱极限轴压承载力的计算公式,并收集了73个样本的数据进行验证,发现计算值与试验值较为吻合。

海洋环境GFRP筋海水海砂混凝土梁受力性能试验及承载力计算

为研究海洋环境玻璃纤维增强聚合物筋(Glass fiber reinforced polymer bars,GFRP筋)海水海砂混凝土梁的受力性能,以暴露环境、暴露龄期和海砂取代率为变化参数,设计七个试件进行单调静力加载试验,观察了其受力破坏过程及形态,获取了试件的荷载-挠度曲线,分析了各变化参数对此类构件极限承载力、初始刚度和延性系数的影响规律。结果表明:与常规大气环境相比,经盐雾环境暴露后试件极限承载力增大了28.0%,而经潮汐环境暴露后极限承载力降低了13.0%;270 d龄期内,随着潮汐暴露龄期的延长,试件的极限承载力先增大后减小,而初始刚度和延性系数均呈减小趋势;海砂取代率的增大不利于试件的极限承载力和初始刚度。最后,探讨了海洋环境暴露后GFRP筋海水海砂混凝土梁受弯承载力的计算方法。

CFRP铝合金复合管海洋混凝土柱轴压性能试验及承载力计算

为研究CFRP铝合金复合管海洋混凝土柱的轴压性能,以CFRP粘贴位置和CFRP粘贴层数为变化参数,设计并制作18个试件进行单调静力加载轴心受压试验,观测其受力破坏过程形态,获取荷载-位移全过程曲线和截面不同材料应变分布数据,并对其破坏现象、承载力、吸能量和各组分应变与横向变形等进行细致分析。研究结果表明,试件破坏时CFRP均为拉断破坏,其中无内贴CFRP试件破坏形态为铝合金管腰鼓状破坏、核心混凝土压碎,内贴CFRP试件铝合金管及核心混凝土均为剪切破坏;CFRP与铝合金管有良好的变形协调性能;CFRP可以增强铝合金管海洋混凝土的极限承载力和吸能能力,且在CFRP层数相同时,内贴CFRP增强幅度更大;CFRP能有效抑制试件的损伤发展;最后提出了CFRP铝合金复合管海洋混凝土柱的轴压承载力计算公式。

海洋骨料混凝土力学性能试验研究

为了研究海洋骨料混凝土的力学性能,以海砂取代率、强度等级、减水剂与水泥质量比、复掺矿物掺合料类型、拌养用水和粗骨料类型为变化参数,设计并制作了44组共132个试件,进行轴心受压静力单调加载试验,观察其受力破坏过程及形态,获取试件轴压应力-应变曲线、重要物理及力学性能指标,分析各变化参数对其物理及力学性能指标的影响规律,提出了海洋骨料混凝土各强度指标之间的换算关系式和轴压应力-应变本构方程。结果表明:C30以上强度的海洋骨料混凝土呈珊瑚骨料劈裂破坏形态;各参数对海洋骨料混凝土干密度影响不大,变幅为1 983~2 143 kg/m^(3);海洋骨料混凝土峰值应变范围为3.59×10^(-3)~6.3×10^(-3);随海砂取代率的增加,试件力学性能指标上下波动变化;强度等级对其弹性模量、峰值应力及峰值应变影响显著;复掺偏高岭土和硅灰的海洋骨料混凝土力学性能较好;减水剂与水泥质量比对峰值应变影响显著,但对其他力学性能影响不大,变幅在14%以内;拌养用水对其峰值应力有一定影响;珊瑚粗骨料混凝土的延性及耗能均小于同强度的碎石混凝土,差幅为6%~48%。

喷水冷却后方圆钢管再生混凝土黏结性能对比分析

针对高温喷水冷却后方钢管与圆钢管试件界面黏结性能的差异,以历经最高恒温温度、再生粗骨料取代率和冷却方式为3个变化参数,制作了27个喷水冷却和2个自然冷却的试件进行静力推出试验,分析了2种截面形式再生混凝土试件的破坏全过程,对方与圆钢管试件依次从黏结强度、界面黏结抗剪刚度和耗能因子3个方面进行了对比分析。结果表明:经过高温和喷水冷却后,随着历经最高温度的增大,方与圆钢管试件的黏结强度变化趋势有很大不同。随着再生粗骨料取代率的增大,两种截面形式的黏结强度、界面黏结抗剪刚度和耗能因子的变化趋势均不同。随着锚固长度的增大,圆钢管试件的黏结强度优于方钢管试件的,两者的界面黏结抗剪刚度呈相反的变化趋势,耗能因子均减小。

高温喷水冷却后钢管混凝土柱轴压性能及剩余承载力评估

为了研究历经火灾高温和喷水冷却后钢管混凝土的轴压性能及其剩余承载力评估方法,以混凝土强度等级、历经最高温度、径厚比、冷却方式为变化参数,设计并完成了24根钢管混凝土试件经历高温冷却后的轴压力学性能试验。观察了试件的轴压破坏过程及形态,获取了相应的荷载-位移曲线,并分析了各变化参数对其轴压性能的影响规律。结果表明:随历经温度的升高,试件的峰值应力和轴压刚度整体呈下降趋势,延性随温度的升高呈现先增大后减小的变化趋势,轴压耗能能力则呈相反趋势;随着混凝土强度等级的提高,峰值应力和轴压刚度逐渐增大,延性则先增后减;增大钢管的径厚比可以大幅提高试件的轴压刚度及延性;与自然冷却相比,喷水冷却试件具有更好的延性及耗能能力;提出了相应的轴压承载力计算式,可以较好地评估钢管混凝土经历高温喷水冷却后的剩余承载力。

高温后圆与方钢管再生混凝土界面黏结性能对比

为了揭示高温后圆与方钢管再生混凝土的界面黏结性能差异,以经历最高温度(T)、再生粗骨料取代率(γ)为变化参数,进行了20个圆形及20个方形钢管再生混凝土试件的推出试验。对这两类试件的黏结破坏过程、荷载-滑移曲线形态、界面黏结及抗损伤性能进行了对比分析。结果表明:方形试件的黏结破坏过程相对圆形试件表现出明显的脆性和不均匀性,其棱角处的界面破坏相对较晚;圆形试件的界面黏结强度、黏结抗剪刚度及耗能能力平均分别约比方形试件高出114.8%、3.57%、53.7%,这种优势有随参数T的升高而减小,随参数γ的提高而增大的趋势;圆形试件的界面初始损伤出现相对较晚,损伤速度平均比方形试件慢46.1%,这种优势会随参数T的升高而逐渐减小,受参数γ变化的影响则不大。

冷却方式对高温后型钢高强混凝土界面黏结性能的影响研究

为了揭示高温后型钢高强混凝土经历消防喷水冷却和自然冷却后的界面黏结性能差异,以试件的经历最高温度、混凝土强度等级及冷却方式为变化参数,设计并完成了27个试件推出试验。对比分析了自然冷却和喷水冷却两类试件的界面黏结破坏过程和黏结性能指标。结果表明:自然冷却试件初始滑移的发生早于喷水冷却的试件,且其界面整体破坏过程相对更具脆性;自然冷却试件的界面黏结性能明显优于喷水冷却的试件,其界面黏结强度、黏结抗剪刚度及耗能能力平均分别约比喷水冷却的试件高161.6%、347.4%、107.6%;随着经历温度和混凝土强度等级的提高,自然冷却试件的界面黏结强度和耗能能力优势呈现先增大后减小的变化趋势,而其黏结抗剪刚度优势则呈现逐渐增大的变化趋势。

焊接栓钉型钢混凝土梁抗扭性能试验研究

为研究焊接栓钉型钢混凝土(SRC)梁的抗扭性能,设计了一套加载装置,完成9个试件的纯扭加载试验(其中焊接栓钉SRC试件7个,非焊接栓钉SRC和普通钢筋混凝土对比试件各1个),考虑了栓钉位置、长度、直径和间距4个变化参数。通过试验,观察试件的受力破坏过程及形态,获取裂缝分布情况、扭矩-扭率曲线、开裂扭矩和极限扭矩等数据,分析各变化参数对其受力性能的影响规律。结果表明:纯扭作用下,SRC梁试件表面出现螺旋状裂缝而破坏,焊接栓钉试件较普通SRC试件,其螺旋裂缝细而密、承载力更高、延性更好;栓钉焊接在型钢腹板较焊接在翼缘更有利于提高抗扭性能;栓钉长度和直径对其受扭性能有一定影响,适当增大长度和直径能提高其抗扭承载力;最后提出改进叠加法的计算公式,计算值与试验值吻合良好。

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。

钢筋混凝土柱压弯剪扭滞回性能试验研究

为揭示钢筋混凝土柱在压弯剪扭反复荷载作用下的破坏机理,以扭弯比、剪跨比、配筋率和配箍率为变化参数,采用同步但不同位移幅值的加载方式完成了6个试件的低周反复加载试验并获取了试件试验数据,分析各变化参数对抗震性能的影响。试验结果表明:裂缝主要集中在试件中下段,呈现斜向交叉形式,破坏模式主要呈现弯扭破坏形态;随着扭弯比和配筋率的增大,试件扭矩-扭转角滞回曲线更为饱满,耗能能力强;增大剪跨比,试件扭矩-扭转角滞回曲线则呈现为捏缩状,耗能能力变差,但后期变形能力增强;通过增大试件的扭弯比、配筋率和配箍率,均可提高试件受弯延性和耗能能力,同时可延缓其强度和刚度的退化。

珊瑚粗骨料海水混凝土力学性能试验研究

为了研究珊瑚粗骨料海水混凝土的力学性能,以拌养用水、粗骨料类型、混凝土强度为设计参数,设计和制作了12个珊瑚粗骨料混凝土、6个碎石粗骨料混凝土标准立方体试块,自然养护28d后进行轴压力学性能试验。观察了试块的受力破坏形态,获取了珊瑚粗骨料海水混凝土试块的单轴受压荷载-位移曲线,分析了各设计参数对珊瑚粗骨料海水混凝土的物理性能及力学性能的影响规律,并建立了珊瑚粗骨料海水混凝土单轴受压状态下的应力-应变本构方程。试验结果表明:珊瑚粗骨料海水混凝土试块的最终破坏形态为正倒相连的棱锥体;采用海水拌养混凝土时,可以提高混凝土的早期强度和轴压刚度;分别采用珊瑚和碎石作为粗骨料配制出的混凝土,同强度等级时,二者峰值荷载差异较小,但珊瑚粗骨料海水混凝土的峰值位移、轴压刚度均比碎石海水混凝土的小,且珊瑚粗骨料海水混凝土的损伤速率更快。拟合出的珊瑚粗骨料海水混凝土轴压本构方程与试验结果吻合较好,建议采用。

角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱轴压性能及承载力计算

为研究角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压力学性能,对26个该类组合柱试件及3个角钢约束混凝土柱对比试件进行了单调静力轴心受压试验。观察试件的破坏形态,得到试件的承载力和荷载-变形曲线。通过试件受力全过程的破坏形态、损伤演化、荷载-变形曲线、截面约束应力分布等分析角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的复合约束机理和失效性态。基于Mander本构模型,通过划分不同的混凝土约束区,提出该类组合柱的轴压承载力计算方法。研究结果表明:角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压破坏过程及形态与角钢约束混凝土柱相似,但是其裂缝发展、混凝土剥落的过程更为缓慢;荷载-变形曲线更为饱满,损伤发展也更慢;承载力、延性和耗能能力都有显著提高;所提出轴压承载力计算方法的计算结果与试验结果吻合较好。

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件(其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个)进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明:螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。

钢纤维再生混凝土的直剪力学性能

为研究直剪作用下钢纤维再生混凝土(SFRAC)的破坏机理,以试件尺寸、再生骨料取代率、钢纤维体积分数V为变化参数,设计了138个试件,并对其进行了直剪试验,得到了试件的直剪荷载-位移全过程曲线,分析了不同变化参数对SFRAC峰值剪力、抗压强度等直剪力学性能的影响规律,给出了不同试件尺寸下SFRAC峰值剪力的换算系数,提出了SFRAC抗剪强度公式.结果表明:随着试件尺寸的增大,SFRAC峰值剪力逐渐增大;随着再生骨料取代率的增加,V=0%的试件峰值剪力先增大后减小,V=1.0%的试件峰值剪力减小;钢纤维对再生混凝土抗剪能力提高幅度较大,对抗压强度提高幅度较小;提出的抗剪强度公式计算值与试验值吻合良好.

海砂海水混凝土力学性能试验研究

为研究海砂海水混凝土的力学性能,以海砂取代率、拌养用水、强度等级、掺合料为变化参数,设计制作了39个的圆柱体标准试件并进行轴压试验。观察了试件的破坏过程及形态,获取了其轴向荷载-位移全过程曲线,并深入分析了特征点数据以及各变化参数对海砂海水混凝土力学性能的影响规律,基于试验实测数据拟合得到了该类海洋混凝土材料的应力-应变本构方程。结果表明:海砂海水混凝土试件的荷载-位移曲线经历了弹性阶段、弹塑性阶段、峰值点、下降段四个阶段;随着海砂取代率的增加,试件的峰值荷载和轴压刚度呈现先减小后增大再减小的波动变化趋势,试件的轴压延性系数随取代率变化的规律与峰值荷载的变化趋势则截然相反;对比不同拌养用水混凝土,海水拌养混凝土试件的峰值荷载更大;随着混凝土强度等级的提高,试件的峰值荷载和初始轴压刚度均相应增大,但峰值位移、延性系数以及耗能系数却降低;同时复掺矿渣和偏高岭土的海砂海水混凝土具有更优良的性能。

数字化“两票”安全管控系统构建

基于设备资产精益管理系统构建数字化“两票”安全管控系统,实现了“两票”的“平台+线下”审核、安全管控措施和隐患的多重排查和监管、票证全流程管理等功能;通过对综合检修、改扩建工程、新变电站投运以及日常设备消缺等业务数字化管理,有效促进了现场风险的有效管控、电网升级改造的高效落实、主网数字化业务的推进及班组管理能效的提升,确保了电网业务安全有序开展。

钢管再生混凝土框架抗震破坏机制与性能水准研究

为了研究钢管再生混凝土框架的抗震破坏机制与性能水准,以100%为再生粗骨料取代率,进行了两榀圆、方钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件的拟静力试验。实测试件的破坏特征与机制、荷载—位移滞回曲线和荷载—应变滞回曲线等,探讨钢管再生混凝土框架试件基于性能设计的性能水准的确立准则。结果表明：试件呈现出＂强柱弱梁、强剪弱弯、强节点,弱构件＂的抗震破坏机制。荷载—位移滞回曲线基本对称,呈现出比较饱满的梭形。试件破坏时,柱顶钢管纵向应变均小于屈服应变,柱底钢管纵向应变达到了0.01左右,试件变形能力良好。试件KJ-1和KJ-2梁端的纵向钢筋应变均超过了屈服应变,仅试件KJ-1箍筋应变达到了屈服应变。荷载—钢管横向应变滞回曲线沿着受拉应变轴呈螺旋式发展。基于钢管再生混凝土结构性能设计,划分五档性能水准,确立了水平位移角和损伤指标限值。

三轴应力下卵石混凝土力学性能与本构关系

为研究卵石混凝土的三轴受压力学性能,进行了27个卵石混凝土试件的常规三轴试验,观察了试件的破坏形态,获取了其应力-应变全过程曲线及特征点参数,深入分析了围压对卵石混凝土力学性能的影响.结果表明:随着围压的增大,卵石混凝土试件破坏形态先由轴向劈裂破坏转变为斜向剪切破坏,再转变为横向剪切破坏;围压越大,峰值应力、峰值应变、初始模量越大,峰值应力后其应力-应变全过程曲线越平缓;提出的卵石混凝土三轴受压时相关力学指标计算公式及参数化本构方程的计算结果与试验结果拟合良好.

复合受力下焊接栓钉SRC柱抗扭承载力计算

为研究压、弯、剪、扭复合受力下焊接栓钉型钢混凝土(SRC)柱的抗扭承载力计算方法,基于滞回性能试验结果,分析了试验过程和破坏形态,利用了空间桁架理论与叠加原理,提出了复合受力下焊接栓钉SRC柱抗扭计算模型和强度统一方程。结果表明:所提出的强度统一方程和抗扭承载力计算方法的计算结果与试验结果均值误差均在3%内,吻合较好。