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。

超高性能混凝土T形截面梁受剪性能试验研究

对9片超高性能混凝土(UHPC)T形梁设计进行了受剪性能试验,分析钢纤维掺量、配箍率和剪跨比等主要参数对试验梁破坏形态、裂缝开展过程和抗剪承载力的响应影响规律。基于公开发表的57片UHPC梁受剪实测数据,分析对比了既有多国规范的抗剪承载力计算方法。试验结果表明:UHPC-T梁具有较高的抗剪承载力和延性,2%~3%的配纤率有助于更好地发挥钢纤维的抗剪贡献,既有规范对UHPC-T梁的抗剪承载力计算偏保守,对钢纤维的贡献有待进一步研究。

钢筋混凝土梁动态剪切性能及尺寸效应细观研究

基于ABAQUS有限元数值计算平台,考虑混凝土材料的非均质性以及钢筋和混凝土的应变率效应,建立了钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁三维细观数值分析模型,探究了RC梁在不同应变率和配箍率条件下的剪切性能及其尺寸效应行为。结果表明:剪切承载力随着应变率和配箍率的增加均有不同程度的提高;名义抗剪强度随梁高的增大而减小,存在显著的尺寸效应现象;应变率和配箍率的增大一方面可以提高RC梁的名义抗剪强度,另一方面会削弱名义抗剪强度的尺寸效应行为;提出的RC梁静/动态剪切统一尺寸效应律同时考虑了尺寸效应、应变率效应和配箍率的影响,能够较好地预测RC梁在静态和动态作用下的名义抗剪强度,具有一定的准确性和合理性。

BFRP筋混凝土深梁动态剪切破坏尺寸效应模拟

为研究玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋混凝土深梁动态剪切破坏机制及其尺寸效应规律,考虑混凝土非均质性、混凝土/BFRP筋相互作用以及混凝土和BFRP筋在材料层面的应变率效应,建立了BFRP筋混凝土深梁细观尺度三维数值模型。利用已有的试验数据验证了该数值模拟方法的合理性和准确性,采用该方法研究了不同尺寸但几何相似的BFRP筋混凝土深梁在不同应变率下的剪切破坏模式及失效机制。分析了截面尺寸、配箍率、应变率对BFRP筋混凝土深梁剪切破坏及相应尺寸效应规律的影响。结果表明:动载下梁的破坏模式与静载时存在较大差异,但均表现出尺寸效应;增大应变率及配箍率均能有效提高梁承载力且削弱剪切尺寸效应,但应变率的作用程度明显大于配箍率。

全预制拼接槽形UHPC梁抗弯抗剪性能试验研究

为实现UHPC结构在房屋建筑中的应用,提出了一种全预制拼接槽形UHPC梁,该梁截面呈槽形,带螺栓肋且肋上设贯通螺栓孔,梁柱可由两片槽形带肋梁正拼接和反拼接形成工字形和回字形两种梁、柱全装配式组合连接模式.为研究全预制拼接槽形UHPC梁的抗弯抗剪性能,共完成3根梁抗弯试验,分别为现浇工字形梁、回字形拼接梁、工字形拼接梁.通过抗弯试验发现,拼接梁的刚度略高于现浇梁,而反接槽形拼接梁的抗弯承载力高于现浇梁,以此证明UHPC拼接梁的抗弯性能优于UHPC现浇梁.为研究工字形拼接梁的抗剪性能,设置了不同剪跨比和箍筋间距,通过正交试验设计完成了9根反拼接槽形拼接梁的抗剪试验研究,获得开裂和破坏荷载、变形和裂缝分布规律等.通过抗剪试验发现,在箍筋间距相同时,工字形拼接梁随剪跨比由1增大为2、3,破坏模式由斜压破坏转变为剪压破坏;对于有腹筋梁,箍筋间距相同时,剪跨比越大,槽形拼接梁承载力越低,延性越大,且有腹筋梁的箍筋对主裂缝的发展具有有效的约束作用.

内置螺旋箍筋装配式剪力墙抗震性能试验

为研究装配式剪力墙在竖向采用螺旋箍筋约束波纹管浆锚连接,同时增设水平向现浇区域下的抗震性能,本文对两个不同现浇区域内置螺旋箍筋的装配式剪力墙试件,1个全预制内置螺旋箍筋的装配式剪力墙试件以及1个整体现浇式剪力墙试件进行低轴压比下的低周往复荷载试验;通过力学试验获取试件的破坏过程、破坏模式及骨架曲线,对承载力、延性、刚度等力学指标展开参数分析和讨论。结果表明:1)装配式剪力墙的破坏形态均为压剪破坏,水平向现浇区域与预制墙体的协同性能良好;2)内置螺旋箍筋约束波纹管浆锚竖向钢筋可有效提高试件的刚度、耗能以及延性,使得此种构造的装配式剪力墙试件的抗震性能基本上等同整体现浇试件;3)现浇边缘构造区域的装配式剪力墙的抗震性能优于现浇叠合区域,因此建议将现浇区域尽量置于边缘构造处。

井形碳纤维箍筋混凝土梁抗剪承载力试验

针对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer plastic,CFRP)筋混凝土梁中封闭箍筋难以弯折成型、制作困难的现状,拟采用井字形CFRP箍筋承担斜截面剪力。设计了4个不同配箍率的足尺寸混凝土梁,进行4点弯曲静力加载试验,得到了其在不同配箍率下剪弯段的极限承载力及破坏形式,分析了箍筋应力的变化规律。结果表明:配箍率是影响井字形CFRP箍筋的混凝土梁抗剪承载力和破坏模式的一个重要指标,配箍率增大时井字形CFRP箍筋的混凝土梁的抗剪承载力显著提升,破坏模式从剪压破坏逐渐转为斜压破坏;通过对梁控制截面上箍筋与纵筋交接位置处锚固性能的理论分析,得出了该位置CFRP井字形箍筋的锚固黏结力,其值大于相应锚固段的边界剪力,能够满足斜截面受剪承载力的要求。试验和理论分析结果证明了井字形CFRP箍筋用于混凝土梁斜截面抗剪的可行性,可促进CFRP筋在混凝土结构中的大量应用。

构件性能对预应力CFRP加固墩柱抗震性能的影响

为研究高轴压比下配筋率、配箍率和剪跨比对预应力碳纤维布加固钢筋混凝土方柱抗震性能的影响,设计并制作5根钢筋混凝土方柱(包括1根未加固柱和4根加固柱),对其进行低周往复荷载试验。分析在0.7轴压比下配箍率、配筋率和剪跨比对预应力CFRP加固钢筋混凝土方柱的破坏模式、滞回特征、骨架曲线、刚度退化、延性性能和耗能能力的影响,并利用ABAQUS软件建立有限元模型对试验进行模拟,在验证模型的准确性后,对本次试验进行了扩充参数分析。研究结果表明:高轴压比下,预应力CFRP布加固能有效提高柱的水平承载能力和变形能力,对提高柱的抗震性能有利;配箍率的变化对加固柱的初始刚度和水平承载力影响较小,但对其变形能力和耗能能力影响较大,增大配箍率有利于提高加固柱的变形能力和耗能能力;配筋率对加固柱的水平承载力和变形能力有一定的影响,且与加固柱柱底塑性铰长度正相关,加固设计时应注意CFRP布约束范围完全覆盖塑性铰区;剪跨比的增大对柱的变形能力有明显的提高,但对水平承载力和刚度有极为不利的影响,对于剪跨比较大的柱,CFRP布的利用率较低,加固效率不高。研究成果可为高轴压比下预应力碳纤维布加固桥墩设计和工程应用提供试验依据。

高强箍筋对普通混凝土梁抗剪性能的影响机理

为明确高强箍筋普通混凝土梁的抗剪机制,采用三维刚体弹簧元对比评价了普通箍筋梁和高强箍筋梁的抗剪承载力、破坏模式、临界斜裂缝特征、极限变形能力等抗剪性能的异同。结果表明:高强箍筋(HRB500)替代普通箍筋(HRB235)对抗剪承载力和变形能力的提升不显著(<6%和13%)。该文进一步定量分析了梁拱抗剪模型对各混凝土梁在各加载阶段的抗剪贡献,发现混凝土梁破坏时,梁模型主要由箍筋的抗剪作用V_(s)支配,而拱模型主导抗剪承载力,是关键抗剪模型。对比普通箍筋,高强箍筋(屈服强度:900 MPa)使V_(s)增强29.7%,但是由于拱模型的峰值取决于加载点附近破坏区域的混凝土抗压强度,对拱模型的提升作用不显著(<11.0%)。研究结果还证明:现行的混凝土构件抗剪设计采用荷载试验的承载力下限值,保证了混凝土结构的安全,但是由于未能合理评价梁拱抗剪模型,割裂了拱模型与混凝土总贡献、配箍率的关系,具有一定的改善空间。

GFRP筋混凝土梁抗剪承载力影响因素

为深入研究玻璃纤维（GFRP）筋混凝土梁的抗剪性能,通过57根混凝土梁的试验,对GFRP筋混凝土梁抗剪承载力的影响因素进行了研究.重点分析了箍筋和剪跨比对GFRP筋混凝土梁抗剪承载力的影响;在配筋率、几何尺寸、混凝土强度和剪跨比相同的条件下,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁的抗剪承载力进行对比分析,探讨了GFRP筋对混凝土抗剪能力的影响系数与剪跨比的关系.结果表明：箍筋能使GFRP筋混凝土梁的初裂抗剪强度提高7.4%~30.0%;GFRP筋混凝土梁达到极限承载力时,箍筋的最大应力远小于其抗拉强度,验明了有效应变控制抗剪能力的正确性;随剪跨比减小,GFRP筋混凝土梁的抗剪承载力先增大,后减小;GFRP筋对混凝土抗剪能力的影响系数随剪跨比减小而增大.

叠合梁斜截面抗剪性能的试验研究

通过对叠合模型梁的承载能力、梁的变形特征、裂缝的形成和发展过程以及梁中箍筋、纵筋应力变化情况的观测,得到了按斜截面抗剪强度设计的叠合梁的破坏过程,以及在这个过程中箍筋所起的影响作用.试验结果表明:参照整浇梁的理论计算方法,二次受力叠合梁的极限抗剪承载力比相应情况的整浇梁要略高,其中箍筋的实际有效作用比由规范公式[1]计算得出的理论贡献值要大;梁的变形特性以及裂缝开展情况与一般整浇梁很类似,其最终破坏形态也与一般整浇梁接近.试验成果为叠合梁的进一步研究和工程应用提供了有价值的实验依据.

超高性能纤维混凝土梁抗剪性能试验研究

进行9根超高性能纤维混凝土梁抗剪性能试验,试验梁变化参数包括:剪跨比、配箍率、预应力水平。试验结果表明:剪切破坏形态随剪跨比由小变大依次表现为斜压、剪压和斜拉破坏三种形式,抗剪承载力随剪跨比的增大而减小;用HRB500级钢筋做箍筋,箍筋的强度能够得到充分发挥,抗剪承载力随配箍率的增大而提高;预加力可以显著提高梁的抗剪承载力;正常使用极限状态下剪切斜裂缝最大宽度不超过0.2mm;临界斜裂缝形成前斜裂缝宽度发展缓慢,形成后发展速度明显加快;采用现有规范计算超高性能混凝土梁的抗剪承载力会导致过于保守;考虑剪跨比、配箍率、预加力因素建立超高性能混凝土梁的抗剪承载力统计计算的经验公式,按照经验公式对试验及所搜集的17根梁进行计算,计算值与试验值吻合较好,且变异系数较小。

钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏及尺寸效应律研究

相比于混凝土材料,钢筋混凝土构件的破坏模式与机制更为复杂,采用混凝土材料层次的尺寸效应理论难以描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为。为研究钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏的尺寸效应行为,从细观角度出发,建立了钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。结合现有试验数据,验证了细观模拟方法的可行性与合理性,进而拓展模拟与分析了剪跨比及配箍率对钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为的影响规律,发现:剪跨比对悬臂梁抗剪承载力有较大影响,对尺寸效应的影响很小;配箍率的增大提高了悬臂梁抗剪承载力,同时削弱了梁的抗剪强度尺寸效应。根据剪跨比及配箍率对悬臂梁抗剪强度的影响机制与规律,基于 Ba ant 材料层次尺寸效应律,建立了钢筋混凝土悬臂梁抗剪强度尺寸效应理论公式。对比模拟结果及试验数据,验证了所提尺寸效应理论公式的准确性与合理性。

高轴力下钢筋混凝土异形柱节点受力性能研究

由于异形柱特殊的截面形式,地震作用下,较高轴压比时异形柱节点与普通矩形柱节点相比破坏更为严重。通过钢筋混凝土异形柱边节点和中间节点低周反复荷载试验,分析了高轴力下异形柱边节点和中间节点核心区混凝土裂缝发展及破坏情况,并利用试验数据计算得到节点核心区受剪承载力,最后结合节点核心区箍筋应变变化规律初步探讨了异形柱节点的抗剪机理。研究表明,高轴力下异形柱节点剪力较大,核心区腹板混凝土开裂破坏较严重,成为异形柱结构抗震的一个薄弱环节,限制了异形柱结构楼层高度。

不同纤维替代自密实混凝土梁中抗剪箍筋的试验研究

通过对一系列有箍筋和无箍筋自密实混凝土简支梁在两点对称集中荷载作用下的受剪试验分析,研究了纤维类型、纤维掺量以及配箍率等变化参数对混凝土梁斜截面受力性能的影响,并分析了用钢纤维和混杂纤维部分替代抗剪箍筋的可能性。试验梁加载时采用位移控制。结果表明,适量的钢纤维和混杂纤维能够部分替代混凝土梁中的箍筋。当箍筋和混杂纤维共同作用时可显著提高自密实混凝土梁的极限剪力、荷载峰值后的剩余承载能力以及韧性。混杂纤维能够改变按构造要求配置箍筋的混凝土梁的破坏形态,使梁从脆性的剪切破坏转为延性的弯曲破坏。

钢筋混凝土构件最小配箍率的分析

最小配箍率是保证钢筋混凝土构件不发生脆性破坏的重要构造措施。对《混凝土结构设计规范》(GB50 0 10— 2 0 0 2 )中保证钢筋混凝土受弯构件受剪承载力的最小配箍率计算进行了推导和分析 ,并与国内外规范进行了比较 ,结果表明 ,《混凝土结构设计规范》(GB50 0 10— 2 0 0 2 )

反复荷载下混凝土框架柱塑性铰区基于延性的抗剪承载力机理分析

在试验研究的基础上,以框架结构延性设计为目的采用桁架+拱模型研究了框架柱塑性铰区域抗剪受力机理,分析了位移延性系数、加载循环次数等因素对框架柱构件塑性铰区域剪切受力性能的影响,并结合试验结果提出了混凝土框架柱塑性铰区域剪切承载力抗震延性设计实用公式,可有效实现结构的延性破坏机制。主要为配合GBJ10-89的修订,该成果已被《混凝土结构设计规范》(GBS0010-2003)吸收。

HRB500级钢筋配箍的混凝土梁受剪性能试验研究

利用一刚性试验系统,进行18根钢筋混凝土梁受剪性能试验。试验分为两个系列,一个系列采用HRB500级钢筋配箍的有腹筋梁,另一个系列为对应的无腹筋梁。主要试验变量为剪跨比和混凝土抗压强度。试验得到试验梁包括下降段在内的荷载-挠度全曲线。根据试验结果,分析梁的斜截面受剪承载力和变形性能。通过试验数据分析,发现剪跨比对有腹筋梁和无腹筋梁的受剪性能都有较大的影响,有腹筋梁的剪切破坏不属于脆性破坏,有腹筋梁使用阶段的斜裂缝宽度可以满足正常使用极限状态的要求。不同强度等级和不同剪跨比的混凝土梁,采用HRB500级钢筋作为箍筋,其受剪承载力可按现行《混凝土结构设计规范》有关公式进行计算,所得结果偏于安全。

螺旋箍筋约束波纹管浆锚装配式剪力墙的抗震性能

为综合评价矩形螺旋箍筋约束波纹管浆锚连接的装配式混凝土剪力墙的抗震性能,对该剪力墙足尺试件进行了低周反复荷载试验,并与现浇试件进行对比.结果表明:矩形螺旋箍筋约束波纹管浆锚连接试件的破坏形态与现浇试件基本相同;由于水平拼缝的存在,两种试件的受力全过程的表现形式并不一致;两种试件的滞回曲线均较饱满,骨架曲线走势基本一致,耗能能力接近;两种试件的极限位移角分别为1/49和1/45,位移延性系数均为4.0,满足延性要求;相比现浇试件,矩形螺旋箍筋约束波纹管浆锚连接试件各阶段的承载力有所降低.若水平拼缝采用合理构造,装配式混凝土剪力墙结构可以达到与现浇结构相当的延性、承载能力以及抗震耗能能力.