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。

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%.

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。

箍筋约束条件下锈蚀变形钢筋与混凝土黏结性能的研究

为研究箍筋约束情况下混凝土强度、钢筋锈蚀率等因素对变形钢筋与混凝土黏结性能的影响,设计制作了96个中心拉拔试件,采用弱电流加速锈蚀方法模拟钢筋锈蚀过程,达到预定锈蚀率后就算完成了钢筋与混凝土的黏结-滑移试验。试验结果表明:横向箍筋改变了试件的破坏形态,由于箍筋的约束作用,绝大部分试件发生了钢筋拔出破坏,但黏结力下降缓慢,具有较好的黏结延性;未锈蚀变形钢筋与混凝土的黏结强度随混凝土的劈裂抗拉强度的变化呈线性变化规律,二者具有较好的相关性;随着钢筋锈蚀率的增加,混凝土的黏结强度呈先增后降的变化规律。通过回归分析知,当钢筋锈蚀率超过28%时,混凝土的黏结强度开始低于钢筋未锈蚀混凝土的黏结强度。

钢筋混凝土空心矩形桥墩振动台试验

通过地震模拟振动台试验研究了钢筋混凝土空心矩形桥墩的抗震性能,以某空心矩形桥墩为原型设计了2个具有不同配箍率的空心矩形桥墩模型试件,并对其进行地震模拟振动台试验,选取El Centro波、Taft波和人工兰州波作为地震动激励,分析了各工况荷载下桥墩顶部的加速度响应、动力放大系数和墩顶位移响应等参数;利用大型通用有限元软件ABAQUS建立了桥墩有限元模型,将试验采集的加速度和位移响应同有限元计算结果进行对比分析。结果表明:2个模型试件均具有良好的抗震性能;不同地震波激励作用下,桥墩顶部加速度和位移响应不同;配箍率越高,墩身裂缝分布越密集,裂缝宽度越小;配箍率对加速度和速度响应无显著影响;验证了利用ABAQUS软件建立的有限元模型的可行性。

型钢再生混凝土梁的抗弯性能试验研究

为了充分了解型钢再生混凝土梁的破坏特征,对4组型钢再生混凝土梁进行抗弯静载试验,了解型钢再生混凝土梁从开始加载直至破坏各个阶段的受力特点和变形特征,分析不同粗骨料取代率和钢筋配箍率对其受力性能的影响。研究表明,取代率不同对型钢再生混凝土梁的极限承载力的影响甚微,配箍率对型钢混凝土梁的裂缝间距及裂缝发展有一定影响,型钢再生混凝土梁截面基本符合平截面假定。

十字形型钢混凝土柱火灾后抗震性能试验研究

为对火灾后十字形型钢混凝土柱进行抗震性能的研究,以剪跨比和配箍率为设计影响因素,对4根十字形型钢混凝土柱进行低周反复荷载试验。并对十字柱的荷载位移滞回曲线、骨架曲线及耗能能力等力学性能进行研究总结。试验表明:(1)十字形型钢混凝土柱剪跨比在一定范围内提高,构件破坏形态由剪切破坏转变为弯曲破坏,其极限承载力与耗能能力降低,构件延性变好,同时刚度随着剪跨比的增加退化曲线变得平缓。(2)配箍率的变化对十字形型钢混凝土柱最终破坏形态没有明显的影响,延性系数随构件的配箍率增加而减小,同时在试件屈服前,配箍率越大其耗能值越小,试件屈服后配箍率对试件的耗能值影响变化不大。

动载作用下箍筋约束混凝土柱非线性行为研究

以箍筋约束混凝土动力本构为研究基础,结合箍筋约束混凝土单轴动力受压试验得到的试验结论,建立了同时考虑箍筋约束效应和率相关效应的细观随机断裂模型,定量表述了约束混凝土柱的动力非线性行为,即损伤演化和塑性演化,模型结果与试验结果吻合度很高。

再生粗骨料取代率对无腹筋BFRP筋再生混凝土梁抗剪性能的影响

为了研究再生粗骨料取代率对无腹筋玄武岩纤维增强复合材料筋(BFRP筋)再生混凝土梁的抗剪性能的影响,进行了足尺无腹筋BFRP筋再生混凝土梁抗剪性能试验。通过四点弯曲加载,研究了再生粗骨料取代率(0,30%,60%,100%)对4根无腹筋BFRP筋再生混凝土梁的裂缝开展、破坏形态、开裂荷载、跨中挠度、荷载-应变及抗剪承载力的影响。试验结果表明:所有试验梁均发生剪切破坏;相同荷载作用下,梁的挠度随再生粗骨料取代率的增加而增大;随再生粗骨料取代率的增加,梁的裂缝数量和斜裂缝平均宽度均增大;同一荷载作用下,BFRP筋再生混凝土梁的跨中纵筋应变大于BFRP筋普通混凝土梁;BFRP筋再生混凝土梁的抗剪承载力较BFRP筋普通混凝土梁低,并随着再生粗骨料取代率的增大而降低。通过承载力的试验值与理论值对比研究,验证了加拿大规范(CSA.S803-12)中规定的计算方法对无腹筋BFRP筋再生混凝土梁抗剪承载力的适用性。

中美规范钢筋混凝土梁抗剪配筋分析

对中美混凝土规范钢筋混凝土梁斜截面抗剪配筋计算进行对比,通过荷载组合、材料保证率和设计表达式,推导出矩形截面梁的斜截面抗剪计算公式,分析比较二者在设计方法、设计参数取值上的不同,最后通过计算实例比较钢筋混凝土矩形截面梁采用两个规范计算结果的差异。

空心矩形薄壁墩延性抗震性能试验

为了深入研究矩形截面且空心薄壁桥墩的延性抗震性能,对4个模型墩在恒定的轴压和循环反复水平荷载作用下进行了拟静力试验。探讨了薄壁墩在压、弯、剪共同作用下的破坏形态、位移延性和耗能能力,考虑轴压比、配箍率2个参数对结构极限承载力和延性性能的影响。试验结果表明：模型墩的破坏形式为弯曲破坏,位移延性系数介于3.61-5.56之间;配箍率是影响桥墩延性抗震性能的主要因素,随其值的增加位移延性系数增大,箍筋能显著提高试件的延性和耗能能力;随着轴压比的提高,试件的承载力有所降低,后期变形能力减小,抗震性能越来越差;建立了具有8个控制点的恢复力模型,并给出了各控制点的计算公式。

不同加载速率下箍筋约束混凝土力学性能试验研究

为了研究箍筋约束效应和率相关效应对混凝土单轴受压性能的影响,采用MTS815试验机对一批设计强度等级为C30、C70混凝土的普通箍筋约束试件进行了单轴受压试验。选取4种不同的配箍等级,对每一种配箍等级试件分别进行加载应变率为10-5、10-2/s的试验,得到了相应的应力-应变全曲线。研究发现:混凝土单轴受压性能会受到配箍率、应变率和混凝土强度等级三者的共同影响;增大配箍率提高了约束混凝土试件的峰值应力、峰值应力对应应变和延性系数,当配箍率达到3.4%时,最大提高幅值比例约为1∶2∶4,但其弹性模量受到的影响可以忽略不计;增大加载应变率提高了约束混凝土试件的弹性模量、峰值应力和峰值应力对应应变,但其延性系数有所降低,当应变率达到10-2/s时,上述特征值最大提高或降低幅值比例约为1∶5∶4∶4;箍筋约束效应与率相关效应相互耦合,当二者共同存在时,会削弱彼此对约束混凝土试件峰值应力、峰值应力对应应变和延性系数的提高或降低作用,当配箍率为0%~3.4%、应变率为10-5~10-2/s时,削弱幅值不超过60%,提高混凝土强度等级会增强该削弱作用,弹性模量受耦合效应的影响可以忽略不计。

配置600 MPa级钢筋的十字形柱抗震性能试验研究

通过对6个配置不同配箍率、轴压比的600 MPa级钢筋十字形柱试件进行低周往复加载试验,根据试件的滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线,对各试件的承载能力、位移及延性和耗能能力进行分析,研究配箍率和轴压比对配置600 MPa级钢筋的十字形柱抗震性能的影响。研究结果表明:增大配箍率能够提高试件的变形能力,增强试件的延性,改善十字形柱的滞回性能;减小轴压比,可以减缓试件的刚度退化,但试件的极限承载力降低。

型钢再生混凝土长柱恢复力模型的试验研究

根据7个型钢再生混凝土长柱拟静力试验结果,通过理论分析和试验数据拟合,给出型钢再生混凝土长柱恢复力模型的特征参数的计算方法,提出"定点指向"三折线恢复力模型。研究结果表明:轴压比、配箍率、粗骨料取代率对构件的极限荷载与屈服荷载的比值影响较小,近似趋于定值0.8;极限荷载随着轴压比的增大而增大,延性随着粗骨料取代率和轴压比的增大而降低,随着配箍率的增大而提高;通过试验骨架曲线和计算骨架曲线的对比,二者比较吻合,能够比较全面地反映构件的实际受力性能,所提恢复力模型较为合理。

基于OpenSees的型钢再生混凝土短柱抗剪性能数值模拟

为研究型钢再生混凝土短柱的抗剪性能,推广再生混凝土结构的工程应用,基于OpenSees软件,采用弯剪相互作用的位移型梁柱单元并利用纤维截面建模,对8根型钢再生混凝土短柱在低周反复荷载作用下的抗剪性能进行数值模拟。对比分析再生粗骨料取代率、轴压比以及体积配箍率的变化对型钢再生混凝土短柱抗剪性能的影响规律。结果表明:再生粗骨料取代率为100%的型钢再生混凝土短柱与普通型钢混凝土短柱的抗剪性能接近;轴压比和体积配箍率对型钢再生混凝土短柱的抗剪性能有较大影响;基于OpenSees软件能够模拟型钢再生混凝土短柱在压、弯、剪共同作用下的非线性反应。