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。

拉筋对两层两跨钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响

该文开展了2榀2层2跨缩尺比例为2/5的水平往复荷载下方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁平面框架滞回性能试验研究,分析了柱端拉筋强柱构造对钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响。运用有限元软件ABAQUS建立该平面框架有限元模型,在试验验证的基础上开展柱端拉筋等效配箍率对组合平面框架抗震性能影响规律的研究。分析结果表明:柱端拉筋降低了钢管与混凝土之间的滑移、约束混凝土并加强了钢管对混凝土的约束作用,进而提高了柱端抗弯承载力与耗能能力,间接改变了梁柱线刚度比和抗弯承载力比,挖掘了钢梁的耗能潜力;柱端拉筋强柱构造措施有效提高了钢-混凝土组合平面框架结构的刚度、承载力和耗能能力,分别达70%、20%和50%以上。

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。

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。

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。

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.

型钢混凝土T形柱轴压性能分析

为进一步研究配钢形式“方钢管+T型钢”型钢混凝土T形柱在轴心荷载作用下的受力性能,为型钢混凝土T形柱结构受力过程的非线性分析和抗震性能分析提供参考依据,利用ANSYS有限元软件建立普通混凝土T形柱轴压模型,通过与现有的试验结果对比验证模型的合理性。在此基础上,建立配钢形式为“方钢管+T型钢”型钢混凝土T形柱模型,对其轴压性能进行有限元分析,深入研究“方钢管+T型钢”的配钢形式对混凝土截面应力、钢筋应力和型钢应力的影响,同时定量分析配钢率这一参数变化对轴压性能的影响规律。结果表明:与普通混凝土T形柱相比,“方钢管+T型钢”型钢混凝土T形柱极限承载力显著提高,但此种配钢形式对T形柱极限承载力的提高作用随配箍特征值的增大而减小;型钢的加入使得“应力拱”现象不再明显,在箍筋约束区内形成型钢强约束区,主要集中在T型钢腹板区域和方钢管区域,混凝土截面应力分布更加均衡;随着配钢率增加,同等比例荷载下型钢混凝土T形柱混凝土截面平均应力减小,型钢应力得以充分发挥,承载力显著增加。

沙漠砂混凝土梁柱空间中节点抗震性能有限元分析

为得到沙漠砂混凝土梁柱空间中节点的抗震性能,利用ABAQUS软件建立7个沙漠砂混凝土和1个普通混凝土空间中节点有限元模型,通过得到的结构破坏现象、滞回曲线、骨架曲线、延性性能等研究了混凝土材料、加载制度,轴压比及配箍率等对梁柱空间中节点抗震性能的影响。结果表明:沙漠砂混凝土与普通砂混凝土节点的屈服荷载、极限载荷、屈服点至极限点承载力余量、初始刚度与延性系数相近,且屈服点至极限点变形能力储备比普通砂混凝土节点约大23%;双轴加载与单轴加载空间节点的平均屈服荷载、平均极限荷载和屈服点至极限点承载力余量相近,而屈服点至极限点变形能力储备比单轴加载空间节点小约13%;随着轴压比从0增加至0.6,试件的屈服荷载逐渐增大,屈服点至极限点承载力余量逐渐减小;随着配筋率从1.54%增加至3.08%,试件的屈服荷载和极限荷载逐渐增大,屈服点至极限点承载力余量逐渐减小;沙漠砂混凝土空间节点的破坏位置位于梁柱交界处柱子的四角,钢筋的屈服位置位于节点的柱纵筋处。

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。

沙漠砂混凝土框架结构的抗震性能有限元分析

为了研究沙漠砂混凝土框架结构的抗震性能及破坏机理,基于ABAQUS有限元软件建立了9榀二层平面框架模型,研究了材料类型、混凝土楼板、配箍率和轴压比对沙漠砂混凝土框架抗震性能的作用规律。结果表明:沙漠砂混凝土框架的承载能力、初始刚度和屈服后承载能力余量均与普通砂混凝土框架相接近;与不带板的沙漠砂混凝土框架相比,带板的耗能提高近20%,承载力提高近6%;轴压比由0.2上升至0.6,试件的变形能力储备降低近15%;配箍率增加1.23%,结构的屈服载荷增长的幅度降低约1.5%,极限载荷增长的幅度降低约2%。

GFRP-珊瑚礁混凝土柱偏心受压承载性能及弯曲延性分析

为研究偏心距、配箍率对玻璃纤维复合材料(GFRP)筋珊瑚礁混凝土柱偏心受压承载性能和弯曲延性的影响,对5根珊瑚礁混凝土柱进行偏心受压试验,研究偏心距对试件承载性能、GFRP纵筋应变、混凝土应变、竖向位移及柱中挠度的影响。基于上述5组偏心距,采用ANSYS软件建立15根珊瑚礁混凝土柱模型,即每组偏心距下分别设计0.375%(箍筋间距分别为100、75、50 mm,下同)、0.500%、0.750%三种配箍率构件。最后,提出构件弯曲延性、截面曲率的计算方法。结果表明:随着偏心距增加,构件的承载力减小,受压侧GFRP纵筋应变增长速度减小;配箍率的增加不仅提高了试件承载力,同时减小了柱中挠度。构件承载力及弯曲延性的理论计算值同ANSYS软件模拟结果吻合良好。

钢筋混凝土的负泊松比设计与抗弯性能研究

将钢筋混凝土的方形结构箍筋改变为六肋结构、星形结构,设计制备出拥有负泊松比效应的钢筋混凝土梁。通过三点弯曲试验和落锤冲击试验数值模拟分析混凝土的抗弯性能,同时通过数字散斑相关方法分析其变形行为以及泊松比。结果表明:六肋结构和星形结构的箍筋能够提高混凝土的抗弯承载力,延缓其裂缝开展,提高其能量吸收率与弯曲韧性,星形箍筋的钢筋混凝土抗弯承载力和弯曲韧性系数分别可达22.6 kN及3.86 MPa;随箍筋结构中内凹角数量的增加,混凝土的抗弯性能增强,泊松比反而减小,且星形箍筋的钢筋混凝土甚至出现了负泊松比的现象,泊松比最小可达-0.03。

城际铁路桥式站结构设计与思考——以京唐城际铁路宝坻南站为例

以京唐城际铁路桥式站宝坻南站为工程实例,通过理论与数值分析,研究侧站房结构体系刚度控制及大悬挑雨棚设计的关键技术。结果表明,屋盖刚度的模拟方式对侧站房刚度影响显著,应采用精确模型模拟,当分别采用等代梁、刚性杆进行模拟时,弹性层间位移角计算值分别偏大14%和偏小50%;对于墙体填充率较低的空旷结构,准确模拟填充墙刚度较采用规范周期折减系数得到的弹性层间位移角计算值偏小9%;超长结构设缝能降低结构最大位移幅值,降低幅度依据结构布置情况具体确定。大悬挑雨棚采用斜拉杆+悬挑钢梁组合体系,根据节点变形协调原理,得到斜拉杆的竖向荷载分配比率即为竖直方向上各杆件的刚度比。设计措施上建议对拉杆体系考虑一定的冗余,避免连续破坏;对大跨度型钢混凝土梁宜适当提高配箍率,充分发挥构件延性。

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。

C80 高强混凝土柱延性的试验研究

通过１５根Ｃ８０高强混凝土柱在低周反复荷载作用下受力性能的试验研究，分析了混凝土强度、轴压比、配箍率、箍筋强度、纵向钢筋配筋率等因素对构件延性的影响．在满足构件有限延性（μΔ≥３）的基础上提出了Ｃ８０高强混凝土柱在不同抗震等级下轴压比的限值和柱加密区箍筋最小体积配箍率的建议值，可供设计参考．

高轴压比高强混凝土框架柱抗震性能试验研究

为研究高强混凝土用于大型火力发电厂主厂房框排架体系的可行性 ,通过 6根高轴压比高强混凝土框架柱在低周反复周期荷载作用下的受力性能试验研究 ,讨论了其破坏形态及滞回特性 ,并分析了轴压比、箍筋形式及配箍率等因素对构件延性的影响。最后 ,根据试验结果及ANSYS模拟的高强混凝土框架柱的单调荷载

层内混杂FRP加固混凝土柱抗震性能

为了研究将延性好的混杂纤维布(HFRP)用于结构抗震加固的可行性,通过7根钢筋混凝土方柱的低周反复推拉加载试验,研究了HFRP加固混凝土方柱的抗震性能,分析了HFRP加固方柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化以及耗能能力,探讨了轴压比、HFRP粘贴层数以及配箍率对HFRP加固方柱抗震性能的影响.试验表明:粘贴HFRP能有效提高方柱的抗震性能;轴压比对HFRP加固方柱的影响较大,低轴压比更有利于HFRP对混凝土柱约束作用的发挥,轴压比越高,越不利于HFRP后期约束作用的发挥,柱延性越低;增加HFRP层数在低轴压比时方柱抗震性能提高明显,而在高轴压比时效果不大;配箍率的增大能提高方柱抗震性能,有利于方柱抗震.

钢筋混凝土框架柱在高轴压比下的抗震性能试验

在大型火力发电厂主厂房结构、高层钢筋混凝土结构以及其它重型工业建筑结构中 ,柱一般都承受很大的竖向荷载 ,故轴压比设计问题是柱设计的一个非常重要的因素。针对目前大型火力发电厂主厂房结构设计时遇到的突出问题之一——钢筋混凝土框架柱轴压比超限现象 ,进行了 3个采用复合配箍框架柱在高轴压比下和周期反复荷载作用下受力性能的试验研究 ,观察了框架柱破坏过程和破坏机理 ,分析和研究了复合箍钢筋混凝土柱的高轴压比和配箍率等因素对复合箍钢筋混凝土柱滞回特性、延性的影响。最后 ,通过试验现象研究 ,对框架柱轴压比限值作了较为系统的论述 ,主要针对《火力发电厂结构设计规范》中轴压比限值较《混凝土结构设计规范》(GBJ1 0 - 89)超限问题进行进一步的研究和探讨。