高强约束混凝土框架柱抗震性能的研究

通过九根强度68.3～76.5MPa,采用箍筋约束的高强约束混凝土框架柱在低周反复作用下的试验研究,分析了影响高强混凝土框架柱延性的主要因素。着重提出了在满足构件有限延性基础上的,可用于工程设计的轴压比限值和配箍水平限值。在试验结果与按照文献[6]建议方法的计算对比基础上,提出了高强约束混凝土压弯构件正截面强度计算方法的建议。

高强约束混凝土Z形柱的截面延性

利用编制的高强约束混凝土异形柱截面数值分析程序,通过对多种工况下高强约束混凝土Z形柱截面延性指标进行计算分析,对影响其截面延性的荷载角、轴压比、混凝土强度、纵筋配筋率、箍筋配筋率和截面尺寸等多个因素进行了探讨。研究结果表明:高强约束混凝土Z形柱截面延性的主要影响因素有(从大到小):荷载角、轴压比、混凝土强度和箍筋配筋率;在此基础上,拟合出高强约束混凝土Z形柱截面曲率延性与主要影响因素之间的计算公式,可为高强约束混凝土Z形柱截面延性计算提供参考依据。

圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的试验研究与承载力分析

进行6组共18个圆钢管约束高强混凝土短柱在循环或单调轴压荷载作用下的试验研究。试验中的主要参数为混凝土强度(fcu=88.14～94.17)和钢管径厚比(D/t=21.62～43.01)。试验结果表明,圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通钢管混凝土构件,但两种构件的延性无显著差异;随钢管中纵向应力的降低,构件的轴压承载力提高。对构件的应力分析结果表明,圆钢管约束高强混凝土轴压短柱的峰值荷载点对应于钢管的屈服点。在应力分析结果的基础上建立圆钢管约束混凝土的轴压承载力公式,公式结果与试验结果吻合较好。基于试验结果对Mander约束混凝土模型进行修正,使模型适合于约束高强混凝土。

钢管约束高强混凝土剪力墙抗震性能试验研究

高强混凝土剪力墙承载力高,刚度大,但变形能力较差。为改善此类构件的变形能力,在剪力墙边缘构件采用钢管约束形式代替普通箍筋,进行了钢管约束高强混凝土剪力墙低周反复加载试验,研究试件的破坏形态、破坏机理、延性、滞回特性、刚度退化及耗能性能。试验表明,通过约束边缘构件内设置钢管,试件水平承载力下降缓慢,在较大竖向压力作用下,试件仍可保持竖向承载能力,可明显提高高强混凝土剪力墙的变形能力;相同轴压比下,钢管约束高强混凝土剪力墙试件较普通配筋高强混凝土剪力墙试件,极限位移增大27%,耗能值增加81%。根据试验结果,建立了钢管约束高强混凝土剪力墙正截面承载力计算公式,建议在高强混凝土剪力墙底部加强区采取钢管约束构件的形式,以提高高强混凝土剪力墙抗震性能。

方钢管约束高强混凝土短柱轴压力学性能

为研究方钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能,进行了12个试件在循环轴压荷载作用下的试验研究.试验中的主要参数为钢管宽厚比(D/t=47和70)和混凝土强度(C77和C88).试验结果表明,当D/t=70时,方钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通方钢管混凝土构件;而当D/t=47时,方钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力则低于普通方钢管混凝土构件;但两种构件的延性无显著差异.对构件的应力分析结果表明,方钢管约束高强混凝土轴压短柱中,钢管在峰值荷载点后屈服;而钢管混凝土构件中,钢管在峰值荷载点前屈服.方钢管约束混凝土构件中钢管对核心混凝土的约束效果高于普通钢管混凝土构件.

圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能

为研究圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能,进行6个短柱试件在循环轴压荷载作用下的试验研究.试验中的主要参数为钢管径厚比(26和42).试验结果表明,圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力高于同条件的普通钢管混凝土构件,但两种构件的延性无显著差异;随钢管中纵向应力的降低,构件的轴压承载力提高.对构件的应力分析结果表明,圆钢管约束高强混凝土轴压短柱中,钢管对核心混凝土的约束效果高于普通钢管混凝土构件;钢管约束高强混凝土轴压短柱的峰值荷载点对应于钢管的屈服点.

方钢管约束钢筋高强混凝土超短柱抗震性能试验研究

本文进行3个剪跨比为1.5的方钢管约束钢筋高强混凝土超短柱和1个钢筋混凝土对比试件的试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明,由于钢管对核心高强混凝土的约束作用和钢管的抗剪作用,方钢管约束钢筋混凝土超短柱的抗剪承载力、延性、变形能力和耗能性能明显高于钢筋混凝土超短柱。轴压为0.35的方钢管约束钢筋混凝土超短柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.45和0.55的方钢管约束钢筋混凝土超短柱的破坏模式为剪切破坏。随轴压比的提高,方钢管约束钢筋混凝土超短柱的抗剪承载力提高,但延性系数和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明,水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管可能在下降段屈服。根据试验结果和钢管应力分析结果建立方钢管约束钢筋混凝土柱的抗剪承载力公式,提出设计建议,可为工程实践提供参考。

高轴压比下密置焊接环式高强复合箍筋约束高强混凝土柱恢复力模型研究

通过对不同轴压比、体积配箍率和箍筋形式的9个焊接环式高强复合箍筋约束高强混凝土柱的1/2模型试件和1个对比试件的抗震性能试验研究,分析了轴压比、配箍率、箍筋形式等因素对试件滞回曲线、骨架曲线、刚度、强度及延性等的影响,并建立了试件的弹塑性恢复力模型。试验结果表明:随着高轴压比的提高,其耗能性能降低,骨架曲线的下降段较陡;随着配箍率的减小,其耗能性能降低,骨架曲线下降段的斜率变大;对照对比试件,焊接环式复合高强箍筋比普通复合高强箍筋的约束效果好,且耗能大,延性性能好。建议的骨架曲线恢复力模型与试验骨架曲线吻合较好,可为高轴压比下由焊接环式高强复合箍筋约束高强混凝土柱组成的框架结构的弹塑性反应分析提供参考依据。

约束高强混凝土轴心受压柱的延性

钢筋混凝土抗震设计中,经济而有效的方法是提高结构及构件吸收地震能量的能力,防止构件出现脆性破坏。混凝土是脆性材料,通过主筋及箍筋的合理配置可以获得足够的延性;资料显示,目前我国抗震规范对混凝土柱所作的规定中,约束钢筋的用量不足于对轴心受压柱提供足够的延性,达不到延性设计的目的,本文就此问题进行了探讨并提出了相应的解决办法。

高强混凝土方柱不同强度网格箍筋约束效果

GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中给出了螺旋箍筋和焊接环式箍筋作约束箍筋的约束混凝土圆柱轴心受压承载力计算公式,认为柱达到受压承载力时约束箍筋一定屈服,而事实上只有体积配箍率超过某个限值时箍筋才能屈服,同时规范未涉及网格箍筋约束混凝土方柱。为考察网格箍筋约束混凝土方柱达到轴心受压承载力时箍筋的拉应力水平,完成了混凝土轴心抗压强度为50.0~68.0 MPa,箍筋分别采用HRB400、HRB500、HRB600、PC800、PC1270、抗拉强度标准值为1570 MPa钢丝的42根网格箍筋约束高强混凝土方柱的轴心受压试验。试验结果表明:在约束混凝土柱达到轴心受压承载力时,存在箍筋不屈服的现象,混凝土轴心抗压强度、体积配箍率和箍筋间距对箍筋应力水平的发挥有较大影响。基于峰值受压荷载下箍筋未屈服的试验数据,建立了峰值受压荷载下箍筋实际拉应变计算公式,提出了峰值受压荷载下箍筋能够屈服的体积配箍率下限值计算方法。通过考虑箍筋实际拉应力对约束混凝土峰值压应力和压应变的影响,建立了网格箍筋约束高强混凝土受压应力-应变关系全曲线方程,为网格箍筋约束混凝土方柱的工程应用及计算方法的完善提供了参考。

约束高强混凝土受弯构件非线性分析

提出一个受约束高强度混凝土构件从加载到破坏的非线性分析模式 ,在基本假定的基础上 ,讨论了程序编制过程中的各种问题 ,通过计算给出了弯矩与曲率的关系曲线 ,从弯矩曲率关系中可以明显看出轴力对混凝土延性的不利影响 ,当存在轴力时 ,混凝土的极限曲率大大地减小了 ,在钢筋屈服之后混凝土很快就达到极限压应变 ,因此构件的延性很差 ,而当轴力为 0时 ,在钢筋屈服后曲线的下降段很平缓 ,延性很好 ,由此可以得出结论

CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱承载力的极限分析

为研究碳纤维增强树脂复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)约束钢管高强混凝土短柱在轴心受压作用下的极限承载力,对CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱破坏过程工作机制进行探讨,分析CFRP约束钢管高强混凝土与CFRP约束钢管混凝土构件的主要区别与联系,为CFRP约束钢管高强混凝土短柱承载力的极限分析奠定基础。基于极限平衡法,对高强混凝土、钢管和CFRP进行应力分析,推导得到CFRP约束钢管高强混凝土短柱的理论计算公式,将理论计算结果与试验实测值相比较,验证理论公式的正确性。最后将理论计算结果随CFRP层数和钢管壁厚的变化规律进行分析,研究表明:与CFRP约束钢管混凝土相比,CFRP约束钢管高强混凝土中CFRP约束效果较差,而对于CFRP约束钢管高强混凝土轴压短柱承载力的提高,厚壁钢管有较大优势。

高强复合螺旋箍筋约束混凝土柱的偏压试验研究

本文在ANSYS有限元分析和高强复合箍筋约束混凝土柱试验的基础上对其延性进行分析,得出了平均约束应力(箍筋间距变化来实现)变化对砼柱的极限承载力、应力-应变关系以及延性等方面的影响,以更好理解新修订混凝土结构设计规范的具体规定。

粘结对钢管约束混凝土短柱轴压力学性能影响

为研究粘结应力对钢管约束高强混凝土短柱轴压力学性能的影响,进行了2组共8个试件的试验研究,包括一组圆钢管约束高强混凝土短柱试件和一组方钢管约束高强混凝土短柱试件.每组试件中包括2个消除钢管与混凝土粘结的试件和2个有粘结试件.采用弹塑性应力分析方法对钢管进行了应力分析.试验结果与钢管应力分析结果表明,消除钢管与混凝土之间的粘结作用可有效降低钢管中的纵向应力,但消除粘结作用对钢管约束高强混凝土短柱的轴压承载力和延性无显著影响,在工程实践中可不必采取措施消除钢管与核心混凝土之间的粘结作用.

角钢约束高强混凝土偏压短柱力学性能的试验与理论研究

为研究角钢约束高强混凝土短柱的偏压性能,以偏心率为参数开展了5根长细比为3的角钢约束高强混凝土短柱试验研究,观察试件在偏压作用下的破坏现象和破坏过程,获得5个试件的荷载-位移曲线、角钢及缀板的荷载-应变曲线及荷载-侧向位移曲线。研究表明,角钢约束高强混凝土短柱具有较高的承载性能,其延性性能及承载力随着偏心率的增加而降低,当试件的偏心率为0.333时,承载力减小幅度达到60.8%。通过分析得到试件的承载力和钢材的应变发展规律及不同偏心率下角钢混凝土短柱的P-M相关曲线,给出偏压试件承载力的比值Pue/Pu0与偏心率e'0的关系。最后提出角钢约束高强混凝土短柱偏压承载力简化设计公式,计算结果与试验结果吻合良好。

圆钢管约束钢骨高强混凝土短柱轴压力学性能

进行了12个圆钢管约束钢骨高强混凝土短柱和2个钢骨高强混凝土对比试件的轴压力学性能试验研究,试验的主要参数为钢管径厚比(70,100)和钢管屈服强度(Q235和Q345)。试验结果表明,圆钢管约束钢骨高强混凝土柱中被分隔钢管的高度对构件的轴压承载力和延性无明显影响。钢管的径厚比对圆钢管约束钢骨高强混凝土轴压短柱的延性无明显影响;随钢管屈服强度的提高,构件的轴压承载力提高,但钢管屈服强度对轴压短柱的延性无明显影响。相同用钢量条件下,圆钢管约束钢骨高强混凝土短柱的轴压承载力明显高于钢骨高强混凝土柱。对钢管的应力分析结果表明,圆钢管约束钢骨高强混凝土轴压短柱的峰值荷载点对应于钢管的屈服点。根据试验结果和钢管的应力分析结果建立了圆钢管约束钢骨高强混凝土短柱的轴压承载力公式,提出了设计建议。

螺旋箍筋约束高强混凝土柱轴心受压性能试验研究

为探究螺旋箍筋约束高强混凝土柱的轴心受压性能,开展了42根螺旋箍筋约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了混凝土标准立方体抗压强度(58.0~90.6 MPa)、箍筋屈服强度(480~1219 MPa)、体积配箍率(1.00%~1.60%)与箍筋间距(45~80 mm)对螺旋箍筋约束混凝土柱受压承载力和变形能力的影响。试验结果表明:箍筋约束混凝土在达到峰值压应力时,约束箍筋可能达不到屈服;约束箍筋的强度和体积配箍率相同时,随着高强混凝土强度的增高,约束混凝土达到峰值压应力时箍筋的拉应变减小;混凝土轴心抗压强度、箍筋屈服强度相同时,随着体积配箍率的提高,约束混凝土峰值压应变增大,相应的横向应变也随之增大,箍筋拉应变也增大。基于试验结果,考察了峰值压应力下箍筋拉应变与体积配箍率、混凝土强度、箍筋屈服强度和箍筋间距之间的关系,建立了峰值压应力下约束箍筋拉应变计算公式。拟合得到了约束混凝土峰值压应力f_(cc)、峰值压应变ε_(cc)、下降段曲线的特征参数(峰值压应力后85%峰值应力下的轴向压应变ε_(c85)、50%峰值压应力的轴向压应变ε_(c50))的计算公式。给出了考虑体积配箍率、混凝土轴心抗压强度、箍筋间距和箍筋屈服强度影响的箍筋约束高强混凝土的轴心受压应力-应变关系模型。

焊接环式箍筋约束高强混凝土柱恢复力模型试验研究

对6个1/2比例焊接环式箍筋约束高强混凝土柱进行了低周反复加载试验,研究了轴压比和配箍率对柱变形性能和滞回特征的影响。通过试验结果的回归分析,以位移比、轴压比和配箍率等为主要参数,建立了卸载刚度和反复加载下的承载力退化率的计算式。在试验研究基础上,对滞回曲线特征进行了分析,并根据试验P-Δ滞回曲线的特征,得到了柱恢复力模型。研究结果表明:采用由弹性、强化和承载力退化三阶段所组成的三折线型骨架曲线,可以反映焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的恢复力特性,该骨架曲线按试验实测数据统计回归分析法以及截面条带分析法确定,其强化段和承载力退化段均考虑了轴压比和配箍率的影响。在试验研究基础上,建立了焊接环式箍筋约束高强混凝土柱剪力-侧移恢复力模型。分析和试验结果表明:所建立的恢复力模型能较好地反映不同轴压比与配箍率对柱的滞回规律特性的影响,可用于该类柱的抗震性能分析。

约束高强混凝土的基本关系研究

基于83个约束高强混凝土试件的试验数据,分别分析了箍筋间距、体积配箍率、箍筋强度、混凝土强度对约束高强混凝土的峰值应力、峰值应变和极限应变的影响。结果表明,配箍特征值综合反映了上述因素的影响,是最主要的影响因素。建立了约束高强混凝土的峰值应力、峰值应变、极限应变与配箍特征值之间的关系。

方钢管约束钢筋高强混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个方钢管约束钢筋高强混凝土(STRC)短柱及1个高强混凝土(SRC)短柱的对比试件试验研究。所有试件的剪跨比均为1.5。试验中的主要参数为轴压比。试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力均显著提高。随着轴压比的提高,STRC短柱的抗剪承载力明显提高,延性有所下降。根据试验结果,建议了方钢管约束钢筋混凝土短柱抗剪承载力计算方法。