高强钢筋高强混凝土柱的非线性数值分析

目的研究配有高强钢筋的高强混凝土柱的抗震性能.方法采用OpenSees开放式软件对配有高强钢筋的高强混凝土柱进行非线性有限元分析,并将计算结果与同等参数条件下的拟静力试验进行了对比.对影响柱子延性的主要因素进行了Pushover分析.结果得到方型截面试件和圆型截面试件的滞回曲线、位移延性系数、屈服位移、屈服力和最大抗力,数值分析和试验结果吻合程度较好,还得出了轴压比、含箍特征值、纵筋对柱子延性的影响.结论利用基于OpenSees的有限元分析方法,能够有效地对配有高强钢筋的高强混凝土柱构件进行抗震性能的非线性分析.可以辅助性地利用OpenSees研究该类型构件的抗震性能.

高强钢筋高强混凝土柱恢复力模型

目的为了进行非线性有限元分析并验证构件的抗震效果,提出配有高强钢筋的高强混凝土柱的恢复力模型.方法根据混凝土构件恢复力模型的基本理论和确定方法,针对高强钢筋高强混凝土柱的特点,考虑其刚度退化和强度退化,采用基于截面条带法的数值分析方法.结果配有高强钢筋的高强混凝土柱的恢复力特性不仅与钢筋和混凝土的材料性能有关,而且与配筋方式、数量和轴压比的诸多因素有关.结论提出的恢复力模型-退化双线性模型的正确性得到了实验的验证.

基于OpenSees的高强钢筋高强混凝土柱数值分析

以OpenSees为分析平台,模拟普通钢筋普通混凝土柱和高强钢筋高强混凝土柱的受力性能,进行了拟静力加载模拟,探讨了其承载力、滞回曲线、骨架曲线、以及耗能等抗震性能。研究结果表明:虽然高强钢筋高强混凝土节点的延性相对于普通钢筋普通混凝土较差,但滞回曲线形状仍较为饱满,表现出较好的耗能能力,且和普通钢筋普通混凝土柱相比承载力较高。

高强钢筋混凝土柱小偏心受压性能试验研究

为研究高强钢筋混凝土柱小偏心受压性能,进一步推进高强钢筋在混凝土结构中的应用,针对HTRB630级高强钢筋,考虑配筋率、配箍率、箍筋间距和荷载偏心距等因素的影响,通过6根高强钢筋混凝土方形截面柱的小偏心受压试验,研究了该类构件的破坏过程、破坏形态和变形能力,评估了钢筋的应力及其强度发挥水平。结果表明:受压区HTRB630级钢筋能够达到屈服强度,且塑性变形能够充分发挥;提高配箍率,可提高试件小偏心受压承载力;当配箍率超过1.50%时,对试件承载力提高不多,但在一定程度上能够改善试件的变形能力。考虑箍筋对混凝土的约束作用,参照中国现行规范的计算方法,给出了高强钢筋混凝土柱压弯承载力的计算方法,计算结果与试验值相比吻合较好,可为该类构件的正截面设计和规范修订时提供参考。

高强钢管超高性能混凝土短柱轴压承载力性能试验研究

为研究高强钢管内填超高性能混凝土(UHPC)的钢管混凝土短柱轴压性能,该文设计22根高强钢管UHPC短柱进行轴压试验,从破坏模式、荷载-纵向应变关系对试件的轴压性能进行对比分析,旨在通过径厚比、混凝土强度、截面类型等变化来探究高强钢管UHPC短柱的实际承载力性能差异.试验结果表明:高强钢管UHPC短柱的轴压性能受径厚比、混凝土强度影响较大;试件承载力随钢管壁厚增加而增加,但相同钢管直径和不同钢管直径增幅呈现不同规律.该文从延性、核心混凝土强度提高程度两个角度进行分析并提出高强钢管混凝土试件的相关参数设计建议.最后,将高强钢管UHPC短柱的轴压试验承载力结果与国内外规范GB 50936—2014、AIJ计算承载力结果进行对比,并基于极限平衡理论推导出高强圆钢管UHPC试件的轴压承载力计算公式,同时结合该文试验数据对其进行验证,证明了公式的准确性.

内置工字型CFRP型材高强圆钢管高强混凝土轴压短柱组合效应分析

目的 研究内置工字型CFRP型材的高强圆钢管高强混凝土短柱在轴心压力作用下三种材料的组合效应。方法 采用有限元分析软件ABAQUS对其进行数值模拟,通过相关试验验证模型的准确性,并对典型构件的破坏形态、受力全过程曲线进行分析,揭示构件各组成部分之间的相互作用和工作机理,评估CFRP配置率、钢材屈服强度、混凝土抗压强度、约束效应系数对组合效应的影响。结果 在高强圆钢管高强混凝土柱中内置CFRP型材,对构件的延性及安全裕度有显著提高,并改善了高强圆钢管对高强混凝土的约束,提高了构件的组合效应。结论 CFRP配置率控制在5.9%~8.4%,约束效应系数在1.2~1.4,钢材屈服强度不大于770 MPa时,构件中三种材料组合效应最佳。

HRB635级高强钢筋与C70高强混凝土黏结锚固性能试验研究

目的 研究HRB635级高强钢筋与C70高强混凝土之间黏结锚固性能,为工程应用提供参考。方法 设计制作了5组45个直锚试件进行拉拔试验,分析了锚固长度、配箍率、混凝土保护层厚度等因素对锚固性能的影响。结果 试件极限承载力随配箍率和锚固长度的增加而增加,但当箍筋率ρsv大于1.26%,锚固长度la大于15d后,配箍率和锚固长度的增加不再对试件极限承载力产生明显的影响;对于未配置箍筋的试件,当试件保护层厚度从2d增加到3d时,试件极限承载力随着保护层厚度的增加而增加,但当保护层厚度大于3d后,保护层厚度的增加对试件极限承载力基本没有影响。结论 在进行HRB635级高强钢筋和C70高强混凝土试件设计时,锚固长度可按《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)中相关公式进行计算,且具有足够的安全储备。

基于声发射技术的高强全珊瑚钢筋混凝土板破坏特性研究

为了探究全珊瑚钢筋混凝土板破坏特性,设计了3种不同配筋率(0.85%、1.13%和1.41%)的高强全珊瑚钢筋混凝土板构件.结合声发射技术,开展了全珊瑚混凝土板构件四点弯曲加载试验,揭示了配筋率对高强全珊瑚钢筋混凝土板力学性能的影响.基于声发射参数速率过程理论,建立了损伤定量评估模型,并进一步提出了可用于工程实践的损伤评估准则.结果表明:随配筋率增大,高强全珊瑚混凝土板构件起裂荷载、起裂时间与峰值荷载均增大,但中心挠度降低了11.29%;单位时间声发射参数变化均存在2个峰值区,可作为板构件的起裂评判和破坏预兆;根据声发射参数累计值变化可将高强全珊瑚混凝土板构件破坏过程划分为轻度(<0.35)、中度(0.35~0.66)、高度(0.66~0.84)和重度(>0.84)损伤4个程度.所建立模型适用于不同配筋率的全珊瑚混凝土板构件损伤评估.

高强型钢超高性能混凝土短柱轴压性能试验及其有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土短柱的轴压性能,对试件进行了轴心受压试验,设计参数包括配钢率、箍筋间距和箍筋形式。观察了试件的轴压破坏过程,获得了破坏形态及轴向荷载-位移曲线,分析了承载能力、变形能力、刚度等轴压性能指标,以及超高性能混凝土、纵筋、箍筋和型钢的应变发展规律。在试验研究基础上,采用ABAQUS建立了高强型钢超高性能混凝土短柱轴压性能有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明:试件发生的是典型轴压破坏,中部表面出现“锯齿形”裂缝;轴向荷载-位移曲线会出现2次荷载峰值;箍筋间距减小时,试件的承载能力和变形能力均提高,但刚度退化速率没有显著变化;配钢率增大时,试件的承载能力提高,变形能力先增大后减小,刚度退化变缓;型钢强度增大时,试件的承载能力和变形能力均提高,提高速度先快后慢;超高性能混凝土抗压强度增大时,试件的承载能力提高,变形能力降低;超高性能混凝土受拉能够达到峰值应变;纵筋在极限点之前发生受压屈服;箍筋在极限点时应变不足屈服应变的1/3,但在破坏点前达到受拉屈服;型钢翼缘在极限点前后发生屈服,腹板屈服晚于翼缘。

高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能

为了研究高温后钢管高强混凝土柱的黏结性能,通过有限元软件ABAQUS建立模型,并与已有试验结果进行验证,吻合良好。研究表明:钢管高强混凝土柱的黏结应力随着温度的升高呈现出先增加后减小的趋势;黏结应力随着混凝土强度的增大而增大,随着径厚比的增大而减小;长径比在2.74~7.72的范围内,随着长径比的增加,黏结力逐渐增加;黏结界面破坏的速度随温度的增加而减缓;随着温度的增加耗能因子呈现先增大后减小的趋势。

钢管高强再生混凝土叠合柱偏压性能

为研究钢管高强混凝土叠合柱偏心受压性能,以混凝土类型和偏心距为参数,完成了6根叠合柱偏心受压试验,研究了不同参数对钢管高强混凝土叠合柱损伤发展过程、破坏特征、承载力和延性的影响,并基于《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(T/CECS 188—2019)和相关学者提出的公式对16根钢管混凝土叠合柱的偏压承载力进行了计算。研究结果表明:再生混凝土叠合柱与普通混凝土叠合柱的受力过程均经历了弹性、带裂缝工作和破坏3个阶段,表现出外围混凝土保护层被压碎脱落、纵筋鼓曲和箍筋外鼓等破坏特征;与普通混凝土叠合柱相比,再生混凝土叠合柱的初始刚度和变形能力有所降低,但承载力略高;随着偏心距的增加,钢管混凝土叠合柱的初始刚度和承载力迅速降低,而位移延性系数迅速增大,中和轴逐渐向受压区移动,与平截面假定的吻合度有所降低;钢管混凝土叠合柱偏压承载力计算应考虑钢管自身承载力以及钢管对核心混凝土约束效应的影响。

高强钢筋超高性能混凝土框架结构易损性分析

为了研究高强钢筋超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)结构的抗震能力,本文选取了8条地震动分别对普通钢筋混凝土框架结构(模型Frame-C)和高强钢筋UHPC框架结构(模型Frame-UHPC)进行了增量动力分析,分别以最大层间位移角和谱加速度为结构需求参数和地震动强度参数,拟合出概率地震需求模型,进而计算出2个模型的地震易损性曲线,得到了结构的风险预测和损伤评估结果。研究结果表明:规范性态点下,相较于模型Frame-C,模型Frame-UHPC达到最大中等破坏或严重破坏状态概率时所对应的地震动强度更大,表明模型Frame-UHPC在强震作用下具有更好的抗震能力;小震作用下,模型Frame-UHPC的易损性指数明显小于模型Frame-C,体现了高强钢筋UHPC结构的高强优势。当使用规范性态点时,2个模型在中震和大震作用下的易损性指数相差较小,模型Frame-UHPC不能充分发挥UHPC和高强钢筋的材料优势。通过对文献中配筋UHPC柱数据整理分析,给出了适用于模型Frame-UHPC的建议性态点。与规范性态点相比,建议性态点下模型Frame-UHPC达到极限状态的概率更低,易损性指数也明显减小,小震和中震所应对的易损性指数分别减小了19.5%和42.3%,模型Frame-UHPC在建议性态点下可以更好地发挥其材料优势。

高强钢筋约束混凝土矩形柱的抗震性能试验研究

目的研究通过配置高强度等级横向钢筋,增强高强混凝土矩形柱的承载能力和变形性能.方法通过6根配有1420级预应力钢棒(简称PC钢棒)作高强钢筋,混凝土强度等级分别为C60和C90的高强混凝土柱在低周反复荷载下的模型试验,研究了轴压比、箍筋(包括含箍特征值、箍筋间距、箍筋种类)、纵筋和混凝土强度等级等参数对其抗震性能的影响.结果明确了其破坏机理和强度及变形的主要影响参数.在试验的基础上,提出了配置PC钢棒作箍筋和部分作纵筋的高强混凝土柱的位移延性比与轴压比和含箍特征值关系的经验公式,计算得出的试件位移延性比的计算值与实测值吻合较好.结论在高强混凝土柱中配置高强度箍筋和部分配置高强度纵筋,并保证一定的构造措施,可有效提高柱的延性,增强抗震能力.

HRB600级钢筋高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究HRB600级钢筋高强混凝土柱的抗震性能,进行9根截面尺寸为600mm×600mm的高强混凝土柱在工程实际轴压比条件下的低周反复荷载试验,主要设计变化参数为钢筋等级、箍筋间距、混凝土强度和轴压比。对比分析各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、延性、刚度退化和耗能能力,基于试验建立HRB600级钢筋高强混凝土柱的恢复力模型。结果表明:各试件的破坏形态相似,均为延性弯曲破坏,柱底出现塑性铰,纵筋屈曲,混凝土保护层脱落;HRB600级钢筋高强混凝土柱不仅具有较好的滞回性能以及变形与耗能能力,且震后可恢复性能相对较好;高强混凝土柱设计中,HRB600级钢筋与C80混凝土匹配应用效果较优;合理配置箍筋,可使HRB600级钢筋高强混凝土柱在高轴压比条件下的延性系数大于4.0;文章基于足尺构件试验建立的恢复力模型,以期可为相关工程结构抗震弹塑性分析提供参考。

钢纤维钢筋高强混凝土柱延性的试验研究

做了九根钢纤维高强混凝土柱在单调荷载下的变形试验，其立方体抗压强度为５１．６～７０．８ＭＰａ，试验轴压比为０．３０１～０．５４６，钢纤维体积率为１．０％～２．０％。将试验结果与普通高强混凝土柱试验结果对比，表明在高强混凝土柱中掺入钢纤维是解决高强混凝土柱脆性大、延性差的一个有效途径。在各项条件基本相同的情况下，由于钢纤维的作用对延性系数的提高幅度达４１．３％，对极限压应变的提高幅度达３０．６％。

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。

高强钢筋高强混凝土框架梁柱节点抗震性能试验研究

目的研究通过在高强混凝土框架梁柱节点中配置高强度钢筋来提高其抗震能力.方法通过6个缩尺模型的框架节点在低周反复荷载下的试验,研究混凝土强度等级、轴压比、配箍率及箍筋强度等因素对高强混凝土框架节点抗震性能的影响,重点研究了高强箍筋的抗剪作用.结果明确了配有高强度钢筋的高强混土框架节点的破坏机理.试验表明混凝土强度、节点核芯区配箍率、轴压比等因素对节点抗震性能有重要的影响.结论在框架梁柱节点内配置一定数量的高强钢筋不仅可以提高节点的承载力,而且可以明显改善节点的延性性能:框架梁柱节点在反复荷载下的位移延性比超过3.0,实测功比指数最小值为27.24,说明配置高强钢筋的框架梁柱节点破坏时具有良好的吸收和耗散地震能量的能力,能够满足结构抗震要求.

配置630 MPa级高强钢筋的混凝土柱抗震损伤指数模型修正

为了验证各种Park-Ang损伤指数修正模型能否对630 MPa级超高强钢筋混凝土柱的地震损伤进行准确评估。在配置630 MPa级高强钢筋的混凝土柱拟静力试验现象和实测数据的基础上,首先利用6种模型分别计算了8根典型试件的损伤指数,并与试验实测损伤指数范围进行了对比,分析了6种模型的适用性;然后在试验实测数据的基础上,对计算结果存在较大偏差的4种模型进行了参数拟合和模型修正。研究结果表明:Kunnath模型、Chai模型、修正的傅剑平模型、修正的王东升模型和修正的付国模型均能准确模拟630 MPa级高强钢筋柱的损伤指数发展规律,而修正后的Kumar模型计算结果反而偏小,效果较差。

高强钢筋高强混凝土框架梁柱节点非线性有限元分析

目的研究在高强混凝土框架梁柱节点中配置高强纵筋和高强箍筋,增强对高强混凝土的约束,以此来提高节点的承载能力和变形性能.方法利用有限元软件建立框架节点模型,通过改变轴压比、配箍率、钢筋强度等参数对节点进行一次单调加载情况下的非线性数值分析,得出不同参数下的荷载-位移曲线.并将数值分析结果与试验结果进行比较.结果明确了节点承载能力和变形性能随各参数变化的规律,并对该类结构轴压比限值及箍筋间距给出合理建议.结论在框架梁柱节点内合理配置一定数量的高强钢筋不仅可以提高其承载能力而且可以改善其变形性能.

钢筋高强混凝土框架柱轴压比限值的确定方法

为保证钢筋高强混凝土框架柱满足延性需求,采用偏心受压构件界限破坏理论,根据截面力的平衡和变形协调关系,推导出普通配筋截面柱的轴压比限值计算公式。在此基础上,分析混凝土强度、钢筋强度、配箍率、配筋率、密集纵筋芯柱等因素对轴压比限值的影响,提出能反映上述变化参数作用时的钢筋高强混凝土柱轴压比限值计算方法。研究成果为钢筋高强混凝土柱设计提供了理论依据。