500MPa级钢筋混凝土结构的研究进展

在混凝土构件中使用500MPa级高强度钢筋可以明显地减少用钢量,显著提高工程质量,并能取得较好的社会经济效益.介绍了当前500MPa级钢筋混凝土结构的国内外研究现状,总结了国内500MPa级钢筋混凝土不同构件的试验,对500MPa级钢筋混凝土不同构件的主要试验研究成果作了阐述.同时对未来500MPa级钢筋混凝土结构的研究提出了建议.

HRB500MPa级钢筋混凝土受力性能分析

在现代的建筑中,钢筋混凝土是其主要的材料,钢筋混凝土的质量也直接关系着建筑物的稳定,钢筋混凝土的受力性能和质量对我国的基本建设和国民经济都有着重大的影响。工程建设应根据工程的特点以及用途,选择合理的钢筋混凝土类型,高强钢筋混凝土已成为选择的趋势。本文对HRB500MPa级钢筋混凝土的受力性能进行分析。

500MPa级钢筋混凝土构件受力性能与工程应用

我国混凝土结构工程中目前应用的非预应力钢筋强度为300～400MPa,比发达国家低1～2个等级,结构材料用量偏大,消耗了过多资源和能源。500MPa级钢筋是我国新研制开发的高强热轧变形钢筋,应用于混凝土结构中节约钢材,社会效益和经济效益十分显著。介绍了500MPa级钢筋混凝土受弯、受剪、受压构件的受力性能以及粘结锚固性能的试验研究结果,提出了500MPa级钢筋用于混凝土结构的设计施工建议,并介绍了工程试点应用的概况。

500MPa级钢筋混凝土简支梁变形的试验分析

通过对5根500MPa级钢筋混凝土简支梁及HRB335,HRB400级钢筋混凝土简支梁各1根的对比试验,观察了试件的变形特征及破坏形态。对试验结果进行的研究分析表明,500MPa级钢筋混凝土简支梁的变形特征与普通的HRB335,HRB400级钢筋混凝土简支梁基本相同,在正常使用状态下实测的挠度大于计算挠度,建议现行设计规范应考虑这类钢筋的受力特性,并在应用条件上作出规定。

500 MPa级钢筋混凝土偏心受压柱受力性能的试验研究

通过对9根350 mm×200 mm×2200 mm 500 MPa级钢筋混凝土偏心受压柱受力性能的试验,分析了偏心受压柱荷载—挠度曲线、荷载—钢筋应变曲线、荷载—混凝土压应变曲线以及破坏形态的特点.试验研究结果表明,500 MPa级钢筋在柱中与混凝土协同工作性能较好,其强度得到了充分发挥.在试验和理论分析的基础上,提出了500 MPa级钢筋在混凝土柱中的强度设计取值fy=450 MPa和受压承载力计算公式的建议.

500MPa级带肋碳素钢筋混凝土简支梁的受弯试验

通过对5根500MPa级带肋碳素钢筋混凝土简支梁及HRB335、HRB400级钢筋混凝土简支梁各1根的对比试验,观察试件的裂缝、挠度、承载力及破坏形态。对试验结果研究分析表明,500MPa级带肋碳素钢筋混凝土简支梁正截面符合平截面假定;实测挠度符合要求,但大于计算挠度;实测裂缝宽度较大,但小于计算裂缝宽度。

500MPa级钢筋混凝土柱受压性能试验研究

500MPa级钢筋是我国冶金行业研究开发的新型高强热轧带肋钢筋,本文通过12根采用500MPa级钢筋作为受力钢筋的混凝土轴心和偏心受压柱的受力性能试验,分析了这种新型钢筋混凝土柱的受力特点,提出了受压承载力的计算方法和500MPa级钢筋抗压强度设计取值的建议,为将500MPa级钢筋列入我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)提供了依据。

500MPa级细晶粒钢筋混凝土构件轴压试验研究

通过对8根采用500 MPa级细晶粒钢筋作为受力纵筋和1根采用HRB400级钢筋作为受力纵筋的混凝土轴心受压构件受力性能的试验,得到了纵向受压构件荷载—应变曲线,分析了混凝土强度、箍筋体积配箍率及纵筋配筋率对混凝土受压峰值应变的影响。研究结果表明,随着混凝土强度、箍筋体积配箍率的提高,混凝土的受压峰值应变也会提高。根据试验结果,为了简化计算,建议500 MPa级细晶粒钢筋的抗压强度设计值fy′=420 MPa。

配置500 MPa级钢筋混凝土梁的抗弯延性分析

为分析配置500 MPa级纵筋混凝土梁的抗弯延性性能,对6个混凝土梁试件进行弯曲破坏试验,分析不同混凝土强度和纵筋配筋率对延性性能的影响.结果表明:配置500 MPa级纵筋混凝土梁与400 MPa级纵筋混凝土梁的弯曲破坏形式基本一致;随着混凝土强度等级的增大,梁的抗弯承载力和延性也相应增大;纵筋配筋率的提高会使梁的延性降低;相对于400 MPa级纵筋混凝土梁,在相同的纵筋配筋率及混凝土强度条件下,配置500 MPa级纵筋混凝土梁的抗弯承载力得到明显改善,但其延性会下降.在工程中,可以通过降低纵筋配筋率提高混凝土梁的延性,达到节省钢筋的目的.

配置600MPa级钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

通过对配置600 MPa级钢筋混凝土梁进行受弯试验,分析讨论了《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中关于受弯承载力、挠度的公式的适用性,同时与配置普通500 MPa级钢筋混凝土梁的受力性能进行对比.试验结果表明:配置600 MPa级钢筋混凝土梁的受弯特征与普通钢筋混凝土梁相同,均能实现延性破坏,并且在梁受力的正常使用极限状态下,《规范》中关于受弯梁的承载能力、挠度的公式仍能继续沿用.

配置500MPa纵筋钢筋混凝土框架顶层端节点抗震性能试验研究

按照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)设计了6个配置500 MPa纵筋的钢筋混凝土框架顶层端节点,并进行了低周反复加载抗震性能试验,验证了规范规定的抗震措施对配置500MPa钢筋的顶层端节点的有效性,分析了配置500 MPa级钢筋的顶层端节点的受力特点、节点区的破坏形态以及节点的综合抗震性能,并与受力条件基本相同的配置HRB335级纵筋节点的受力性能进行了对比,对采用不同延性指标评价配置不同强度钢筋节点的延性性能差异进行了讨论。

HRB500级钢筋混凝土梁受弯性能分析

为了研究HRB500钢筋在混凝土梁中的受力性能,进行了7根HRB500钢筋混凝土梁的受弯性能试验,建立了HRB500级钢筋混凝土梁受弯的数值模型.模型以梁截面上的纵向力、截面力矩、钢筋微元力等平衡方程为基础,通过求解任意弯矩作用下任意截面上的平衡方程,确定整根梁的受力响应,得到挠度、曲率、应变等随荷载的变化情况,以及混凝土裂缝宽度的发展情况.模型考虑钢筋与混凝土之间的黏结滑移和裂缝的影响,以及裂缝之间受拉区混凝土的影响,计算结果与7根试验梁结果相比较,验证了模型的准确性.利用建立的数值模型分析了HRB500级钢筋混凝土梁内钢筋与混凝土的协同工作,研究了相邻2条裂缝之间相对滑移、黏结力、混凝土和钢筋应变等的变化情况.对多因素进行参数分析,分析表明:采用高强度的混凝土能够较好地利用HRB500钢筋的高强度;随着梁截面高度的增加,裂缝宽度值成为限制梁承载力发挥的制约条件;增加保护层厚度不利于梁承载力的发挥,但影响很小可忽略.

600MPa级钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究配置600 MPa级钢筋混凝土柱的抗震性能,对5个配置600 MPa级钢筋混凝土柱和1个对比普通钢筋混凝土柱进行低周往复荷载试验;分析了钢筋强度、箍筋间距和轴压比对试件破坏形态、滞回性能、承载力及延性、耗能性能以及刚度与强度退化的影响。研究结果表明:试件仍主要发生弯曲破坏,但600 MPa级纵筋与混凝土间出现了明显的粘结失效,且纵筋容易断裂;提高钢筋强度,试件的承载力和能量耗散均显著增加,但延性和耗能能力有所降低;而增大箍筋间距会明显降低试件延性和耗能能力,加快试件后期的强度衰减,但基本不影响承载力。总体上看,600 MPa级钢筋混凝土柱具有较好的抗震性能,能通过合理的设计将其应用于抗震结构中。

500MPa级钢筋再生混凝土梁受弯性能试验研究

通过对6根不同替代率、不同混凝土强度等级且配置500 MPa级钢筋的再生混凝土适筋梁进行受弯性能试验研究。重点分析了不同再生骨料替代率和混凝土强度等级对再生混凝土梁平截面假定适用性、承载能力、抗裂性能等方面的影响,探讨再生混凝土梁与普通混凝土在破坏形态等方面的异同。研究表明,除再生混凝土梁开裂荷载理论计算值比实测值大,不利于工程应用外,500 MPa级钢筋再生混凝土梁极限承载力没有降低,能够满足现行规范的要求,建议对再生混凝土梁开裂荷载理论计算值除以1.3进行调整。

锈蚀HRB500钢筋混凝土板抗弯性能试验研究

采用通电方式对配置HRB500级钢筋和普通钢筋的混凝土板进行加速锈蚀,并对锈蚀钢筋混凝土板进行抗弯承载力试验研究.对比分析了不同锈蚀程度下钢筋混凝土板的破坏形态、抗弯承载能力、荷载-挠度曲线.同时,通过试验研究了锈蚀钢筋受拉性能和黏结性能随锈蚀程度不同的变化规律.考虑板内不同锈蚀程度的钢筋可能发生受拉屈服或黏结滑移破坏,提出锈蚀钢筋混凝土板抗弯承载力计算方法.经过对比分析,试验结果与计算模型吻合良好,锈蚀板抗弯承载力计算值与试验值之比的平均值为1.019,标准差为0.081.

配置500MPa钢筋的混凝土梁裂缝试验研究

为研究配置500 MPa纵向热轧带肋钢筋的混凝土梁的裂缝特征及评估相关规范裂缝计算公式的适用性,进行了22根钢筋混凝土梁受弯性能试验,得到22个平均裂缝间距和92组裂缝宽度数据,相应的钢筋应力范围在201~482MPa,这些试验数据可反映钢筋应力较高情况下受弯构件的裂缝开展特点.试验结果表明,按规范GB50010—2002公式计算的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度比试验值普遍偏大,二者之比的均值分别为1.127,1.557和1.535.根据试验结果,提出配置500 MPa带肋钢筋的混凝土梁的裂缝宽度计算公式修正建议,并给出梁侧面钢筋处和受拉边缘的平均裂缝宽度的换算关系式,建议公式的计算值和试验值符合较好.

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。

高强钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

通过4榀1∶2比例的高强钢筋混凝土框架低周反复加载试验,研究试验框架的破坏机制、破坏过程、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化和耗能等抗震性能,并对不同强度钢筋（500MPa和400MPa）、不同轴压比、不同截面尺寸的框架抗震性能进行对比分析,对骨架曲线进行了理论模拟,给出性能状态界限的建议值。研究表明,500MPa框架滞回曲线饱满呈梭形,有良好的耗能能力;破坏过程与400MPa钢筋框架的破坏过程相同,破坏机制仍为＂强柱弱梁＂;最大承载力高于400MPa框架,耗能能力略高于400MPa框架,延性系数低于400MPa框架。试验和理论的骨架曲线基本一致。轴压比变化（0.15-0.3）对屈服后的骨架曲线和延性系数略有影响。加大截面尺寸大,可提高最大承载力、刚度和耗能能力。采用位移角限值标定500MPa钢筋混凝土框架的抗震性能状态是合理的,可用于抗震性能化设计。

高强钢筋混凝土偏压柱的裂缝宽度试验研究

通过9根HRBF500钢筋混凝土偏心受压柱和1根HRB400钢筋混凝土偏心受压柱进行单向加载试验研究分析,并与受弯构件试验裂缝宽度情况进行对比,可知偏压构件的裂缝宽度试验值与实测值之比要相对小于受弯构件的比值,应将规范公式中的钢筋混凝土偏压构件受力特征系数进行折减,提出了偏压和受弯构件受力特征系数的建议值.

配置高强钢筋混凝土梁抗弯刚度的研究

随着高强钢筋的使用,混凝土梁的变形计算和控制显得更为重要.为了研究配置HRB500级高强钢筋混凝土梁的变形性能,对28根配置500MPa钢筋的混凝土梁进行了受弯刚度试验和分析,研究结果表明,现行国家混凝土规范GB 50010-2002刚度计算公式和作者提出公式与试验值吻合较好,适用于配置高强钢筋的混凝土梁变形计算.结合本次试验数据,对国内各规范的刚度计算方法进行了比较研究,并对影响刚度的主要因素进行了分析,提出了刚度计算公式进一步简化的建议.