GFRP管约束再生混凝土柱抗震性能与损伤评价

以再生粗骨料取代率、混凝土强度为主要参数,开展了6个玻璃纤维增强塑料(GFRP)管再生混凝土柱试件的低周反复试验,对试件的承载力、刚度退化过程、滞回特性、延性、耗能能力、破坏形态等抗震性能进行研究。研究结果表明:GFRP管约束再生混凝土柱的耗能能力、延性、滞回特性随着再生粗骨料取代率、混凝土强度的改变而略有变化;粘结滑移的效应对试件的抗震性能影响很小;GFRP管约束再生混凝土柱极限承载力受混凝土强度作用影响并不明显。最后,提出GFRP约束再生混凝土柱归一化损伤计算公式,该模型能较好地反映GFRP管约束再生混凝土柱的损伤发展。

钢管/GFRP管约束再生混凝土柱偏心受压试验

以再生粗骨料取代率和膨胀剂掺量为参数,完成了4个钢管约束和4个玻璃纤维增强塑料(GFRP)约束再生混凝土柱试件的偏心受压试验,对钢管约束和GFRP管约束再生混凝土试件的极限荷载和轴向变形进行了对比分析,并对试件的极限荷载试验值与计算值进行了对比。结果表明:100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的极限荷载比普通混凝土试件低,混凝土强度相同时,GFRP管约束再生混凝土试件偏心受压极限荷载比钢管约束试件低;膨胀剂可以提高钢管和GFRP管约束试件的偏心受压极限荷载,并且对GFRP管约束试件作用更为显著;GFRP管约束试件的变形能力比钢管约束试件大,100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的变形能力比普通混凝土试件大。

GFRP筋再生混凝土梁受弯承载力研究

为研究GFRP筋再生混凝土梁(GFRP-RAC)的受弯承载力,完成了5根配GFRP筋、1根配BFRP筋和1根配钢筋的再生混凝土梁抗弯试验,分析了不同再生骨料取代率、纵筋类型以及纵筋配筋率等因素对各试验梁开裂荷载和极限承载力的影响。结果表明:再生骨料取代率对开裂荷载的影响较大,而纵筋类型及纵筋配筋率对其影响不明显;当再生骨料取代率由0增加至50%和100%时,试验梁开裂荷载分别减小了7.9%和17.3%;极限承载力受再生骨料取代率影响较小而受纵筋配筋率影响较大,当GFRP-RAC梁纵筋配筋率由0.38%提高至0.6%和1.17%时,极限荷载分别提升了17.9%和52.5%。另外,结合国内外规范对GFRP-RAC梁的受弯承载力进行对比分析,并基于试验数据和相关试验结果的回归分析,得到开裂荷载修正系数αcr,开裂荷载修正后的计算值与试验值吻合较好。

约束作用下箍筋锈蚀对再生混凝土抗压强度的影响研究

通过加速锈蚀箍筋约束再生混凝土试件的单轴受压试验,研究了配箍形式、箍筋锈蚀率等因素对抗压强度和破坏形态的影响。并结合再生混凝土的极限强度面和破坏准则,建立了锈蚀箍筋约束再生混凝土的抗压强度模型,验证了模型的有效性。结果表明:随着箍筋锈蚀率的增加,试件的抗压强度减小;当配箍形式相同时,箍筋间距越大,箍筋锈蚀率对抗压强度的影响越显著;当箍筋间距相同时,箍筋锈蚀率对配置方形箍试件的抗压强度影响程度比配置棱形箍试件的影响大;在锈蚀箍筋试件的轴压破坏位置处,箍筋是否发生断裂与配箍形式和箍筋锈蚀率有关;所建立的锈蚀箍筋约束再生混凝土的抗压强度模型考虑了配箍形式、箍筋间距、箍筋锈蚀率等重要因素的影响,适用于各种截面,经试验验证,具有良好的计算精度和适用性。

GFRP管约束海砂再生混凝土轴压性能试验研究

通过GFRP管约束海砂再生混凝土短柱轴压试验,分析了海砂氯离子浓度与再生骨料取代率对试件受力性能影响。研究表明:GFRP管约束海砂再生混凝土的破坏模式为混凝土压碎、GFRP管断裂。再生粗骨料取代率和海砂氯离子含量越高试件承载力越小。而峰值变形随再生粗骨料含量的增加而增大,随海砂氯离子含量的提高而降低。最后,基于试验结果总结了GFRP管约束海砂再生混凝土的受力特点,所得结果为海砂再生混凝土构件的推广应用提供了基础。

GFRP管约束海水海砂再生混凝土短柱轴压有限元分析

为了更深入研究GFRP管约束海水海砂再生混凝土短柱在轴压荷载作用下的受力机理,在相关试验研究的基础上,通过利用Abaqus软件建立起简化的GFRP管约束海水海砂再生混凝土短柱有限元分析模型,并对轴压全过程进行数值模拟,研究结果表明:数值分析结果与试验结果大体符合,简化模型能对试验过程作出大致的预测。

钢管约束再生混凝土的受力机理及强度计算

为揭示钢管约束再生混凝土的受力机理,设计33个钢管再生混凝土试件进行轴心受压加载试验,其中圆钢管试件22个、方钢管试件11个。试验考虑再生粗骨料取代率、截面形式和套箍指标3个变化参数。试验观察试件的受力破坏全过程,获取荷载-位移曲线、峰值应力等重要参数。研究结果表明:圆钢管再生混凝土试件的破坏形态表现为腰鼓状斜剪压破坏,而方钢管再生混凝土则呈现斜压破坏;试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、再次上升段等历程,各试件的峰值应力和峰值应变与普通再生混凝土相比有明显提高,且圆钢管试件较方钢管提高更为显著。取代率对钢管再生混凝土的破坏机理有影响但不明显。基于试验实测数据,分别采用全过程分析法和极限分析法对钢管约束再生混凝土的极限承载力进行理论分析,并提出应力-应变全过程曲线的数学表达式和极限强度计算公式,理论计算结果与试验实测结果吻合良好,研究结果可供钢管约束再生混凝土的科学研究和工程应用参考。

玻璃纤维增强塑料约束再生混凝土轴压试验

主要以再生粗集料取代率为试验研究参数,完成了9个玻璃纤维增强塑料(GFRP)约束再生混凝土圆柱试件的轴压试验,重点分析了试件的受压破坏特性、轴向力—纵向位移关系、横向应变发展以及约束再生混凝土的横向变形系数的变化规律.试验和分析结果表明:GFRP约束再生混凝土纵向应力—应变关系呈弹性上升、弹塑性上升、下降、应变强化等4个阶段,其强度得到明显提高,变形性能得到改善,核心再生混凝土和GFRP管之间滑移较小,含再生粗集料试件的横向变形系数普遍低于不含再生粗集料的试件.

黏砂变形GFRP筋与约束混凝土之间的黏结性能

基于30个Losberg拉拔试验,对黏砂变形GFRP筋与采用箍筋约束的混凝土之间的黏结性能进行了较为系统的研究.研究表明:GFRP筋与约束混凝土之间的黏结-滑移(τ-s)曲线可分为微滑移段、滑移段、下降段、二次上升段以及残余下降段;对于采用箍筋约束的GFRP筋试件,均只发生拔出破坏,而对于无箍筋约束的GFRP筋试件,其破坏模式包括拔出和劈裂两种;与无箍筋约束的GFRP筋试件相比,GFRP筋与约束混凝土之间的黏结强度增加了0%～16%,而达到黏结强度时对应的滑移量则提高了1.20～2.76倍.在考虑GFRP筋直径、黏结长度、体积配箍率等因素的基础上,建立了GFRP筋与约束混凝土之间的黏结-滑移本构模型.

GFRP对不同断面形状混凝土柱约束性能试验研究

在文献研究和工程调查的基础上 ,本文选用方形、圆形、八边形、直边加圆弧形和空心的配筋混凝土模型柱为研究对象 ,通过轴心受压试验所得到的荷载 轴向变形、荷载 纤维应变、荷载 -箍筋应变关系曲线以及相应对比分析 ,研究了GFRP对不同断面形状混凝土柱的约束性能。研究表明 ,断面形状对混凝土柱约束性能起着决定性作用。在其它条件相同的情况下 ,约束性能按照圆形、八边形、直边加圆弧形、方形。

足尺寸GFRP管约束混凝土轴压试验研究

作为一种新的组合结构形式,维增强塑料(GFRP)管约束混凝土具有许多优于其他传统的结构形式的特点,包括突出的抗腐蚀性、良好的延性和抗震性能。现有的大量的关于GFRP管约束混凝土的研究都是基于小尺寸试验的基础上的。进行了一批足尺寸GFRP管约束混凝土短柱轴压试验,试验结果再次验证了GFRP约束混凝土所具有的优良的抗压性能。同时,试验结果也为可靠的预测足尺寸GFRP约束混凝土的应力-应变形为提供了有效的依据。

再生骨料混凝土与GFRP筋黏结性能实验

为研究GFRP筋与再生骨料混凝土的黏结性能,考虑GFRP筋表面特征、混凝土强度等级、再生骨料替代比例等因素的影响,按照0、25%、50%、100%再生骨料替代比例配制C20、C30、C50混凝土,对78个150 mm×150 mm×150 mm尺寸相同的立方体试件进行了中心拉拔试验,研究了试件的破坏模式和黏结机理。试验结果表明:GFRP筋与再生骨料混凝土的极限黏结强度随着再生骨料替代比例的增加而非线性降低;带肋筋与再生骨料混凝土的黏结强度是黏砂筋的1.1~2.0倍,两者在高强混凝土中最为接近。

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。

GFRP筋与再生混凝土粘结性能试验研究

为了系统研究GFRP直径、再生混凝土粗骨料取代率、立方体抗压强度及劈裂强度四因素对GFRP筋再生混凝土间粘结性能的影响,按照CSA标准设计制作了12组标准粘结试验并进行抗拔试验。试验结果表明,再生混凝土粗骨料取代天然骨料对粘结破坏形态影响不大,破坏形态以拔出破坏为主;但平均粘结强度随着再生混凝土粗骨料取代率的增大而下降;立方体抗压强度、劈裂强度两者对平均粘结强度的影响较为相似,均显示出随强度下降而下降的趋势;由于剪力滞后的影响,平均粘结强度随GFRP筋直径的增大而下降。

钢管约束再生混凝土柱的变形性能及承载力计算

为研究钢管约束再生混凝土柱的变形性能和承载力,以再生粗骨料取代率、钢管截面形式、套箍系数为主要参数,制作了33个柱试件进行轴压试验。试验结果表明:圆形截面柱呈腰鼓状斜剪压破坏,方形截面柱呈斜压破坏;钢管截面形式、套箍系数比再生粗骨料取代率对柱构件极限承载力和变形能力的影响更明显;圆形截面柱的承载力稳定性、变形能力、耗能能力要优于方形截面柱。利用现有规范计算方法进行承载力计算发现,DL/T5085-1999标准适用于圆形截面柱的轴压承载力计算,DBJ 13-51-2003、CECS 159:2004、GJB 4142-2000标准适用于方形截面柱的轴压承载力计算。

钢管约束型钢再生混凝土柱的抗震性能分析

针对再生混凝土相对普通混凝土而言延性较差,承载力较低的特点,在进行外围钢管约束的基础上,内部增设骨架支撑形成钢管型钢再生混凝土柱。考虑构件的非线性和再生混凝土的塑性损伤本构,建立了非线性有限元模型,分别以相同含钢率下,不同截面构造为变化参数,建立了不同支撑形式的钢管约束再生混凝土柱有限元模型,通过对模型进行低周循环加载,与无骨架支撑的钢管再生混凝土柱进行对比,分析各模型试件的抗震性能。结果表明:在相同含钢率下,相较其他截面构造,钢管再生混凝土内增设工字型钢后,具有更大的初始刚度、水平极限承载力,延性和滞回耗能系数等抗震性能提升明显。在此基础上,对钢管型钢再生混凝土和的钢管再生混凝土试件进行了P-Δ影响参数对比分析。

动态单调荷载下约束再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线方程

在MTS 815力学试验上,完成了81个箍筋约束再生混凝土短柱动态力学试验,分析约束再生混凝土在不同变率下的破坏特征。基于获得的应力-应变试验曲线,研究应变率效应、箍筋约束效应和再生粗骨料取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响。根据应变率效应对约束再生混凝土力学和变形性能的影响规律,初步提出约束再生混凝土性能指标动态放大系数(DIF)模型。分析箍筋形式、箍筋间距、箍筋屈服强度和配箍率等因素对约束再生混凝土短柱力学行为的影响,初步提出约束再生混凝土性能指标约束放大系数(CIF)模型。分析表明,箍筋约束效应对再生混凝土的力学和变形性能有重要的影响,在很大程度上改善了再生混凝土的延性。研究再生粗骨料取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响规律,提出取代率影响因子(RIF)模型。基于约束再生混凝土短柱动态试验数据分析,提出考虑应变率效应、箍筋约束效应和再生粗骨料取代率影响的约束再生混凝土应力-应变分析模型,定义受压应力-应变全曲线特征点参数,确定约束再生混凝土受压应力-应变全曲线方程。研究表明,应力-应变计算曲线和试验曲线吻合较好,验证了分析模型的合理性,为再生混凝土结构动力非线性分析和抗震优化设计提供研究基础。

横向配箍约束再生混凝土-钢筋黏结性能研究

通过改变再生粗骨料取代率、钢筋直径及箍筋直径,完成了66个钢筋再生混凝土试件的中心拉拔试验.综合分析了上述因素对再生混凝土与钢筋黏结性能的影响规律,建立了再生混凝土与钢筋的黏结-滑移本构关系,并基于van der Veen理论模型,提出了配置箍筋后钢筋再生混凝土的开裂黏结强度理论公式.结果表明:配置箍筋试件与未配置箍筋试件的黏结-滑移曲线整体发展过程相似,可采用同一方程表达;配置箍筋试件的黏结-滑移曲线下降段较为平缓、曲线下降段参数b值离散程度较小,未配置箍筋试件可以采用b=1作为其由劈裂破坏到劈裂-拔出破坏的分界值;所建立的本构关系及黏结强度计算公式的理论值与试验值吻合较好.

GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压性能试验及数值分析

为研究玻璃纤维(GFRP)管型钢再生混凝土组合柱的轴心受压性能,进行了11根GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压试验研究,重点分析了组合柱的破坏形态和荷载-位移曲线等。在此基础上,利用ABAQUS有限元软件对轴压荷载作用下GFRP管型钢再生混凝土组合柱的受力性能进行有限元分析,确定GFRP管、型钢以及再生混凝土的本构模型,建立组合柱有限元模型,获取该组合柱的破坏形态及应力云图,并验证数值模拟结果的合理性,主要分析设计参数对组合柱轴压性能的影响。结果表明:计算荷载-变形曲线与试验结果良好吻合,建立的有限元模型可用于模拟GFRP管型钢再生混凝土组合柱轴压性能。组合柱的轴压承载力随着再生骨料取代率和组合柱长细比的增大而逐渐降低,而随着配钢率和再生混凝土强度的增大而增大;增大配钢率对于提高组合柱的变形能力是有利的;此外,GFRP管型钢再生混凝土组合柱具有承载力高的优势,研究结果可为该新型组合柱的工程应用提供技术支持。

再生粗骨料取代率对约束再生混凝土动态力学行为的影响

通过箍筋约束再生混凝土棱柱体动态力学性能试验,获取不同再生粗骨料取代率下约束再生混凝土单轴受压动态应力-应变关系全曲线;研究取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响规律。不同再生粗骨料取代率、体积配箍率或应变率下约束再生混凝土应力-应变曲线形状无明显区别,曲线的上升段基本一致,而下降段差异较为明显。随着再生粗骨料取代率的增加或应变率的提高,下降段曲线随之变陡;箍筋约束在很大程度上可以改善再生混凝土的脆性,随着体积配箍率的提高,下降段曲线明显随之趋于平缓。再生粗骨料取代率对受压峰值应力和极限应变的影响规律不明显;随着再生粗骨料取代率、加载速率或箍筋约束的提高,约束再生混凝土受压峰值应变均随之增大。初步提出受压峰值应变的再生粗骨料取代率影响因子模型。根据初始弹性模量变化规律,提出不同取代率下约束再生混凝土受压初始弹性模量计算公式。