配有RPC预制管混凝土组合柱的RC框架抗震性能分析

在活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,RPC)预制管内浇注混凝土,并在RPC预制管和内部混凝土中均配置纵向钢筋,形成一种新型组合柱——RPC预制管混凝土组合柱。采用平截面假定,并结合已有的RPC、混凝土和钢筋材料本构模型,推导了该新型柱大偏压受力状态的承载力计算式。分别采用该承载力计算式和Opensees纤维模型对两种截面的新型柱承载力进行了对比分析,两种方法的计算结果较为接近。基于柱梁承载力比、RPC预制管中钢筋等级等参数,采用Opensees纤维模型分析了配有该新型柱的RC框架的抗震性能。结果表明:当RPC预制管中配置的钢筋等级提高至HRB400及以上时,结构耗能能力和延性系数均有较大程度的提高;当柱梁承载力比不超过1.2时,随柱梁承载力比的增加,结构抗震性能改善效果不明显,而当柱梁承载力比为1.5及以上时,结构抗震性能随柱梁承载力比的增加会有明显的提升。

配筋UHPC预制管混凝土组合柱轴压试验

为研究超高性能混凝土(UHPC)相对于钢筋混凝土(RC)柱的基本受力性能,以UHPC预制管配箍率和长/细比为试验参数,对6根配筋UHPC预制管混凝土组合柱进行轴压试验.结果表明,与RC柱和UHPC预制空心柱相比,配筋UHPC预制管混凝土组合柱能明显改善RC柱的压溃现象和UHPC的脆性特征.为更好地发挥共同受力作用,应让紧箍效应提早出现.采用ABAQUS软件建立组合柱的有限元计算模型,分析表明UHPC强度、径/厚比、 UHPC配箍率、长/细比是影响配筋UHPC预制管混凝土组合柱轴压试验结果的重要参数.

预制节段拼装双层钢管-混凝土组合墩柱抗震性能分析

为研究预制节段拼装CFDST墩柱的抗震性能,开展了预制节段拼装CFDST墩柱拟静力试验,并采用有限元软件ABAQUS对墩柱力学行为进行数值模拟,分析素混凝土层、初始预应力度和节段数量对墩柱抗震性能的影响.结果表明:在水平往复荷载作用下,墩柱未出现明显破坏,滞回曲线呈明显旗帜形,最大残余偏移率为0.18%,具有良好的自复位性能;最大偏移率为5.25%时,轴向预应力损失约为10.20%,墩身变形主要来自接缝处开口,正、负向最大累计开口量分别达到10.70和12.35 mm,存在明显的多转角变形模式;数值模型可以较好地模拟墩柱的非线性力学行为;考虑节段间素混凝土层可以更为合理地模拟墩柱滞回性能,提高初始预应力度可增强墩柱强度和耗能能力,而节段数量则对墩柱滞回性能影响较小.

离心预制混凝土管组合柱抗震性能有限元分析与恢复力模型研究

基于离心预制混凝土组合柱抗震性能试验,采用ABAQUS软件对该类型组合柱在轴压及水平往复荷载作用下的受力性能进行了非线性有限元分析,研究了轴压比、预制管及芯部混凝土强度、体积配箍率和预制管空心率对柱承载力及变形能力的影响。并采用拟合法建立了适用于该类型组合柱的恢复力模型。研究结果表明:有限元结果与试验结果吻合较好,在轴压及水平往复荷载作用下,柱的破坏模式为压弯破坏,耗能能力较好。柱承载力随轴压比增加而提高,但变形能力降低,当轴压比超过临界值时,柱的受力状态转为小偏心受压,承载力降低;提高预制管或芯部混凝土强度可提高柱承载力,但会降低柱的变形性能;提高体积配箍率及降低预制管空心率可改善柱的变形能力,当空心率降低至20%后,其影响可忽略。本文所建立的恢复力模型与试验结果吻合较好,能够较为准确地模拟该类型组合柱的滞回特性。

RPC管-混凝土组合柱高温后轴压性能试验研究

针对RPC(活性粉末混凝土)管-混凝土组合柱(CFRT)这一新型组合结构的抗火性能开展试验研究.采用高温试验炉对7个大尺寸CFRT短柱进行升温试验及高温后的轴压试验,试验参数包括控制温度、配箍率和配箍方式.结果表明,CFRT高温下未发生爆裂现象;高温后的轴压承载力和刚度随试验温度的提高而降低,但具有相对较高的残余承载力;提高配箍率和采用双层配箍方式,有利于改善CFRT高温后的抗压性能;与已有的普通钢筋混凝土约束柱抗火试验结果相比较,CFRT具有更高的残余承载力比.CFRT具有优异的抗火性能.

预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力性能分析

建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点在往复荷载作用下受力性能分析的精细化有限元计算模型.根据已完成的6个“弱节点”试验结果,对比分析试验与模拟试件的破坏模式、梁端荷载-位移骨架曲线和特征点荷载,验证了有限元模型的准确性.研究了预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力全过程工作机理,并对各关键组件的应力、应变发展规律及其相互作用进行分析.通过有限元模型参数化分析,研究了轴压比、钢套箍厚度、钢套箍延伸高度、预制混凝土管强度及芯部混凝土强度等因素对节点承载力和变形能力的影响.分析结果表明:在梁端往复荷载作用下,钢套箍屈服“拉力带”和核心区混凝土“斜压杆”机构共同抵抗节点剪力;峰值荷载时钢套箍以刚体变形为主,极限荷载时钢套箍腹板大面积屈服;芯部混凝土、钢套箍与预制混凝土管之间界面接触相互作用力分布不均匀;轴压比、钢套箍厚度、预制混凝土管和芯部混凝土强度对节点承载力及变形能力影响较大,增大钢套箍厚度可以显著提高节点承载力及变形能力;钢套箍延伸高度增加可以提高节点变形能力,但对承载力影响不明显.建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点受剪计算模型,理论值与模拟值吻合较好且偏于安全.

RPC管-海水海砂混凝土组合柱抗压性能

在配有碳纤维增强塑料(CFRP)封闭箍筋的活性粉末混凝土(RPC)预制管内浇筑海水海砂混凝土(SWSSC),形成一种新型组合结构--RPC预制管-SWSSC组合柱(SFRPCT).这种组合柱能有效克服SWSSC中的盐分对构件耐久性的影响,并适用于海洋工程等高腐蚀性环境.对12个大尺寸SFRPCT试件和3个CFRP箍筋约束SWSSC柱(FRPHSC)开展了轴压试验,研究RPC管与内部SWSSC的组合效应及箍筋间距对轴压性能的影响.结果表明,在峰值荷载下,RPC管表面产生大量细而密的裂缝,但保护层没有出现明显的剥落现象;SFRPCT的轴向承载力显著高于对应的FRPHSC,这一组合形式将RPC超高的抗压强度和CFRP箍筋的约束效应有效结合了起来.基于相关试验数据和模型,给出SFRPCT组合柱的轴向承载力计算方法,并对组合效应进行了分析,结果表明,RPC管所承担的荷载与组合柱承载力的比值在0.39~0.42之间.

大尺寸RPC管-HSC组合柱轴压性能试验研究

在活性粉末混凝土(RPC)预制管内部浇筑高强混凝土,形成RPC管-高强混凝土(HSC)组合柱,扩展了RPC管-混凝土组合柱(CFRT)这一新型组合结构的范围。开展了RPC管离心法成型的配合比与工艺研究,成功试制了RPC管。对4组大尺寸CFRT和1组箍筋约束高强混凝土柱试件进行轴压试验,试验参数为内部混凝土和纵筋配置率。结果表明:内部填充HSC的CFRT柱在整个受力过程中,预制管身基本完整,抗压性能显著优于用于对比的箍筋约束高强混凝土柱;CFRT柱的抗压强度随内部混凝土强度的提高而提高,但约束效应逐步降低,对CFRT柱的内部混凝土的强度应该有所限制;在内部混凝土中配置纵向钢筋,对CFRT的延性影响不大;基于Mander(1988)约束模型,提出了内部填充高强混凝土的CFRT柱轴向承载力计算方法,模型的预测结果与试验结果吻合较好。

RPC-CFST组合柱轴压性能试验研究

为研究活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)-钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)组合柱的轴压力学性能,以RPC厚度、长细比为参数,进行了5根RPC-CFST组合柱的轴压试验,分析其受力机理、破坏形态、套箍效应和承载力算法等。试验结果表明:不同参数的RPC-CFST组合柱破坏过程和破坏形态较为接近,随着RPC厚度的增加,外部RPC对CFST的紧箍效应更迟出现,组合柱的极限承载力有小幅度提升;随着长细比的增大,外部RPC对CFST的紧箍效应越早出现,组合柱的弹性刚度和极限承载力逐渐降低。借助ABAQUS有限元软件,建立了经试验验证的RPC-CFST组合柱有限元模型,并对径厚比、RPC强度、含钢率、混凝土强度、套箍系数等参数进行分析。在试验研究和有限元参数分析的基础上,借鉴钢管混凝土结构技术规范和规程,提出了RPC-CFST组合柱轴压承载力计算公式,公式计算值与试验值吻合良好。

预制钢筋增强ECC壳-混凝土组合柱轴压力学性能

为经济、有效、合理地应用工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)以提升钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)柱的力学性能,本文发展了一种预制钢筋增强ECC壳-混凝土组合柱,设计制作了该型组合柱的试验模型和全RC、ECC柱对照模型,通过轴压力学性能试验对比分析了预制钢筋增强ECC壳-混凝土组合柱和全RC、ECC柱轴压力学性能的差异,重点探究了ECC壳厚度和箍筋间距对预制组合柱轴压力学性能的影响规律,并以此构建了考虑箍筋和ECC壳组合约束的组合柱轴心受压承载力计算公式。结果表明:相比于RC柱,预制钢筋增强ECC壳-混凝土组合柱与ECC柱均表现出延性破坏特征,破坏时未出现ECC保护层剥落以及预制ECC壳与混凝土内芯分离等现象。随ECC壳厚度增加,预制组合柱的峰值荷载和峰值位移增加,初始刚度和延性系数降低;预制ECC壳的引入显著提高了试件的延性和耗能能力,本文ECC壳厚度变化范围内,预制组合柱的延性系数是RC柱的1.13~1.35倍,累积耗能是RC柱的2.13~2.46倍;箍筋间距减小,预制组合柱的承载力提高,峰后延性和耗能能力显著增加。组合柱的轴压承载能力应考虑预制ECC壳的约束作用,相关承载力计算公式可用于该型组合柱的轴压承载能力计算。

预制拼装UHPC组合混凝土柱轴压性能试验研究

为改善装配式建筑连接区域的力学性能,将具有优异力学性能的超高性能混凝土(UHPC)用作连接区域的永久模板,与核心混凝土形成UHPC组合混凝土构件.为研究该新型预制拼装UHPC组合混凝土柱的轴压性能,开展了短柱轴压试验,考察预制UHPC板中纤维含量和预制UHPC板厚度对轴压性能的影响,分析了组合柱和普通钢筋混凝土柱的轴压承载力、延性和耗能等轴压性能指标的差异.结果表明:相比普通钢筋混凝土柱,组合柱的轴压承载力提高了57%~94%,耗能提高了一倍多;预制UHPC外壳中钢纤维含量为3%组合柱的轴压性能,比纤维含量为2%组合柱的轴压承载力、延性和耗能分别提高了23%、56%和114%,即预制UHPC板中纤维含量从2%提高到3%,显著改善了轴压性能.在试验分析的基础上,参照现行《混凝土结构加固设计规范》提出了该新型预制拼装UHPC组合柱的轴压承载力实用计算表达式,给出了UHPC抗压强度折减系数的建议取值.

城市轨道交通预制H型板柱组合轨道结构的研究与设计

目前,城市轨道交通车场停车库内立柱检查坑的立柱基本采用现浇混凝土结构形式,少数采用钢立柱或者预制混凝土小立柱结构。常规立柱方案存在施工作业环节多、施工精度不易控制、施工进度缓慢、施工质量不易控制等问题,难以满足城市轨道交通施工工期、施工精度、美观性要求。系统调研了常规现浇混凝土立柱方案、钢立柱方案、预制混凝土小立柱方案在设计、施工精度控制、施工质量控制及工程造价等方面的优缺点,研发了一种预制H型板柱组合轨道结构方案。相较于常规方案,此方案有简化作业环节、降低劳动强度、提高施工精度、提升施工效率、增强其美观性等特点,最大限度实现了结构装配化,为解决库内立柱检查坑结构的相关问题提供了借鉴和参考。

型钢外包活性粉末混凝土柱偏压性能试验研究

提出一种由型钢外包活性粉末混凝土(RPC)组成且不配置纵向受力钢筋的新型组合柱.为研究这种组合柱在偏心荷载作用下的受力性能和破坏形态,设计了3根不同RPC强度等级的型钢外包RPC组合柱进行偏心受压试验,观察其受力破坏过程及破坏形态.试验结果表明:型钢外包RPC偏压柱具有较强的变形能力,在偏心距为60mm的偏心荷载作用下表现为大偏心受压破坏;型钢外包RPC偏压柱的极限承载力主要与RPC强度等级有关,且随RPC强度等级的提高而增大.最后,参照型钢普通混凝土组合柱极限承载力的计算方法,建立了型钢外包RPC偏心受压组合柱的极限承载力计算公式.

预制UHPC-RAC组合短柱轴压性能

将优势互补的超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)和再生混凝土(Recycled aggregate concrete,RAC)组合设计为预制UHPC-RAC组合柱。以箍筋位置、UHPC壁厚和UHPC-RAC结合面粗糙度为参数,设计制作了7个预制UHPC-RAC组合短柱,通过轴压试验,分析了破坏形态、材料应变、荷载-位移曲线、承载力、泊松比和损伤等性能参数。结果表明:预制UHPC-RAC组合短柱改善了RAC短柱的破坏形态,因外围UHPC与箍筋形成组合作用对内部RAC约束效果的不同,分为强约束的剪切压溃破坏和弱约束的外壁UHPC劈裂破坏;配箍UHPC及其厚度的增加,增强了外围UHPC的约束作用,提高了预制UHPC-RAC组合短柱的轴压刚度和受压承载力,最大可提升93.3%和97.4%,降低了泊松比和损伤指数,其中泊松比的变化范围为0.26~0.18;UHPC-RAC结合面粗糙度对轴压性能呈现有利影响但差异较小。强约束效果保证了高性能材料力学性能的发挥,采用叠加原理,建立了可准确计算强约束预制UHPC-RAC组合柱的受压承载力计算公式,并提出了预制UHPC-RAC组合短柱的设计要求,提升材料的利用率。

装配式钢-混凝土组合框架结构在学校建筑中的研究与应用

提出一种便于工业化建造的装配式钢-混凝土组合框架结构系统,从结构构件、构造和构成角度,阐述其所采用的预制构件类型、特点及相应节点连接方式。提出一种便于组合结构快速建造的新型梁柱连接节点。该节点采用干式连接,对其组成、构造和理论计算方法进行介绍,通过ABAQUS有限元软件对该节点的受力性能、屈服模式进行数值分析。结果表明,理论计算方法与数值分析结果误差在10%以内,验证节点构造方式和所提理论计算方法的合理性、可行性。总结工程项目应用装配式钢-混凝土组合结构的设计方法及确保工程品质的技术控制要点。

钢管活性粉末混凝土界面粘结强度计算方法研究

为研究钢管活性粉末混凝土(RPC)的粘结滑移机理,对10个钢管约束RPC试件进行单轴推出试验,分析了试件的破坏特征、荷载-滑移曲线和钢管应变,探讨了长径比、径厚比以及RPC强度的影响规律,结果表明:套箍系数较小时,荷载-滑移曲线有明显的下降段,较大时未出现下降;粘结强度总体随径厚比的减小和长径比的增大而提高,RPC强度的影响不明显;当粘结应力达到粘结强度时,钢管的横向变形系数超过泊松比,其约束作用开始发挥。在此基础上,建立了钢管内压力与粘结应力的关系,并通过试验数据回归提出了钢管约束RPC粘结强度计算模型,公式计算与试验结果符合较好。

预制混凝土管组合柱-钢梁连接节点抗震性能试验研究

为研究预制混凝土管组合柱-钢梁连接节点的抗震性能,以轴压比、钢套箍延伸高度、芯部混凝土强度以及钢套箍厚度为主要参数,进行了6个1/2缩尺节点的拟静力试验。研究了各节点的破坏形态、滞回特性、承载能力、耗能能力以及节点域受剪性能。试验结果表明:各节点主要破坏模式均为节点域剪切破坏;滞回曲线呈典型弓形,耗能能力较好;芯部混凝土强度和钢套箍厚度是影响节点抗震性能的关键参数,对承载能力和耗能性能影响较大;破坏时节点域极限剪切变形介于0.0482~0.100 rad之间;节点域受剪承载力降低系数介于0.86~1.00之间,承载力退化性能稳定。建立了预制混凝土管组合柱-钢梁连接节点受剪承载力计算式,计算值与试验值吻合较好且偏于安全。

预制混凝土管组合柱受剪性能试验研究

为研究预制混凝土管组合柱的受剪性能,完成了12个预制混凝土管组合柱试件和3个预制混凝土空心管对比试件的受剪试验,分析了剪跨比、轴压比、配箍率和填充混凝土强度对各试件受剪承载力、变形性能以及破坏形态的影响。结果表明:各试件均出现剪压破坏模式,主斜裂缝夹角介于28°~41°之间;剪跨比和轴压比对预制混凝土管组合柱受剪性能有较大影响,增大剪跨比使得受剪承载力降低,但变形能力提高显著,增加轴压比使得受剪承载力提高,但变形能力降低;与预制混凝土空心管试件相比,填充混凝土的存在使得预制混凝土管组合柱受剪承载力提高,变形能力显著改善。提出了适用于预制混凝土管组合柱的受剪承载力计算式,其预测值与试验结果吻合较好。

装配式建筑中预制混凝土管柱的研究与展望

回顾了预制混凝土管柱的研究历程,根据受力时工作机理的不同,将预制混凝土管柱分为预制混凝土空心管柱和预制混凝土组合管柱。对国内外有关预制混凝土管柱基本受力性能、抗震性能和相关节点及体系的研究现状和最新进展进行了综述和分析。结合目前预制混凝土管柱研究与应用中尚存在的问题,对今后研究重点和发展趋势做了展望,并指出基于预制混凝土管柱的特点和优势,研发各种新型装配式结构体系对促进我国装配式建筑体系的发展具有重要意义。

城市轨道交通立柱式检查坑轨道结构病害整治研究与建议

城市轨道交通车辆段立柱式检查坑整体道床是地铁电客车检查维修所使用的常见结构形式,在城市轻型轨道和地下轨道交通施工中,得到了广泛应用,且大多采用现浇混凝土立柱方案,车辆段检查坑立柱数量巨大、施工周期长,立柱需要准确定位才能保证检修线轨道的相关几何尺寸精度,而且存在施工作业环节多、施工精度不易控制、施工进度缓慢、施工质量不易控制等问题,难以满足城市轨道交通施工工期、施工精度、美观性等要求,在施工完成后质量不达标的情况下可能导致出现多种次生病害出现,危及行车的安全性。