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。

应变率效应对再生混凝土动态力学性能的影响

通过约束再生混凝土单轴受压动态力学试验,研究了应变率效应对约束再生混凝土力学参数的影响.分析不同应变率下再生混凝土动态破坏特征以及受压应力-应变关系全曲线,可以发现:在不同应变率、再生粗骨料取代率或体积配箍率下,再生混凝土单轴应力-应变关系曲线的上升段基本一致,而下降段差异较为明显;随着应变率的提高或再生粗骨料取代率的增加,下降段曲线随之变陡,而随着箍筋配箍率的提高,下降段曲线明显随之趋于平缓.通过试验数据回归分析,提出约束再生混凝土受压峰值应力和峰值应变动态放大系数函数模型;随着应变率的提高,约束再生混凝土受压峰值应力和峰值应变均随之增大;而约束再生混凝土受压峰值应变动态放大系数增加幅值低于受压峰值应力动态放大系数的增加幅值;进一步分析了应变率效应对约束再生混凝土初始弹性模量的影响规律,确定了初始弹性模量和应变率的函数关系,并给出了初始弹性模量动态放大系数函数模型.随着应变率的提高,约束再生混凝土初始弹性模量动态放大系数随之增大,但其增长幅度要比受压峰值应力和峰值应变动态放大系数的增长幅度小.

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。

钢管再生混凝土长柱轴压受力性能试验研究

进行6根圆钢管再生混凝土长柱轴压的静力加载试验,观察试件受力的全过程和破坏形态,绘制出各试件的荷载-变形和荷载-应变关系曲线,分析长径比和套箍系数2个变化参数对试件变形和承载力的影响规律,采用国内外相关规程计算各试件的极限承载力并与实测值进行对比。结果表明:钢管再生混凝土轴压长柱受力过程经历了弹性阶段、弹塑性阶段和塑性下降阶段,均为弹塑性失稳破坏;长径比和套箍系数对钢管再生混凝土轴压长柱的受力性能均有影响,其中套箍系数影响较大;最后对于钢管再生混凝土长柱轴压的承载力计算及构件的设计提出建议。

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。

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。

钢管再生混凝土构件力学性能和设计方法若干问题的探讨

再生混凝土技术通过对废弃混凝土的再加工,使其恢复原有的性能,通过合理的配合比设计,形成新的建材产品,从而既能使废弃的资源得以再利用,又在一定程度上解决了环保问题,这是发展绿色混凝土,实现建筑资源环境可持续发展的有效措施之一。在介绍再生混凝土的发展及钢管再生混凝土轴压短柱、纯弯构件和压弯构件初步研究成果的基础上,对钢管再生混凝土力学性能和设计方法的若干问题进行探讨。

圆钢管再生混凝土组合柱大偏压性能影响因素分析

为了研究钢管再生混凝土组合柱在大偏心受压作用下的力学性能,以再生粗骨料取代率、偏心距、含钢率和长细比为参数,设计了10根试件进行静力试验。结果表明:此类构件大偏心受压破坏过程,可分为三个阶段:线弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;在大偏压情况下,随着再生粗骨料取代率的增加试件的极限承载力呈现出先平稳后下降再上升的变化趋势;同等条件下,随着偏心距或长细比的增加,组合柱的极限承载力降低,其刚度也在下降,但增加含钢率可以提高其极限承载力和刚度。

不同壁厚钢管再生混凝土短柱轴压力学性能研究

为了明确100%再生骨料取代率下钢管壁厚对钢管再生混凝土短柱(RACFST)受力性能的影响规律,开展了试验研究.分别设计了10根圆形截面的钢管混凝土试件(CFST)和RACFST试件并进行轴压试验.根据试验结果进行了对比分析,研究了钢管壁厚对破坏模式、荷载位移和荷载应变曲线、刚度、断裂韧性、延性、离散性等关键指标的影响机理,同时对承载力计算方法进行了探讨.结果表明:壁厚的增加能有效改善RACFST的力学性能并降低其性能的离散性;随着单位含钢率的增加,CFST和RACFST的承载效率趋于劣化;随着钢管壁厚的减少,规范公式承载力预测可靠度降低.最终,推荐圆形截面RACFST承载力计算公式,并验证了其准确性和稳定性;推荐套箍系数合理的取值范围为1.22~1.41.

螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土本构关系模型

通过28个螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土圆柱轴压试验,研究了约束再生混凝土的本构关系模型。结果表明,螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土相比于素再生混凝土可以有效提高试件的强度和延性;混凝土强度和螺旋箍筋间距影响约束含砖骨料再生混凝土的承载力和延性。随着混凝土强度的提高,试件承载力增大,但延性变差,螺旋箍筋间距越小,试件承载力越高,延性越好;对试验数据进行回归分析,分别得到了螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土的峰值应力、峰值应变和极限应变的计算式,并提出了螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土的本构关系模型,与试验曲线进行对比,结果表明吻合较好。

不锈钢管再生混凝土短柱轴压力学性能研究

不锈钢管再生混凝土柱(RA-CFSST)可有效改善核心再生混凝土的力学性能,在桥梁墩柱与海工结构中具有广泛的应用前景.基于前期试验研究采用ABAQUS有限元软件对RA-CFSST短柱进行了轴压全过程机理分析,包括各部件应力状态发展、核心再生混凝土应力分布以及钢-混凝土之间的接触应力;其次,重点研究了再生混凝土强度、取代率、不锈钢类型与含钢率对构件极限承载力的影响;最后基于前期试验和参数分析结果,与国内外现有钢管混凝土设计规范进行了对比.研究结果表明:轴压过程中,钢管环向应力与核心混凝土纵向应力不断增大,呈明显的约束效应;构件极限承载力受材料强度和含钢率影响较大,而受再生粗骨料的影响较小.

圆钢管约束再生混凝土轴压力学性能试验研究

依据《再生混凝土结构技术标准》(JGJ/T 443—2018),按照再生粗骨料(RCA)掺入量0%、50%和100%制作18个试件并进行轴压力学性能试验,研究RCA取代率对圆钢管约束再生混凝土(RACCST)试件承载力和应力-应变关系的影响。结果表明:RACCST试件轴压极限荷载随RCA取代率增加而略有下降,基于Mander模型和试验数据,给出建议的RACCST应力-应变关系表达式。

钢管再生混凝土组合柱小偏压性能退化研究

为揭示钢管再生混凝土组合柱在小偏压作用下的性能退化规律,以再生粗骨料取代率、偏心距和长细比为变化参数,进行了6个试件的小偏压试验和1个对比试件的轴压试验。在试验的基础上,分析了各试件的延性指标、耗能能力、侧向挠度变化的演化规律。研究结果表明:再生粗骨料取代率为50%的组合柱初始刚度最小;减小长细比有利于提高组合柱的极限承载力、延性和耗能能力;与轴压组合柱相比,小偏压组合柱的延性差,耗能能力也差;随着荷载的增加,组合柱的侧向挠度呈先缓慢再迅速发展的变化趋势。

FRP约束再生骨料混凝土抗压强度及极限应变计算模型对比研究

本文建立了318个复材(FRP)约束再生骨料混凝土(RAC)圆柱的试验数据库,通过该数据库对比研究了三个代表性计算模型(Lim模型、Xiao模型及Wei模型)对FRP约束再生骨料混凝土抗压强度和极限应变的预测精度。研究表明,三个计算模型对抗压强度的预测精度均高于对极限应变的预测精度。其中:Lim模型对抗压强度的预测具有最好的精度,平均绝对误差AAE仅为9.4%,预测值与试验值比值的平均值Mean为100.8%;Wei模型对抗压强度的预测值要小于试验值(Mean=78.9%),且与试验值相比误差较大(AAE=21.2%);而Xiao模型对抗压强度的预测精度介于Lim模型和Wei模型之间(AAE=12.8%、Mean=109.8%)。三个计算模型在预测极限应变时,Lim模型的精度最高(AAE=21.1%,Mean=95.5%),Wei模型总体上低估了复材约束RAC的极限应变(AAE=28.5%,Mean=78.1%),而Xiao模型对极限应变的预测值要高于试验值(AAE=40.1%,Mean=125.9%)。从总体上看,在三个计算模型中,Lim模型在预测抗压强度和极限应变时都具有最好的精度,故推荐采用Lim模型来预测FRP约束再生骨料混凝土极限状态。

FRP约束再生混凝土构件研究进展

推广使用再生混凝土是实现建筑固废资源化再利用和生态环境可持续发展的重要途径,纤维增强复合材料(FRP)约束再生混凝土是改善和提升其力学性能的有效方法。国内外研究人员对不同再生骨料取代率、FRP种类、侧向约束刚度(FRP层数)、FRP全包裹/条带式包裹等设计参数下FRP约束再生混凝土材料抗压强度、应力-应变曲线及构件的力学性能和抗震性能指标的变化规律进行了试验研究和理论分析,比较了FRP约束普通混凝土极限强度和极限应变模型对FRP约束再生混凝土试件试验结果的适用性。本文分析了FRP约束再生混凝土材料和构件相关性能的研究现状及存在的不足,归纳了需要进一步研究的问题,以期为后续FRP约束再生混凝土结构力学性能研究和工程应用提供参考。

钢管再生混凝土轴压短柱受力性能的试验与理论分析

为了研究钢管再生混凝土短柱的轴压性能,以再生粗骨料替代率和套箍指标为主要变化参数设计了22个试件进行轴压试验,观察了试件的受力全过程和破坏形态,获取了试件的应力-应变全过程曲线,分析了骨料替代率、套箍指标对其承载性能的影响,试验结果表明:试件的破坏形态与普通钢管混凝土相似,再生粗骨料替代率对钢管再生混凝土影响不大,套箍指标对承载能力和变形性能影响明显。并分别用统一强度理论,套箍混凝土理论和叠加计算理论对试件的承载力进行了计算和分析,结果表明:统一强度理论和叠加计算理论计算值小于试验值,而套箍混凝土理论计算值略大于试验值,最后对应力-应变全过程曲线拟合分析,提出了试件的应力-应变全曲线方程。研究结果可供钢管再生混凝土短柱的科学研究和工程应用参考。

箍筋约束再生混凝土力学行为分析

通过箍筋约束再生混凝土方形截面短柱动态力学性能试验,获取动态单调荷载下约束再生混凝土单轴受压应力-应变关系全曲线;不同箍筋约束和应变率下,约束再生混凝土应力-应变关系曲线的上升段基本一致,而下降段差异较为明显,随着体积配箍率的提高,下降段曲线明显随之趋于平缓,随着应变率的提高,下降段曲线随之变陡。在外荷载作用下,当箍筋约束再生混凝土达到峰值应力时,箍筋应力仍低于屈服强度;再生混凝土通过箍筋约束后,很大程度上解决了再生混凝土延性比普通混凝土延性较低的问题。随着箍筋约束效应或应变率的增加,受压峰值应力均随之增加。根据应力-应变曲线特征点参数变化规律,初步提出约束再生混凝土受压峰值应力动态约束因子模型。随着体积配箍率的提高或箍筋间距的减小,箍筋约束效应对动态约束因子的贡献均随之增加。

循环往复荷载作用下约束再生混凝土力学性能试验

约束再生混凝土在循环往复荷载作用下的受力和变形性能对再生混凝土结构的承载能力、延性和恢复力特性等有重要影响,强度和变形演化规律是再生混凝土结构在抗震设防地区推广和应用的基础研究工作之一。在前期研究工作基础上,为进一步探求加载模式、约束条件和再生粗骨料取代率等综合因素对再生混凝土力学性能的影响机理,采用循环反复加载制度,完成54个约束再生混凝土试件单轴受压试验,分析约束再生混凝土的强度和变形性能。试验结果表明:配置方形箍筋、菱形复合箍筋和八边形复合箍筋的约束再生混凝土试件在循环往复荷载下的应力-应变包络曲线、共同点轨迹曲线和单调荷载作用下的应力-应变关系全曲线分布形式相似,共同点轨迹曲线与包络线的相似比值在0.718~0.925之间;与非约束再生混凝土相比,箍筋约束后再生混凝土的强度和变形能力显著提高;随着卸载应变的增大,残余应变随之增大。建立循环往复荷载下约束再生混凝土的残余变形方程,给出再生混凝土卸载应力-应变曲线模型。提出再生混凝土脆性偏大的解决办法,以期为再生混凝土结构抗震优化设计提供参考。