高强箍筋增强SRPE套管约束混凝土短柱轴压力学性能研究

针对东部沿海及西部盐渍土地区桥梁墩柱的钢筋混凝土腐蚀等问题,提出一种新型组合结构——高强箍筋增强钢骨架聚乙烯塑料复合管(SRPE)套管约束混凝土柱。设计制作了11根试件进行轴心受压试验,对其破坏形态、极限承载力和荷载-纵向变形曲线进行了研究,分析了箍筋屈服强度、SRPE套管压力等级和体积配箍率等对其轴压性能的影响规律,并给出轴心受压承载力计算方法。结果表明:在SRPE套管和高强箍筋的双重约束下,试件的承载力、延性和纵向变形得到显著提高;试件的极限承载力随SRPE套管压力等级、箍筋屈服强度和体积配箍率的提高而增大;箍筋屈服强度越高,极限承载力越大,但荷载-纵向变形曲线的下降段更陡峭。所建立的轴压承载力计算方法可为相关工程实践提供参考。

多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱轴压性能有限元分析

为了研究新型多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱的力学性能,本文在其轴压试验的基础上,采用基于试验提出的约束混凝土本构模型,并利用有限元软件ABAQUS进行数值分析,讨论箍筋间距、箍筋强度、箍筋形式及混凝土强度对约束混凝土方柱轴压性能的影响。结果表明,数值模拟的多螺旋复合箍筋约束混凝土轴压方柱的应力-应变曲线与试验曲线拟合较好,验证了本文所提本构模型的适用性及所建有限元模型的合理性;多螺旋复合箍筋明显提高了约束混凝土方柱的强度和延性性能,约束效果好于传统井字形复合箍筋,且五螺旋复合箍筋的约束效果要好于四螺旋复合箍筋。

叠合梁斜截面抗剪性能的试验研究

通过对叠合模型梁的承载能力、梁的变形特征、裂缝的形成和发展过程以及梁中箍筋、纵筋应力变化情况的观测,得到了按斜截面抗剪强度设计的叠合梁的破坏过程,以及在这个过程中箍筋所起的影响作用.试验结果表明:参照整浇梁的理论计算方法,二次受力叠合梁的极限抗剪承载力比相应情况的整浇梁要略高,其中箍筋的实际有效作用比由规范公式[1]计算得出的理论贡献值要大;梁的变形特性以及裂缝开展情况与一般整浇梁很类似,其最终破坏形态也与一般整浇梁接近.试验成果为叠合梁的进一步研究和工程应用提供了有价值的实验依据.

配置多重复合箍筋的钢筋混凝土框架结构抗震性能

设计并制作了3根配置多重复合箍筋的钢筋混凝土柱,进行了低周反复荷载试验,基于Mander模型和修正Kent-Park模型建立了框架柱在不同约束条件下混凝土的本构模型,采用OpenSees对混凝土柱试件进行了有限元分析;通过与混凝土框架柱的试验结果对比,验证了多重复合箍筋约束的混凝土本构关系和框架柱建模的合理性,进一步建立了配置多重复合箍筋的钢筋混凝土复杂框架结构的有限元分析模型,并进行了时程反应分析。结果表明:3根多重复合箍筋约束混凝土柱的滞回曲线均呈较为饱满的弓形,表现出良好的塑性变形性能和耗能能力;有限元模拟结果中的峰值荷载与试验结果较为接近,滞回曲线形状与试验结果基本吻合,建立的有限元模型能较准确地分析该类复合配筋柱的受力性能;复杂框架结构的顶点位移在天津波作用下最大,在X,Y方向分别为341 mm和500 mm,结构整体位移角分别为1/120和1/82;最大层间位移角出现在框架结构第3层,在X方向和Y方向分别为1/66和1/57,均能够满足现行抗震设计规范要求;该钢筋混凝土框架结构的屈服顺序为梁端先于柱端发生屈服,实现了预期的"强柱弱梁"地震破坏机制。

RPC预制管混凝土组合柱组合效应试验研究

配有高强螺旋箍筋的活性粉末混凝土(RPC)预制管内浇筑混凝土,形成一种新型组合结构——RPC预制管混凝土组合柱(CFRT).对9个不同箍筋间距的CFRT,3个箍筋约束混凝土柱和3个RPC空管开展轴向抗压试验,研究RPC管与内部混凝土之间的组合效应,以及箍筋间距对CFRT轴压性能的影响.结果表明:在荷载峰值下,组合柱中的RPC管没有出现明显的剥落现象,构件截面较为完整;CFRT柱的承载力显著高于对应的箍筋约束混凝土柱和RPC空管两者单独的承载力之和,在承载力上实现了超叠加;CFRT中配置的箍筋间距越小,组合柱的抗压性能越好;基于Mander模型和相应的简化,对CFRT的组合效应进行了分析,RPC管对组合柱的轴向承载力贡献在0.22~0.26之间,且随箍筋间距的增大而有提高的趋势,并提出了CFRT轴向承载力计算方法.

钢筋混凝土复合配箍柱铰的延性和抗震耗能试验研究

本文对钢筋混凝土普通方箍柱和井字式复合配箍柱进行了反复荷载试验。观察了柱铰的破坏过程，研究了柱铰的滞回特性、延性、抗震耗能性能及其机理。导出了复合配箍柱铰的延性和极限转角的计算公式，并提出了抗震柱铰的有关设计建议。

钢-混凝土组合梁纯扭及复合受扭性能

为了研究钢-混凝土组合梁的扭转性能,对5根新型外包钢-混凝土组合梁进行了纯扭和复合受扭试验,研究了组合梁在纯扭和复合受扭作用下的破坏形态、工作机理以及裂缝开展分布的情况,比较分析了组合梁扭矩-扭率、荷载-应变、弯矩-挠度、荷载-裂缝开展之间的相互关系。通过对组合梁受扭性能的弹塑性理论分析,提出了在组合梁纯扭及复合受扭作用下的开裂扭矩计算公式;采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下的极限扭矩计算公式。结果表明:理论公式计算结果与试验结果吻合良好,为评估结构的安全性及稳定性提供了依据。

复合材料箍筋力学性能试验研究

复合材料箍筋(CFRP箍筋)抗拉强度取决于弯折处的弯拉强度,远低于CFRP箍筋直线段的强度,目前国内没有系统的试验方法。对不同规格的CFRP箍筋进行弯拉性能试验研究,主要测定CFRP箍筋的弯拉强度、弹性模量和延伸率等力学性能指标。详细介绍了CFRP箍筋的试验过程、试验方法以及破坏形态。试验结果表明:CFRP箍筋为脆性破坏,应力-应变曲线基本为直线;CFRP箍筋尺寸效应明显;试验拉伸速率建议为2～3mm/min;随着弯折半径与厚度比值的增加,弯折处强度与直线段强度的比值也越大。

拉筋对两层两跨钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响

该文开展了2榀2层2跨缩尺比例为2/5的水平往复荷载下方钢管混凝土柱-钢混凝土组合梁平面框架滞回性能试验研究,分析了柱端拉筋强柱构造对钢-混凝土组合框架结构抗震性能的影响。运用有限元软件ABAQUS建立该平面框架有限元模型,在试验验证的基础上开展柱端拉筋等效配箍率对组合平面框架抗震性能影响规律的研究。分析结果表明:柱端拉筋降低了钢管与混凝土之间的滑移、约束混凝土并加强了钢管对混凝土的约束作用,进而提高了柱端抗弯承载力与耗能能力,间接改变了梁柱线刚度比和抗弯承载力比,挖掘了钢梁的耗能潜力;柱端拉筋强柱构造措施有效提高了钢-混凝土组合平面框架结构的刚度、承载力和耗能能力,分别达70%、20%和50%以上。

叠合构件叠合面受剪承载力的计算方法研究

通过分析国内外直接剪切试件和叠合梁(板) 2种不同类型的叠合面受剪试验的试验数据,发现叠合面的受剪承载力除与结合筋的配筋率、叠合面粗糙度及后浇混凝土强度等级有关外,还与叠合梁(板)的破坏形态、叠合面沿梁(板)高度位置的变化、剪跨比以及二次受力影响等因素有关。在综合分析国内外叠合梁(板)试验研究成果的基础上,提出了叠合梁(板)叠合面受剪承载力计算的设计建议,可供规范修编时选用和参考。

新型外包钢混凝土组合梁抗扭的试验及分析

共进行了5根新型外包钢-混凝土组合梁的扭转试验,其中2根用于研究纯扭性能,3根用于研究复合受扭性能。测得了试件的扭矩-扭率曲线,钢筋扭矩-应变曲线,外包钢的应变分布及混凝土的应变分布。试验和分析结果表明:新型组合梁的受扭承载力由混凝土翼板以及外包钢与混凝土翼板组成的箱型梁两者共同承担。弯扭比是影响构件受扭承载力的重要因素。当其它条件相同,弯扭比在3左右时,组合梁受扭承载力达到最大。该文对组合梁受扭性能进行了弹塑性理论分析,提出了组合梁纯扭及复合受扭作用下开裂扭矩的计算公式。采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下发生扭型破坏时的极限扭矩计算公式。理论公式计算结果与试验结果吻合良好。

筋箍碎石桩复合体抗剪性能研究

筋箍碎石桩复合体抗剪性能对其稳定性分析至关重要。文章采用大型直剪仪,开展多组单根筋箍碎石桩及桩周土形成的复合体的直剪试验,深入分析了法向应力、桩周填土性质、筋材抗拉强度等因素对复合体抗剪性能的影响。试验结果表明:筋箍碎石桩复合体的抗剪强度大于普通碎石桩复合体,且筋材抗拉强度越大,加筋效果越明显,复合体抗剪强度的提高幅度越大;当桩周为砂土时,砂土相对密实度对复合体抗剪性能影响较小;当桩周为黏土时,黏土含水量越高,筋箍碎石桩复合体的抗剪性能越低。筋箍碎石桩复合体可能出现筋材胀裂破坏、筋材剪断破坏及桩身弯扭破坏等3种受剪破坏模式。此外,筋箍碎石桩复合体的抗剪强度可采用面积置换率法计算。

高轴压比下BCCS高强混凝土柱拟静力试验研究

进行高轴压比下比例为1/2的9个密置焊接环式复合箍筋约束(BCCS)高强混凝土柱试件和1个对比试件的低周反复加载试验。研究轴压力比、配箍率和配箍形式对柱变形性能和滞回特征的影响。研究该类构件的破坏过程、破坏形态、滞回曲线、延性性能、耗能性能,分析塑性铰区域剪切变形角。研究结果表明:所有试件最终破坏均呈倒三角形的弯曲型破坏形态;塑性铰区域的剪切变形角较小,对试件弯曲变形的影响可忽略。在高轴压比下,全部BCCS高强混凝土柱试件都具有较饱满的滞回环,无明显的捏缩现象,表明这种柱的耗能性能较好;另外,随着轴压比的提高,其耗能性能降低,骨架曲线的强度下降段较陡,延性性能较差;随着箍筋间距的减小(配箍率的增大),其耗能性能提高,骨架曲线下降段愈平缓,延性性能愈好;与普通复合箍筋的对比试件相比较,BCCS效果更好,且延性性能更好,耗能更大。

组合方形灌浆套筒连接性能试验

针对套筒加工工艺、材料、成本等问题,提出了一种由标准无缝方形钢管与带肋钢筋以及螺旋箍筋通过组合拼装而成的新型组合方形灌浆套筒。利用该组合方形套筒,制作了9个7.5倍~12.5倍直径锚固长度的接头试件,通过轴拉试验对接头拉伸性能和工作机理进行研究。结果表明:所有试件均在接头外钢筋某处断裂,接头抗拉强度与连接钢筋抗拉强度标准值的比值均大于1.10,满足规程JGJ 107—2010中对Ⅰ级接头单向拉伸强度要求,当试件的锚固长度达7.5 d(d为连接钢筋直径)即可满足条件;套筒内腔中四角嵌入的焊接钢筋以及螺旋箍筋对套筒的约束机理和应变分布有重要的影响,嵌入的焊接钢筋能承担接头传过来的部分拉力,从而降低方形钢管表面的应力,同时焊接钢筋表面的横肋能有效增加套筒内壁与灌浆料之间的黏结力;箍筋能进一步约束灌浆料从而提高接头的整体性;套筒表面应变基本均匀分布,不会出现因套筒截面加工变形导致应变反转等现象。

蜂窝钢梁—混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

为了研究蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱节点的抗震性能,对4种不同连接形式的蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱的梁柱节点试件进行低周反复加载的拟静力试验,分析了其节点在模拟地震作用下的破坏形态、承载力、延性、滞回特性等,初步探讨了蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱的抗震性能.试验结果表明:合理的蜂窝钢梁—焊接环式箍筋混凝土柱节点能满足抗震工程实践要求,并通过不同连接形式节点的受力性能分析对比,最终得出符合抗震设计要求的组合节点连接形式.

配置组合封闭箍筋叠合框架梁端抗震性能试验

通过6个试件的低周反复加载试验,研究了配置HRB500纵筋和组合封闭箍筋的叠合混凝土框架梁端的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性等抗震性能以及极限承载能力.结果表明:叠合试件的叠合面和根部结合面出现开裂和滑移,其滞回曲线捏拢,耗能、极限承载力和位移延性系数均小于整浇试件;叠合试件的位移延性系数为3.6~4.5;叠合试件与整浇试件的极限承载力之比平均为0.90,但与按规范GB 50010—2010得到的计算值之比平均为1.31;达到极限承载力前,各试件的高强纵筋和斜拉破坏试件的箍筋均能受拉屈服;配箍形式和根部结合面类型对叠合试件的抗震性能和极限承载力影响不大.

新型多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱的轴压性能试验研究

为更有效探讨新型多螺旋复合箍筋约束混凝土方柱的轴压性能,对8根配置多螺旋复合箍筋的混凝土方柱进行了单向轴心受压试验,观察混凝土方柱的破坏过程和破坏形态,探讨了新型多螺旋复合箍筋约束混凝土柱的应力-应变关系曲线,对比分析了箍筋间距、箍筋强度和箍筋形式等因素对混凝土柱强度和延性的影响。结果表明:新型多螺旋复合箍筋可以有效提高钢筋混凝土方柱的强度和延性性能,当箍筋配置合理时,四螺旋复合箍筋柱的峰值强度可提高2倍,五螺旋复合箍筋柱的延性比可达1.98;该类型柱的约束效果要好于传统井字形复合箍筋柱,且五螺旋复合箍筋的约束效果强于四螺旋复合箍筋柱;该类型试件的强度和延性性能会随着箍筋间距的减小而提高,随着箍筋强度的提高而提高,且小间距高强度箍筋约束混凝土试件的应力-应变关系曲线下降段更平缓,变形性能更好;矩形外箍的应力增长要高于螺旋内箍,当试件达到峰值荷载时,普通强度箍筋均屈服,而高强箍筋大部分未屈服,可为试件达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能提供一定的安全储备。

框架柱复合箍筋优化布置方式探讨

在分析传统复合箍筋布置方式优缺点的基础上,提出了框架柱箍筋的优化布置方式,即将同一截面上的复合箍筋分散到相邻箍筋截面中间。该布置方式形成连续且间距较小的箍筋布置效果,有利于发挥箍筋对混凝土的约束作用,减小各种因素可能引起框架柱扭转而在柱非加密区产生的裂缝,改善柱中部区域在地震作用下的延性性能,同时可以提高框架柱的施工质量。

基于MCFT理论的超高韧性水泥基复合材料简支梁抗剪性能研究

简要介绍了全新的抗剪分析方法——修正压力场理论(MCFT),并将该理论应用于超高韧性水泥基复合材料梁抗剪性能研究分析中。在此基础上建立了钢筋增强超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)梁在弯剪复合作用下的截面分析模型;根据计算模型编制了程序,并利用该程序对UHTCC材料梁进行抗剪承载力的理论计算;同时对UHTCC梁试件进行加载试验,并将理论值与试验值进行了对比,结果显示两者较为吻合,表明MCFT理论能够较好地分析超高韧性水泥基复合材料梁的抗剪性能。进一步研究表明:UHTCC材料简支梁中的箍筋一般能够达到屈服状态,能够承担裂缝间的应力;MCFT理论计算值能反映箍筋受力的实际情况,该理论可用于对UHTCC材料梁抗剪承载力的理论计算。

成型矩形八角组合螺旋箍筋柱设计及数值模拟研究

针对高层和超高层框架混凝土柱构件,设计了一种新型的矩形八角组合螺旋箍筋柱。与传统成型钢筋柱相比,矩形八角组合螺旋箍筋柱具有多项优势。以传统矩形八角组合箍筋柱的柱构件作为对照,通过非线性有限元分析模拟了柱的低周反复荷载试验,研究了不同轴压比下柱水平承载性能,得到了不同工况下的极限承载力、荷载-位移曲线和破坏形态。结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合较好;随着轴压比的提高,柱的水平承载力变大,荷载-位移曲线的强度下降段变陡,延性变差;成型矩形八角组合螺旋箍筋柱与传统矩形八角组合箍筋柱的刚度、承载力和延性接近。综上所述,成型矩形八角组合螺旋箍筋柱在构造和受力性能上均具有良好的适用性,在建筑结构尤其是高层和超高层结构中具有推广价值。