高强型钢超高性能混凝土短柱轴压性能试验及其有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土短柱的轴压性能,对试件进行了轴心受压试验,设计参数包括配钢率、箍筋间距和箍筋形式。观察了试件的轴压破坏过程,获得了破坏形态及轴向荷载-位移曲线,分析了承载能力、变形能力、刚度等轴压性能指标,以及超高性能混凝土、纵筋、箍筋和型钢的应变发展规律。在试验研究基础上,采用ABAQUS建立了高强型钢超高性能混凝土短柱轴压性能有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明:试件发生的是典型轴压破坏,中部表面出现“锯齿形”裂缝;轴向荷载-位移曲线会出现2次荷载峰值;箍筋间距减小时,试件的承载能力和变形能力均提高,但刚度退化速率没有显著变化;配钢率增大时,试件的承载能力提高,变形能力先增大后减小,刚度退化变缓;型钢强度增大时,试件的承载能力和变形能力均提高,提高速度先快后慢;超高性能混凝土抗压强度增大时,试件的承载能力提高,变形能力降低;超高性能混凝土受拉能够达到峰值应变;纵筋在极限点之前发生受压屈服;箍筋在极限点时应变不足屈服应变的1/3,但在破坏点前达到受拉屈服;型钢翼缘在极限点前后发生屈服,腹板屈服晚于翼缘。

方钢管超轻混凝土短柱轴压性能试验研究

对16个方钢管超轻混凝土短柱和8个空钢管短柱进行了轴压试验,以超轻混凝土强度和含钢率为变化参数,研究方钢管超轻混凝土短柱的破坏形态和受力性能。结果表明,随着超轻混凝土强度的降低,钢管对核心混凝土的约束效应越强;随着含钢率的增加,构件的承载力和变形能力提高,但当含钢率高于0.25时,超轻混凝土的存在对构件的承载力和变形能力已基本没有影响。基于叠加理论,提出了适用于方钢管超轻混凝土短柱承载力的计算公式。

GFRP约束ECC短柱偏压试验研究

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)约束工程纤维增强水泥基复合材料(Engineered Fiber Reinforced Cementitious Composites,ECC)轴压柱可显著提高其承载能力和延性,但偏压作用下FRP约束ECC柱的性能提升程度和作用机理有待研究。基于此,以偏心距(0、10、30、50 mm)和FRP层数(0、2、4层)为试验变量,对玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,GFRP)约束ECC短柱展开了竖向加载试验,并对试验结果进行了分析。研究结果表明:小偏心破坏时受压侧FRP断裂、混凝土被压碎,大偏心破坏时受拉侧FRP撕裂与混凝土横向裂缝近乎同时出现。轴压作用下,轴向变形和抗压强度显著增大;偏压作用下,抗压承载力随着偏心距的增大而减小,而极限位移无明显变化规律。此外,承载力和延性都随着FRP层数的增加而增大。

CFRP加固半高填充墙短柱框架抗震性能试验研究

设置半高填充墙的钢筋混凝土框架结构在地震中极易发生短柱破坏,进而引起结构整体倒塌,为改善半高填充墙框架结构的抗震性能,制作了3组半高填充墙框架结构试验模型,采用不同方法对短柱外包(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固,分析了CFRP布条带加固模型和全包加固模型的延性系数、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力及破坏模式。试验结果显示:CFRP加固将半高填充墙框架结构的薄弱环节从短柱转移到填充墙,在填充墙完全破坏后框架结构表现为强柱弱梁型的节点破坏,外包CFRP加固将半高填充墙框架短柱破坏的脆性破坏模式转变为强柱弱梁型的框架延性破坏模式;全包加固后结构的初始刚度有所提高,条带加固可以大大提高结构的耗能能力,2种加固方法都能提高结构的延性和抗震性能。

中空夹层钢套铝管混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究中空夹层钢套铝管混凝土短柱的轴压性能,通过改变参数的方法对8根构件开展了轴压试验,构件中空率为0.38、0.51、0.78,混凝土强度为普通混凝土C30、轻质混凝土C30,内铝合金管壁厚为5 mm和3 mm;依据中空夹层钢管混凝土短柱的轴压承载力公式,对约束效应系数进行修正,最终得出拟合性较好的中空夹层钢套铝管混凝土短柱轴压承载力计算公式。结果表明:构件的破坏形态为跨中部或端部发生鼓曲,其中外钢管向外鼓曲,核心混凝土被压碎,内铝合金管向内凹陷;中空率为0.78和0.51的构件较中空率为0.38的构件极限承载力分别提高29%、19%,普通混凝土构件的极限承载力相较于轻质混凝土构件提升60%;内管壁厚为5 mm的构件相较于内管壁厚为3 mm的构件承载力提高约2%;构件的承载力大小随着中空率的减小而增加,随着混凝土强度等级的增加而增加,随着内铝合金管壁厚的增加而增加。

混凝土构件中声发射源的时空分布特征研究

为研究混凝土构件内声发射源在时间及空间上的分布规律,采用实验研究的分析方法,通过对混凝土短柱进行受压试验,对试验数据进行分析,绘制相关图表,对声发射源在时间及空间上的分布特征进行研究。试验分析表明:混凝土构件在受压状态下产生的声发射源在时间及空间上的分布呈现出明显的不均匀性;在试件受压初期,声发射源在时间上的分布密集段与稀疏段交替出现;声发射源在空间上的分布以试件中心为原点,以十字分布的形状向四周扩散。

FRP管材混凝土短柱轴向承载力性能试验研究

为研究纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,FRP)管材混凝土短柱轴向承载力性能,简化了FRP管材混凝土短柱轴向受力模型,通过制备2种配合比的管材混凝土短柱试样,分别开展了FRP管、钢管和塑料管的混凝土短柱轴向承载力模型试验。研究结果表明:相同条件下,玻璃钢材质的C30普通混凝短柱轴向承载力比钢管混凝土短柱承载力大致小17.56%~28.84%;对钢管混凝土和FRP管材混凝土短柱,长细比的增大会降低短柱的轴心抗压承载力,而塑料管混凝土短柱,存在特定的长细比值使短柱轴心抗压承载力最大;添加膨胀剂与否对核心混凝土承载力的影响效果受长细比约束。试验结果可为非金属棚架结构的设计与施工提供试验基础及数据支撑,为研究FRP管材结构提供参考。

配有钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土短柱轴压力学性能

为研究配有钢纤维活性粉末混凝土(RPC)免拆柱模的钢筋混凝土短柱的轴压力学性能与钢纤维RPC免拆柱模对核心钢筋混凝土短柱轴压承载力的提高效果,对2根配有不同壁厚钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土方形短柱和用于对比的1根普通钢筋混凝土方形短柱进行了轴压试验研究;采用有限元模型对试验结果进行了验证,根据试验结果及有限元分析结果,探讨了配有钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土短柱轴压承载力计算方法。结果表明:钢纤维RPC免拆柱模显著提高了钢筋混凝土短柱的极限承载力,且延缓了纵筋的屈服;随免拆柱模壁厚的增加,钢筋混凝土短柱轴向变形随之减小,极限承载力随之提高,延性也相对提高;免拆柱模不但限制了钢筋混凝土短柱在轴向压力作用下的侧向变形,而且间接减小了轴向变形;有限元计算结果与试验结果吻合良好,该计算方法可为工程实践提供参考。

不同连接方式下预制钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了2个预制混凝土短柱和2个现浇混凝土短柱在低周反复水平荷载作用下的抗震性能试验,研究钢筋插入式预埋波纹管浆锚连接的预制混凝土短柱的抗震性能,同时研究柱与地基梁的不同连接形式对钢筋混凝土短柱抗震性能的影响.试验结果表明:(1)在相同的条件下,预制短柱具有与整体现浇短柱相当的极限承载力,且抗震性能略有提高,说明本文采用的钢筋插入式预埋波纹管浆锚连接方式可靠.(2)在相同的条件下,基础顶面柱的纵向钢筋和混凝土无粘结的情况与有粘结的相比,短柱极限承载力下降约10%,但具有更好的延性,说明此种处理方式适用于对延性要求较高的情况.

配筋超高性能混凝土用作免拆模板对短柱力学性能影响的实验研究

为进一步提高在海洋浪溅区等严重氯盐腐蚀环境下混凝土结构的耐久性,采用以配筋超高性能混凝土(UHPC)用作免拆模板加素填芯混凝土的技术思路,通过轴压实验研究了配筋UHPC用作免拆模板对短柱轴压力学性能的影响。结果表明,与破坏时海工混凝土柱出现大量的混凝土剥落和钢筋裸露不同,UHPC免拆模板柱的整体性良好,表面的UHPC仅出现少量剥落且钢筋不外露。同时,在等截面和相同配筋的情况下,UHPC免拆模板方柱和圆柱的开裂荷载明显高于高强海工混凝土方柱和圆柱的极限荷载,且分别达到其自身极限荷载的93%和88%。考虑到混凝土对钢筋的有效保护是影响海工混凝土结构耐久性的重要因素,配筋UHPC用作免拆模板这一思路在提高柱体的极限承载力、延性、刚度的同时还可以提高结构的开裂荷载、抗裂性能,有效地提高结构耐久性,适用于沿海工程。其中圆柱的力学性能提高幅度要远高于方柱,从配筋UHPC免拆模板的使用效果和施工便利性考虑,优选UHPC免拆模板圆柱。

500 MPa钢筋混凝土短柱轴压下受力性能研究

通过对直径为8 mm、12 mm1、6 mm 500 MPa钢筋各4根进行拉伸试验和9个150 mm×150 mm×450 mm的小棱柱进行轴压短柱试验.结果表明:实测屈服强度均超过500 MPa,均匀伸长率均达到10%以上,延性较好.轴心受压短柱的承载力可按现行规范规定的公式计算,当钢筋的抗压强度取值为450 MPa时,试验破坏轴力与计算值的比值均在1.0以上,有较好的安全储备.配置500 MPa级钢筋的轴压短柱受力性能良好,钢筋和混凝土的强度均能得到较好的发挥.

内圆外方复合钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

为研究内圆外方复合钢管混凝土柱的轴压承载力,完成了10个试件的轴心受压试验。试验结果表明:达到峰值承载力时,方钢管纵向已屈服、横向尚未屈服;试件的破坏形态为方钢管向外鼓曲、沿纵向局部撕裂,方钢管与圆钢管之间的混凝土已经酥松、局部压碎;大部分试件即使纵向平均压应变达到0.11,尚能承担不小于其峰值承载力70%的轴力;压缩刚度的计算值平均为实测值的83.6%。采用钢管仅提供轴压承载力、不提供横向约束的假定计算得到的试件的轴压承载力,与试验结果符合最好。

钢管混凝土短柱支座隔震性能研究

本文提出了一种钢管混凝土短柱隔震支座，通过伪静力试验测定了短柱支座的恢复力特性，给出了有关恢复力的某些特征参数的表达式；对一座七层砌体房屋进行了非线性地震反应分析，考察了短柱支座的特性及其隔震效果；通过模型振动台试验，进一步验证了短柱支座的隔震效果和计算模型的准确性。

带通窗填充墙框架结构试验及有限元分析

本文以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型,设计并制作了两个1/2比例的单层两不等跨RC框架试验模型,包括纯框架及带通窗加气砌块填充墙框架,进行了伪静力对比试验及非线性有限元分析。研究结果表明,填充墙提高了框架结构的强度及刚度,但降低了其延性、耗能能力及抗倒塌能力;带通窗填充墙易引起框架结构的短柱效应,改变框架结构的破坏模式;加气砌块及轻质砌块对框架柱的约束作用较小,不易引起显著的短柱破坏,故为避免框架结构发生短柱破坏,应优选轻质填充墙材料。

短柱隔震模型与非隔震模型模拟地震振动台 对比试验研究

本文取一栋四层砖混住宅的标准单元为模型．在两种情况下：即房屋模型底部加设钢管混凝土短柱隔震支座和不加设钢管混凝土短柱隔震支座，分别进行了模拟地震振动台试验．通过试验结果的对比，了解了钢管混凝上短柱支座隔震模型的隔震效果及其抗震性能．

钢筋混凝土异形柱框架-短肢剪力墙结构振动台试验研究

异形柱框架-短肢剪力墙结构是介于异形柱框架和异形柱框架-剪力墙结构之间的一种新型结构体系。本文通过对一幢12层钢筋混凝土异形柱框架-短肢剪力墙结构1/7比例模型的地震模拟振动台试验,系统研究了该结构体系的动力特性、地震反应及破坏机理等。试验结果表明,该结构体系属于梁铰破坏机制,能满足延性设计要求,且具有良好的抗震性能和较强的抗震能力,达到了抗震设防标准。因此,该结构体系较适用于小高层住宅结构设计。

高强箍筋约束高强混凝土短柱抗震性能试验研究

通过6个复合箍筋约束高强混凝土短柱在高轴压比下的低周往复水平加载试验,研究了其破坏过程、破坏形态、抗剪性能以及各个受力阶段箍筋应力的变化,并通过与普通强度箍筋混凝土短柱试件对比,分析了箍筋强度、箍筋间距、配箍率等因素对短柱受剪承载力、滞回特性、耗能能力及延性性能的影响。结果表明:配置高强箍筋对短柱受剪承载力的影响不显著,但明显提高和改善了其耗能能力和延性性能;高强箍筋混凝土短柱具有较普通箍筋混凝土短柱的滞回曲线"饱满",循环次数多,刚度衰减慢等特点;在配箍率等条件相同的情况下,高强箍筋混凝土短柱的延性和耗能能力均明显优于普通箍筋混凝土短柱;达到峰值水平荷载时,普通箍筋达到或接近于屈服,而高强箍筋仍具有较高的应力储备,当达到极限水平荷载时,部分高强箍筋接近于屈服。

高强混凝土偏心受压短柱承载力的计算

在不同强度等级的高强混凝土和配筋率的偏心受压短柱试验基础上，通 过对高强混凝土极限压应变的取值、受压区混凝土应力－应变曲线形式的选 取及等效应力图形简化处理，建立起一套计算方法，并推导了相应的计算公 式．本计算方法，对工程设计和计算具有一定理论和应用价值．

碳纤维增强塑料条带约束短柱轴压性能试验

共设计制作了两组12根混凝土短柱进行轴压试验,以约束类型、约束间距和混凝土强度等级为参数,研究了其轴压承载能力和破坏形式。结果表明:CFRP(碳纤维增强塑料)条带约束短柱与普通箍筋约束短柱的受力过程和破坏形态相似,与普通箍筋约束短柱相比,CFRP条带约束对轴压短柱拥有良好的约束效果,极限承载力均保持在较高水平;随着约束间距的减小和混凝土强度等级的增大,约束短柱的极限承载力显著提高;当采用强度等级较低的C30混凝土时,CFRP条带约束短柱的延性更理想。在此基础上,提出了CFRP条带约束混凝土强度修正系数,并推导了承载力公式,吻合度较好。

酸雨环境下RC短柱抗震性能试验研究

为探究酸雨环境下RC短柱抗震性能的劣化规律,以4榀剪跨比为2.84的RC短柱试件作为研究对象,首先对试件进行人工气候加速腐蚀试验,随后对其进行拟静力试验,观测试件破坏特征,并分析腐蚀程度变化对其抗震性能的影响规律.试验结果表明:腐蚀试件呈现出明显的表观损伤现象;各试件在往复荷载作用下均发生弯剪型破坏,而随着腐蚀程度的加重,试件的斜裂缝扩展速率增加,破坏时剪切破坏特征愈加明显;腐蚀试件的承载能力、变形能力及耗能能力均呈现出不同程度的退化,表明酸雨腐蚀对RC短柱的抗震性能影响显著.综合考虑混凝土立方体抗压强度和纵筋锈蚀率对腐蚀RC短柱峰值荷载的影响,通过多参数拟合,建立了考虑酸雨影响的RC短柱峰值荷载修正系数计算公式.