节能型高恢复性钢筋混凝土柱的抗震性能与评估方法

通过对6根不同剪跨比和不同钢筋屈服应力的钢筋混凝土柱进行一定轴压下的水平反复加载试验,研究采用大量粉煤灰制成的混凝土柱的抗震性能,分析钢筋表面形状和屈服应力对柱子抗震性能的影响程度,提出可考虑钢筋滑动效应的滞回曲线分析方法。试验结果表明,采用粉煤灰和超高强螺纹钢筋能够保证柱子在较高轴压下具有非常稳定的抗震响应,并能够极大减小柱子的残留变形,是实现节能型高恢复性钢筋混凝土结构的简单有效方法。与试验结果的对比表明,所提出的分析方法可精确评估高恢复性混凝土柱的滞回性能。

超高强钢筋ECC梁受弯性能试验及承载力分析

为进一步研究工程用水泥基复合材料(ECC)与超高强钢筋组合成的超高强钢筋ECC梁(UHSRRE梁)的受弯性能,对3根UHSRRE梁、1根普通强度钢筋增强ECC梁(RECC梁)和1根普通强度钢筋增强混凝土梁(RC梁)进行弯曲试验,分析弯曲试验现象、ECC应变、延性性能和特征弯矩,并研究纵筋配筋率对UHSRRE梁承载力的影响。结果表明:UHSRRE梁和RECC梁的控裂能力比RC梁的控裂能力强;与RECC梁相比,UHSRRE梁并未因采用超高强钢筋而使其控裂能力明显下降;UHSRRE梁截面应变基本符合平均应变的平截面假定,梁受拉区边缘的ECC应变小于ECC单轴受拉极限应变,梁受拉区的ECC始终不退出工作;UHSRRE梁受拉区和受压区边缘ECC应变的最大值、受压区高度和特征弯矩(除开裂弯矩)都随纵筋配筋率增加而变大;随纵筋配筋率增加,UHSRRE梁的能量延性系数先增后减;当UHSRRE梁具有适当纵筋配筋率时,其延性性能可优于RECC梁的延性性能。

超高强度抗震钢筋反弯断裂研究与改进

针对某钢铁企业在开发超高强度抗震钢筋时产品检验中存在反弯断裂的情况,通过对比分析超高强度抗震钢筋反弯断裂试样和合格试样的化学成分、气体含量、性能、非金属夹杂、金相组织和断口等,查找反弯断裂的原因。结果表明,冷速过快,组织由奥氏体转变为网状铁素体+大块状珠光体,钢材韧性变差,是导致超高强度抗震钢筋反弯断裂的主要原因。

高强不锈钢筋UHPC梁受弯性能试验研究

本次试验设计了6根超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)梁,4根配置双相体不锈钢筋、1根配置奥氏体不锈钢筋、1根配置普通钢筋作为对照组,通过三分点加载的方式对梁进行受弯试验。通过钢筋直径、钢筋种类、截面尺寸等参数的变化来研究高强不锈钢筋UHPC梁的承载力的变化。通过试验发现,UHPC梁在配置双相体不锈钢筋时比配置普通钢筋时在承载力上有所提升。配置奥氏体不锈钢筋的梁比配置双相体不锈钢筋的梁在承载力方面也有一定程度提升。随着配筋率增加可减缓裂缝的发展速度,根据平截面假定、UHPC与不锈钢筋的应力-应变关系式提出了不锈钢筋UHPC梁受弯承载力表达式,可以较好地反映梁受弯性能。引入了最大裂缝宽度修正系数,经修正的最大裂缝宽度计算式可较准确地计算不锈钢筋UHPC梁的最大裂缝宽度。

基于超高强灌浆料的高强钢筋套筒灌浆连接力学性能试验研究

套筒灌浆连接是装配式混凝土结构钢筋连接的主要方式,且采用500MPa级高强钢筋可有效提高连接及构件的承载力和经济性等。本文设计12个考虑锚固长度、灌浆料强度和钢筋强度等参数的接头试件,并进行单向拉伸试验研究,得到连接的破坏模式、应变分布和工作机理等。结果表明:接头主要发生钢筋颈缩破坏,荷载-位移曲线包括线性增长阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩破坏阶段;采用120MPa级超高强灌浆料的试件接头均满足残余变形要求,钢筋、套筒轴向、套筒环向应变和套筒中部约束作用随钢筋锚固长度的增大而减小,套筒和钢筋受力更为均匀。对采用85MPa和120MPa级灌浆料的500MPa级高强钢筋套筒灌浆连接,锚固长度建议值分别为10d和8d。最后,基于理论分析可明确高强钢筋套筒灌浆连接中套筒与灌浆料的粘结力、钢筋与灌浆料的粘结力和钢筋受拉承载力,并得到连接的破坏模式。

数据驱动的UHPC与钢筋界面黏结强度研究

超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)与钢筋界面的良好黏结是保证结构安全和正常使用的关键,直接决定了结构设计与性能评估。然而,传统基于试验或力学推导的界面黏结性能评估方法难以反映众多因素的影响,预测精度低、方差大。近年来,基于人工智能的数据驱动技术发展迅猛,为解决上述问题提供了新思路。建立了样本容量为670的钢筋与UHPC界面黏结试验数据库,分析了特征相关性和主要因素影响规律。剔除数据缺失、数据噪声等无效数据后,得到了557组有效数据子库。基于机器学习方法训练并生成了9种黏结强度预测模型,包括4个线性模型和5个非线性模型。采用决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)指标开展了模型预测精度评价,对比了机器学习模型和传统模型的预测精度。结果表明:钢纤维掺量2%的试验样本占75.8%,钢筋直径16 mm的试验样本占64.6%,缺乏其他纤维掺量与钢筋直径的研究样本,尤其是低配纤、高配纤以及大直径钢筋的试验数据。5次随机抽样训练预测结果中,人工神经网络模型对试验结果预测最好,R^(2)、RMSE和MAE分为0.918、4.22和2.51,支持向量机模型对试验结果预测最差。对全集预测结果中,规范和学者提出的传统模型精度不足且过于保守,精度最高的模型预测结果R^(2)为0.474、RMSE为11.5、MAE为9.5。9种机器学习方法中,人工神经网络模型和树类模型对试验结果预测最好,精度最高模型R^(2)为0.966、RMSE为2.9、MAE为1.6;相较精度最高的传统模型,其R^(2)提高了103.8%,RMSE和MAE分别降低了74.8%和83.2%,表明机器学习模型可大幅提升预测精度,为UHPC与钢筋界面黏结强度计算提供了新的思路。

超高强钢筋工程用水泥基复合材料梁受弯计算理论

以工程用水泥基复合材料及超高强钢筋的应力-应变本构关系为基础,根据平均应变的平截面假定和梁受拉区ECC不退出工作等假定,建立超高强钢筋ECC梁正截面受弯计算理论,得到了开裂弯矩、屈服弯矩、极限弯矩、界限配筋率和最小配筋率的计算方法。最后,通过文献中的试验结果验证了本文计算理论的合理性。

超高强钢筋ECC梁受弯性能试验研究及参数分析

为减少钢筋用量并增强梁的控裂能力和延性性能,将具有应变硬化和多缝开裂能力的工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)与超高强钢筋组合成超高强钢筋ECC梁(Ultra High Strength Rebar Reinforced ECC Beam,UHSRRE梁).为深入研究该类梁的受弯性能,对5根UHSRRE梁(纵筋为HRB500级钢筋)和1根普通钢筋ECC梁进行四点弯曲试验,通过比较弯曲试验结果与理论分析结果以验证UHSRRE梁受弯计算理论的合理性,基于受弯计算理论分析纵筋配筋率、ECC单轴受拉极限应变和单轴受压峰值强度对UHSRRE梁(纵筋为HRB600级钢筋)的特征弯矩(开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩)和受压区高度的影响.研究表明:UHSRRE梁的耐久性能和能量耗散能力有望得到提高;基于UHSRRE梁受弯计算理论得到的结果与受弯试验结果吻合良好;随配筋率增加,UHSRRE梁的屈服弯矩、极限弯矩和对应的受压区高度明显增大;ECC的单轴受拉极限应变越大,UHSRRE梁受弯产生的裂缝数量越多,但特征弯矩和受压区高度变化很小;随ECC单轴受压峰值强度的增大,受压区高度显著减小,屈服弯矩和极限弯矩提高不明显.

高强钢筋与超高性能混凝土黏结性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能,设计并制作69个试件,通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明:试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏,高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大;纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显;当纤维体积率从1%增长至3%,长径比从35增加到100时,黏结强度分别提高了23%和16%;但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响;黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加,随着黏结长度增大而降低,当保护层厚度超过4倍钢筋直径时,增幅基本不变;当黏结段位于加载端时,受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%,黏结段越靠近试件中部,加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果,确定临界锚固长度计算式,提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式,同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得,现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度,建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。