钢筋增强ECC柱偏心受压力学性能有限元模拟

目的将ECC替代混凝土用于建筑结构以解决因混凝土脆性导致的开裂和耐久性问题.方法提出ECC材料简化拉、压应力-应变关系模型,并通过有限元模拟方法对钢筋增强ECC(R/ECC)柱偏心受压力学性能进行评估.在此基础上,以偏心距为参数,分析了各偏心率下R/ECC偏心受压构件的荷载-变形曲线,得出了承载力N_u-M_u关系曲线.结果笔者提出的模型能够准确地模拟R/ECC构件的承载力及变形行为.在各偏心率下,R/ECC柱的抗弯承载力均要显著大于RC柱,通过应变云图分析可以得知,R/ECC柱受拉侧ECC能够始终提供稳定的抗拉承载力,使得R/ECC柱的极限弯矩要大于RC柱.结论相同条件下,R/ECC柱偏心受压承载力和延性均要明显优于RC构件.     

配螺旋箍筋芯柱的钢筋再生混凝土柱性能研究

通过对12根配螺旋箍筋芯柱的钢筋再生混凝土柱分别进行轴心受压试验和偏心受压试验,阐述了主要试验现象及破坏形态,对各试件的承载力、荷载-应变曲线、荷载-位移曲线和荷载-挠度曲线进行了细致分析,结果表明:配螺旋箍筋芯柱的钢筋再生混凝土柱的轴心受压承载力明显低于相同截面尺寸及配筋情况的钢管钢骨再生混凝土柱,说明螺旋箍筋对混凝土的约束作用低于钢管;外围混凝土破坏后,核心区螺旋箍筋芯柱混凝土仍可继续工作,破坏后的混凝土柱仍具有一定的承载能力,在柱核心区配置螺旋箍筋钢筋笼,可提高柱的抗震防倒塌能力;核心区配置螺旋箍筋芯柱可大幅提高柱的偏心受压承载力.     

中空夹层钢管混凝土长支撑构件受压性能研究

针对地铁基坑支护的支撑选取问题,提出了一种中空夹层钢管混凝土长支撑构件,采用有限元软件ABAQUS对构件进行模拟,研究其在压力作用下的承载能力及破坏特性,并分析了长径比、空心率对其轴压力学性能的影响以及长细比、荷载偏心距、空心率对其偏压性能的影响。结果表明:长径比对中空夹层钢管混凝土长支撑构件的轴心受压性能有显著影响,空心率对轴心受压性能影响不大;长细比、荷载偏心距对中空夹层钢管混凝土长支撑构件的偏心受压性能有显著影响,空心率对偏心受压性能影响不大;现有短构件受压极限承载力计算公式同样适用于本文提出的长构件。     

火灾后柱式桥墩剩余承载性能安全评价

为评估柱式桥墩遭遇火灾后的安全性能,给火灾后的维修加固提供理论依据,分析了火灾后柱式桥墩的剩余承载能力,并建立其剩余承载性能安全评价指标。以高4 m、直径1.2 m的柱式桥墩为研究对象,建立其经历最高温度、受火位置和受火高度相互耦合的火灾场景数据库。根据桥梁遭遇火灾后柱式桥墩的实际爆裂特征,提出混凝土的高温爆裂"三级指标"。采用ANSYS有限元软件分析经历不同火灾场景后考虑混凝土爆裂的轴心受压柱式桥墩的荷载-轴向位移曲线,以及偏心受压柱式桥墩的荷载-横向位移曲线,从而得到极限承载能力的衰退曲线。在此基础上,建立了火灾后柱式桥墩的"四级损伤"指标。研究结果表明:柱式桥墩经历最高温度越高,剩余承载能力越小;双侧受火柱式桥墩的剩余承载能力显著小于单侧受火柱式桥墩。全墩高受火偏心受压柱式桥墩剩余承载能力远小于1/2墩高受火。在经历相同火灾场景后,偏心受压柱式桥墩的极限承载能力比轴心受压柱式桥墩衰退更快,偏心受压柱式桥墩较轴心受压柱式桥墩损伤等级更高,双侧全墩高受火偏心受压柱式桥墩最高温度为600℃时达到Ⅳ级损伤,而经历相同火灾场景后的轴心受压柱式桥墩仅为Ⅱ级损伤。     

荷载-硫酸盐共同作用下纤维混凝土柱受压性能

为研究在荷载-硫酸盐共同作用下聚丙烯纤维混凝土柱的偏心受压性能,对8个聚丙烯纤维混凝土柱和1个普通混凝土对照柱进行了偏心受压静力试验,获取了荷载-变形曲线、荷载-钢筋应变曲线以及截面应变,分析了应力比和腐蚀时间对试件破坏形态、延性以及峰值荷载等的影响.结果 表明:聚丙烯纤维的加入,可有效抑制硫酸盐的侵蚀作用;峰值荷载随应力比的增加呈先提高后降低趋势,随腐蚀时间增加亦呈先提高后降低趋势,150 d时承载力较120 d降低了15.83％;位移延性系数随应力比的增加而减小,随腐蚀时间增加呈先增加后降低趋势,150 d时位移延性系数较60 d降低了15.79％.同时考虑应力比及硫酸盐对混凝土的损伤,引入损伤因子,建立经历荷载和硫酸盐作用后的混凝土抗压强度计算公式;考虑聚丙烯纤维混凝土抗拉强度对受拉区的贡献,采用等效矩形应力图简化计算方法,引入受拉区等效系数,建立荷载与硫酸盐共同作用下聚丙烯纤维混凝土柱承载力计算公式;并考虑聚丙烯纤维和硫酸盐腐蚀的影响,建立了最大裂缝宽度计算公式.理论计算值与试验值吻合较好.     

高强不锈钢绞线网/ECC约束混凝土抗压强度

将高强不锈钢绞线网/超高韧性水泥基复合材料(ECC)用于约束高强混凝土(简称HSME约束高强混凝土),并考虑混凝土强度(C55～C75)、ECC强度及横向钢绞线配网率等,开展其受压性能的试验和理论研究.由轴压试验可知:当HSME约束高强混凝土达到开裂荷载、85％的峰值荷载和峰值荷载时,最大裂缝宽度分别为0.02,0.08,0.20 mm,表现出极好的裂缝控制能力;破坏时整体裂而不碎,约束层和核心混凝土黏结良好.与素混凝土相比,HSME约束高强混凝土抗压强度、延性和变形能力显著增高.增大ECC强度和混凝土强度可增大其开裂荷载及峰值荷载,增大横向钢绞线配网率可增加其延性.引入ECC及横向钢绞线特征值,建立了 HSME约束高强混凝土抗压强度计算模型,并通过对比本试验和其他试验的结果,验证了该模型的有效性.     

重复荷载下600 MPa级钢筋混凝土轴压柱受力性能研究

为研究高强钢筋混凝土柱受压性能,对8根配置600 MPa级钢筋、1根配置HRB400钢筋和1根配置HRB500钢筋的混凝土轴心受压构件进行重复荷载下受力性能的试验,分析混凝土强度、纵筋配筋率和配箍率对600 MPa级钢筋混凝土构件的破坏形态、名义应力—应变曲线和峰值应变的影响。研究结果表明,轴压试件的峰值应力会随着混凝土强度的提高而增大,但峰值应变却略有减小;轴压构件的峰值应变会随纵筋配筋率的增大而增大,但当配筋率较大时,则影响不大;轴压构件的峰值应力和峰值应变随体积配箍率的提高而增大。配置600 MPa级钢筋轴心受压构件的受压承载力可按现行规范规定的公式计算,建议600 MPa级钢筋的抗压强度设计值取400 N/mm~2。     

钢筋混凝土偏心受压柱承载力酸雨侵蚀的损伤退化

目的研究钢筋混凝土偏心受压柱承载力酸雨侵蚀损伤退化规律,建立损伤退化模型.方法配制4种不同pH值(1.5、2.5、3.5、4.5)模拟酸雨,对钢筋混凝土偏心受压柱进行加速腐蚀实验,并通过对其开裂荷载和极限荷载的依时间变化进行分析,得出偏心受压柱承载力酸雨侵蚀损伤退化规律.结果在酸雨侵蚀持续作用下,钢筋混凝土偏心受压柱承载力依次经历短暂上升、缓慢下降和加速下降3个阶段.与未腐蚀偏心受压柱相比,pH为1.5,2.5,3.5,4.5模拟酸雨侵蚀偏心受压的开裂荷载分别降低了69.1%、61.4%、53.2%和42.2%,极限荷载分别降低了68.9%、57.9%、48.1%和40.1%.结论酸雨侵蚀明显加速了钢筋混凝土偏心受压柱承载力损伤退化.且酸雨pH值越小,偏心受压柱承载力下降越大.建立的损伤退化模型可为酸雨地区钢筋混凝土结构耐久性评估提供科学依据.     

配筋方钢管混凝土柱的抗压性能

通过配筋方钢管混凝土柱轴压试验及ABAQUS有限元软件对配筋及未配筋方钢管混凝土柱的轴心受压和偏心受压性能进行了非线性数值模拟,研究了2种方钢管混凝土柱在轴心受压和偏心受压下的力学性能、变形能力和破坏形态,给出了2种方钢管混凝土柱数值模拟的荷载-位移曲线和变形形式,分析了配筋对方钢管混凝土柱变形和极限承载力的影响.结果表明:钢管混凝土柱加配筋以后,极限承载能力显著提高,同时变形性能得到一定的改善,但2种方钢管混凝土柱的破坏形态基本相同.随着偏心距的增加,2种钢管混凝土柱的极限承载力和后期的稳定承载力逐渐降低,但配筋钢管混凝土柱的降低幅度比钢管混凝土柱降低幅度小.     

锈蚀钢筋压屈名义本构关系的试验研究及应用

为了合理评估部分箍筋锈断的锈蚀钢筋混凝土柱剩余承载力,采用电化学加速锈蚀的方法在实验室获得锈蚀钢筋试件,通过不同直径((φ)18mm,(φ)20mm,(φ)22mm和(φ)12mm)、长径比(L/D=4.55～53.43)和锈蚀率(ηs=0,10%,20%,30%)的197根钢筋试件压屈试验,获得4种形态的轴向荷载-位移曲线(名义本构关系).基于钢筋混凝土柱破坏应具有充分延性的考虑,对锈蚀钢筋的压屈名义本构模型进行"削峰"处理,从而获得柱中锈蚀纵筋计算可用应力的物理模型,提出轴心受压、大偏心受压和小偏心受压3种锈蚀钢筋混凝土柱的截面剩余承载力计算公式.引入锈蚀钢筋影响系数ku和kco,其计算结果与51根锈蚀钢筋混凝土柱试验数据比较,可以较好地吻合,表明所提出的公式可用于既有混凝土柱剩余承载力评估.     

密置焊接高强复合箍筋约束高强混凝土柱的试验

在低周反复荷载作用下,对9根焊接环式箍筋约束高强混凝土柱以及1根绑扎环式箍筋约束高强混凝土柱进行试验.通过对比研究试件的破坏过程以及实验的结果,分析了配箍率、轴压比对混凝土柱约束的影响.各个构件的滞回曲线和骨架曲线表明:在高轴压比下的复合焊接环式箍筋均有较好、较饱满的滞回曲线,体现了其具有良好的延性和抗震性能;在同等条件下焊接环式箍筋对混凝土的约束作用要比绑扎的好;在一定配筋范围内,随着钢筋配筋率的增加,混凝土柱承受低周反复承载的能力、屈服强度有所提高,滞回曲线饱满,包络面积增大,延性提高.     

钢管混凝土核心柱轴压极限承载力

为了研究钢管混凝土核心柱的轴压性能及轴压极限承载能力,以钢管混凝土核心柱中钢管混凝土及矩形箍筋约束混凝土的应力应变关系为基础,结合已有的试验及理论研究成果,将钢管混凝土核心柱轴压破坏过程分为3个阶段,定义了钢管混凝土核心柱的轴压极限状态,并提出了钢管混凝土核心柱轴压极限承载力的计算公式。该计算公式明确反映了箍筋套箍指标对核心柱承载能力的影响。计算结果与试验吻合良好。     

内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压试验

为研究内配螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴压性能,对内填混凝土强度为112 MPa的3个内配螺旋箍筋方钢管混凝土(SCCFST)试件和1个方钢管混凝土(CFST)试件进行单调轴压加载,试验参数为螺旋箍筋的体积配箍率和屈服强度.结果表明:相较于CFST试件,SCCFST试件的轴压承载力基本没有提高,但峰值后性能有明显改善;每一次螺旋筋的断裂会导致SCCFST试件承载力显著下降;SCCFST柱承载力实测值与CFST柱承载力计算值的吻合程度较好.     

方钢管约束钢筋混凝土柱拟静力有限元分析

采用ABAQUS软件建立5根方钢管约束钢筋混凝土(STRC)柱的三维实体精细有限元模型并进行拟静力分析,模型考虑了混凝土的塑性损伤性质和钢材的弹塑性混合强化性质以及钢管、钢筋对核心混凝土的约束作用.在破坏形态、荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线和刚度退化-位移曲线的有限元结果与已有拟静力试验结果吻合较好的基础上,进一步分析了各部件的应力-应变和塑性耗能特征.结果表明:①高轴压比0.8作用下,钢管的约束作用可显著减小核心混凝土、纵筋和箍筋的应变峰值,提高柱的总塑性耗能值而降低核心混凝土的塑性耗能占比,延缓核心混凝土压碎破坏,提高承载力和延性;②当轴压比由0.34增大为0.65、0.8,各部件的压应变峰值以及总塑性耗能值都增大,核心混凝土的耗能占比增大而更易压碎;③当混凝土强度等级降低,钢管作为延性材料承担了更大比例的塑性耗能,提高了柱的延性.     

箍筋约束L形截面柱轴压性能分析

为了研究箍筋约束混凝土L形截面柱的轴心受压性能,进行了7根箍筋约束混凝土柱的轴心受压试验,并采用有限元软件分析了箍筋对L形截面柱的核心混凝土的约束作用,建立了箍筋横向约束应力计算模型．在此基础上通过试验回归分析了箍筋约束混凝土的抗压强度、峰值应变与配箍特征值、箍筋有效约束系数的关系表达式,并建立了箍筋约束混凝土L形截面短柱的轴心受压承栽力计算公式．结果表明约束混凝土的抗压强度及其峰值应变与配箍特征值和箍筋有效系数的乘积呈非线性关系．与试验结果比较,轴心受压承载力计算公式偏于安全,可用于箍筋约束混凝土L形截面短柱的轴心受压承载力的分析．     

钢筋混凝土柱压弯承载力与刚度实用计算方法

框架柱作为竖向承重以及横向抗侧移构件,对其压弯性能研究尤为重要。利用ABAQUS软件建立三维实体模型,在与拟静力试验结果验证的基础上,进一步建立162根足尺钢筋混凝土柱有限元模型算例进行参数分析,探讨了各参数对柱的承载力、刚度的影响,提出了参数影响下的柱承载力、刚度实用计算公式。结果表明:(1)当轴压比小于或等于0.4时,随轴压比的增大,柱的压弯峰值承载力增大,当轴压比大于0.4时,随轴压比的增大,柱的压弯峰值承载力减小,提高纵筋配筋率与混凝土强度等级均能有效的增大柱的压弯峰值承载力,且提高纵筋配筋率的效果更好; (2)当轴压比小于或等于0.2时,随轴压比的增大,柱的弹性刚度增大,当轴压比大于0.2时,随轴压比的增大,柱的弹性刚度减小,提高纵筋配筋率与混凝土强度等级均能增大柱的弹性刚度;(3)提出的实用计算公式可较准确的反映有限元结果,可为实际工程中框架柱的设计作一定的参考。     

钢套管再生混凝土加固钢筋混凝土柱偏压性能

为达到绿色建筑的目的,提出采用钢套管再生混凝土加固钢筋混凝土柱的思路,并完成1个未加固柱、3个加固柱的轴压试验以及8个加固柱的偏压试验.结果表明:采用钢套管再生混凝土加固后,试件偏压承载力及变形性能均有显著提高,各试件平均相对承载力提高倍数达1.12倍;再生粗骨料取代率对加固试件偏压承载力的影响不明显,而偏心较大时钢管中部截面应变随取代率的提高呈微弱增长;原柱初始应力的存在使得加固试件承载力峰值提前出现,且对其变形产生不利影响;偏心程度对加固试件的影响和普通钢管混凝土类似,随偏心距的增大,试件的承载力降低而钢管受压侧应变增大,且这种规律有随粗骨料取代率增加而增强的趋势.最后,通过对比国内外不同规范和学者提出的公式,采用EC4规范计算所得结果与钢套管再生混凝土加固柱偏压承载力试验结果吻合较好.     

箍筋不同配置钢筋混凝土柱的力学性能分析

为进一步明确柱箍筋配置对钢筋混凝土(RC)柱的力学性能影响,以柱箍筋不同配置形式为主要研究参量,浇注4根RC柱试件。对各试件进行反复加载试验,研究各试件的滞回曲线、剪切变形、轴向变形、刚度退化及能量耗散系数等。结果表明：对柱箍筋进行加密,有增大试件的最大承载力和控制试件破坏之前的剪切变形和轴向变形的作用;随着箍筋加密区的增大,试件的延性和耗能性能提升。而柱箍筋加密对试件的屈服荷载、初始刚度、第二刚度及刚度退化等没有明显的影响。     

CFRP约束圆钢管高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究混凝土强度、径厚比、CFRP(碳纤维增强复合材料)层数及CFRP包裹方式等参数对CFRP约束圆钢管混凝土轴压静力性能的影响,进行了6个圆钢管混凝土短柱和18个CFRP-钢管混凝土短柱的轴压对比试验.研究发现CFRP的约束对圆钢管混凝土承载力有较显著的提升,且承载力的提高幅度随着CFRP的增加而增加.钢管高强、超高强混凝土短柱的破坏形态呈现为剪切破坏,延性较差,CFRP的约束可以改善其延性,且CFRP层数越多延性越好.半包CFRP试件性能接近于全包CFRP试件性能.随径厚比增大,CFRP约束效果下降.若黏结良好,试件失效前,CFRP与钢管能保持协同工作;最后选取了3个经典的CFRP约束钢管混凝土轴压承载力公式进行验算,发现基于CFRP和钢管双重约束的公式能较好地预测其承载力.     

钢管自应力自密实混凝土柱偏心受压试验研究

为分析初始自应力对钢管混凝土压弯力学性能的影响,对15根钢管自应力自密实混凝土柱和3根普通钢管自密实混凝土柱进行了偏心受压试验研究.结果表明:与普通钢管自密实混凝土相比,钢管自应力自密实混凝土具有较长的弹性工作段,其随偏心率和长细比的增加而略有下降;初始自应力的存在使核心混凝土在未加载前就处于三向应力状态下,从而显著提高了其密实度,最终使结构获得较高的偏心受压极限承载力;初始自应力对结构的破坏形态几乎没有影响.