高强超高延性混凝土梁弯剪性能理论分析与数值模拟

开展了14根高强超高延性混凝土（high-strength engineered cementitious composite,HS-ECC）梁的四点弯曲试验,研究了混凝土类型、纵筋配筋率和是否配置箍筋三因素对配筋梁弯剪性能的影响。基于平截面假定和材料本构关系,计算了配筋HS-ECC梁的受弯承载力。基于国内外规范,计算了无腹筋HS-ECC梁的受剪承载力。最后,采用Abaqus软件建立了HS-ECC梁的有限元模型。结果表明：有腹筋梁均为受弯破坏,随着纵筋配筋率增大,试件极限荷载和刚度逐渐增大,而延性未显著降低,配筋HS-ECC梁较普通混凝土梁具有更优异的裂缝分散能力和抗弯性能;无腹筋HS-ECC梁的破坏模式随配筋率增大由受弯破坏转变为受剪破坏,梁受剪承载力和刚度增大,但延性逐渐降低;配筋HS-ECC梁受弯承载力的计算结果与试验值吻合较好;HSECC梁有限元模型可有效模拟试件的荷载-位移曲线。     

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。     

高强钢筋高强混凝土预应力梁抗弯性能试验研究

通过对12根高强钢筋高强混凝土预应力梁的抗弯试验,观测试验梁的破坏现象和失效过程,研究混凝土强度等级、非预应力高强钢筋配筋率、预应力钢筋配筋率等因素对其抗弯性能的影响规律.试验结果表明,高强钢筋高强混凝土预应力适筋梁破坏过程包括开裂前阶段、带裂缝工作阶段和钢筋屈服后直至失效3个阶段,各阶段破坏模式与普通钢筋混凝土梁受弯破坏相似,均为延性破坏.混凝土强度等级以影响钢筋屈服后的抗弯性能为主,高强度等级混凝土试验梁的后期承载力下降较小.非预应力筋配筋率显著影响试验梁开裂后的抗弯性能,即相同变形时,配筋率越高承载力越高.相同张拉控制应力条件下,预应力筋配筋率越高开裂弯矩越大;相同弯矩作用下,预应力配筋率越高变形越小,其极限承载力也越高.     

HRB600E高强钢筋混凝土柱抗震性能及恢复力特性

为研究HRB600E高强钢筋混凝土柱抗震性能,对6根配置HRB600E高强钢筋与1根配置HRB400E普通钢筋的正方形截面混凝土柱进行低周往复荷载试验.研究轴压比、箍筋间距、纵筋强度和纵筋配筋率对高强钢筋混凝土柱抗震性能的影响,建立HRB600E高强钢筋混凝土柱恢复力模型.研究结果表明：配置HRB600E高强钢筋混凝土柱的滞回性能、变形能力与耗能能力良好;轴压比增大,试件延性降低,承载力与耗能能力提升;减小箍筋间距,试件变形能力与耗能能力增强;增大纵筋配筋率,试件承载力提升,耗能能力与延性降低;建立的HRB600E高强钢筋混凝土柱三线型恢复力模型与试验结果吻合较好,为工程结构弹塑性分析提供参考.     

高速铁路HRBF500钢筋混凝土圆端形桥墩抗震性能试验研究

为了研究纵筋采用500 MPa级细晶粒钢筋的高速铁路圆端形桥墩的抗震性能,对4个配置HRBF500钢筋和1个配置HRB335钢筋的圆端形桥墩试件进行了拟静力试验.试验参数主要包括纵筋强度、轴压比、配筋率和箍筋加密区的拉筋数量.试验结果表明:配置HRBF500钢筋的圆端形桥墩抗震性能变化规律与配置HRB335钢筋的圆端形桥墩基本相同;配置HRBF500钢筋可以显著减少桥墩纵向钢筋的用量,提高桥墩的承载力并具有良好的抗震延性;增加轴压比或提高配筋率均可提高桥墩的承载力,但同时也会减小其变形能力;在墩底箍筋加密区增加拉筋的数量可明显提高桥墩的延性.研究表明,配置HRBF500钢筋的圆端形桥墩具有良好的抗震性能,可在高速铁路工程中安全应用.     

内置钢构架钢骨混凝土转换梁力学性能参数分析

利用有限元方法研究钢构架斜压杆角度、底部纵筋配筋率、腰筋配筋率等参数对内置钢构架钢骨混凝土转换梁力学性能的影响及相应的传力机理.结果表明：钢构架斜压杆角度越大,钢骨混凝土转换梁的刚度和极限承载力越大;钢构架斜压杆的作用越大,水平拉杆所起的作用越小;底部纵筋可以起到水平拉杆的作用,底部配筋率小于1.18%时,增大底部纵筋配筋率可以显著提高内置钢构架钢骨混凝土转换梁的刚度、极限承载力和延性;增大腰筋配筋率可以较显著地提高钢骨混凝土转换梁的延性;内置钢构架钢骨混凝土转换梁呈拉力拱传力模式,混凝土斜压柱截面中部大两端小,呈鱼腹式构件.     

活性粉末混凝土与普通混凝土叠合T梁静载抗弯性能研究

通过12片T形活性粉末混凝土(RPC)-普通混凝土(NC)叠合梁试件和1片NC整浇梁试件的静载试验,研究RPC受拉区高度、NC强度等级、受拉纵筋配筋率对组合梁抗弯静载力学性能的影响.结果表明:随RPC受拉区高度增加,叠合梁的受弯开裂形态从接合面处NC先裂转变为梁底RPC先裂,且开裂荷载增加,但最终受弯破坏形态与整浇梁一致;叠合梁抗弯承载力随纵筋配筋率的提高而增大;提高NC强度等级对叠合梁抗弯承载力有一定提高作用.提出叠合梁开裂弯矩的计算方法,计算结果与试验吻合良好.使用有限元软件OpenSEES对RPC-NC叠合梁正截面抗弯破坏全过程进行分析,并基于扩展有限元理论(XFEM)对OpenSEES进行二次开发,分析叠合梁受弯开裂裂纹扩展全过程,分析结果与试验吻合良好,为进一步分析RPC-NC叠合梁开裂行为提供了理论应用基础.     

CRB550级箍筋混凝土梁的抗震性能对比试验

为揭示CRB550级箍筋混凝土梁的抗震性能,按等强度准则设计了18个不同纵筋配筋率、箍筋强度等级、箍筋直径的钢筋混凝土梁构件,并对其进行低周反复作用下的拟静力试验,分组对比分析骨架曲线、延性和耗能性能.结果表明：a.在箍筋强度相等的前提下,较小直径CRB550配箍的混凝土梁试件与满足规范最小直径的HPB235配箍的混凝土梁试件相比,在纵向筋配筋率中等和偏大情况下延性要好,在纵向配筋率偏小的情况下延性稍弱但相差不大,两者承载力相差不大;b.在能量耗散方面,各对比组中按等强原则采用较小直径CRB550配箍的混凝土梁试件与对应的HPB235,HPB335配箍的混凝土梁试件的等效黏滞阻尼系数基本相同,归一化总滞回耗能也相差无几,都具有很好的耗能能力.     

浆锚搭接预制混凝土短柱抗震性能

为了研究浆锚搭接预制混凝土短柱在不同轴压比和纵筋配筋率等因素下的抗震性能,在已有试验的基础上,建立了三维数值模型,验证了数值模型的合理性。设计并建立了5组不同的试件,对比各个试件的破坏模式、滞回性能、延性性能和耗能能力等抗震指标。结果表明:各试件都为压弯破坏,裂缝的分布形态主要表现为左右两侧的水平裂缝和前后两侧的弯剪裂缝;随着轴压比的增大,预制混凝土短柱的承载力呈现增长趋势,延性性能逐渐降低;随着纵筋配筋率的提高,预制混凝土短柱的承载力和耗能能力逐渐增大。     

均匀受力的混凝土深梁抗剪性能

主要通过有限元软件模拟研究混凝土深梁在均布荷载作用下,纵筋配筋率、混凝土强度等两个因素对其抗剪性能的影响。结果表明：随着纵筋配筋率的增大,深梁的产生切应力不断减小,随着混凝土的强度的增大,深梁的产生切应变不断减小,说明纵筋配筋率和混凝土强度的增大对提高梁的抗剪性能有利。     

碳纤维增强复合材料编织网混凝土梁试验研究

将碳纤维增强复合材料（CFRP）编织成正交网格,并经环氧树脂胶固化形成受力骨架,代替钢筋混凝土梁中的钢筋,以解决普通钢筋混凝土中钢筋易锈蚀的问题。通过对3根不同配筋率的CFRP编织网混凝土梁的弯曲性能试验,观察在各级荷载作用下构件的应变变化、挠度发展、破坏过程及破坏特征,对其受弯承载力及抗弯刚度等弯曲性能进行分析。试验结果表明：CFRP编织网与混凝土有良好的粘结性能,二者协同受力性能良好;破坏前,试件有明显的塑性变形,有明显的破坏预兆,延性性能较好;随着配筋率的提升,构件承载能力、抗弯刚度较大幅度提升。试件破坏时,CFRP编织网纵向受力筋均未达到其抗拉强度,故在以后的试验中可对编织网的纵向受力筋施加一定的预应力,以提高CFRP编织网的利用率。     

C/GFRP加固混凝土梁受弯性能试验研究

通过三根采用不同纤维(CFRP、C／GFRP和GFRP)正截面加固的混凝土梁和一根对比梁的受弯破坏实验，对比研究了C／GFRP层间混杂形式纤维加固梁的受力特点、破坏形态、合理加固方式、梁体应交情况、承载能力、刚度和变形能力，试验结果表明：采用C／GFRP层间混杂形式纤维加固梁在受弯承载力显著提高的前提下表现出了较好的廷性，这种加固技术切实可行，并可以降低工程造价。     

圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁受弯性能研究

为研究圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁的受弯性能,设计制作了4根试验梁,并对其进行受弯加载试验。研究表明:圆形孔蜂窝型钢高强混凝土梁的受力过程可划分为弹性工作阶段、弹塑性工作阶段及破坏阶段;试验梁在加载过程中没有过早开裂,并且试件在屈服后依然有着较高的安全储备;试验梁破坏时的挠度值均在14 mm以上,远大于规范规定限值,表现出了良好的变形性能;基于试验结果,利用ABAQUS软件对试件进行非线性有限元分析,结果显示,两者吻合较好,进一步拓展分析可知:型钢及混凝土强度对试件初始阶段的弹性刚度影响不大,随着型钢或混凝土强度的增加,试件承载能力会逐渐上升,而其延性系数则会逐渐下降。     

FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁受弯性能

根据FRP筋和钢筋的本构模型,提出了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁2种名义配筋率和3种破坏模式的概念,并给出了3种破坏模式的判别条件.利用正截面受弯承载力计算基本假定和截面受力平衡条件,推导了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土适筋梁正截面受弯承载力建议计算公式.设计制作了5根不同FRP筋和钢筋配筋面积比的混合配筋混凝土梁进行静力抗弯试验,并结合相关试验数据分析表明,适筋梁正截面受弯承载力建议公式计算值与试验实测值吻合较好,可供工程设计参考;建议在对承载能力要求较高而挠度控制较低的情况下使用混合配筋混凝土梁以充分利用材料的强度;合理控制混合配筋梁的配筋率及FRP筋和钢筋的配筋面积比,其延性性能满足设计要求.     

往复荷载下配置高强钢筋桥墩滞回性能试验

 为研究配置HRB500 高强钢筋的混凝土桥墩的滞回性能, 进行了4 个混凝土桥墩试件的低周往复加载试验, 分析剪跨比、纵筋强度和箍筋强度对混凝土桥墩受力破坏形态的影响, 对比配置高强钢筋桥墩与普通钢筋桥墩, 两者滞回性能的异同。结果表明, 随着箍筋的有效约束下桥墩试件剪跨比的增加, 试件的变形能力增加, 滞回曲线更饱满, 刚度退化减缓。配置高强纵筋及高强箍筋桥墩试件的刚度退化、滞回曲线等滞回特性均优于配置普通钢筋桥墩试件, 同时提高了试件的承载能力及变形能力。     

钢筋锈蚀对混凝土梁破坏模式影响的试验研究

研究钢筋锈蚀对混凝土梁破坏模式的影响.对4组共21根不同剪跨比、不同锈蚀程度的混凝土梁进行了试验，研究发现，纵向配筋率及剪跨比相同的情况下，随着纵筋、箍筋锈蚀程度的变化，梁会产生弯曲、剪压、剪切-粘结3种不同形态的破坏.针对此现象，基于试验研究结果并结合相关文献的试验结果，根据现行规范中的分析理念建立了考虑剪跨比、箍筋锈蚀率、纵筋锈蚀率及粘结退化等因素影响的锈蚀混凝土梁受剪承载力计算公式.据此再考虑弯剪区的平衡条件，分析讨论得出了试验梁产生破坏形态转变的临界条件和锈蚀混凝土梁构件的综合承载能力的变化规律，从而建立了锈蚀混凝土梁破坏模式转变的分析模型.据此模型分别以纵筋锈蚀率和箍筋锈蚀率为横、纵轴，考虑剪跨比等因素得出临界曲线划分的破坏形态区域与试验结果吻合较好.     

FRP筋纤维混凝土受弯构件试验研究

现有采用FRP的受弯构件中, FRP作为主要纵向受拉材料,用量通常较大。这造成FRP筋混凝土构件成本较高,同时还因构件刚度不够导致其变形而非承载力成为设计的控制因素。为了充分发挥FRP材料良好的抗拉性能,建立了FRP筋纤维混凝土受弯构件。通过结构试验的方法研究纤维混凝土对FRP筋混凝土受弯构件延性及变形能力的影响。试验结果表明,纤维的增加能够有效提高FRP筋受弯构件的变形能力,解决了过去FRP筋受弯构件延性差导致配筋率过高的问题。基于FRP筋与钢筋材料上的差异,针对FRP筋混凝土构件建立了相应的延性设计指标。采用该指标对纤维混凝土构件进行分析后发现,随着纤维含量的增加, FRP筋混凝土受弯构件的延性有着明显提高。     

碳纤维加固钢筋混凝土受扭梁的试验研究

介绍了碳纤维加固钢筋混凝土纯扭梁的试验过程和结果,试验研究的主要参数为碳纤维加固和加固方式,试验结果表明,碳纤维加固后梁的极限承载力得到了较大的提高,但当梁为少筋梁或混凝土强度较低时,最终破坏由梁本身引起,碳纤维强度不能充分发挥,因此增加加固碳纤维量对梁的承载力的提高作用不大;碳纤维加固抗扭梁时,碳纤维间隔粘贴比满贴效率更高;此外,碳纤维与混凝土的粘结强度也是影响加固效果的主要因素之一。