预制拼装UHPC组合混凝土柱轴压性能试验研究

为改善装配式建筑连接区域的力学性能,将具有优异力学性能的超高性能混凝土(UHPC)用作连接区域的永久模板,与核心混凝土形成UHPC组合混凝土构件.为研究该新型预制拼装UHPC组合混凝土柱的轴压性能,开展了短柱轴压试验,考察预制UHPC板中纤维含量和预制UHPC板厚度对轴压性能的影响,分析了组合柱和普通钢筋混凝土柱的轴压承载力、延性和耗能等轴压性能指标的差异.结果表明：相比普通钢筋混凝土柱,组合柱的轴压承载力提高了57%～94%,耗能提高了一倍多;预制UHPC外壳中钢纤维含量为3%组合柱的轴压性能,比纤维含量为2%组合柱的轴压承载力、延性和耗能分别提高了23%、56%和114%,即预制UHPC板中纤维含量从2%提高到3%,显著改善了轴压性能.在试验分析的基础上,参照现行《混凝土结构加固设计规范》提出了该新型预制拼装UHPC组合柱的轴压承载力实用计算表达式,给出了UHPC抗压强度折减系数的建议取值.     

插肩榫节段拼装桥墩抗震性能数值分析

为提高预制节段拼装桥墩抗震性能,运用传统榫卯结构中的插肩榫连接技术,以榫头的形状和位置作为参数,利用ABAQUS数值分析软件建立了中间长方形、中间梯形、四周长方形和四周梯形共4种不同的插肩榫节段拼装桥墩模型.将其与平接缝节段拼装桥墩进行拟静力分析,通过对比结构的滞回性能和残余变形等抗震性能,验证插肩榫在节段拼装桥墩中运用的可行性.结果表明,相比平接缝节段拼装桥墩,中间长方形、四周长方形、四周梯形的模型能够不同程度地提高桥墩的水平承载能力和耗能能力,但是会导致结构残余变形增大,降低结构的自复位能力;中间梯形的插肩榫节段拼装桥墩,既能提高桥墩的水平承载能力和耗能能力,又能降低桥墩的残余变形,整体表现最为优秀.     

冻融环境下TRC加固RC柱轴压性能的研究

为探究冻融环境下纤维编织网增强混凝土(TRC)加固钢筋混凝土(RC)柱的轴压性能,本文开展了冻融循环次数、轴压应力和冻融循环耦合作用及短切纤维改性细粒混凝土等因素对TRC加固RC柱性能的研究.试验结果表明:冻融循环次数超过一定次数(20次),会造成TRC表面萌生细微的收缩裂缝,开始降低TRC约束效果,在冻融循环60次时,TRC加固RC柱的承载力降低达21.75%;轴压应力与冻融循环的耦合作用降低TRC加固RC柱的承载力及约束能力相对明显,轴压应力比率为0.4的试件的破坏形态发生改变;在TRC中掺入短切纤维可提高TRC加固柱的抗冻性.此外,掺入AR短切纤维的TRC在冻融环境下有助于提高加固柱的承载力,而掺入PVA短切纤维的TRC有助于增强加固柱的变形性能.     

轴压比对灌浆波纹管连接预制拼装桥墩抗震性能的影响

根据实际工程制作4个缩尺比为1∶5的桥墩构件,包括1个整体现浇桥墩和3个灌浆波纹管连接预制拼装桥墩.通过拟静力试验和OpenSEES软件,研究双向加载下轴压比对灌浆波纹管连接预制拼装桥墩抗震性能的影响.结果表明,灌浆波纹管连接预制拼装桥墩破坏模式与整体现浇墩较为接近,桥墩破坏集中于接缝附近.随着轴压比的增加,灌浆波纹管连接预制拼装桥墩极限变形能力降低,承载能力和耗能能力有所提升,而轴压比对残余位移几乎没有影响.     

钢套管混凝土加固RC柱轴压受力全过程分析

对9个钢套管混凝土加固RC方柱和1个RC对比柱进行轴心受压试验,试验结果表明采用钢管混凝土加固后,RC柱的承载力平均提高3.65～5.39倍,破坏形态呈延性破坏,破坏后荷载仍然可以保持在较高水平.基于钢套管混凝土加固RC方柱轴压试验的研究结果,合理选择材料本构关系、钢-混凝土界面接触关系和混凝土单元破坏的准则,采用有限元软件ANSYS建立加固柱轴心受压力学模型,对轴压作用下加固柱的受力全过程进行计算分析.通过对比试验测得的和计算的试件承载力和荷载-纵向变形全过程曲线,发现二者吻合良好,最大误差仅为5%.在此基础上,利用被验证的有限元计算模型,对试件各个组成部分的应力分布和应力发展规律进行分析.结果表明,试件各个组成部分在加载初期持荷比例基本不变;随着荷载的继续增加,钢管对原RC方柱和后浇筑混凝土产生明显的约束作用,使其峰值应力明显超过单轴抗压强度,钢管持荷比例小幅度减小,而混凝土持荷比例小幅度增大;当试件达到承载力之后,由于钢管的硬化和混凝土被压碎,钢管持荷百分比增大.     

矩形中空夹层钢管混凝土短柱轴压性能数值分析

相较于钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube,CFST)构件,中空夹层钢管混凝土(Concrete Filled Double Skin Steel Tube,CFDST)构件具有延性好、自重轻和刚度大等技术优势。为探明CFDST短柱的内、外钢管的径厚比和内填混凝土强度对轴压性能的影响规律,采用试验验证的数值有限元分析方法,考虑内填混凝土约束效应,开展了短柱轴压性能各参数敏感性分析。结果表明,有限元模型采用韩林海提出的混凝土本构关系,能够准确的模拟试验结果。当内填混凝土强度和内钢管径厚比相同时,外钢管径厚比从30增加到60时,平均延性指标和承载力分别降低了23.6%和26.4%;内钢管使得CFDST柱的延性和承载力分别提升24.5%和18.6%;内填混凝土强度从45 MPa增大到75 MPa,CFDST柱的极限承载能力可提升18%以上。     

利用ADINA的CSRC柱轴压性能数值模拟

通过6个核心型钢混凝土CSRC柱试件的轴压性能试验,并利用高级结构非线性及流固耦合计算系统(ADINA)进行10个试件的有限元数值模拟试验,研究不同配箍特征和配钢率对混凝土柱轴心抗压承载力及轴向变形性能的影响.试验结果表明,混凝土轴压柱试件配置的配钢率分别为1.63%,2.88%,4.02%,核心型钢的极限承载力可分别提高11.9%,26.8%,40.7%,极限变形可分别提高32.3%,52.0%,75.8%.增加试件体积配箍率可有效提高试件的轴向变形能力,并改变试件的脆性剪切破坏形态为整体压溃.采用不同的混凝土本构建立有限元模型,对比分析表明,计算结果与试验结果吻合较好.     

十字形RC柱的抗震性能数值分析

为了给该类柱的抗震设计提供依据,通过ABAQUS建立模型并验证了模型正确性,说明该模型能较好的描述试件的受力性能。研究了十字形RC柱抗震性能与轴压比及配筋率的关系。结果表明：随着配筋率的增大,峰值荷载越大,耗能能力以及延性性能更优越,刚度退化得到延缓;随着轴压比的减小,虽然峰值荷载降低,但其耗能能力和延性性能更优越,刚度退化得到延缓。可见在允许范围内减小轴压比或增大配筋率,可以提高试件的抗震性能。     

考虑轴向应变不均匀性的RC柱轴压性能研究

为评价变形不均匀性对钢筋混凝土(RC)柱轴向变形性能的影响,采用MATLAB编制计算程序,对RC柱在单调轴压工况下的荷载变形关系进行计算分析.通过与已有试验结果和有限元方法的对比,验证程序的合理性,并在此基础上进行参数分析.研究表明:是否考虑轴向变形不均匀,对RC柱峰值荷载所对应轴向变形的影响不明显,但是对RC柱极限荷载所对应变形的影响显著,最大差异可超过50%.     

不同轴压比装配式RC圆柱抗震性能分析

为研究轴压比对装配式全灌浆套筒连接高强混凝土圆柱抗震性能的影响,采用有限元软件ABAQUS建立装配式钢筋混凝土(RC)圆柱的数值分析模型,并进行验证.在试验参数的基础上,扩大数值模型轴压比的取值范围,研究轴压比对装配式RC圆柱的承载能力、刚度退化及延性性能等抗震性能指标的影响规律.结果表明:模拟得到的破坏形态、骨架曲线与试验结果基本吻合,且精度较高;当轴压比由0.20增至0.90时,试件的屈服荷载、峰值荷载均随轴压比增大而增大,延性性能反而降低,试件的极限位移由67.50 mm减少至31.76 mm,降低约53%;当轴压比大于0.90时,试件的承载能力、延性性能均随轴压比的增加而降低.因此,轴压比对装配式RC圆柱抗震性能的影响较大,在较高轴压比下,装配式RC圆柱仍具有较好的抗震性能.     

钢板笼混凝土短柱轴压性能的数值模拟

基于ANSYS有限元平台,通过考虑材料非线性及相关几何参数,建立钢板笼混凝土短柱的三维有限元数值模型,分析不同配箍特征值下钢板笼混凝土短柱的荷载位移曲线,以及核心混凝土受压强度.结果表明:所建立的钢板笼混凝土短柱轴压有限元数值模拟分析模型是可行的,与试验结果基本吻合.     

内置块石RC墩柱轴压性能试验研究

在福建沿海地区石结构房屋加固改造背景下,从合理利用废弃石材,减少固体废弃物排放角度出发,提出一种新型内置块石RC墩柱。通过4个内置块石RC墩柱轴压性能试验,研究内置块石、内置块石类型(整体型、节段型和块体型)等对RC墩柱轴压性能的影响,分析试件的破坏形态、承载能力、变形特征及应变发展等。研究结果表明:与普通RC柱相比,内置块石RC墩柱能显著提高RC柱的轴压承载力,提高幅度与内置块石类型有关,内置整体性块石RC柱的竖向承载力提高幅度可达115%;内置块石类型对RC柱破坏形态有重要影响,整体型内置块石RC柱的破坏形态为脆性破坏,塑性变形能力差,但极限变形能力比普通RC柱的优;内置块体型块石RC柱破坏形态与普通RC柱相似,具有较好的变形能力;与普通RC柱相比,内置节段型和块体型块石RC墩柱具有较好的竖向承载能力和变形能力。     

钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟

钢管混凝土短柱是研究钢管混凝土最基本的构件,研究钢管混凝土短柱有助于了解钢管混凝土的力学性能,为研究其他构件提供了一个基础。对钢管混凝土短柱的力学性能进行了分析,归纳总结了短住轴压承载力理论计算公式,并采用有限元软件ABAQUS对不同壁厚钢管混凝土短柱进行轴心受压模拟。总结得出,随着壁厚的增加,钢管混凝土短柱的极限承载能力逐步提高,二者之间符合线性关系。将数值模拟软件计算求得不同壁厚短柱极限承载力与理论公式计算得出的值做出对比分析,校核发现两者较为接近,说明数值模拟计算效果良好。最后,总结分析位移荷载曲线,提出钢管混凝土短柱塑性破坏角概念。随着钢管壁厚的增加,短柱塑性变形能力提高,塑性破坏角变大,当壁厚达到11.185 1 mm时,短柱发生理想塑性变形。     

CSRC柱轴压性能试验及非线性全过程分析

进行6个核心型钢混凝土(CSRC)柱试件的轴压性能试验,并利用有限元分析软件对试件进行非线性全过程数值模拟.研究配置核心型钢和不同配箍特征,及其对混凝土柱轴心抗压承载力和轴向变形性能的影响. 试验结果表明,设置配钢率为2.88%的核心型钢,试件的轴压强度可提高约30%,轴向变形能力可提高约1倍. 增加试件体积配箍率,可有效提高试件的轴向变形能力并改变试件的脆性剪切破坏形态为整体压溃. 把试件截面混凝土划分成约束区与非约束区,采用不同的混凝土本构建立有限元模型,ANSYS分析结果与试验结果对比分析表明,程序计算结果与试验结果吻合较好.     

热带海洋中GFRP-SWSSC柱的轴压性能

针对热带海洋环境,提出了一种GFRP管螺旋箍筋海水海砂混凝土柱制品,通过利用其内置钢筋在海洋环境下的锈胀反应达到提升自身力学性能的目的.以螺旋箍筋、混凝土强度和外部管材为试验变量设计制作了20根GFRP管螺旋箍筋海水海砂混凝土柱试件,对其在真实热带海洋环境下的轴压性能进行了研究.试验结果显示,浸泡后的钢筋呈现不均匀的锈胀现象,螺旋箍筋和混凝土强度的提高会增强GFRP管螺旋箍筋海水海砂混凝土柱的轴压性能;在热带海洋环境浸泡条件下,设置螺旋箍筋的GFRP管螺旋箍筋海水海砂混凝土柱和钢管螺旋箍筋海水海砂混凝土柱的轴压承载力高于同类型未浸泡试件.海南岛建筑结构的受力部件可以采用FRP管钢筋混凝土柱,以其在真实海洋环境下浸泡后提升后的极限承载力为设计依据进行设计.     

不同轴压比冻融RC剪力墙抗震性能试验

通过人工气候快速冻融技术仿真混凝土结构所处的冻融环境,制作4榀剪跨比为2.14的RC剪力墙试件进行冻融循环试验,继而采用悬臂梁式加载方案对其进行拟静力加载试验,以研究轴压比变化和冻融循环作用对RC剪力墙承载能力、变形能力、强度衰减、初始刚度、刚度退化以及耗能能力等抗震性能指标的影响规律.结果表明:相同轴压比下,经冻融循环作用后的RC剪力墙试件加载破损更加严重,其初始刚度、水平承载能力、变形能力和耗能能力均有不同程度的退化,同时,强度衰减幅度、刚度退化速率、不同受力状态下的剪切变形及其占总变形的比例均有不同程度的增大;冻融循环次数相同时,随轴压比的增加,RC剪力墙试件破坏时裂缝分布范围、墙顶水平承载能力、初始刚度、强度衰减幅度以及刚度退化速率均逐渐增大,而变形能力、耗能能力、不同受力状态下的剪切变形、屈服状态下剪切变形占总变形的比例逐渐降低,在峰值状态下则逐渐增大并逐渐成为主要变形.综合考虑冻融损伤参数D与轴压比n对RC剪力墙峰值荷载与极限位移的影响,通过多参数拟合得到了考虑冻融损伤的RC剪力墙峰值荷载与极限位移计算式.该研究可为严寒地区以剪力墙为主要抗侧力构件的在役高层建筑结构的性能评估提供参考.     

柱中柱(CIC)组合构件轴压力学性能数值分析

文章基于柱中柱(Column-in-Column, CIC)组合构件的轴压试验,利用ABAQUS软件建立了精细化有限元模型,通过对比试件的承载力、破坏形态和轴力-柱中纵向应变曲线验证数值模型的有效性。对两个典型试件进行全过程受力分析,得到各受力阶段钢管和混凝土的应力分布云图。研究表明：外柱外钢管的应力最大值位于局部屈曲破坏处,外柱混凝土呈全截面受压状态,内柱混凝土随着轴向加载发生弯曲破坏,混凝土从全截面受压逐渐转变为一侧受压和一侧受拉状态。利用验证后的有限元模型对CIC试件的轴压力学性能进行参数分析,当外柱外钢管径厚比从31增加到125时,试件的轴压承载力最大降低了71.6%,试件的承载力随钢材屈服强度和混凝土强度的增加而提高,随外柱长径比的增加而减小。最后基于试验和有限元结果,提出适用于CIC构件的轴压承载力计算公式。     

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．     

不同跨度不同层数下柱轴压比对RC框架结构的影响

采用抗震规范中薄弱层的验算方法,对钢筋混凝土框架结构的薄弱层进行确定和对比分析,通过分析框架柱轴压比对框架结构破坏形态和延性的影响,提出现行抗震规范轴压比限值偏高是导致框架结构破坏的主要原因,通过调整框架柱截面尺寸,控制其大偏心受压破坏范围,可提高建筑结构的抗震能力.     

HPFL加固不同轴压比RC剪力墙抗震性能研究

高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(high performance ferrocement laminate,HPFL)加固法是一种用钢筋网增强的高性能复合砂浆薄层材料加固结构的新方法。剪力墙抗震性能的重要影响因素之一是轴压比,文章通过3个缩尺比例为1∶2的一字形钢筋混凝土剪力墙试验模型的拟静力试验和有限元数值模拟分析,研究了在不同轴压比下经HPFL加固后的剪力墙的抗震性能,包括加固墙的抗震承载力、延性、耗能能力、裂缝开展模式等的改善情况。研究结果表明,加固墙比非加固墙的抗震承载力有明显改善,加固墙的开裂荷载及水平极限承载力都有大幅提高,延性及耗能能力随着轴压比增大而减小。