箍筋约束混凝土本构研究的发展与展望

箍筋约束作为一种被动约束方式,对于混凝土单轴受压峰值强度、峰值点应变和下降段延性有显著影响。通过历史和逻辑两条线索对箍筋约束混凝土研究的发展进行较为全面的阐述,并具体分析了若干典型本构模型。发现箍筋约束混凝土本构模型建立的主流思想为:将箍筋约束效应等效为均匀围压,并利用均匀围压这个媒介性变量建立配箍与应力应变全曲线关键参数(峰值强度、峰值点应变和下降段延性)之间的关系,此种建模方法形成于早期Richart的研究,并一直以来占主导地位。此外,通过采用不同模型预测某一试验结果,发现各模型的预测会产生显著的差别。基于此,建议更为深入的研究箍筋约束机理并采用物理机制更为明确的素混凝土本构曲线。     

酸雨侵蚀箍筋约束混凝土本构模型研究

采用人工气候环境模拟技术模拟酸雨环境,对15组箍筋约束混凝土棱柱体试件进行加速腐蚀,进而进行轴压试验,研究了箍筋锈蚀对约束混凝土破坏形态、峰值应力、峰值应变、极限应变和应力-应变曲线形状的影响.基于Mander模型及现有研究成果,确定了未腐蚀试件本构模型峰值应力、峰值应变、极限应变和形状系数等参数的计算公式,并通过对试验结果的回归分析,得到了考虑箍筋锈蚀率影响的形状系数和各特征点参数修正系数拟合公式,最终建立了酸雨侵蚀箍筋约束混凝土本构模型.与试验结果对比发现,采用该模型计算得到的各试件峰值应力、峰值应变、极限应变及应力-应变曲线形状均与试验结果符合较好,表明所建立的本构模型能较为准确地反映遭受酸雨侵蚀箍筋约束混凝土力学性能,可用于该环境下RC结构剩余承载力及抗震性能评估.     

普通箍筋约束混凝土柱的中心受压性能

为进一步研究钢筋混凝土构件、结构的抗震性能 ,完成了 2 4根约束混凝土柱的中心受压试验。柱的混凝土立方体强度为 5 0 MPa左右 ,采用方箍、拉筋复合箍和井字复合箍 ,大部分试件的配箍特征值 λv 为 0 .0 7～ 0 .2 4。研究了 λv在新颁布的《建筑抗震设计规范》GB5 0 0 11-2 0 0 1规定范围内的约束混凝土的强度和变形 ,提出了可用于混凝土结构、构件非线性分析的约束混凝土的应力 -应变全曲线方程     

圆形箍筋约束混凝土力学性能尺寸效应试验

为了考察约束混凝土轴压力学性能的尺寸效应,对10组圆形箍筋约束混凝土短柱进行了单调轴压试验,在试验基础上对比分析了试件几何尺寸对试件破坏特征,承载能力及变形能力的影响。试验结果表明：峰值应力随试件尺寸的增大而下降,且体积配箍率越低,下降趋势越明显;无保护层试件的峰值轴向应变、峰值环向应变以及峰值后变形能力也随试件尺寸的增大呈下降趋势;当体积配箍率较低时,保护层的存在使试件极限承载力有所提高,且大尺寸试件的提高幅度偏大;而当体积配箍率较高时,保护层对试件极限承载力贡献很小。     

箍筋约束超高性能混凝土本构模型

为研究箍筋约束超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)本构模型,统计了箍筋约束UHPC的试验数据,通过回归分析,理论推导,提出了箍筋约束UHPC的应力-应变关系曲线模型及特征点计算方法,并与试验结果、不同箍筋约束混凝土本构模型进行对比分析。结果表明:钢纤维和箍筋可以有效地提高约束UHPC的峰值应力和峰值应变;峰值应力计算结果与试验结果吻合程度较好,而峰值应变以及峰值应力下降至85%和50%所对应应变的计算结果与试验结果吻合程度不够理想;建议的箍筋约束UHPC应力-应变关系曲线模型与试验结果整体吻合程度较好。     

箍筋约束高强混凝土应力-应变本构关系模型

针对箍筋约束高强混凝土,优选6种典型模型对172根方形截面短柱在轴压作用下的峰值强度和延性进行预测.误差分析结果表明：Nagashima模型与Legeron模型的计算精度相对较高.最后,基于大量试验数据对Nagashima模型及Hong模型进行修正,修正模型精度较高且便于应用.     

双重环筋约束下超短混凝土试件的局部受压试验研究

针对27个配置了双重环筋的圆柱形构件进行了局部受压试验,试件高度低于试件直径.研究了非局压区宽度b、试件高度h和约束钢筋配筋率ρ对试件的破坏形态、极限承载力、等效应力-应变曲线、开裂荷载、正常使用状态下的荷载及内外环筋屈服荷载的影响.在环筋的约束下,试件局压区核心混凝土体出现较高的强度和较好的延性.试件发生了三类破坏形态:侧面只有竖向裂缝、竖向裂缝加不全贯通环向裂缝和竖向裂缝加全贯通环向裂缝.高度系数β对于试件承载力的影响是最大的,随着β的减小,承载力呈非线性增大趋势.随配筋率增大,承载力增大,其增大量有变缓的趋势.宽度系数对试件承载力有一定影响,但不太明显.     

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．     

CFRP中等约束钢筋混凝土方柱反复受压本构模型

为填补FRP约束混凝土滞回本构模型的空白,对边长305mm,高915mm及边长204mm,高612mm两种尺寸的CFRP约束钢筋混凝土方柱,采用500t四棱柱压力试验机进行了单调及反复轴压试验.试验结果表明,大尺寸CFRP约束钢筋混凝土方柱的应力-应变关系曲线存在软化段,CFRP的约束作用为中等约束,且尺寸效应对CFRP的有效约束作用有明显影响;箍筋对单调受压应力-应变曲线形状、极限压应变、反复受压卸载曲线和残余应变影响均较大.基于试验结果提出了考虑钢筋、尺寸效应及CFRP包裹层数等影响参数的CFRP中等约束混凝土方柱的反复受压本构模型.模型由描述包络线的单调受压本构模型、曲线形式的卸载曲线及直线形式的再加载曲线3部分组成,模型预测结果与试验结果吻合较好.     

箍筋约束方形混凝土柱轴压强度尺寸效应律

箍筋约束混凝土柱轴压破坏名义强度存在尺寸效应,为了提高大尺寸箍筋约束方形混凝土名义轴压强度设计计算的合理性,研究了考虑尺寸效应的方形箍筋约束混凝土柱名义轴压强度的计算方法.考虑混凝土的非均质性,建立方形箍筋约束混凝土柱的三维细观数值模型,对其轴压作用下的破坏机制、失效模式和尺寸效应行为进行了分析.进而,凝练出了影响其轴...     

轴心受压复合方箍短柱正截面承载力的计算

通过实验数据的分析，提出了轴心受压复合方箍短柱正截面承载力的计算公式并给出了配箍特征值与箍筋间距的关系，具有一定的实用价值。     

方形钢管约束下核心凝土的本构关系

分析了方形钢管混凝土在轴压下的受力机理,将钢管对混凝土的约束作用等效为有效侧向应力,借鉴典型的约束混凝土本构模型,提出了方形钢管约束下核心混凝土的等效单轴受压本构关系.基于试验结果,讨论确定了所提出的本构关系的几个关键参数和强度指标,即峰值应变修正系数、钢管有效侧向压应力系数、峰值时钢管的横向应力等.采用建议的本构关系计算了轴压下方形钢管混凝土短柱的荷载-应变全过程曲线,计算结果与试验结果吻合良好.所建议的本构关系可用于评估方形钢管混凝土短柱的极限承载力和延性.     

纤维增强塑料管约束混凝土本构模型试验研究

进行了玻璃纤维增强塑料（GFRP）管约束混凝土本构模型试验．试件分三种类型：GFRP管直接受压；GFRP管不直接受压；GFRP管不直接受压，管内壁涂油脂．试验得到了混凝土纵向及环向应力-应变曲线，GFRP纵向应变和环向应变沿纵向的分布及泊松比曲线．试验可见，GFRP壳体测得的应变可代表核心混凝土的应变．纵向及环向应力-应变曲线可用曲线-线性强化模拟．达到非约束混凝土峰值应力前，三种试件的应力-应变曲线相当接近；GFRP不直接受压试件的第二斜率比直接受压试件的第二斜率大，但极限应力比后者小．核心混凝土达极限状态的标志是环向纤维达到极限拉应变．极限泊松比约为1．0～1．4．GFI蹬壳体与核心混凝土界面间存在粘结应力．     

钢筋混凝土梁柱损伤扩展模型

从钢筋混凝土梁柱构件的损伤扩展过程出发,在加载过程中动态计算并更新模型的损伤区长度,同时结合修正的2点Gauss Radau积分方案保证损伤区长度范围内仅包含1个积分点,避免了Scott和Fenves分段纤维梁柱模型的塑性区长度敏感性问题.钢筋混凝土悬臂柱的试验与数值对比分析表明,本文模型不仅具有较好的计算精度,而且能够模拟钢筋混凝土梁柱构件的损伤扩展.     

T形柱中约束混凝土的应力应变模型

为建立T形柱约束混凝土的应力应变全曲线方程,根据T形柱配箍特征值的使用范围,设计了13个试件通过轴心受压试验,得到钢筋混凝土T形柱的试验结果．采用灰色优化和数据变换理论,建立了T形柱中约束混凝土应力应变模型．对测试数据选行统计分析,得到了模型的系统参数该模型反映了T形柱中约束混凝土应力应变曲线的变化规律．与方形柱的约束混凝土应力应变模型相比,T形柱中约来混凝土峰值应力较小,峰值应变较大,下降段曲线相对较陡．研究结果为T形柱的非线性分析提供了理论依据。     

钢板笼混凝土组合柱的偏压性能试验

通过对9根钢板笼混凝土组合柱和1根钢筋混凝土柱的偏压试验,研究钢板笼混凝土组合柱偏压的基本力学性能,并分析不同参数对钢板笼混凝土组合柱偏压力学性能的影响.结果表明:钢板笼混凝土组合柱的偏压破坏特征与钢筋混凝土柱基本相同,试件中部符合平截面假定,横向曲线近似正弦半波曲线;钢板笼混凝土组合柱与钢筋混凝土柱相比,耗能可提高110%,延性可提高48%;偏心距是影响钢板笼混凝土组合柱偏压承载力的主要因素,长细比在4~10范围内对承载力影响不大;随着含钢率增大,试件的承载力增大,但提高的幅度逐渐减小.     

高强混凝土框架柱延性性能试验研究

主要研究高强混凝土框架长柱在低周反复荷载作用下的延性性能,分析轴压比、配箍特征值和配箍形式对构件延性性能的影响.     

钢板笼约束混凝土短柱轴压承载力分析

为了研究新型结构构件钢板笼混凝土短柱的轴心受压承载力,在已有受约束混凝土本构关系基础上,根据箍筋约束混凝土的拱作用原理,对钢板笼套箍约束混凝土承载力进行分析,推导出钢板笼混凝土轴压短柱的承载力公式,并将计算结果与试验数据进行对比.研究结果表明:钢板笼对混凝土的横向约束与钢管混凝土相似,纵向连接成角钢约束力强,模型计算结果和试验数据吻合较好.     

偏心受压圆截面钢筋混凝土细长柱的计算

随着材料强度的提高和跃层柱的应用,细长柱已不鲜见,细长柱会在材料达到极限强度前发生失稳破坏,因此,细长柱的承载力及配筋计算与中长柱的不同,如果按照《混凝土结构设计规范》的中长柱计算公式进行处理,将造成安全隐患．为此,提出圆截面细长柱配筋的模型法柱计算公式,并按此编制了计算软件．使用该软件计算一工程实例,其计算结果与按理论公式采用手算的结果相同,表明所编软件可靠,为工程设计提供了便利条件．     

轴压比对高强混凝土框架柱滞回特性的研究

主要研究高强混凝土框架长柱在低周反复荷载作用下的滞回特性,分析轴压比对延性的影响.共进行了6根试件的试验,试验结果表明,高强混凝土的延性比普通混凝土的延性低,轴压比是决定高强混凝土试件延性和耗能的主要因素,随着轴压比的增大,试件的延性和耗能降低。