新型外包钢混凝土组合梁抗扭的试验及分析

共进行了5根新型外包钢-混凝土组合梁的扭转试验,其中2根用于研究纯扭性能,3根用于研究复合受扭性能。测得了试件的扭矩-扭率曲线,钢筋扭矩-应变曲线,外包钢的应变分布及混凝土的应变分布。试验和分析结果表明:新型组合梁的受扭承载力由混凝土翼板以及外包钢与混凝土翼板组成的箱型梁两者共同承担。弯扭比是影响构件受扭承载力的重要因素。当其它条件相同,弯扭比在3左右时,组合梁受扭承载力达到最大。该文对组合梁受扭性能进行了弹塑性理论分析,提出了组合梁纯扭及复合受扭作用下开裂扭矩的计算公式。采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下发生扭型破坏时的极限扭矩计算公式。理论公式计算结果与试验结果吻合良好。     

波形钢腹板PC组合箱梁纯扭作用下抗扭承载力试验研究

为了更好的了解波形钢腹板PC组合箱梁扭转力学机理及其抗扭承载力影响因素,该文通过模型试验的方法,对4根波形钢腹板PC组合箱梁模型进行纯扭作用下的承载力研究。通过偏心加载的方式对模型梁施加单调纯扭矩。试验结果表明:波形钢腹板PC组合箱梁在纯扭作用下,混凝土顶、底板裂缝方向与梁纵轴线基本成45°角;截面中心纵向钢筋对组合箱梁抗扭贡献不大;抗扭刚度与波形参数η成正比;钢腹板屈服扭矩与组合箱梁极限扭矩随着钢腹板厚度的增加而增大。     

高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能试验研究及有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土梁的受弯性能,以配钢率、型钢位置和钢纤维体积分数为变化参数,设计了6个试件,并对其进行了静力加载试验,获得了试件的破坏形态和荷载-跨中挠度曲线,分析了试件的承载能力和变形能力,以及型钢、纵向钢筋和超高性能混凝土的应变变化规律。基于试验研究,建立了高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能的有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明：所有试件均发生的是适筋破坏,纵向受拉钢筋和型钢下翼缘率先屈服,然后受压区超高性能混凝土被压碎;在试件的破坏阶段,所承担的荷载会依次经历陡降、波动、缓慢上升和缓慢下降四个阶段;试件的变形能力系数超过5,呈现出较强的变形能力;试件开裂前,超高性能混凝土的应变符合平截面假定,但开裂后,只有受压区和受拉区在中和轴附近的一小部分超高性能混凝土应变呈线性分布;配钢率和型钢强度增大,试件的承载能力和变形能力均提高;超高性能混凝土抗压强度增大及型钢从截面居中位置下移,试件的承载能力提高,但变形能力下降;钢纤维体积分数增加,试件的抗裂能力和变形能力均提高,但承载能力变化不显著。     

压弯剪扭实腹型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢混凝土(SRC)柱在压弯剪扭复合受力状态下的抗震性能,以截面尺寸、型钢含钢率、纵筋配筋率、体积配箍率和栓钉位置为变化参数,完成了12根型钢混凝土柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱的压弯剪扭低周反复试验。观察了试件在复合受扭状态下的破坏形态,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能及延性性能。结果表明：在压弯剪扭受力状态下,所有试件均发生弯扭破坏;荷载-柱顶位移滞回曲线呈饱满的梭形,扭矩-扭转角曲线为捏拢的“S”形;增大截面尺寸和配筋率可有效提高SRC柱的抗扭和抗弯承载力;峰值荷载前,抗扭刚度的退化速率明显快于抗弯刚度的退化速率,增大型钢含钢率和配筋率可延缓SRC柱的刚度退化;SRC柱的抗弯耗能能力优于抗扭耗能能力,扭转延性大于弯曲延性;与方形截面相比,矩形截面具有更好的扭转变形能力;在工字钢翼缘上焊接栓钉可有效提高SRC柱的抗震性能;根据现行规范和试验数据,提出SRC柱构造设计的相关建议和扭转耗能退化的经验公式。     

型钢再生混凝土柱保护层厚度力学分析

结合型钢再生混凝土受压柱的破坏特征以及再生混凝土的材料特性,根据板的弹塑性稳定理论,对型钢再生混凝土柱受压区再生混凝土保护层不发生失稳时的最小保护层厚度进行了理论推导;同时从再生混凝土保护层开裂的角度,依据力扩散原理和拉断破坏模型,分析了型钢再生混凝土临界开裂保护层厚度的计算方法。研究表明:型钢再生混凝土柱保护层厚度主要与再生混凝土强度等级、型钢再生混凝土柱高、型钢翼缘宽度、再生粗骨料取代率有关。     

火灾下型钢混凝土梁力学性能的研究

采用纤维模型法和有限元软件ABAQUS计算了火灾下型钢混凝土梁的变形以及耐火极限,初步了解了型钢混凝土梁的高温力学性能。在此基础上,利用纤维模型法分析了截面尺寸、截面含钢率、受拉钢筋配筋率、型钢屈服强度、钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比和钢筋的混凝土保护层厚度等参数对火灾下构件承载力的影响规律,最后提出了型钢混凝土梁耐火极限的实用计算公式。     

复合受扭实腹式型钢混凝土柱恢复力模型研究EI北大核心CSCD

为研究复合受扭作用下实腹式型钢混凝土柱的恢复力模型,考虑扭弯比、轴压比和剪跨比的影响,完成了9个实腹式型钢混凝土柱的拟静力加载试验,获取了扭矩-扭转角骨架曲线和滞回曲线,分析了扭弯比、轴压比和剪跨比等试验变化参数对其扭转滞回性能的影响。基于试验扭转骨架曲线和滞回曲线,提出以屈服点、峰值点和破坏点为特征点的三折线骨架曲线模型,同时对滞回规则进行简化,建立实腹式型钢混凝土柱复合受扭恢复力模型。结果表明:随着扭弯比的增大,试件破坏形态由弯曲破坏为主转为扭转破坏为主;扭弯比对实腹式型钢混凝土柱的抗扭承载力影响最大;在扭转骨架曲线特征参数计算时考虑了扭弯比、轴压比和剪跨比的影响,计算结果与实测结果吻合较好。提出的考虑卸载刚度退化影响的扭转恢复力模型,能较好地预测复合受扭作用下实腹式型钢混凝土柱的扭转滞回曲线,可为此类结构在压弯剪复合受扭作用下的弹塑性地震分析提供参考。     

波形钢腹板(钢腹杆)-混凝土组合箱抗扭承载力试验与计算

为研究波形钢腹板（钢腹杆）-混凝土组合箱抗扭特性,进行了构件的抗扭承载力试验,结果表明:混凝土底板首先出现斜向裂缝,裂缝与混凝土主拉应变垂直,顶底板裂缝呈螺旋状开展,裂缝方向与主梁纵轴线约成45°;底板出现宽度较大的主斜裂缝,钢筋受拉屈服,组合箱受扭破坏。采用有限元软件ANSYS对扭转试验构件进行了非线性有限元分析,有限元分析结果与试验结果吻合良好。参照混凝土箱梁的开裂扭矩计算公式,建立了组合箱开裂扭矩的计算公式;应用混凝土箱梁变角度空间桁架理论,根据波形钢腹板（钢腹杆）-混凝土组合箱达到极限扭矩时可能出现三种破坏形式,建立了组合箱极限扭矩的计算公式。通过与试验结果和实桥截面有限元分析结果的比较表明,建立的波形钢腹板（钢腹杆）-混凝土组合箱抗扭承载力简化计算公式具较高精度,最大误差不超过10%,可运用于实桥计算。     

T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究

为研究T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架的抗震性能,进行了1榀3层2跨、缩尺比例为1∶3的框架试件拟静力试验,了解其破坏形态、滞回曲线和骨架曲线,分析了试件的延性、耗能能力、刚度和强度退化规律。基于纤维模型对框架试件进行了数值模拟,研究了结构抗震性能在不同轴压比、配钢率和混凝土强度下的变化规律。结果表明:在水平低周往复荷载作用下,试件出现"梁铰"破坏,具有良好的延性和耗能能力,满足"强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件"的抗震设计要求。轴压比对试件屈服后的性能影响较大,结构的承载力和延性随轴压比增大而有所降低,设计时需合理控制轴压比;配钢率主要影响初始刚度和极限承载力,结构的抗震性能随配钢率增大得到有效改善;结构的极限承载力随着混凝土强度增大而提高,但结构的延性会略有降低,设计时需合理考虑。研究成果可为该类结构的设计提供可靠的支撑。     

型钢再生混凝土柱正截面承载力试验及数值模拟

为研究型钢再生混凝土柱的正截面承载力,对7个试件进行低周反复加载试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了试件的承载力和弯矩-转角滞回曲线,分析了再生粗骨料取代率、轴压比和体积配箍率对试件正截面承载力的影响。在试验研究的基础上,利用数值积分法编写型钢再生混凝土柱的正截面承载力分析程序,得到构件的N-M相关曲线及正截面极限承载力,计算结果与试验结果吻合较好。利用数值模拟程序对构件的N-M相关曲线进行参数分析,获得了混凝土强度等级、型钢强度、配钢率和加载角度的影响规律。     

高延性混凝土与带肋钢筋黏结性能试验研究

为研究高延性混凝土(HDC)与带肋钢筋的黏结性能,设计制作了20组试件。通过中心拔出试验,研究单调和重复荷载作用下试件的破坏形态及黏结滑移破坏机理,分析了HDC的抗压强度、纤维掺量、纤维种类及保护层厚度对带肋钢筋与HDC黏结性能的影响。结果表明：单调与重复荷载作用下,普通混凝土试件发生了脆性劈裂破坏,HDC试件发生劈裂和拔出破坏;试验结果表明,带肋钢筋与HDC的黏结强度随HDC抗压强度增加而提高;相同HDC抗压强度时,纤维掺量的增加可改善带肋钢筋与HDC的黏结性能;相比PP纤维,相同体积掺量的PE纤维与PVA纤维可有效限制混凝土内部径向裂缝的开展,提高带肋钢筋与HDC的黏结强度;依据破坏形态和黏结强度,得出临界相对保护层厚度为2.0;单调与重复荷载作用下,试件黏结强度比由纤维种类和相对保护层厚度主导,残余黏结强度比由抗压强度和纤维掺量主导;根据试验结果,建立了带肋钢筋与HDC的黏结强度计算公式和黏结-滑移本构模型。     

型钢高性能纤维混凝土粘结滑移性能试验研究

为研究型钢与高性能纤维混凝土之间的粘结滑移性能,以高性能纤维混凝土强度、保护层厚度以及型钢锚固长度为变化参数,设计10个型钢高性能纤维混凝土试件,进而对其进行推出试验,观察试件的破坏过程和裂缝发展形态,获取试件的荷载-滑移曲线。基于试验结果,探讨了各设计参数对特征粘结强度的影响规律,并建立了特征粘结强度的计算公式。对有效粘结应力计算公式进行推导,得到有效粘结应力-滑移分布曲线,并对其进行全过程分析。结果表明:适当增加型钢保护层厚度和混凝土强度,能有效提高型钢高性能纤维混凝土的特征粘结强度;特征粘结强度计算值与试验值吻合较好,表明该文提出的计算公式具有较高的精度;有效粘结应力能够反映型钢与高性能纤维混凝土界面间粘结应力的发展变化过程,并得到粘结应力各组份之间的比例关系。研究成果可为型钢高性能纤维混凝土相关计算理论提供试验依据。     

碳纤维布加固复合受力钢筋混凝土箱梁抗扭性能的非线性有限元分析

采用有限元方法对碳纤维布加固钢筋混凝土构件进行非线性分析,是对有限的试验研究的有效补充和进一步深入探讨。根据4根碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的试验研究结果,建立了合理的三维有限元模型,对碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁在弯剪扭复合受力下的抗扭性能进行了非线性有限元分析。计算得到的扭矩-扭转角关系曲线、钢筋和碳纤维布的应变曲线以及界面粘接单元的恢复力曲线等与试验结果吻合较好,可以较好地模拟碳纤维布加固箱梁的受扭性能。进一步通过对7根数值梁的计算结果分析,提出碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁在复合受力下的剪扭相关性符合直线方程。     

玻璃纤维增强树脂复合材料管-钢筋/混凝土空心构件抗弯性能

为研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯性能,编制了受弯构件的非线性分析程序,系统地分析了空心率、配筋率、GFRP管管壁厚度及混凝土强度等级等主要参数对其抗弯性能的影响,并通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立适用于GFRP管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯承载力计算公式。结果表明:利用编制的受弯构件非线性分析程序与建立的抗弯承载力公式,计算结果与试验结果均吻合较好,抗弯承载力随空心率的减小、配筋率的提高、GFRP管管壁厚度的增加及混凝土强度的增大而增加,空心率对构件抗弯承载力影响最大,其次是配筋率和GFRP管管壁厚度,最后是混凝土强度等级,空心部分半径比在0.25~0.5为宜,可以适当提高配筋率、GFRP管管壁厚度或混凝土强度等级来弥补该空心构件抗弯承载力,研究结论可为该结构在实际应用中提供参考依据。      

考虑钢筋锈蚀的复合受扭混凝土箱梁时变承载力研究

对考虑钢筋锈蚀的复合受扭钢筋混凝土箱梁时变承载力进行研究。针对复合受扭混凝土箱梁中混凝土开裂面与钢筋斜交的情况,推导了综合考虑钢筋混凝土粘结滑移效应及正交配筋效应的钢筋修正本构模型。引入钢筋和混凝土材料的时变劣化模型,结合复合受扭钢筋混凝土箱梁的修正板-桁架模型,编制了复合受扭钢筋混凝土箱梁时变承载力的计算程序。与纯扭锈蚀构件和复合受扭构件的试验对比,验证了所提出钢筋修正本构模型的适用性较好。算例结果表明:在假定的一般大气环境和受力条件下,考虑钢筋锈蚀的复合受扭钢筋混凝土箱梁构件100年后抗扭强度降低约15%。     

Torsional behaviour of steel fibre-reinforced oil palm shell concrete beams

The increasing demand for curved structural members has prompted an increase in the research on the torsional behaviour of concrete. Recently, oil palm shell (OPS) has received considerable attention as a material that enables the production of sustainable lightweight concrete. This work investigated the effects of steel fibre of 0.25%, 0.50%, 0.75% and 1.00% volume fractions on the mechanical properties and torsional resistance of OPS concrete (OPSC) and OPS fibre-reinforced concrete (OPSFRC) beams. The experimental results showed that the increase in fibre content resulted in better mechanical properties and torsional resistance of OPSFRC. The compressive, splitting tensile and flexural strengths of OPSFRC with 1% steel fibres were found to be 40%, 110% and 150%, respectively, higher than the control mix. The crack bridging effect also improved the pre-cracking and post-cracking torsional behaviour of OPSFRC. The highest cracking torque, ultimate torque, twist at failure and torsional toughness of 8.3 kNm, 8.5 kNm and 1.31 kNm/m were obtained for the mix with 1% steel fibre. Moreover, the crack arrest ability of the steel fibre reduced the primary torsional crack widths and formed multiple fine cracks. Further, a simplified torsional model is proposed to predict the torsional behaviour of OPSC and OPSFRC.     

新型复合材料“高强钢绞线网/ECC约束素混凝土”受压性能试验研究

考虑混凝土强度、工程水泥基复合材料(ECC)强度和横向高强钢绞线配筋率等因素，研究新型复合材料“高强钢绞线网/ECC约束素混凝土”(以下简称HSE约束素混凝土)的受压性能。HSE约束素混凝土轴心受压试验显示，达到最大荷载的30%左右时，约束层ECC出现约为0.01 mm的竖向裂缝；约为最大荷载的85%时，表面最大裂缝宽度约为0.07 mm；达到最大荷载时，最大裂缝宽度仅为0.20 mm；说明该新型复合材料具有很好的裂缝分散和控制能力。之后荷载缓慢下降至最大荷载75%左右，第一根横向钢绞线断裂；达到破坏时裂而不碎，约束层和核心混凝土未发生黏结破坏，完整性良好。HSE约束素混凝土与素混凝土相比，其开裂应力提高了88%~116%；轴心抗压强度提高了21%~49%、轴心压应变增加了约45%；极限压应变提高了106%~175%。ECC强度和混凝土强度及横向钢绞线配筋率的提高，均增大其开裂和最大荷载及极限压应变。      

爆炸作用下高强钢绞线网片-聚合物砂浆加固钢筋混凝土板的数值模拟

为了探究高强钢绞线-聚合物砂浆加固技术对钢筋混凝土板的抗爆性能的影响,应用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对其进行了在爆炸荷载作用下的数值模拟。在验证有限元模型合理性的基础上,对比分析了爆炸荷载作用下砂浆层厚度、砂浆强度和钢绞线直径等不同加固参数对钢筋混凝土板的破坏形态与板底位移的影响。结果表明:采用高强钢绞线-聚合物砂浆加固后钢筋混凝土板的抗爆性能显著提高;在砂浆加固层厚度、砂浆强度、钢绞线直径3种加固影响参数中,砂浆加固层厚度对钢筋混凝土板的加固效果影响显著,而砂浆强度和钢绞线直径对板的加固效果不明显。如果运用该技术提高钢筋混凝土板的抗爆性能,优先考虑增大加固层厚度。     

型钢混凝土结构粘结滑移性能试验研究

进行了20榀试件的实腹式型钢混凝土粘结滑移性能的拉拔试验,分析了型钢与混凝土的粘结滑移机理、影响粘结滑移性能的主要因素以及沿锚固长度粘结应力和滑移量的分布规律,建立了型钢混凝土粘结强度和滑移量的计算公式,提出了型钢混凝土局部粘结破坏和整体粘结破坏极限荷载的计算原理与方法,根据混凝土板的冲切破坏理论,提出了确定临界保护层厚度的方法。研究成果为改进型钢混凝土结构的强度、刚度、变形、裂缝宽度计算理论以及进行这种结构的有限元分析提供了试验依据。