CFRP筋-高强钢筋/高强混凝土柱的抗震性能

为了研究高强钢筋和碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)混合配筋/高强混凝土柱的抗震性能,对CFRP筋-高强钢筋混合配筋的高强混凝土柱进行了低周反复荷载试验和有限元分析,研究了CFRP筋的粘结条件、不同轴压比以及高强混凝土种类等参数对其抗震性能的影响。结果表明:所有的高强混合配筋高强混凝土柱均发生延性破坏;在相同条件下,高强混合配筋混凝土中分别添加了钢纤维活性粉末和钢纤维后,表现出更好的耗能能力和延性;有粘结CFRP筋混合配筋高强混凝土柱比无粘结CFRP筋混合配筋柱的变形能力和承载力分别提高了9.6%和17.1%,但是延性系数降低了22.5%;在延性破坏的条件下,随着轴压比的增加,CFRP筋-高强钢筋混合配筋柱的屈服强度和极限强度明显增大,极限位移和耗能能力也逐渐减小;高强钢筋和CFRP筋配筋率越高,高强混合配筋柱的极限承载力和变形能力越大。      

单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏压性能试验研究

为研究单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏心受压性能,进行8根单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏压试验,分别研究不同加载方向十字型钢偏心率和荷载偏心率对试件破坏模式、侧向挠度、荷载-挠度曲线和极限承载力的影响规律,建立该组合柱正截面受压承载力计算方法。结果表明:根据荷载偏心率的不同,组合柱表现出小偏心受压破坏和大偏心受压破坏两种形态,组合柱截面应变符合平截面假定。正向偏心时,十字型钢偏心率增大,试件极限承载力和变形能力小幅降低;负向偏心时,十字型钢偏心率对发生小偏心受压破坏的试件偏压性能影响较小,发生大偏心受压破坏的试件极限承载力随十字型钢偏心率增加略有提高;荷载偏心率增大,试件初始刚度和极限承载力降低。将单轴对称十字型钢偏于安全地换算成H型钢,采用规范JGJ 138?2016计算换算截面试件偏压承载力,计算结果偏于保守,采用该文提出的方法计算的试件偏压承载力与试验值吻合较好。     

高延性混凝土偏心受压柱正截面受力性能试验研究

为研究高延性混凝土（HDC）偏心受压柱的受力性能,进行了6个HDC试件和2个RC试件的偏心受压试验,研究HDC偏压柱的破坏形态、承载力及变形能力。试验结果表明:采用HDC替换混凝土可明显改善小偏心受压柱的脆性破坏,提高构件发生小偏心受压破坏的变形能力;相对于RC大偏心受压柱,HDC大偏心受压柱表现出较好的裂缝控制能力,破坏时受拉区裂缝均匀而细密;随着偏心距增大,HDC偏压构件的承载力降低,变形能力提高。正截面受力分析表明:HDC偏心受压构件的相对界限受压区高度均大于RC构件,更有利于高强钢筋的力学性能发挥;考虑HDC受拉作用的偏心受压构件正截面承载力计算结果与试验值吻合良好。该文研究结果可为HDC偏心受压构件截面设计提供试验依据和理论基础。     

圆形钢管含粗骨料超高性能混凝土中长柱偏压性能试验研究

为研究圆形钢管含粗骨料超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete with coarse aggregate filled steel tube, CA-UHPCFST)中长柱的偏心受压性能，考虑长径比和偏心距的影响，设计制作了7个圆形CAUHPCFST中长柱试件，通过偏心受压试验，重点考察构件的破坏形态、荷载-变形关系曲线、侧向挠度分布曲线、荷载-应变关系曲线、延性和极限承载力。研究表明：圆形CA-UHPCFST中长柱在偏心受压下发生弯曲失稳破坏，其荷载-变形曲线经历了弹性段、弹塑性段和下降段；极限承载力随长径比和偏心距的增加而降低，延性系数随长径比的增加而减小，而随偏心距的增加呈先增加后减小的趋势。规范GB 50936-2014可较好地预测圆形CA-UHPCFST中长柱偏心受压极限承载力。研究成果可为钢管超高性能混凝土的进一步研究与推广应用提供参考。     

GFRP约束微珠泡沫柱准静态受压性能

本研究对2根微珠泡沫柱及5根玻璃纤维复合材料(GFRP)约束微珠泡沫组合柱开展准静态轴压试验,探讨了GFRP层数、横向纤维与纵向纤维比例、泡沫密度等参数对组合柱极限承载力和吸能效应的影响,并与静态试验结果进行对比,研究不同加载速率对构件受压性能的影响规律.结果表明:准静态压缩作用下GFRP层数和泡沫密度的增加均提高了构...     

重组竹柱偏心受压力学性能

为了研究偏心距对重组竹柱的偏心受压力学性能的影响, 对6根不同偏心距的重组竹柱进行了偏心受压试验。结果表明:在偏心载荷作用下, 试件破坏形态主要表现为柱身中部竹材纤维受拉断裂;随着相对偏心距的增大, 峰值载荷减小, 而对应峰值载荷时试件的竖向位移和中部截面侧向挠度增大, 弯曲变形越加显著, 对应峰值载荷时, 重组竹柱偏心受压试件的竹材压应变远远大于轴心受压试件, 前者是后者的3.1~4.6倍, 偏心受压重组竹柱的受压侧竹材的受压变形能力及强度得到了充分的发挥;基于试验结果与理论分析, 提出了重组竹柱偏心受压承载力计算方法, 平均绝对误差小于5%, 计算结果与试验结果一致。      

钢筋混凝土分体柱理论与技术

在钢筋混凝土高层建筑结构中,由于柱轴压比的限制,框架柱的截面大、剪跨比小,在结构底部经常形成短柱甚至超短柱,短柱延性差,地震时易发生脆性剪切破坏而导致结构破坏甚至倒塌。钢筋混凝土分体柱技术就是采用隔板将矩形短柱截面劈分成2根或4根独立配筋的等截面单元柱,使短柱的剪跨比扩大一倍,直接变短柱为“长”柱。系统地介绍了钢筋混凝土分体柱理论与技术,包括分体柱的承载力和抗震性能、分体柱框架梁柱节点的抗震性能、分体柱框架的抗震性能以及设计和施工建议等理论、试验和应用研究。创新成果表明,分体柱会使柱的抗弯承载力稍有降低,抗剪承载力保持不变,而变形能力和延性显著提高,且柱的破坏形态由剪切型转变为弯曲型,实现变短柱为“长”柱,从而从根本上改善了钢筋混凝土短柱的抗震性能,提高了钢筋混凝土高层建筑结构的抗震安全性。研究成果获得了天津市科学技术进步一等奖、国家发明专利和国家实用新型专利,为钢筋混凝土分体柱技术在钢筋混凝土高层建筑结构抗震设计中的应用提供了可靠的理论基础、试验依据和工程实例。     

局部受压混凝土圆柱及其FRP增强的弹塑性分析

局部受压混凝土圆柱核心区受压膨胀,外围混凝土对其产生的径向约束力能提高其强度和变形能力。本文引入混凝土弹性模量连续变化的计算模型,应用弹性力学方法进行外围混凝土弹塑性分析。基于混凝土三轴抗压强度Richart公式计入外围混凝土径向约束力对核心区受压混凝土的影响,提出了局部受压混凝土圆柱极限承载力的计算方法。在上述理论研究基础上,进一步对FRP增强的局部受压混凝土圆柱的极限承载力进行求解,分析了局部受压混凝土及其FRP增强圆柱的极限承载力,理论计算与有限元吻合较好。     

钢筋网约束矩形钢管混凝土柱-混凝土梁节点的核心区受压极限承载力研究

为研究钢筋网约束矩形钢管混凝土柱-梁节点的核心区受压极限承载力,对8个带上下短柱的弱节点试件进行了加载试验,探讨节点区的破坏形态、峰值承载力以及节点内钢筋的应变特点。试验结果表明:轴压和偏压试件的节点区破坏形态不同;随着初始偏心与节点高度的增大,试件的峰值承载力明显降低,但节点宽度对极限承载力影响不明显。在规范配筋混凝土局压承载力计算公式的基础上,引入节点高度影响系数,并考虑荷载的偏心作用,建立节点区受压承载力计算公式。该公式与试验结果较为符合。     

HPFL加固负载下有震损RC圆柱抗震性能的有限元分析

基于采用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固4根钢筋混凝土足尺圆柱在不变轴力和周期水平荷载作用下抗震性能的试验研究结果,该文对试件进行了数值模拟分析,研究被加固柱的抗震承载力、延性、刚度、耗能能力等的性能特征。同时,还提出了可用于负载下有震损RC柱的加固方法和该类结构的抗弯承载力简化计算方法。在此基础上,利用新加固方法和有限元分析手段,研究影响负载下有震损RC柱抗震性能的主要因素,包括轴压比、剪跨比、横向网筋配箍率和配筋形式,研究表明:有限元模拟值、理论值和试验值吻合良好;采用HPFL加固后,构件的承载力、延性、耗能能力均有明显改善,刚度的退化速率明显减小,加固层纵筋锚入基座后,抗震性能的提升改善更加优越;随着轴压比的增加,承载力有较大的增长,延性发挥不足;剪跨比增大时,试件的承载力和延性降低;负载级差越大,后期变形能力明显越弱;采取螺旋配筋形式与采取环形配筋形式相比,两者初始刚度相当,前者延性更好,后者承载能力更高。     

纤维网格高延性混凝土加固RC柱抗剪性能试验研究

箍筋配置不当、剪跨比较小和轴压比较大的钢筋混凝土(RC)框架柱在地震作用下通常发生脆性剪切破坏。为提高框架柱的抗剪性能,提出采用碳纤维(CFRP)网格和高延性混凝土(HDC)复合加固RC柱。设计了6个RC柱试件,通过低周反复荷载试验,研究加固方式、纤维网格层数和轴压比对加固柱破坏形态、受剪承载力、延性及耗能能力的影响。结果表明:采用HDC和CFRP网格复合加固,可显著提高柱的抗剪承载力,明显改善其延性、变形性能和耗能能力;提高加固层的网格层数,对抗剪承载力影响较小,但加固柱的延性和变形能力得到较大改善;轴压比增大,复合柱的抗剪承载力稍有提高,但试件的延性、变形能力和耗能能力均降低;增加网格层数对高轴压比加固柱的增强效果和对低轴压比柱基本一致。最后基于桁架-拱模型,提出加固柱的抗剪承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

往复荷载作用下异形柱节点抗震性能改善措施

在节点核心区加入T形钢骨、槽形钢骨或X形配筋以改善异形柱节点这一薄弱部位,研究往复荷载作用下异形柱框架节点的抗震性能,对比不同改善措施对节点的破坏特征及承载性能、滞回性能、耗能能力及累积损伤等抗震性能指标的影响。结果表明:在异形柱节点核心区加入T形钢骨、槽形钢骨或X形配筋均能改善异形柱节点的滞回特性,提高节点的承载能力和变形能力,减缓节点的累积损伤程度,从而提高异形柱节点的抗震性能。与T形钢骨、槽形钢骨增强的异形柱框架节点试件相比,X形配筋对改善节点的抗震性能指标效果更显著。     

型钢再生混凝土偏压柱受力性能试验及承载力计算

为了研究型钢再生混凝土柱在偏心压力作用下的力学性能,设计9个试件进行偏心受压单调加载试验,考虑了再生骨料取代率、相对偏心距2个变化参数。通过试验,观察了该类新型构件的受力破坏过程及形态,获取了应力分布、变形情况、极限承载力、荷载-变形全过程曲线、再生混凝土受压破坏极限压应变值等重要数据;并分析了取代率和相对偏心距对试件极限承载力的影响规律。研究结果表明:型钢再生混凝土柱的偏压破坏过程及形态与一般型钢混凝土柱相似,根据偏心距的不同,表现为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种形态,试件极限承载力随着相对偏心距的增大而减小,而再生骨料取代率的变化对承载力的影响作用不明显。基于修正平截面假定推导了型钢再生混凝土偏压柱的正截面极限承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

钢管含粗骨料超高性能混凝土短柱轴压性能研究

考虑钢纤维掺量、粗骨料替代率和钢管厚度三个参数,设计制作了14根短柱试件。通过全截面轴心受压试验,考察了试件的破坏形态、荷载-变形曲线、荷载-应变曲线和极限承载力,分析了各参数对短柱轴心受压性能的影响规律。试验结果表明:当套箍系数0.217≤ ξ < 0.883时试件主要呈现剪切破坏形态;套箍系数0.883 ≤ ξ ≤1.431时试件主要呈现腰鼓破坏形态。在相同钢管厚度下,粗骨料的掺入能有效提高试件承载力。参考已有钢管混凝土规程,提出了CA-UHPCFST短柱轴心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。     

钢筋网高延性混凝土加固砖柱偏心受压性能试验及计算方法研究

通过27个钢筋网高延性混凝土(HDC)面层加固砖柱的偏心受压试验,研究了不同偏心距荷载作用下加固砖柱的破坏形态和受力性能,并对荷载-位移曲线、极限承载力以及砖柱截面应变进行了分析。结果表明:钢筋网HDC面层与砌体具有良好的协调工作能力,可大幅度提高砖柱的承载力和变形能力,改善了砖柱的脆性破坏特征,并且提高了砖柱的整体性;随偏心距增大,砖柱的承载力逐渐降低,但初始偏心距并未削弱钢筋网HDC面层的加固效果。考虑HDC的抗拉作用,并对加固层的应力进行计算简化,得到钢筋网HDC面层加固偏心受压砖柱的承载力计算公式,与试验结果吻合较好。分析了二次受力对砖柱承载力的影响,给出了不同初始偏心荷载作用下的HDC抗压强度利用系数,可供加固设计参考使用。     

HDC与RPC加固RC柱轴心受压性能试验研究

为研究高延性混凝土(HDC)和活性粉末混凝土(RPC)围套加固钢筋混凝土(RC)柱的轴心抗压性能,设计制作了8个RC方柱,其中4个采用HDC加固、3个采用RPC加固、1个未加固作为对比试件,通过轴心受压试验,研究了加固层材料、加固层受压方式和加固层是否配置钢筋网对试验结果的影响,分析了各试件的破坏形态、荷载-位移曲线和应变发展规律。试验结果表明:加固柱的破坏形态得到改善;配置钢筋网的加固层整体性较强;加固层与混凝土界面具有可靠的粘结强度,两者变形协调;加固试件的承载力和变形能力均有所提高;加固层直接受压的加固试件承载力提高幅度较大。通过分析加固层的工作机理,考虑了加固层应力滞后的影响,给出加固试件的受压承载力计算公式,其计算结果与试验结果较为吻合。     

钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地共同工作,满足实际工程需要,该文提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑偏心距、长径比和初始自应力等参数的影响,设计制作21根钢管自应力自密实高强混凝土柱和3根钢管自密实高强混凝土柱试件,通过偏心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线,分析各参数对偏心受压试件受力性能的影响。研究表明:偏心受压试件主要发生弯曲失稳破坏;试件极限承载力随偏心距或长径比增大而减小,当初始自应力为3 MPa~5 MPa时,钢管自应力自密实混凝土偏心受压柱的极限承载力提高9.2%~11.7%。参考国内相关规范,通过试验数据回归分析,提出钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。     

高强箍筋约束超高性能混凝土柱轴压性能

通过5根高强箍筋约束超高性能混凝土(Ultra high performance concrete,UHPC)柱及4根普通箍筋约束UHPC柱的轴心受压试验,对其承载力、破坏形态、钢筋应变及应力-应变曲线进行了研究,并结合延性、韧性指数分析了体积配箍率、箍筋强度、箍筋间距及形式对约束UHPC轴压性能的影响。结果表明:所有约束柱均表现为延性破坏,高强箍筋可减轻约束UHPC的破坏程度;高体积率、小间距、形式复杂的高强箍筋约束UHPC,约束效率高,承载力及变形能力提高显著,轴压性能较理想;体积配箍率对轴压性能的影响程度大于箍筋强度;影响体积配箍率变化的因素中,箍筋间距对改善约束性能的贡献最大,依次是箍筋形式和直径;高强箍筋可有效约束UHPC,在提高约束UHPC强度、变形性能及残余承载力方面明显优于普通箍筋;纵筋微曲会加速保护层剥离,密配高强箍筋能有效延迟纵筋屈曲,显著提高约束性能;纵筋微曲会削弱高强箍筋对核心UHPC的约束效果,建议采用高强纵筋与高强箍筋组合。在试验的基础上给出了能较准确预测箍筋约束UHPC柱承载力的计算式。      

圆铝合金管混凝土短柱轴心受压承载力研究

开展了6根圆铝合金管混凝土(简称“CFACT”)短柱的轴心受压承载力试验,套箍系数为0.57~1.26。分析了试件的破坏形态、轴压荷载-轴向应变曲线、截面横向变形系数、峰值荷载和延性。试验结果表明:CFACT轴压短柱发生鼓曲破坏或斜向剪切破坏;其表现出良好的组合效应,具有较高的承载能力与延性。利用ABAQUS有限元软件,结合该文建议的圆铝管约束混凝土的等效受压应力-应变关系和混凝土塑性损伤模型,建立了轴心受压荷载下CFACT短柱的非线性有限元分析模型,并对该模型进行了试验验证。为合理地对CFACT短柱进行设计,讨论和定义了其轴心受压承载力。采用前述有限元模型计算了不同的套箍系数、径厚比、含铝率及材料强度的27根CFACT短柱的轴压承载力。利用试验与有限元分析得到的33根短柱的轴压承载力计算出各柱的截面组合抗压强度。通过分析发现,截面组合抗压强度与混凝土轴心抗压强度之比与套箍系数存在线性关系,进而通过回归分析建立了其组合抗压强度的计算公式。     

矩形截面框架柱斜向受剪承载力计算模型

为避免矩形截面框架柱在斜向水平地震作用下发生脆性破坏,通过试验研究14根框架柱在斜向水平荷载作用下的受力性能和破坏机理。以桁架-拱模型为基础建立计算矩形截面框架柱斜向受剪承载力的空间桁架-拱模型,该模型主要考虑了框架柱截面面积、混凝土和箍筋材料强度、配箍率、轴压力以及混凝土强度折减系数对其斜向受剪承载力的影响。最后,利用该文以及其他试验共计30根矩形截面框架柱的斜向受剪承载力试验结果对此空间桁架-拱模型的可行性和适用性进行了验证,试验结果与计算值的对比表明利用该模型可以安全计算矩形截面框架柱斜向受剪承载力。