高强箍筋约束高强混凝土本构模型研究

通过31根高强箍筋约束高强混凝土棱柱体试件的轴心受压试验,对约束高强混凝土的应力-应变本构关系进行了研究。结果表明,采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,具有较高的箍筋侧向约束力,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;对于高强箍筋约束高强混凝土试件,当其达到峰值强度时,高强箍筋不一定屈服,即取箍筋屈服强度计算有可能高估约束混凝土峰值强度的提高程度。在试验的基础上,提出一种计算约束混凝土达到峰值强度时相应高强箍筋应力大小的迭代方法;通过对试验结果的回归分析,得到高强箍筋约束高强混凝土峰值强度、峰值应变及极限应变的计算公式;提出一种适合于高强箍筋约束高强混凝土轴心受压的应力-应变关系本构模型,并结合试验结果与国内外几种典型本构模型进行对比,结果表明该模型与试验曲线吻合较好。     

考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴压本构模型

已有箍筋约束混凝土轴压本构关系模型大多未考虑尺寸效应的影响,或通过采用强度折减系数法来粗糙反映尺寸的影响。为研究大尺寸箍筋约束混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应规律,根据已有箍筋约束混凝土圆柱和方柱轴压破坏试验结果,分析了体积配箍率、箍筋形式(方箍及圆箍)及试件尺寸对箍筋约束混凝土应力应变曲线的影响。考虑体积配箍率及箍筋形式的影响,建立了箍筋约束混凝土峰值应变尺寸效应公式,并结合前期箍筋约束混凝土名义轴压强度(峰值应力)尺寸效应公式,提出了可考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴向压缩全应力应变关系模型。与试验及模拟结果进行对比发现,建立的可考虑强度和峰值应变尺寸效应的本构关系与已有试验结果吻合较好,模型计算曲线与试验曲线接近。     

箍筋约束轻骨料混凝土轴心受压应力-应变曲线研究

为研究轻骨料混凝土轴心受压应力-应变曲线,考虑箍筋约束效率的影响,以有效侧向约束应力与非约束轻骨料混凝土强度之比为参数,建立了适用于轻骨料混凝土的峰值应力、峰值应变和下降段代表点计算模型,给出了轴心受压应力-应变曲线峰值点时箍筋实际应力计算方法;根据箍筋约束轻骨料混凝土应力-应变曲线的特点,基于箍筋强度和混凝土强度,通过试验数据拟合给出了曲线下降段特征点的计算模型;完成12个不同配箍形式和配箍率的箍筋约束轻骨料混凝土试件轴心受压试验研究,对比分析了建议计算模型和典型模型。研究结果表明：对于轻骨料混凝土,约束混凝土应力达到峰值时箍筋未屈服;建议的箍筋应变计算模型可较好地用于峰值点时箍筋实际应力的计算,基于所给出的轻骨料混凝土的峰值应力、峰值应变、下降段代表点及箍筋实际应力计算方法得出的建议模型能够较好地表达箍筋约束轻骨料混凝土轴压应力-应变全曲线趋势。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压应力-应变全曲线研究

为研究高强箍筋约束高强混凝土的受压力学性能,进行了高强箍筋约束高强混凝土棱柱体试件的轴心受压试验,分析了配箍率、箍筋屈服强度和箍筋形式对约束高强混凝土应力-应变曲线的影响。结果表明：高强箍筋在约束混凝达到其峰值应力时并未屈服,根据其受力机理提出了有效侧向应力和相应的高强箍筋应力的计算方法;高强箍筋可在约束混凝土应力-应变曲线下降段提供更有效的侧向约束,曲线下降较为平缓。在试验研究和理论分析的基础上,提出了约束高强混凝土的强度和变形的计算式,建议了高强箍筋约束高强混凝土的应力-应变全曲线方程,理论曲线与实测曲线吻合较好。     

箍筋约束再生混凝土受压应力-应变本构关系模型

为获得箍筋约束再生混凝土受压应力-应变关系曲线,对17个足尺再生混凝土圆形截面柱进行轴心受压试验,再生粗骨料取代率为50%,加载应变率为(10-6~10-4)/s,主要变化参数为纵筋配筋率和箍筋约束水平。结果表明：箍筋约束再生混凝土的初始弹性模量主要与棱柱体抗压强度有关,棱柱体抗压强度越高,初始弹性模量越大;峰值应力在箍筋侧向约束下显著增大,提高幅度为侧向压应力的4.17~8.77倍,当箍筋提供的侧向压应力较小时,峰值应力增大程度较大,当箍筋提供的侧向压应力较大时,峰值应力增大程度较小;峰值应变随配箍水平增大呈增大趋势。基于试验数据,提出了箍筋约束再生混凝土受压本构关系模型,上升段与Mander模型一致,下降段中引入曲线形状参数,以调整曲线陡峭程度,结果表明,所提出的约束本构关系模型与试验曲线吻合良好,可较好地反映再生混凝土下降段较为陡峭的特点。     

箍筋约束高强混凝土受压应力-应变本构关系

收集了国内外44根不同边长的方形截面箍筋约束高强混凝土柱轴心受压试验的试验结果,试件混凝土强度C50~C110,配箍特征值λ为0.01~0.27。根据对样本实测结果的分析与拟合,提出了箍筋约束高强混凝土峰值应力f_cc和应变ε_cc与配箍特征值λ的计算式,建议了箍筋约束高强混凝土受压应力-应变全曲线模型（ZSA模型）。完成了3根无混凝土保护层、边长为470 mm的箍筋约束高强混凝土柱的受压试验。实测混凝土立方体抗压强度为68 MPa,得到了试件的轴力-压应变曲线。通过对试件试验结果的分析与模拟,证明建议的ZSA模型的预测结果与试验结果相近。通过对已有其他典型试件的数值模拟分析,证明提出的ZSA模型预测的峰值应力f_cc、峰值应变ε_cc和下降段应变ε_0.85与试件试验结果相近,曲线下降段比Légeron模型下降段平缓。建议模型形式简单,可供箍筋约束高强混凝土柱的相关分析参考。     

锈蚀箍筋约束混凝土应力应变本构关系模型

为探讨箍筋锈蚀对混凝土约束性能的影响,通过外加直流电对钢筋混凝土棱柱体中的箍筋进行加速锈蚀,得到了不同箍筋锈蚀率试件,并对试件进行了轴心受压试验.结果表明:随着箍筋锈蚀率的增加,约束混凝土试件的承载力、刚度和延性均有不同程度的降低.基于现有研究成果,建立了轴心受压下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变本构关系模型,通过与实测的锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变全曲线对比,证实该模型拟合曲线与实测曲线吻合较好.     

约束混凝土实用本构关系模型

探讨了约束混凝土的受压性能,分析了钢管约束混凝土及箍筋约束混凝土侧向约束力的作用机理.基于双剪统一强度理论并结合钢管约束混凝土及箍筋约束混凝土轴压试验数据,建立了约束混凝土统一的峰值应力和峰值应变计算公式,并对其进行了验证.与中国现行规范相结合,提出了约束混凝土统一的实用应力-应变本构关系模型,并与试验曲线进行了对比.结果表明:所提出的峰值应力和峰值应变计算公式以及本构关系模型更加精确,并且简单实用,可用于多种约束混凝土构件的非线性分析.     

氯盐侵蚀下约束混凝土力学性能试验研究

为了解氯离子侵蚀下约束混凝土的抗压力学性能,在盐雾腐蚀实验室对12组约束混凝土试件进行氯离子腐蚀试验,进而对其进行轴心抗压试验,得到不同箍筋配箍率和不同锈胀裂缝宽度下试件的受压应力-应变曲线,分析箍筋配箍率和锈胀裂缝宽度对腐蚀试件强度、刚度、延性等的影响。结果表明:随着箍筋配箍率的增大,试件的承载力和延性不断提高;随着箍筋锈蚀裂缝宽度的增大,试件的峰值荷载减小,强度降低,延性变差。并考虑箍筋锈蚀的约束作用对核心区混凝土本构关系的影响,建立了锈蚀约束混凝土受压本构关系理论模型,将其与试验数据拟合回归得到的应力-应变全曲线进行对比,两者吻合良好,故该理论模型可应用于锈蚀钢筋混凝土结构、构件的非线性分析中。     

约束高强混凝土的基本关系研究

基于83个约束高强混凝土试件的试验数据,分别分析了箍筋间距、体积配箍率、箍筋强度、混凝土强度对约束高强混凝土的峰值应力、峰值应变和极限应变的影响。结果表明,配箍特征值综合反映了上述因素的影响,是最主要的影响因素。建立了约束高强混凝土的峰值应力、峰值应变、极限应变与配箍特征值之间的关系。     

Damage-constitutive model for seawater coral concrete using different stirrup confinements subjected to axial loading

Recently, the application of detrital coral as an alternative to natural aggregates in marine structures has attracted increased attention. In this study, research on the compressive performance of coral aggregate concrete (CAC) confined using steel stirrups with anti-rust treatment was experimentally conducted. A total of 45 specimens were cast, including 9 specimens without stirrups and under different strength grades (C20, C30, and C40) and 36 specimens under different strength grades (C20, C30, and C40). Moreover, three stirrup levels (rectangular, diamond-shaped compound, and spiral stirrups) and different stirrup spacings (40, 50, 60, and 70 mm) were used. Subsequently, the stress−strain curves of specimens subjected to axial loading were measured. The effects of the stirrup spacing and stirrup configurations on the stress and strain were investigated, respectively, and the lateral effective stress of the different stirrups was calculated based on the cohesive-elastic ring model and modified elastic beam theory. Moreover, a damage-constitutive model of CAC considering the lateral stress was set up based on damage mechanics theory. The results indicated an increase in the stress and strain with a decrease in the stirrup spacing, and the adopted stirrup ratio had a better strengthening effect than the different concrete grades, and the variation in the deformation was restricted by the performance of coral coarse aggregate (CA). However, an increment in the lateral strain was observed with an increase in the axial strain. The lateral stress model showed a good agreement with the experimental data, and the proposed damage-constitutive model had a good correlation with the measured stress−strain curves.     

冻融循环作用下混凝土受压本构特征研究

采用混凝土棱柱体试件,通过快速冻融试验方法,对经受冻融损伤的混凝土受压性能进行了试验研究,分析了冻融循环次数、混凝土等级、相对动弹性模量对混凝土受压性能的影响,通过碟簧耗能装置,得到了完整的应力-应变关系试验结果.将冻融次数和混凝土等级作为参数,回归试验结果,提出了冻融循环后受压性能的计算公式以及适用于立方体抗压强度为20～50 MPa的冻融循环作用下混凝土的应力-应变全曲线方程,并将曲线控制参数与相对动弹性模量和混凝土等级建立关系.结果表明:碟簧耗能装置起到了吸收机械能量的作用,是应力-应变关系试验成功的重要保证.随着冻融循环次数的增加,受压应力-应变曲线趋于扁平;受压峰值应力降低,受压峰值应变、受压极限应变增大,三者随冻融循环的变化关系均近似线性;随着混凝土等级的提高,冻融对于混凝土材料的影响下降.此外,结合所建立的破坏准则所得到的数值分析结果与试验曲线有较好的一致性.     

箍筋约束ECC轴心受压性能试验研究

为研究箍筋约束工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)的受压性能,对12组共36个箍筋约束的配筋ECC圆形截面短柱进行了轴心受压试验,分析了箍筋屈服强度和间距、ECC强度与PVA纤维体积掺量对约束ECC应力-应变曲线的影响。结果表明：试件的破坏形态均为纵筋压屈、核心ECC压碎,由于PVA纤维的桥接作用,提高了柱的整体性,保护层ECC外鼓但并未剥落;提高箍筋屈服强度、减小约束箍筋间距、采用低强度ECC及增加PVA纤维体积掺量,约束ECC应力-应变曲线的下降段较为平缓,短柱的延性得到改善,相对于较强的箍筋约束作用,PVA纤维对约束ECC变形的影响则较小。基于试验结果的分析,提出了考虑有效约束指标与PVA纤维体积掺量的箍筋约束ECC峰值应力及其对应应变计算式,建立了约束ECC应力-应变全曲线方程,计算曲线与实测曲线吻合较好。     

Analytical compressive stress–strain model for concrete confined with high‐strength multiple‐tied‐spiral transverse reinforcement

The behavior of reinforced concrete members subjected to seismic loads is mainly based on the ultimate strength of concrete and its ductility. Based on this, an additional configuration of transverse reinforcement using high‐strength multiple‐tied‐spiral was proposed to improve the strength and ductility of concrete. In this paper, an experimental study of a number of axial loading tests on reinforced concrete columns confined with high‐strength multiple‐tied‐spiral transverse reinforcement is described. The effects of spacing of circular spiral and rectangular hoop, the confined area of circular spiral and concrete strength on axial behavior of confined concrete were investigated. The formulas of confined compressive strength and corresponding axial strain, factor to control the slope of descending branch, and stress in high‐strength circular spiral at confined strength are proposed based on the test results. A stress–strain model is also proposed that is found to give reasonably good prediction of the experimental behavior of reinforced concrete (RC) columns confined by high‐strength multiple‐tied‐spiral transverse reinforcement.