预应力钢板箍加固RC柱轴压性能试验研究

进行了5个采用预应力钢板箍加固的RC柱试件和1个未加固RC柱对比试件的单调加载试验,重点研究预应力钢板箍加固RC柱的轴压性能和加固构件轴压承载力计算方法。试验主要参数包括钢板箍预应力水平和钢板箍配箍特征值。试验结果表明：采用预应力钢板箍加固RC柱可显著改善其轴压性能,不仅可有效提高柱的轴压承载力,还能使加固柱具有较好的变形能力。在试验研究基础上探讨了预应力钢板箍加固RC轴压柱受力机理,分析了各主要参数对加固柱轴压承载力的影响。分析结果表明：预应力钢板箍强度发挥系数与钢板箍预应力水平和钢板箍配箍特征值等因素有关。采用叠加方法,提出加固柱轴压承载力计算式,计算结果和试验结果总体吻合良好。     

U形预应力钢板箍加固T形截面钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

为改进T形截面钢筋混凝土(RC)梁的受剪加固工艺,提出了一种采用U形预应力钢板箍对T形截面RC梁进行受剪加固的技术。采用简支梁跨中集中力加载的方法,完成了1个足尺未加固RC梁和5个足尺加固RC梁的单调静载试验,研究U形钢板箍间距和预应力水平对加固RC梁受剪性能的影响。通过试验得到了试件的损伤发展过程、破坏形态、荷载-变形曲线以及钢板箍、钢筋和混凝土的应变曲线。研究表明：采用U形预应力钢板箍可有效提高既有T形截面RC梁的斜截面受剪承载力,试件受剪承载力随钢板箍间距的减小而提高,最大提高幅度可达46.1%。当钢板箍间距小于400mm时,加密钢板箍对试件受剪承载力的提高作用逐渐减弱。钢板箍预应力水平在0.35以上时,进一步提高预应力水平对试件受剪承载力无明显影响。提出了U形预应力钢板箍加固T形截面RC梁受剪承载力的计算式,计算结果与试验结果吻合良好,可为既有T形截面RC梁的加固设计提供参考。     

温度预应力钢板箍加固RC短柱有限元分析

本文结合国内外包钢加固方面的研究成果与实践经验,提出利用温度对钢板箍施加预应力以提高RC短柱抗震加固效果的方法。该方法旨在通过箍板降温回缩对加固柱混凝土产生预压应力,使核芯混凝土处于三轴受压状态,从而有效提高混凝土强度和变形能力,同时可有效降低后加部分的应力滞后,提高结合面传力性能。文中利用通用有限元软件ANSYS建立预应力钢板箍加固RC短柱计算模型,对施加和未施加预应力两种情况的构件进行轴压力恒定下的横向力位移非线性全过程分析。通过计算结果对比分析,揭示了通过施加钢板箍预应力加固方案的可行性。在考虑加固构件二次受力基础上,通过改变轴压比、预应力水平,研究预应力技术对短柱抗剪强度及变形能力的影响,以验证理论构想,为后续试验研究提供借鉴     

UHPC加固混凝土圆柱轴压性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)加固钢筋混凝土(RC)圆柱的轴压性能,本文对1根未加固柱和3根加固柱进行了轴压性能试验研究,探究UHPC护套厚度及护套中是否配置箍筋对加固后的RC圆柱的影响,对加固试件轴压性能改善和其破坏机理进行分析和研究,同时对试件轴向承载力进行理论分析。结果表明：UHPC护套加固可有效提高试件的轴向承载力和延性,承载力提高幅度随UHPC厚度的增加而增大,但其延性提升幅度会随之降低;UHPC中加入箍筋可提高试件承载力和延性;建立了以约束混凝土理论为基础的轴向承载力计算模型,结果与试验值吻合良好。     

预应力CFRP布加固低强度混凝土方柱的力学性能

为了研究预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)布加固低强度混凝土轴心受压柱的力学性能,按截面配筋率不同设计制作了3组12根混凝土方形截面柱,混凝土强度均为C20,每组包括3根利用预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根未加固的普通混凝土柱.通过对每组柱的静载试验,得到了试验柱极限承载力、轴向位移等试验数据,并利用有限元软件ANSYS建立了分析模型,对预应力CFRP布加固低强度混凝土柱进行了研究.结果表明:预应力CFRP布加固的混凝土柱在纵向受力钢筋屈服后,预应力CFRP布对混凝土的环向预压作用能够明显提高加固柱的极限承载力,且承载力提高幅度受截面配筋率及CFRP布张拉控制应力影响;对于配筋率较低的混凝土柱,利用预应力CFRP布加固后柱的承载力提高幅度随CFRP布预拉应力的提高而增大;同时能够明显提高混凝土的极限压应变,增大加固柱的轴向变形;采用预应力CFRP布加固技术能够使CFRP布较早地参与受力,充分发挥其高强度特性.     

预应力绕丝加固RC梁抗剪性能试验研究

本文提出了1种新型钢丝绳加固RC梁的预应力施加及锚固方式。设计了4组RC梁抗剪性能试验,研究不同的预应力水平对加固梁抗剪性能的影响。试验在5000kN液压伺服长柱试验机上进行。分析了试件破坏形态、荷载-挠度关系曲线、箍筋应变等试验结果。研究结果表明:这种加固方式可有效实现对钢丝绳的锚固和预应力的施加;预应力绕丝加固RC梁可延缓受剪区斜裂缝的发展,改善加固梁的变形性能;加固梁的受剪承载力随着预应力水平的提高而提高,但预应力水平不宜过大,预应力太大会改变梁的破坏形态,发生弯曲破坏。     

预应力钢绞线加固混凝土短柱抗震性能研究

为研究预应力钢绞线加固钢筋混凝土(RC)短柱的抗震特性,对7个试件进行了低周反复加载试验。试验研究了轴压比、钢绞线配置特征值和预应力水平对加固短柱抗震性能的影响。结果表明,预应力钢绞线可有效改善RC短柱的抗震性能,延性和耗能能力显著提高,与未加固试件PC1相比,预应力钢绞线加固短柱的位移延性系数、累积耗能能力最大值分别提高1.87倍和6.78倍,钢绞线配置量及预应力水平对加固柱滞回曲线有明显的影响,其它条件相同时,钢绞线配置量大或者预应力水平较高的试件滞回曲线较饱满;对于低轴压比(n≤0.30)试件,钢绞线配置特征值达到0.119、预应力水不小于0.40时即可获得较好的抗震性能。在试验基础上,提出了预应力钢绞线加固RC圆形短柱的受剪承载力计算公式,计算结果与试验值总体吻合良好。成果为预应力钢绞线加固RC短柱提供了参考数据和设计计算方法     

轴心受压下钢管混凝土加固锈蚀RC圆柱受力全过程分析

采用电化学加速锈蚀方法获取16个不同锈蚀程度的RC柱,并利用钢管混凝土加固法对其中9个锈蚀RC柱进行加固。通过轴心受压试验,获得锈蚀RC柱和加固柱的承载力和荷载–纵向变形曲线。在试验研究基础上,建立了钢管混凝土加固锈蚀RC柱轴压性能有限元模型,并将有限元计算结果与试验结果进行对比分析,研究结果表明所建有限元模型可以较为准确地计算钢管混凝土加固锈蚀RC柱的轴压性能。基于此,利用该模型对加载过程中加固柱各部分的应力分布、发展情况和钢管对核心混凝土的约束作用进行详细分析,进一步揭示加固柱的受力机理。     

负载下活性粉末混凝土钢筋网加固足尺混凝土柱轴压性能试验研究

为提高负载下钢筋混凝土(RC)柱的轴心抗压性能,使用活性粉末混凝土钢筋网(RPCSM)对负载下的RC足尺柱进行加固,设计制作了7根RC方柱试件,其中1根未加固对比柱、1根端部箍筋加密加固柱、2根RPCSM加固柱、3根端部箍筋加密RPCSM加固柱。考虑加固层厚度、钢筋网配筋率和端部箍筋加密对轴心受压RC柱性能的影响,进行了试验研究并分析了各试件的破坏模式、荷载-变形关系和应变变化规律。结果表明：加固柱的承载力提高了2.81～3.82倍;原混凝土柱与RPCSM加固层界面粘结可靠,共同工作良好;随着钢筋网配筋率的提高以及加固层厚度的增加,端部箍筋加密后整体性的提高,承载力和轴向变形能力提高,但延性有所下降。结合规范和破坏机理,给出了承载力计算公式,以促进该加固技术的推广。     

预应力角钢板加固矩形混凝土短柱轴压承载力分析

对配有纵向钢筋和箍筋的矩形混凝土柱,采用预应力角钢板进行加固,使加固后的混凝土柱在不遭受加固破损的情况下,其承载力得到提高。在统一强度理论的基础上,对预应力角钢板加固混凝土短柱在轴心受压时的受力性能进行了分析,考虑了角钢板和箍筋对混凝土的约束作用,推导出了预应力角钢板加固混凝土短柱的轴压承载力计算公式。分析计算了原柱的极限承载力、加固柱在施加周向预应力使原柱内的箍筋不受力时和施加周向预应力使角钢板达屈服强度时的承载力。结果表明,统一强度理论对于预应力角钢板加固的配筋混凝土轴压短柱的理论计算有非常好的适用性。研究可为预应力角钢板加固混凝土短柱的轴压承载力的分析计算提供理论依据。     

外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆形截面短柱轴压性能试验研究

提出外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的复合加固方法。通过11个加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件（其中2个为增大截面加固柱试件、9个为复合加固柱试件）和2个未加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件的轴压试验,对不同方法加固的钢筋混凝土圆形截面短柱承载力、刚度和延性进行研究,分析加载方式、含钢率、后浇自密实混凝土强度、界面处理方式等因素对复合加固柱轴压性能的影响。试验结果表明：复合加固柱试件的承载力和延性均优于未加固钢筋混凝土圆柱试件和增大截面加固柱试件。仅核心混凝土受压的试件承载力略大于全截面受压的试件;随着含钢率的增大,复合加固柱试件的承载力和延性提高显著;随着后浇自密实混凝土强度的提高,复合加固柱试件的承载力略有提高,但延性有所下降;界面处理方式对复合加固柱试件轴压性能影响不显著。在试验研究的基础上,提出复合加固钢筋混凝土圆形截面短柱的承载力计算式,得出的计算结果与试验结果吻合良好。     

Flexural and axial strengthening of preloaded concrete columns under large eccentric loads by flat and precambered steel plates

In this study, the behaviour of the preloaded reinforced concrete columns under large eccentric compression loading and strengthened with flat and precambered steel plates was investigated. An original analytical model considering the effects of stress-lagging induced by eccentric pre-compressed loading was developed to predict the ultimate load capacity of plate-strengthened columns. Then, 10 specimens with different eccentricities, plate thicknesses and initial precamber displacements were tested. The strength, deformability, ductility and moment–curvature response of the strengthened columns were examined, and the effectiveness of this approach was validated. The good agreement between the analytical and experimental results demonstrates that the proposed analytical model can accurately predict the load-carrying capacity of the plate-strengthened columns under large eccentric compression loading.     

压弯扭复合荷载作用下钢管约束钢筋混凝土柱的承载力及弯扭相关关系研究

以4个钢管约束钢筋混凝土柱(STRC)在弯扭和压弯扭复合荷载作用下的试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS建立了钢管约束钢筋混凝土柱的有限元模型,分别模拟试件在弯扭以及压弯扭复合荷载作用下的破坏模式和承载能力,与试验结果进行对比,验证了有限元模型的正确性。通过有限元模型参数化分析,研究钢管强度、钢管厚度、截面尺寸、混凝土强度、纵筋直径与屈服强度、箍筋直径与屈服强度以及轴力等因素对复合荷载作用下承载力的影响。研究结果表明,钢管厚度、截面尺寸、纵筋的直径与屈服强度以及轴压力是影响复合荷载作用下承载力的主要因素。当圆形截面STRC柱的轴压力达到0.3N_u(N_u为柱轴压承载力)或方形截面STRC柱的轴压力达到0.5N_u时,柱的承载力达到最大。在不同因素的影响下,相同荷载作用下钢管约束钢筋混凝土柱的受弯承载力和受扭承载力之间的相关关系基本一致。     

圆钢管约束钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的圆钢管约束钢筋混凝土短柱和1个钢筋混凝土对比试件的拟静力试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明：钢筋混凝土短柱的破坏模式为剪切破坏,延性和变形能力很差;圆钢管约束钢筋混凝土短柱的破坏模式为弯曲破坏,延性和变形能力优越。外包钢管对核心混凝土的约束作用限制了核心混凝土的受剪开裂,改变了钢筋混凝土短柱的破坏模式,显著提高了钢筋混凝土短柱的受剪承载力、延性、变形能力和耗能性能。随轴压比的提高,圆钢管约束钢筋混凝土短柱的水平承载力提高,延性系数降低,但轴压比对圆钢管约束钢筋混凝土短柱的极限变形能力无明显影响。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,钢管并未受剪屈服。根据试验结果建立了圆钢管约束钢筋混凝土短柱的荷载-位移恢复力模型,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。图10表2参12     

变轴力下钢筋混凝土柱的抗震性能分析

准确预测地震作用下钢筋混凝土(RC)柱的受力特性,对评估混凝土结构的抗震性能具有重要意义。地震作用下,混凝土结构中的RC柱除承受水平荷载外,还由于地震作用引起的倾覆力矩影响承受变轴力作用。因此,往复荷载下RC柱受力及变形特性的研究应该考虑变轴力的影响。首先通过恒轴力和变轴力下RC柱滞回性能的模拟,验证了本研究基于纤维模型程序开发的数值分析模型的准确性。然后,利用该数值模型和分析程序,对一RC柱进行了不同变轴力模式下滞回性能的分析研究。分析结果表明,轴力的变化对RC柱的滞回性能有很大影响。由于非耦合型变轴力变化过程的随机性,为便于变轴力下RC柱的抗震性能分析和试验研究,提出了等代定轴力的概念及其确定方法。     

圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能

为研究圆端形钢管混凝土中长柱的轴压性能,考虑了构件千分之一杆长的初弯曲,使用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土中长柱精细化有限元分析模型,利用已有试验数据验证有限元模型的合理性与精确性,在此基础上分析了试件的变形模式和承载能力状态,比较短柱、中长柱与长柱性能的不同,得出了圆端形钢管混凝土界限长细比。综合分析了长细比、钢管厚度、混凝土强度、钢材强度、高宽比等参数,提出了圆端形钢管混凝土中长柱极限承载力简化计算公式,并对简化计算公式的准确性进行了验证。结果表明:短柱为强度破坏,中长柱发生弹塑性失稳破坏,长柱发生弹性失稳破坏; 在其他条件相同的情况下,圆端形钢管混凝土中长柱的极限承载力、延性与长细比呈负相关,与钢材强度、钢管厚度呈正相关,混凝土强度的变化对承载力和延性的影响不大; 短柱与中长柱界限长细比λ₀=10～11,中长柱与长柱界限长细比λ_p=86.4～96.0; 与试验数据及有限元计算结果相比,承载力公式具有足够精度,可为圆端形钢管混凝土中长柱研究与工程应用提供理论依据。     

Seismic behaviour of circular CFST columns and RC shear wall mixed structures: Experiments

The use of concrete-filled steel tubular (CFST) columns and reinforced concrete (RC) shear wall mixed structures has attracted the interest of structural engineers in recent years. An experimental investigation including four test models was thus conducted on circular CFST columns and RC shear wall mixed structures subjected to constant axial load and cyclic lateral load. The test parameters included axial load level in the composite column and height–width ratio of the RC shear wall. The effects of these parameters on the strength, ductility, rigidity and dissipated energy of the specimens were investigated. It was found that all the tested specimens failed in a shear-dominant mode. The ductility and energy dissipation capacity of the specimens decreased with an increase of axial load level or decrease of height–width ratio.     

核心型钢混凝土柱轴压性能试验研究

为研究核心型钢混凝土(CSRC)柱轴压性能及轴力分配规律,进行了5根CSRC柱和2根钢筋混凝土(RC)柱的足尺轴压静力试验。试验结果表明：CSRC柱的承载力和变形能力随配钢率的增加而明显增加;设置配钢率为2.5%和3.2%的核心型钢,试件轴向承载力可分别提高12.7%和23.4%,试件变形能力分别提高36.0%和33.1%。试件各组成部分所承担的轴力占总轴力的比例随轴向变形的发展呈非线性变化。在弹性阶段,试件各部分承担轴力基本按材料弹模与相应截面积的乘积线性分配;在塑性阶段,混凝土承担轴力占总轴力比例逐渐降低,核心型钢承担轴力占总轴力比例逐渐增大,最大可达40.1%。CSRC柱轴压承载力可采用考虑箍筋约束作用的简单叠加法进行计算。     

柱失效方程中荷载相关特性对承载力抗震设计可靠度的影响

以竖向荷载和水平地震作用组合下的钢筋混凝土柱和钢柱为对象,研究了失效方程中荷载相关特性对柱承载力抗震可靠性的影响。根据现行《混凝土结构设计规范》和《钢结构设计规范》分析了不同柱弯矩轴力相关曲线的特性。结合多个框架结构实例,对比了柱失效方程中荷载相关曲线与规范考虑情形的异同。实例分析表明:水平地震和竖向荷载组合作用下,小偏压RC柱和工字型钢柱的荷载相关曲线与规范考虑的情形较为符合,均近似为负相关的直线;水平地震和竖向荷载组合作用下,大偏压RC柱的荷载相关曲线则与规范考虑的情形有较大出入,存在明显的正相关段部分。在此基础上,考虑失效方程复杂特性,依据已有的荷载和抗力变量概率模型,采用Monte Carlo法分析了水平地震和竖向荷载组合作用下柱的可靠性。结果表明:钢柱和小偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化幅度较小,与规范模式计算结果较接近;大偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化会有较大幅度波动,与规范模式计算结果差异较大;当轴压力荷载效应比值为负时,大偏压RC柱的承载力抗震可靠度会低于规范计算值较多,现行柱可靠性设计方法会偏于不安全。     

CSRC柱轴压试验及数值模拟研究

进行了两个混凝土柱试件和四个核心型钢混凝土柱试件的轴压性能试验,研究了配置核心型钢和不同配箍特征对混凝土柱轴心抗压强度和轴向变形性能的影响以及核心型钢与混凝土部分的轴力分配规律,试验结果表明,配置核心型钢可以有效提高混凝土柱的承载能力及变形能力。