箍筋约束混凝土圆柱轴压破坏尺寸效应行为

开展了12组不同尺寸几何相似的箍筋约束混凝土圆柱轴心受压破坏试验,试验的工况参数为:配箍率为1.26%和2.89%;圆柱尺寸（直径）相似比为1∶1.5∶2.25,圆柱最大直径为576 mm;圆柱长细比为3。根据试验结果探讨了箍筋约束作用混凝土圆柱破坏模式及轴压强度尺寸效应的影响规律。基于Bažant尺寸效应律思想,提出了能反映尺寸影响的箍筋约束混凝土圆柱轴压承载力计算理论,与试验结果的良好吻合证明了修正承载力计算理论的合理性。最后,建立了钢筋混凝土柱破坏行为及尺寸效应模拟的3D细观尺度数值分析方法,在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,扩展模拟了更大尺寸圆柱的破坏行为。     

预应力钢板箍约束RC柱轴压性能数值模拟及试验验证

为研究预应力钢板箍(Prestressed Steel Jacket, PSJ)约束下RC柱的轴压性能,分析施加横向预应力构件的轴压作用机理,建立了PSJ约束RC柱有限元模型,开展弹塑性数值模拟,并进行试验验证。结果表明,增大箍板预应力能减小约束RC柱竖向裂缝宽度,提高其轴压承载力,但可能减小约束柱的轴向峰值变形。箍板配箍特征值的增加能够显著提高约束RC柱的承载力和变形能力,并改善其破坏模式。由于箍板与RC柱外表面间空隙的存在,预应力钢板箍的拉应变增量要滞后于箍筋的拉应变。     

受压区局部约束塑钢纤维轻骨料混凝土梁的抗弯性能

为提高塑钢纤维轻骨料混凝土梁的受弯性能,采用矩形箍约束局部受压区的方式,设计了六根受压区增强塑钢纤维轻骨料混凝土梁,分析了纵筋配筋率和混凝土强度对塑钢纤维轻骨料混凝土梁受弯力学性能的影响,并对其进行有限元分析.结果表明:采用箍筋约束受压区混凝土后,局部受压区极限压应变增大,试件的承载力和延性有显著提高;随着配筋率增加,试件的承载力有明显提高,且高配筋率梁的超筋破坏现象得到明显改善;随着约束区混凝土强度的增大,梁的承载力变大,而延性降低.有限元分析结果表明,在受压区局部配置箍筋约束后,受压区混凝土极限压应力变大,极大地改善了梁跨中受压区的应力集中现象,从而抑制了梁受压区边缘混凝土的压碎破坏,提高了梁的承载力和延性.     

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。      

多螺箍筋柱轴压承载力研究

多螺旋箍筋能够显著提高矩形混凝土柱的轴压承载力。该文采用有限元方法分析了多螺箍筋约束对矩形混凝土截面应力分布和幅值的影响。采用试验数据对多国规范的约束混凝土柱轴压计算方法进行了分析验证,分析了不同计算方法引起承载力计算结果出现差异的因素。基于数值分析结果,推导了适用于多螺旋箍筋柱的轴压承载力计算公式,其中不同部位的混凝土根据约束条件采用不同的约束混凝土本构。试验结果的对比分析表明该方法具有更高的计算精度。     

考虑箍筋约束效应的快速轴压加载下钢筋混凝土短柱性能数值分析

为了研究在地震作用下应变率效应对约束钢筋混凝土轴压短柱力学性能的影响,该文建议了同时考虑应变率效应和箍筋约束效应的混凝土塑性模型等效单轴受压本构曲线,建立了分析约束钢筋混凝土轴压短柱在快速加载下动力行为的有限元模型。通过模拟结果与文献中试验研究结果的比较,表明该模型可有效描述约束钢筋混凝土短柱在地震作用下考虑混凝土材料应变率敏感性时的力学性能,建议的等效单轴受压本构曲线是合理的。利用该有限元模型,分析了配置箍筋构形、箍筋间距和纵筋配筋率这三个可影响约束效应的参数对约束钢筋混凝土短柱在考虑率效应时的力学性能的影响。结果表明随应变率的提高,轴压短柱的承载力明显提高,但延性降低,力-轴向变形曲线下降段变陡。箍筋构形、间距以及纵筋配筋率对约束钢筋混凝土轴压短柱的动力力学性能具有重要的影响。     

纵筋及箍筋对构件受剪承载力计算影响的分析

钢筋混凝土受弯构件中纵筋用量以及箍筋强度等级是影响斜截面受剪承载力的重要因素。现行规范的受弯构件斜截以剪承载力计算公式没有计入纵筋用量的影响,且箍筋限于Ⅰ、Ⅱ级钢筋。本文研究了纵筋用量对斜截面受承载力的影响。分析和了箍筋使用Ⅲ级钢筋时正常使用阶段的斜裂缝宽度控制等问题。     

高强箍筋高强混凝土柱约束箍筋用量研究

为研究高强箍筋约束高强混凝土柱塑性铰区配箍要求,统计了国内外进行的98个矩形截面和11个圆形截面高强箍筋高强钢筋混凝土柱拟静力试验数据。分析了影响高强箍筋高强混凝土柱延性抗震能力的主要因素为配箍特征值、轴压比、纵筋配筋、混凝土保护层厚度等。在此基础上,通过回归分析分别以2%和3%极限位移角为延性目标,建议了具有85%保证率的高强箍筋高强混凝土柱塑性铰区约束箍筋用量计算公式及配箍构造措施,适用于混凝土轴心抗压强度在40MPa―110MPa之间,箍筋屈服强度在400MPa―800MPa之间,试验轴压比在0―0.6之间的高强箍筋高强混凝土柱。     

高强箍筋高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高强箍筋高强混凝土柱的抗震性能,首先进行了6根配置高强箍筋的高强混凝土柱和3个普通强度混凝土柱(作为对比)抗震拟静力试验,并对其破坏形态、滞回曲线、延性及耗能指标以及抗剪强度等进行了对比分析。结果表明:高强混凝土试件与普通混凝土试件破坏过程相似,均呈弯剪破坏形态,采用高强混凝土可有效降低试件轴压比,对其延性和耗能能力有利。将国内外进行的高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力试验结果与美国ACI318规范、我国混凝土结构设计规范(GB50010-2002)的抗剪公式进行了对比,认为ACI规范及我国规范在计算高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力时均有不安全因素,宜在设计时注意。采用Mander建议的约束混凝土本构关系和纤维单元程序USC_RC仍可以对高强箍筋高强混凝土柱的受弯承载力进行较为准确的模拟分析。     

端部约束箍筋对受弯破坏RC剪力墙变形能力的影响

该文从机理分析、试验验证以及有限元模拟三个角度分析了端部约束箍筋对钢筋混凝土剪力墙变形能力的影响规律。混凝土应力-应变模型以及平截面假定的理论分析结论表明当原钢筋混凝土剪力墙破坏为混凝土压溃或钢筋屈曲的受弯受压破坏时,端部约束箍筋对其变形能力有积极作用;反之,如果原剪力墙破坏表现为钢筋拉坏的受弯受拉破坏,增加约束箍筋没有明显的影响。以端部箍筋为参数的剪力墙试验和有限元Vector2的分析结果均支持以上结论。提出了增加端部约束箍筋是否能影响无约束剪力墙变形能力的判定公式,公式能准确判断剪力墙破坏类型,从而判定箍筋是否对其变形能力产生影响,判断公式与试验对比结果非常符合。     

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...     

Study on equivalent confinement coefficient of composite CFST column based on unified theory

This article introduces the Unified Theory of Concrete Filled Steel Tube (CFST) into counting strength of composite CFST columns subjected to axial compression. There were four types of composite CFST columns listed, and one equivalent confinement coefficient was proposed with consideration of different sections of confining materials, so the whole cross section can be taken as one new composite material to research axial compressive behaviors of the composite CFST column. One unified design formula was derived from the Unified Theory, which was suitable for solid or hollow, circular or non-circular various cross sections of the composite CFST columns. The ultimate compressive bearing capacity was calculated in comparison with corresponding test results. The results show that the equivalent confinement coefficient can be used to calculate the compressive strength of the composite CFST column, and it has a linear relation with the enhanced coefficient of composite strength. Thus, the equivalent confinement coefficient was one important parameter to analyze the mechanical behavior and it can clearly reflect the confinement between concrete and confining material. This method is one more convenient and simpler approach for design work of composite CFST structures.     

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。      

Behavior of oblong and rectangular bridge columns with conventional tie and multi-spiral transverse reinforcement under combined axial and flexural loads

Abstract

This study investigates the behavior of transversely reinforced oblong and rectangular bridge columns under combined axial and flexural loading, including eccentric compression and lateral cyclic loading under constant axial load. The transverse reinforcement schemes include conventional tie and multi-spiral reinforcement. The multi-spiral reinforcement for the oblong column comprises two interlocking spirals and, for rectangular columns, comprises two interlocking large central spirals interlocked with four small spirals at the corners. The amount of transverse reinforcement for all of the columns conforms to the current seismic bridge design specifications. Test results indicate that all of the columns exhibit ductile behavior with ductility capacities significantly higher than the ductility capacity required by the design code. The oblong spiral column with an amount of transverse reinforcement 43% that of the corresponding tied column shows strength, ductility, energy dissipation, and over-strength similar to the tied column. Additionally, the rectangular spiral column with an amount of transverse reinforcement 59% that of the corresponding tied column exhibits strength, ductility, energy dissipation and over-strength superior to the tied column. Moreover, the code P-M interaction analysis method can provide a conservative means of estimating nominal moment strength. The two code methods to determine the maximum probable moment strengths may not provide conservative estimates. Results of this study demonstrate that the maximum probable moment of the columns examined can be estimated conservatively as 1.4 times the nominal moment strength.     

高强箍筋高强混凝土柱抗震性能试验研究

通过6根复合箍筋约束高强混凝土柱在高轴压力低周往复荷载作用下的加载试验,研究了其破坏过程、破坏形态、滞回特性、延性性能及耗能性能,分析了箍筋的应力水平。高强箍筋试件与普通箍筋试件的对比分析结果表明:提高箍筋强度不能提高试件水平承载力,但可以显著提高其变形能力和耗能能力;试件达到极限位移时,高强箍筋约束核心混凝土未见明显压碎,箍筋未屈服,依然对核心混凝土有较高的约束作用;在同等配箍率下,密配细直径箍筋比疏配粗直径箍筋对提高构件抗震性能更为有效。     

预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型

为了研究预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤性能,利用包括对比柱在内的13根混凝土圆柱试验数据,对修正的Park-Ang损伤模型进行改进,建立了预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型;根据试件的轴压比、纵向配筋率、考虑了预应力碳纤维条带及箍筋的双重横向约束作用对组合参数进行非线性回归分析,得到了该文推荐模型中组合参数的经验表达式;基于所提出的地震损伤模型,计算出了不同损伤状态的特征点所对应的地震损伤指标,据此给出了预应力CFRP加固混凝土圆柱的抗震分级标准;有限元分析得到的CFRP加固混凝土圆柱的损伤指标与试验结果基本符合,证明了该损伤模型以及加固柱的抗震等级划分标准的合理性。     

碳纤维布加固钢筋混凝土柱的破坏曲率增大系数分析

编制了碳纤维布加固钢筋混凝土柱的截面弯矩-曲率关系全过程分析程序,通过对多种工况下碳纤维布加固钢筋混凝土柱的破坏曲率进行大量计算分析,较全面地探讨了截面尺寸、轴压比、碳纤维布配箍特征值、箍筋配箍特征值、纵筋配筋率、混凝土强度等参数对碳纤维布加固钢筋混凝土柱破坏曲率增大系数的影响,在此基础上给出了该增大系数的回归计算公式。研究结果表明,该增大系数随着碳纤维布配箍特征值的增大而增大,且变化最为显著;此外,大多数情况下该增大系数还随构件截面尺寸或箍筋配箍特征值的增大而减小。给出的增大系数回归计算公式较好地反映了该系数随各主要参数的变化趋势。     

方钢管螺旋筋混凝土柱偏压性能试验及参数分析

为研究方钢管螺旋筋混凝土柱的偏压力学性能,以螺旋筋间距、径宽比、长细比、偏心率、纵筋直径及方钢管壁厚作为变化参数,设计并完成了18个试件进行偏心受压加载试验。通过试验观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了试件荷载-跨中挠度曲线及钢材应变分布状况,分析了各变化参数对试件偏压力学性能的影响规律。结果表明:螺旋筋间距和径宽比能够有效地提升试件延性和抗弯刚度;随着长细比的增加,试件各项力学性能均有所下降;随着偏心率增加,试件的极限承载力、延性及抗弯刚度均有明显下降,而耗能系数则有所提升。最后采用了纤维模型法编制的程序计算了试件的偏压极限承载力,其计算值与试验值吻合较好,并以该程序为基准进行拓展参数分析,提出了试件的最优化配钢方式及设计建议。     

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。