钢筋UHPC梁正截面抗弯承载力计算方法

超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete，UHPC)是一种高强、高韧性和高耐久性的新型水泥基复合材料，具有广阔的应用前景。由于UHPC内的钢纤维能有效控制裂缝开展并提高UHPC的抗拉强度，因此，UHPC构件抗弯承载力分析时，一般计入截面受拉区UHPC的抗拉作用，但对于如何考虑受拉区UHPC的抗弯贡献，国内外相关研究结果间存在较大分歧，因此值得进一步研究。首先，编制钢筋UHPC梁正截面抗弯承载力分析程序，分析不同设计参数对截面受拉区UHPC抗弯贡献的影响。结果表明：配筋率、梁高、钢纤维长度、截面形状和预应力水平是影响受拉区UHPC抗弯贡献的主要参数。基于参数分析结果的回归分析，提出截面受拉区UHPC的均匀分布应力折减系数k的计算公式；通过引入受拉翼缘面积折减系数kf，考虑不同截面形状的影响。在此基础上，提出不同弯曲破坏模式下钢筋UHPC梁抗弯承载力的简化计算方法，并以国内外115根钢筋UHPC梁抗弯承载力试验结果验证所提方法的适用性。     

植筋连接混凝土梁抗剪承载力试验研究

对6根通过植筋连接的混凝土梁柱构件进行试验研究,并运用正交试验原理对构件的配筋率、截面尺寸、混凝土强度这3个参数进行分析研究。通过比较分析,发现若按规范中普通梁斜截面抗剪承载力公式计算得到的设计值,均比试验值小,因此在工程应用中,植筋连接混凝土梁的抗剪承载力可按规范中普通梁抗剪承载力的要求进行设计。     

钢筋混凝土圆截面抗剪强度

在实践中广泛使用钢筋混凝土圆截面构件,但对此类构件抗剪性能的研究较少,没有关于混凝土圆截面构件的抗剪规范及设计指南。大多规范以矩形截面构件为基础编制,然而,圆截面与矩形截面构件的抗剪性能不同,尤其对于配筋率高的构件。给出圆截面构件的抗剪试验结果,试件中抗剪配筋率比普通试件中最大配筋率的3倍还多。试验结果表明,此时的抗剪强度要高于矩形截面构件。将试验结果与目前基于塑性的圆截面构件剪力模型进行比较,两者吻合较好。同时,也与采用AASHTO LRFD设计规范计算的抗剪强度进行对比,研究发现:当构件的抗剪配筋率较小时,规范给出了合理的结果;当构件的抗剪配筋率较大时,规范低估了抗剪强度。     

国际期刊导读

摘要：在实践中广泛使用钢筋混凝土圆截面构件，但对此类构件抗剪性能的研究较少，没有关于混凝土圆截面构件的抗剪规范及设计指南。大多规范以矩形截面构件为基础编制，然而，圆截面与矩形截面构件的抗剪性能不同，尤其对于配筋率高的构件。给出圆截面构件的抗剪试验结果，试件中抗剪配筋率比普通试件中最大配筋率的3倍还多。     

钢筋钢纤维自密实混凝土梁弯曲性能及变形预测

基于有效截面惯性矩,提出了钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件（R/SFRSCC）瞬时弯曲挠度的简化模型。与普通钢筋混凝土梁式构件不同,R/SFRSCC需要考虑受拉区开裂截面钢纤维对梁式构件截面惯性矩的贡献,并基于内力平衡和应变协调计算了梁式构件开裂截面的中和轴高度。为研究钢纤维对钢筋自密实混凝土梁式构件瞬时弯曲变形性能的影响并验证预测模型的准确性,对9根钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件进行了四点抗弯试验,以钢纤维掺量和纵筋配筋率为主要变化参数。结果表明,钢纤维的掺入可以显著提高钢筋自密实混凝土梁式构件开裂后的截面抗弯刚度。正常使用阶段,掺入30 kg/m3和50 kg/m3的钢纤维可使钢筋自密实混凝土梁式构件开裂后的截面抗弯刚度提高26%～117%,但钢纤维的作用随着纵筋配筋率的增加而减弱。采用提出的瞬时挠度简化模型,对比了预测的与实测的钢筋屈服前荷载-跨中挠度曲线,两者吻合较好,模型可用于钢筋钢纤维自密实混凝土梁式构件瞬时弯曲变形的预测。     

配筋超高性能混凝土梁抗弯性能有限元分析

基于ABAQUS有限元软件,采用混凝土塑性损伤（CDP）模型模拟了超高性能混凝土（UHPC）的本构关系,使用三维实体单元和桁架单元模拟了UHPC和纵筋之间的接触关系,研究了配筋率、截面有效高度与截面高度比值和UHPC抗拉强度对UHPC梁抗弯性能的影响。结果表明：随着配筋率的提高和截面有效高度与截面高度比值的增大,UHPC梁的屈服荷载、峰值荷载以及对应的挠度均明显提高;随着UHPC抗拉强度的增大,UHPC梁的峰值荷载和屈服荷载增大,但峰值荷载和屈服荷载对应的挠度减小。     

工程建设技术标准动态——偏心受拉钢筋混凝土构件截面强度分析研究

根据平截面假定和《混凝土结构设计规范》（GBJ10－89）所规定的基本原则，考虑不同的受力情况，分别对钢筋混凝土偏心受拉构件正截面强度进行了分析。对按规范公式计算的结果与根据平截面假定计算的结果进行了比较，同时还分析了受拉区配筋率和受压区配筋率对钢筋混凝土偏心受拉构件正截面破坏形式和弯矩－纵向拉力相关曲线的影响。结果表明：增加受压式配筋率和受拉区配筋率均可增大m-n相关曲线所包围的面积，提高钢筋混凝土偏心受拉构件的承载能力。根据受压区配筋率，受拉区配筋率和纵向拉力位置的不同，钢筋混凝土偏心受拉构件的破坏形式也不同。对于小偏心和大偏心的适筋破坏形式，规范公式精度较好，但对超筋破坏形式，规范公式误差较大，且偏于不安全。     

钢纤维混凝土受弯构件正截面受力全过程分析的统一方法

根据高等钢筋混凝土结构理论,研究了钢纤维增强钢筋混凝土受弯构件的正截面受力全过程分析方法,利用钢纤维混凝土层厚这一参数,提出了适用于普通钢筋混凝土受弯构件、钢筋钢纤维增强部分混凝土受弯构件和钢筋全截面钢纤维混凝土受弯构件的统一的分析方法,并编制了统一的全过程分析计算程序。     

UHPC-T梁抗弯性能试验研究与理论计算

为研究配筋率和预应力对超高性能混凝土T梁(UHPC-T梁)抗弯性能的影响,设计并制作了4根UHPC-T梁与1根普通混凝土T梁,采用三等分点抗弯试验研究了T梁加载破坏的全过程特征,并采用理论公式计算了T梁的开裂弯矩和极限弯矩等关键性能参数。结果表明:配筋率对UHPC-T梁开裂荷载的影响不大; 相同配筋率下,预应力UHPC-T梁的极限承载力约为UHPC-T梁的1.4倍,UHPC-T梁的极限承载力约为普通混凝土T梁的2倍,表明预应力和UHPC均可明显提升T梁的极限承载能力; 与普通混凝土T梁相比,UHPC-T梁裂缝细而密,加载初期最大裂缝宽度发展较慢,裂缝宽度及其数量明显减少; 与UHPC-T梁相比,预应力UHPC-T梁能有效抑制裂缝的生成与发展,表明预应力和UHPC能改善T梁的抗裂性能; 各试验梁跨中正截面混凝土应变与荷载基本呈正比例关系,表明平截面假定同样适用于预应力UHPC-T梁与UHPC-T梁; T梁的理论开裂弯矩和极限弯矩均与相应的试验结果吻合较好,且两者之间的相对误差小于20%,满足工程设计要求。     

钢筋超高性能混凝土梁受剪性能细观分析

为了研究钢筋超高性能混凝土(UHPC)梁的受剪破坏机理，对8根UHPC梁进行了受剪性能试验，设计变量包括钢纤维掺量、剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距。结果表明：钢纤维桥接作用能够显著提高UHPC梁受剪承载力，限制裂缝发展，减小裂缝间距；随着剪跨比增大，受剪承载力减小但变形能力增强；随着配箍率增大，受剪承载力提高，且增设箍筋能够显著改善UHPC梁峰值荷载后的受剪性能，减小斜裂缝宽度和长度；掺入钢纤维和增设箍筋均能够减小斜向变形(垂直于支座与加载点连线方向的混凝土变形),提高UHPC梁开裂后刚度。结合UHPC梁剪切受力特点，分别确定了临界剪切裂缝界面钢纤维、纵筋销栓作用、剪压区混凝土和箍筋等对受剪承载力的贡献，建立了UHPC梁细观多参数受剪承载力计算式。采用该计算式与5种常用计算式对收集的102根UHPC梁受剪承载力进行预测，发现采用细观多参数受剪承载力计算式的预测值与试验结果吻合较好，进而分析了常用设计参数对受剪承载力的影响规律，发现当剪跨比增大时，剪压区混凝土的受剪承载力会显著减小；纵筋销栓作用和临界剪切裂缝界面钢纤维的受剪承载力均随纤维特征值的增大而提高。     

预应力UHPC梁弯曲性能分析与合理设计

为研究预应力超高性能混凝土（UHPC）梁的基本受力性能和合理设计方法,完成了一片大比例预应力UHPC T形梁的弯曲全过程加载试验;基于混凝土损伤塑性（CDP）模型建立预应力UHPC梁的非线性有限元模型,对试验过程进行了细致模拟,将分析结果与试验结果进行对比;以仿真模型为基础深入研究了预应力筋数量、张拉应力、UHPC材料抗压和抗拉强度等参数对UHPC梁弯曲性能的影响规律;提出了UHPC梁的预应力配筋率计算公式,并建议了其合理范围,初步探讨了UHPC梁的合理设计方法。结果表明:基于CDP模型的有限元模型能较好模拟预应力UHPC梁的弯曲受力性能,分析结果与试验结果吻合良好;提高预应力能有效提高构件承载力,但延性降低;提高UHPC材料的抗压强度对构件弹性阶段和开裂阶段受力性能影响不大,但能有效提高构件延性,提高抗拉强度能有效提高构件的抗裂性能和延性,并使极限承载力有所提高。     

偏心受拉钢筋混凝土构件截面强度分析研究

根据平截面假定和《混凝土结构设计规范》(GBJ10 89)所规定的基本原则 ,考虑不同的受力情况 ,分别对钢筋混凝土偏心受拉构件正截面强度进行了分析。对按规范公式计算的结果与根据平截面假定计算的结果进行了比较 ,同时还分析了受拉区配筋率和受压区配筋率对钢筋混凝土偏心受拉构件正截面破坏形式和弯矩 -纵向拉力相关曲线的影响。结果表明 :增加受压区配筋率和受拉区配筋率均可增大m -n相关曲线所包围的面积 ,提高钢筋混凝土偏心受拉构件的承载能力。根据受压区配筋率、受拉区配筋率和纵向拉力位置的不同 ,钢筋混凝土偏心受拉构件的破坏形式也不同。对于小偏心和大偏心的适筋破坏形式 ,规范公式精度较好 ,但对超筋破坏形式 ,规范公式误差较大 ,且偏于不安全。     

乌鲁木齐地区C30自密实混凝土简支梁受弯性能试验研究

为研究乌鲁木齐地区C30自密实混凝土简支梁受弯性能,以配筋率为变量,采用乌鲁木齐地区常用原材料分别制作5根C30自密实混凝土简支梁和3根C30普通混凝土简支梁,对其进行受弯性能测试。验证构件的平截面假定,对其荷载—挠度曲线、开裂弯矩、极限压应变、刚度和正截面承载力进行了对比分析。试验结果表明:自密实混凝土梁和普通混凝土梁均满足平截面假定;自密实混凝土和普通混凝土的计算开裂荷载均大于试验开裂荷载;随着荷载的增大,受弯混凝土构件抗弯刚度逐渐减小,其刚度前期衰减较快,后期衰减较慢;自密实混凝土和普通混凝土的极限荷载计算值低于极限荷载试验值。     

UHPC外包RC柱轴压力学性能模拟研究

运用大型有限元软件ABAQUS进行UHPC外包普通RC柱轴压性能模拟研究,改变外包层厚度、箍筋间距、混凝土强度、纵筋配筋率等结构参数,研究UHPC外包RC柱的轴压性能及各结构参数对于模型承载力和应变的影响,总结影响规律并提出主要影响参数,为后续研究提供一定理论基础.模拟结果表明:使用UHPC外包普通RC柱可显著提升其轴...     

U型UHPC与再生混凝土组合梁受弯性能分析

采用预制工艺,在再生混凝土(RAC)外围复合超高性能混凝土(UHPC),形成U型UHPC与RAC组合截面梁,提升力学性能。以U型UHPC及配筋率为变量,设计了U型UHPC-RAC组合梁。通过四分点抗弯性能试验,分析了裂缝形态和破坏机理,UHPC与钢筋应变和荷载-位移曲线。结果表明：U型UHPC与RAC形成的组合截面配筋梁,弯曲裂缝宽度小,分布均匀且间距小,最终形成1～2条宽度最大的主裂缝,为延性破坏;U型UHPC薄壁可显著提高开裂荷载,增幅约72.1%,而配筋率将屈服荷载和极限荷载分别增加25.4%和35.7%,改善了再生混凝土梁的初始刚度、延性和耗能性能;组合截面内RAC、UHPC与钢筋协同受力,应变线性变化,符合平截面假定;按照叠加原理,简化应力分布曲线,建立了U型UHPC-RAC组合梁的受弯承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

箍筋约束超高性能混凝土柱受压性能研究进展

为研究箍筋约束超高性能混凝土(UHPC)柱的受压性能和结构设计方法,对约束混凝土柱的研究与发展进行总结分析,讨论了6种简化的约束混凝土本构模型; 重点介绍了国内外关于箍筋约束UHPC短柱、长柱的轴心受压、偏心受压力学特性最新研究成果,并对影响柱受压特性的主要因素等进行分析总结; 对目前研究中存在的问题进行了探讨,并对箍筋约束UHPC柱的未来研究方向进行展望。结果表明:目前研究主要集中于普通箍筋约束UHPC短柱的轴压性能; 箍筋约束UHPC柱需要较高的约束应力才能充分利用UHPC的高性能,并能显著改善构件延性; 钢纤维能延缓保护层开裂,抑制保护层脱落,提高构件的抗损稳定性,与箍筋具有协同组合效应并能共同发挥约束效果; 建议在UHPC构件设计时考虑纤维特性而适当减少配筋,箍筋约束UHPC短柱的轴压承载力计算可偏保守地参考普通混凝土轴压短柱承载力计算模型; 箍筋约束普通、高强混凝土本构模型不能准确评估箍筋约束UHPC柱的轴压特性,建议开发预测精度较高的箍筋约束UHPC柱的本构模型。     

钢骨混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法（Ⅱ）

确定了高温下组成钢骨混凝土的钢材和混凝土的热工参数和力-热本构关系模型，利用有限元法计算了钢骨混凝土柱截面温度场，计算结果得到实验结果的验证。利用数值方法对钢骨混凝土柱耐火极限及火灾下荷载-变形关系曲线进行了计算分析，理论计算结果和实验结果吻合良好。在此基础上，分析了截面尺寸、构件长细比、截面含钢率、截面配筋率、荷载偏心率、钢骨和钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比等参数对耐火极限以及火灾下构件承载力的影响规律。最后，提出了钢骨混凝土柱耐火极限的实用计算公式。本文是第二部分。     

三面受火高强混凝土柱耐火极限研究

编制了三面受火高强混凝土柱高温全过程分析程序,程序的有效性得到试验数据的验证.利用该计算程序,分析了截面尺寸、轴压比、配筋率、计算长度和荷载偏心率等参数对ISO 834标准升温过程作用下三面受火高强混凝土柱耐火极限的影响规律.针对三面受火高强混凝土柱的不同截面尺寸、轴压比、配筋率、计算长度和荷载偏心率共4800种工况进行了高温反应分析.在此基础上,定量给出了该类构件耐火极限的实用计算方法.结果表明:严格控制轴压比和偏心率是提高三面受火高强混凝土柱耐火极限的有效措施.     

混凝土强度对中强螺旋肋钢丝预应力空心板延性的影响

运用受弯构件全过程数值分析计算程序,在预应力混凝土空心板截面尺寸及荷载形式相同,配筋率、跨高比、张拉控制应力、钢筋强度等参数不变的情况下,改变混凝土强度,对中强螺旋肋钢丝预应力混凝土空心板进行受力全过程的数值分析,即采用数值分析方法,探讨了混凝土强度对中强螺旋肋钢丝预应力混凝土空心板延性的影响。     

改性竹筋混凝土受弯构件力学性能试验研究

针对竹筋混凝土结构存在的问题,提出了多种对竹筋的改性方法。在此基础上,对12根采用不同配筋和不同改性方法的受弯构件(11根竹筋混凝土梁和1根钢筋混凝土梁)进行了试验研究,分析了不同改性方法和不同配筋率竹筋混凝土受弯构件的力学性能、破坏形态及其影响因素。研究结果表明:竹筋能有效提高混凝土受弯构件的承载能力;经过适当方法改性后的竹筋能确保竹筋和混凝土之间的有效粘结,其正截面强度计算可以采用平截面假定;竹筋混凝土受弯构件的破坏均为脆性破坏,其破坏形态与其截面配筋率有关。