基于钢板钢筋连接的拼接GFRP管混凝土组合构件抗弯性能试验研究

基于钢板钢筋连接的拼接GFRP管混凝土组合构件是利用在两个独立的GFRP管连接处的内部设置钢板钢筋连接件,再在内部浇筑混凝土,而形成的一种新的连续GFRP管混凝土组合构件。目前,国内外对拼接GFRP管混凝土组合构件的抗弯性能研究尚未见到相关报道,所以,该文对拼接GFRP管混凝土组合构件进行抗弯性能试验研究很有意义。试验结果表明,连接钢筋含量影响着拼接构件的破坏模式,含钢率为1.96%的试件破坏发生在连接处,含钢率为2.94%的试件破坏发生在焊接钢筋端部附近,此外,含钢率高的试件承载力比含钢率低的明显高,并且拼接构件承载力均高于相应对比试件,说明,试验所采用的钢板钢筋连接是可行的,均能保证试件正常工作,建议最小含钢率取为1.96%。     

全GFRP筋混凝土电缆排管的抗剪承载力

对全玻璃纤维增强聚合物复合材料（GFRP）筋混凝土电缆排管的抗剪性能进行了研究。在比较分析各国规范基础上,提出了GFRP筋混凝土电缆排管的抗剪设计计算方法。通过小尺寸和足尺GFRP筋混凝土电缆排管试件抗剪试验,得到了裂缝开展模式、截面应变分布规律及荷载挠度曲线,揭示了其破坏机制。试验结果表明,抗剪承载力均随面积配箍率和纵筋配筋率增加而增加。配箍率过小时,箍筋作用可忽略。纵筋配筋率较小时,构件仍具有较高的抗剪承载力。所提出的建议公式能满足电缆排管设计中安全性和经济性的要求。     

大尺寸RPC管-HSC组合柱轴压性能试验研究

在活性粉末混凝土(RPC)预制管内部浇筑高强混凝土,形成RPC管-高强混凝土(HSC)组合柱,扩展了RPC管-混凝土组合柱(CFRT)这一新型组合结构的范围。开展了RPC管离心法成型的配合比与工艺研究,成功试制了RPC管。对4组大尺寸CFRT和1组箍筋约束高强混凝土柱试件进行轴压试验,试验参数为内部混凝土和纵筋配置率。结果表明:内部填充HSC的CFRT柱在整个受力过程中,预制管身基本完整,抗压性能显著优于用于对比的箍筋约束高强混凝土柱;CFRT柱的抗压强度随内部混凝土强度的提高而提高,但约束效应逐步降低,对CFRT柱的内部混凝土的强度应该有所限制;在内部混凝土中配置纵向钢筋,对CFRT的延性影响不大;基于Mander(1988)约束模型,提出了内部填充高强混凝土的CFRT柱轴向承载力计算方法,模型的预测结果与试验结果吻合较好。     

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。     

GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的配筋率试验研究

破坏模式是GFRP/钢绞线复合筋(GFRP:Glass Fiber Reinforced Polymer,纤维增强塑料)混凝土梁力学性能的影响因素之一,而破坏模式主要由GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的配筋率决定。鉴于配筋率对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁力学性能的重要作用,该文设计了16根GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁试件。试验变量为混凝土强度等级和GFRP/钢绞线复合筋的配筋率。通过对混凝土梁试件进行三分点静载试验,系统研究GFRP/钢绞线复合筋配筋率和混凝土强度等级对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的破坏形式、抗裂承载力、正截面极限承载力、裂缝间距、裂缝宽度、裂缝深度、挠度等的影响。试验数据可为GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁安全配筋率计算方法的确定提供参考和理论依据。     

600MPa级钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究配置600 MPa级钢筋混凝土柱的抗震性能,对5个配置600 MPa级钢筋混凝土柱和1个对比普通钢筋混凝土柱进行低周往复荷载试验;分析了钢筋强度、箍筋间距和轴压比对试件破坏形态、滞回性能、承载力及延性、耗能性能以及刚度与强度退化的影响。研究结果表明:试件仍主要发生弯曲破坏,但600 MPa级纵筋与混凝土间出现了明显的粘结失效,且纵筋容易断裂;提高钢筋强度,试件的承载力和能量耗散均显著增加,但延性和耗能能力有所降低;而增大箍筋间距会明显降低试件延性和耗能能力,加快试件后期的强度衰减,但基本不影响承载力。总体上看,600 MPa级钢筋混凝土柱具有较好的抗震性能,能通过合理的设计将其应用于抗震结构中。     

薄壁钢板组合截面PEC柱抗震性能的足尺试验研究

为了研究薄壁钢板组合截面PEC柱(强轴)在恒定竖向荷载下的抗震性能,通过了解国内外在PEC组合柱研究领域的现状,对3 个变化混凝土强度的薄壁钢板组合PEC柱足尺试件进行了恒定轴压下水平循环荷载试验.观测记录了各个试件受力阶段的外在混凝土裂缝与压溃和薄壁钢板组合截面翼缘钢板局部屈曲现象,得到了试件的荷载-位移滞回曲线.根据试验结果分析了试件的抗侧刚度、裂缝开展与破坏模式、试件的抗震延性与耗能等力学性能.结果表明:试验试件具有较高的承载能力和较好的延性与耗能性能;构件的破坏模式为薄壁钢板组合截面翼缘发生局部屈曲、柱脚混凝土压溃和拉结筋屈服甚至拉断.     

单轴对称十字型钢混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究单轴对称十字型钢混凝土柱轴压性能,对9根短柱进行轴压试验,试验参数为十字型钢偏心率、混凝土强度、含钢率和配箍率。试验得到试件破坏形态、荷载-变形曲线、应变变化规律,分析了组合柱受力机理及各参数对其轴压性能的影响,基于Mander本构模型,通过划分不同的混凝土约束区,提出该组合柱轴压承载力计算方法。结果表明:试件破坏集中在纵向H型钢偏心方向远侧;型钢、纵筋、箍筋及混凝土协同工作,各种材料强度充分利用;试件轴压承载力和延性随十字型钢偏心率和箍筋间距增大而降低;混凝土强度和含钢率提高,试件轴压承载力提高,但试件延性随混凝土强度提高而显著降低;采用中国JGJ138-2016、欧洲EC4和美国ACI318-14计算的试件轴压承载力均偏低,该文提出的轴压承载力计算方法计算值与试验值吻合良好。     

碳纤维增强复合材料筋混凝土梁非线性力学性能

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)筋混凝土梁的非线性力学性能,基于非线性理论推导了CFRP筋梁的有限元分析模型：对4个预应力CFRP筋混凝土梁进行了非线性全过程分析,考察了预应力CFRP筋、GFRP筋和普通钢筋的应力发展规律。与试验资料对比可知,计算结果与试验数据吻合良好,说明采用弥散裂缝模式、Owen屈服准则和Hinton压碎准则能较好地描述混凝土开裂、屈服和压碎特性,同时也说明了CFRP筋及其力学效应用组合单元模拟的有效性以及本文中研制程序的正确性。CFRP筋具有高强度性能,梁试件破坏时CFRP筋均未失效;与受拉区配筋为钢筋相比,GFRP筋在全过程中处于弹性阶段。     

钢筋-GFRP筋增强混凝土梁的疲劳力学性能

钢筋-玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋增强混凝土(RC)梁设计结合了钢筋和GFRP筋的优点,可以提高构件承载力,同时改善纯纤维增强复合材料(FRP)筋构件使用性能存在的问题,但是关于其疲劳性能的研究十分有限。因此,本论文进行了7根钢筋-GFRP筋增强RC梁的疲劳试验,研究参数包括疲劳荷载幅、有效配筋率、配筋面积比。结果表明,钢筋-GFRP筋增强RC梁疲劳破坏始于钢筋的疲劳断裂,钢筋疲劳断口光滑平整,显著区别于静力拉伸破坏断口。疲劳加载过程中,截面平截面假定仍然满足。疲劳荷载幅对疲劳寿命有显著影响,随着疲劳荷载幅的增大,梁中钢筋、GFRP筋和混凝土应力和应力幅均随之增大,疲劳寿命减小。增大有效配筋率,跨中挠度和最大裂缝宽度均减小,正常使用性能改善。配筋面积比(Af/As)的增加不利于构件抵抗疲劳荷载,Af/As由0.25增大到2.0,疲劳寿命从36.6万次降低到8.3万次。对比了各种疲劳挠度计算公式,CEB-FIP 2010规范的预测结果较好,误差范围在7%以内,推荐作为钢筋-GFRP筋增强RC梁疲劳挠度的计算公式。     

玻璃纤维增强聚合物复合材料约束壁式钢管混凝土短柱轴压性能试验

为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)约束壁式钢管混凝土矩形短柱的轴压力学性能,对1组无GFRP约束试件和2组GFRP约束试件进行静力轴压试验;根据试验结果提出壁式柱的强弱约束模型,并基于双剪统一强度理论建立GFRP约束壁式钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式;最后建立有限元模型,将计算结果与试验对比,并进行参数化分析,研究钢材屈服强度和混凝土强度对新型壁式钢管混凝土柱轴压性能的影响。结果表明:壁式钢管混凝土柱最终因柱中混凝土压碎、钢管屈曲、试件变形过大而失效;钢材在试件第二线性段起点处开始屈服,钢材强度得到充分发挥,GFRP能有效提高构件峰值承载力,但延性有所下降;理论公式计算结果与试验值吻合较好;混凝土强度及钢材屈服强度均能有效提高承载能力,且钢材屈服强度对承载力的影响明显大于混凝土强度的影响。      

玻璃纤维增强树脂复合材料管-钢筋/混凝土空心构件抗弯性能

为研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯性能,编制了受弯构件的非线性分析程序,系统地分析了空心率、配筋率、GFRP管管壁厚度及混凝土强度等级等主要参数对其抗弯性能的影响,并通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立适用于GFRP管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯承载力计算公式。结果表明:利用编制的受弯构件非线性分析程序与建立的抗弯承载力公式,计算结果与试验结果均吻合较好,抗弯承载力随空心率的减小、配筋率的提高、GFRP管管壁厚度的增加及混凝土强度的增大而增加,空心率对构件抗弯承载力影响最大,其次是配筋率和GFRP管管壁厚度,最后是混凝土强度等级,空心部分半径比在0.25~0.5为宜,可以适当提高配筋率、GFRP管管壁厚度或混凝土强度等级来弥补该空心构件抗弯承载力,研究结论可为该结构在实际应用中提供参考依据。      

钢管混凝土哑铃形短柱轴压试验研究

进行了10根钢管混凝土哑铃形轴压短柱的试验。试验参数为两管间距、腹板间距以及腹板有无拉杆加劲。分析了构件的破坏机理、荷载-位移曲线、圆管与钢腹板的荷载-应变曲线和荷载-组合材料泊松比曲线。分析结果表明,在哑铃形轴压构件中的圆钢管混凝土与单圆管钢管混凝土的受力性能基本相同,腹腔内的混凝土有受到约束作用,钢腹板与圆钢管交接处的焊缝开裂是构件最后破坏的主要特征。在试验分析的基础上,提出了钢管混凝土哑铃形轴压短柱承载力的简化计算方法。     

钢管直径对T形截面钢管混凝土芯柱的抗爆性能影响研究

研究钢管直径这一参数的变化对T形截面钢管混凝土芯柱抗爆性能的影响。通过非线性有限元分析软件ABAQUS对钢管直径不同的T形截面钢管混凝土芯柱在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值模拟。比较了普通T形钢筋混凝土异形柱和T形钢管混凝土芯柱抗爆性能的差异。通过变化钢管直径,得到钢管直径的变化对T形钢管混凝土芯柱抗爆性能的影响。研究表明:T形钢管混凝土芯柱的抗爆性能优于普通T形钢筋混凝土异形柱;T形钢管混凝土芯柱的抗爆性能随钢管直径的增大而加强。     

正方形断面钢管混凝土短柱轴心受压极限承载力的研究

本文根据钢管混凝土柱轴压实验及有限元分析的结果，首次提出正方形断面钢管混凝土短柱轴心受压极限承载力计算模型．该模型将钢管视为平面应力状态，将核心的混凝土划分为双轴受压区与三轴受压区，利用Ｍｉｓｅｓ屈服曲面以及复杂应力状态混凝土的强度理论，可将钢管混凝土柱的承载力表示为钢管模向应力的函数．根据塑性理论中的下限定理，即可确定钢管混凝土柱的极限承载力。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点试验研究

在外包钢-混凝土组合梁研究基础上,介绍了2个外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱的连接节点,并对其进行了低周反复荷载作用下的试验研究.对节点的破坏形态、滞回曲线、强度、延性及钢管等的应变等性能进行了分析.试验结果表明:通过合理的构造措施,外包钢-混凝上组合梁与钢管混凝上柱的连接节点具有较强的受剪承载力、较好的延性和耗能能...     

考虑抗滑移刚度的钢管混凝土柱的荷载传递

提出了钢管混凝土抗滑移刚度的概念,给出了均布荷载和集中荷载作用下钢管混凝土柱的轴力、界面剪应力、界面相对滑移等的解析解,发现在考虑滑移的情况下,钢管混凝土柱的轴压刚度保持不变。对国内进行的39个方钢管混凝土、29个圆钢管混凝土试件的粘结滑移试验进行分析,根据试验数据汇总得出钢管混凝土界面抗滑移刚度的数值。利用ANSYS软件建立钢管混凝土柱模型,分析了顶板厚度对混凝土应力分布和柱轴压刚度的影响,分析结果表明,顶板在增强钢管和核心混凝土共同工作上有着重要作用。     

矩形钢管混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过三个矩形钢管混凝土框架节点(外加强环)模型的拟静力试验,以轴压比和梁柱线刚度比为参数,研究了该类框架节点的滞回曲线、延性、强度与刚度退化、耗能能力及其破坏特征。结论表明:矩形钢管混凝土框架节点滞回曲线呈饱满的"梭形",耗能能力强;强度与刚度退化缓慢;在达到极限荷载后具有良好的延性和后期变形能力,位移延性系数在3.5~4.48之间,满足延性节点的要求。经与钢筋混凝土框架、组合结构框架及钢框架节点抗震性能比较,可知:全钢管混凝土框架节点具有较好的受力性能和抗震能力,该文的研究成果可用于指导钢管混凝土结构的工程实践。     

外包不锈钢圆中空夹层钢管混凝土柱抗撞计算方法研究

目前钢筋混凝土和实心钢管混凝土构件已广泛应用于实际工程,在抗冲击性能方面已形成相关设计方法,而针对外包不锈钢圆中空夹层钢管混凝土(CFDST)柱的耐撞性能研究较少。为此,该文在前期试验研究的基础上,采用ABAQUS建立了该类构件在轴力与侧向撞击耦合作用下的有限元模型。分析了轴力-撞击共同作用下该类构件的抗撞机理;重点研究了轴压比、名义含钢率等对构件抗撞性能的影响;给出了该类构件在轴力-撞击耦合作用下撞击力平台值动力放大系数(DIF)的计算公式。结果表明:外钢管的塑性变形是构件耐撞的主要耗能机制;轴压比对构件抗撞性能起削弱作用,且当轴压比大于0.5时,削弱程度更加明显;名义含钢率、外钢管与混凝土强度、撞击速度和截面外径对构件抗撞性能影响较大;建议的计算公式能够较好预测该类构件侧向撞击下的撞击力平台值。