HRB500/HRB600钢筋作纵筋的混凝土框架梁端弯矩调幅试验研究

为研究HRB500钢筋和HRB600钢筋作纵筋的混凝土框架梁端弯矩调幅规律,完成了12榀单层两跨混凝土框架静力加载试验。试验结果表明:由于受拉纵筋屈服强度提高,一方面梁端塑性铰出现推迟,塑性铰形成前会发生一定的弯矩调幅;另一方面锚固于节点内的梁端受拉纵筋应变渗透引起较大的梁端附加转角,加大了弯矩调幅能力。将试验框架梁端弯矩调幅分塑性铰形成前后两阶段进行考察,第一阶段弯矩调幅幅度为10.35%~33.42%,第二阶段弯矩调幅幅度为3.39%~30.5%。基于试验结果,建立了与梁端控制截面相对受压区高度呈幂函数减小趋势、与受拉纵筋屈服强度和受拉纵筋屈服时刻应变渗透引起的梁端附加转角呈线性增长趋势的第一阶段弯矩调幅系数计算公式;建立了与总塑性转角（塑性铰区范围内的塑性转角与应变渗透引起的梁端附加塑性转角之和）呈幂函数增长趋势、与受拉纵筋屈服强度呈线性减小趋势的第二阶段弯矩调幅系数计算公式。     

无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁试验与分析

制备了9根两跨无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁,并完成了每跨三分点加载试验。考察了在加载过程中的开裂、中支座控制截面非预应力筋屈服、跨中控制截面非预应力筋屈服、极限破坏状态等阶段的受力特征,获得了无粘结CFRP筋在设计用承载能力极限状态和真实承载能力极限状态下的应力增长规律,基于试验结果提出了在这两个状态下的中支座两侧等效塑性铰长度计算公式,提出了分别以中支座控制截面综合配筋指标为自变量和以中支座控制截面相对塑性转角为自变量的弯矩调幅的计算公式。      

体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布试验研究

进行了3根体外预应力混凝土两跨连续梁受力全过程试验。试验表明,自加载至受拉区混凝土开裂前,连续梁处于弹性阶段,边支座、中支座反力、跨中截面和中支座截面弯矩的实测值与采用弹性理论计算值接近。受拉区混凝土开裂后至非预应力受拉钢筋屈服,边支座反力及跨中截面弯矩实测值开始向大于弹性理论计算值的方向偏离;而中支座反力及中支座截面弯矩实测值则向小于弹性理论计算值的方向偏离。当梁内受拉非预应力筋屈服后,边支座、中支座反力的实测值以及跨中截面弯矩和中支座截面弯矩实测值与弹性理论计算值的偏差进一步增大,这种偏差在试验梁破坏时达到最大。3根试验梁中支座截面弯矩重分布值分别为12.8%、16.9%及14.6%。试验实测值还与4个不同设计规范的弯矩重分布计算值进行了比较。结果表明:采用美国ACI 318-95规范及中国GB 50010-2010规范计算的中支座截面弯矩重分布值均小于试验实测值;除一根编号为B5的梁外,加拿大A23.3-M84规范的预测值与试验值最为接近;而英国BS8110规范则偏于不安全。实际设计中,可按中国规范公式来计算体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布,但必须合理确定体外预应力筋的极限应力。     

HRB600级钢筋高强混凝土无腹筋梁受剪试验研究

为了解配置HRB600级纵筋的高强混凝土梁受剪性能,以纵筋配筋率、混凝土钢纤维掺量为变化参数,对5根配置HRB600级纵筋的无腹筋梁进行了受剪试验,对比分析了各试验梁的斜截面承载力、荷载-挠度曲线、裂缝宽度和破坏特征。研究结果表明:随着纵筋配筋率的提高,HRB600级钢筋高强混凝土梁的开裂荷载和斜截面极限荷载增大,斜裂缝宽度减小;钢纤维可以有效地提高高强混凝土梁的斜截面开裂荷载,限制斜裂缝的产生与发展;随着钢纤维掺量的增加,高强混凝土梁的受剪承载力增大;使用现行混凝土结构设计规范和纤维混凝土结构技术规程对配置HRB600级纵筋的高强混凝土梁和钢纤维高强混凝土梁的斜截面受剪承载力进行设计计算,其结果是偏于安全的。     

HRB600钢筋屈曲受力性能试验研究

HRB600高强钢筋已纳入我国钢筋产品国家标准,并商业化生产,但关于其非弹性屈曲受力性能、考虑屈曲的低周疲劳损伤模型的研究成果很少。对于HRB600高强钢筋的原状试件,该文完成了10个单调受压屈曲试验、16个考虑屈曲的循环拉压试验,测量了屈曲钢筋的平均应力-平均应变曲线和跨中横向位移,分析了非弹性屈曲对HRB600钢筋受压强度退化的影响,以及屈曲方向对试件强度退化、疲劳损伤的影响,提出了适用于HRB600高强钢筋、可考虑屈曲效应和不同加载方式影响的修正低周疲劳损伤模型。研究结果表明:单调受压屈曲时HRB600钢筋屈曲方向稳定,随长径比增大钢筋屈曲后强度退化加快;循环加载时HRB600钢筋屈曲方向不稳定,导致局部塑性应变集中和疲劳损伤对钢筋屈曲后强度退化的不利影响减轻;传统低周疲劳损伤模型明显低估了HRB600钢筋屈曲后的疲劳损伤,修正疲劳损伤模型能合理地考虑屈曲对HRB600钢筋低周疲劳损伤和断裂的影响。     

非线性阶段次弯矩及其演化规律试验研究

采用基于割线刚度的等效线性化方法拓展了次弯矩概念,使其能够运用于非线性阶段。进行了4根无粘结预应力混凝土两跨连续梁受力全过程试验。研究结果表明,运用等效线性化方法可以将连续梁非线性阶段的支座反力分解成为预应力等效荷载引起的以及外荷载引起的两个部分,从而分离出次弯矩和外荷载弯矩。非线性阶段,无粘结预应力连续梁的次弯矩随预应力筋拉力的增长而增长。次弯矩折减系数随中支座截面受压区相对高度的增大而增大。承载力极限状态,非线性次弯矩在数值上大于初始次弯矩。     

3003-H14铝合金微通道扁管波形冲压的摩擦边界条件优化

波形微通道扁管成为新一代热交换系统关键零部件,但是成形过程中截面畸变严重且受摩擦条件影响。本文建立了基于实验验证的3003-H14铝合金微通道薄壁扁管波形冲压成形-回弹有限元模型,模拟分析了动模-管坯摩擦系数μ₁和定模-管坯摩擦系数μ₂对截面畸变率分布和平均截面畸变率■的影响。研究发现,筋的出现大大降低了扁管横截面的截面畸变量,但是对边缘孔的约束作用较弱。纵截面的畸变呈现为有规律的高低波动状态。对于横截面畸变,μ₁越大,■越大;■随着μ₂的增大,先减小后增大。在降低扁管整体的横截面畸变率时,应该考虑摩擦对之间的配合影响。对于纵截面畸变,μ₁和μ₂越大,■越大。动、定模与管坯之间的润滑条件越好,越有利于降低纵截面畸变。μ₁=0.02、μ₂=0.02和μ₁=0.02、μ₂=0.17均为微通道扁管的最佳摩擦工艺条件。本研究能够为波形微通道薄壁扁管的精确成形提供借鉴。     

考虑柱纵向钢筋屈曲特征的修正材料本构模型

纵筋屈曲会加速钢筋混凝土（RC）柱峰值后承载力退化，在钢筋的材料本构关系中合理地考虑屈曲效应是RC柱的有限元模型可信的基础之一。Gomes等提出的屈曲钢筋材料本构模型（G-A模型）力学概念清楚，但两个基本假定存在明显误差。在OpenSees平台上，采用基于纤维截面的集中塑性铰非线性梁柱单元对24个钢筋试件的屈曲受力性能循环加载试验进行模拟。基于有限元计算结果，对G-A模型采用的全截面塑性弯矩M_p、忽略杆件轴向变形的几何关系进行了误差分析。通过回归分析，建立了修正G-A模型。研究结果表明，屈曲钢筋试件关键截面的应力分布与G-A模型的全截面塑性基本假定差别较大，忽略轴向变形影响会导致屈曲钢筋跨中侧向位移计算结果存在误差。原始G-A模型的模拟效果较差，修正G-A模型对全截面塑性弯矩、几何关系均进行改进，其计算精度明显提高。     

HRB500钢筋混凝土梁静动态受弯承载力试验研究

为研究HRB500钢筋混凝土简支梁的受弯承载力,进行7组21根适筋梁的静、动态三分点弯曲加载试验,分别采用0.6%、1.0%两种配筋率,C40、C60两种强度等级的混凝土,3种加载速度,获得梁的截面应变分布曲线,以及开裂载荷、屈服载荷、极限载荷和延性比等参数。通过对比分析试验结果,认为在动态载荷作用下,平截面假定依然成立,梁的开裂载荷可提升1倍以上,屈服载荷和极限载荷有小幅提升。动态屈服载荷可采用静载时的计算方法进行计算,但需要将钢筋和混凝土的静态强度替换为动态强度。梁的延性比基本不受加载速度的影响,配筋率越高的梁延性比越低。     

考虑受拉薄膜效应的板块平衡法修正及在混凝土双向板中的应用

经典塑性铰线理论中的板块平衡法无法考虑钢筋混凝土板在大变形时产生的受拉薄膜效应的影响。为解决这一问题,该文提出了一种可以考虑受拉薄膜效应的修正板块平衡法。该方法将钢筋混凝土板的受力行为分为屈服前和屈服后两个阶段。假设钢筋混凝土板在屈服前的变形为弹性,分别采用Navier法和板块平衡法确定板的屈服挠度和屈服承载力。为考虑屈服后钢筋混凝土板中产生的受拉薄膜效应,假设板底塑性铰线截面上钢筋的竖向分力为产生受拉薄膜效应的主要原因,而钢筋的水平分力则与截面上混凝土的压力组成力偶构成了钢筋混凝土板的截面抵抗弯矩。通过上述修正,可以获得由考虑受拉薄膜效应的修正板块平衡法计算的钢筋混凝土板的全过程荷载-挠度曲线。为验证该文方法,对大挠度足尺混凝土双向板进行了应用研究。通过对比可知,理论分析结果与试验结果较为接近,从而验证了修正板块平衡法的有效性。     

混凝土养护期间HRB400钢筋钝化行为研究

为了研究HRB400钢筋在模拟养护阶段混凝土孔隙液中表面钝化膜的生长过程,采用3种电化学测试技术(开路电位、电化学阻抗谱、动电位极化曲线)研究钢筋表面钝化膜的性能随着浸泡时间的变化特征,此外通过XPS对稳定钝化膜的成分与结构进行分析。结果表明,同传统钢筋材料一样,HRB400钢筋在模拟混凝土养护条件的溶液中展现出良好的耐蚀性能,浸泡5 d后便能够生成稳定钝化膜。XPS分析发现钢筋钝化膜为双层结构,内层以二价铁离子化合物为主,外层主要由三价铁离子化合物组成。     

Shear strength of concrete beams reinforced with steel bars milled from scrap metals

The paper reports a study on the shear resistance of concrete beams reinforced with mild steel bars that are milled from scrap metal such as old vehicle parts and obsolete machinery. It has been previously reported that because the chemical compositions of carbon, sulphur and phosphorus in these reinforcing steel bars exceed the maximum allowable limits, the characteristic tensile strengths are too high and ductility too low for standard mild steel. Concrete beams reinforced with such bars to resist flexural tensile and shear stresses were tested under a two-point loading system to provide a central constant moment region and outer shear spans. Tested beams exhibited little deflection and very low ductility prior to collapse. Experimental failure loads for the beams averaged 123% of the theoretical failure load, which was generally governed by either shear or yielding of the tension steel. Shear failure was mostly initiated by diagonal tension cracks, followed by either crushing of the concrete, or splitting of the concrete over the longitudinal tensile bars near the supports. Failure of the beams was brittle and the post-cracking strain energy absorption averaged 357.9 Nm. At failure the maximum crack width in the beams ranged from 1.12 to 5.0 mm, the largest sizes forming in the diagonal shear cracks.     

腹板开洞钢-混凝土连续组合梁塑性铰及内力重分布试验研究

为研究腹板开洞连续组合梁的受力性能,对5根腹板开洞连续组合梁和1根腹板无洞连续组合梁进行了试验对比研究。研究的重点为腹板开洞连续组合梁的塑性铰特性及内力重分布现象。试验结果表明:腹板开洞降低了连续组合梁的刚度和承载能力,洞口区域不再符合平截面假定。5根腹板开洞连续组合梁的破坏过程均为在洞口处形成剪力铰并最终形成破坏机构从而丧失承载能力。与腹板无洞连续组合梁相比,腹板开洞连续组合梁在按弹性计算时就已经存在“调幅”现象。另外,试验表明连续组合梁开洞后不仅存在弯矩重分布而且在带洞跨还存在混凝土板和钢梁之间的剪力重分布现象。     

Neutral axis depth and moment redistribution in FRP and steel reinforced concrete continuous beams

The neutral axis depth is considered the best parameter for quantifying the moment redistribution in continuous concrete beams, as exemplified in various design codes worldwide. It is therefore important to well understand the variation of neutral axis depth against moment redistribution. This paper describes a theoretical investigation into the neutral axis depth and moment redistribution in concrete beams reinforced with fibre reinforced polymer (FRP) and steel bars. A finite element model has been developed. The model predictions are in favourable agreement with experimental results. Three types of reinforcement are considered, namely, glass fibre, carbon fibre and steel. Various levels of reinforcement ratio are used for a parametric evaluation. The results indicate that FRP reinforced concrete continuous beams exhibit significantly different response characteristics regarding the moment redistribution and variation of neutral axis depth from those of steel reinforced ones. In addition, it is found that the code recommendations are generally unsafe for calculating the permissible moment redistribution in FRP reinforced concrete beams, but the neglect of redistribution in such beams may be overconservative.     

预应力混凝土连续梁弯矩调幅的延性要求

本文采用能量法对普通钢筋混凝土连续梁和预应力混凝土连续梁的弯矩调幅与截面 曲率延性之间的关系进行了研究。重点讨论了预应力连续梁中次弯矩和轴向预压力对弯矩调 幅的影响。从理论上证明了预应力次弯矩在塑性铰转动能力不够时能提高连续梁弯矩调幅能 力的这一观点。     

Evaluation of bond quality at the interface between steel bar and concrete using the small-dimension break-off test

This paper investigates the feasibility of using the small-dimension break-off test for evaluation of the bond quality at the interface between steel bar and concrete. Experimental studies were performed on bar-type concrete specimens and reinforced concrete beams. Twelve bar-type concrete specimens containing plain and deformed steel bars with different diameters were used to develop the relationship between the break-off moment and the adhesive strength at the steel bar/concrete interface. Subsequently, three reinforced concrete beams containing normal reinforcing bars, epoxy-coated reinforcing bars, and bars smeared with oil to simulate various adhesive conditions at the bar/concrete interface were used to study how the break-off moment and the bond strength were affected by the different adhesive conditions. In addition, two beam specimens containing normal reinforcing bars were vibrated severely on a self-made shaking table shortly after initial setting of concrete to simulate the bond damage in fresh reinforced concrete beams due to unexpected vibration or impact. Experimental results show that the effective break-off moment has a good correlation with the adhesive strength at the interface between steel bar and concrete. The break-off moment increases with an increase in bond strength. It is demonstrated that the small-dimension break-off test is capable of evaluating damage at the steel bar/concrete interface.     

三种建筑钢筋材料高应变率下拉伸力学性能研究

钢筋混凝土结构除承受静载荷外,在恐怖袭击、燃气管道爆炸等特殊情况下还会承受动态载荷的作用,因此,研究其组成材料之一的钢筋材料在动态载荷作用下的力学性能,对于研究钢筋混凝土结构整体在动态载荷作用下的力学响应有重要意义。该文首先利用旋转盘冲击拉伸试验系统对3种常用建筑钢筋材料(HPB235、HRB335和HRB400)在400 s-1~2000 s-1应变率范围内的动态拉伸力学性能进行试验研究,然后根据试验数据,分析应变率对屈服强度的影响规律,并对常用的Johnson-Cook本构模型进行修正,以获得可以更好描述这3种钢筋材料动态拉伸应力-应变关系的本构模型及相关的材料参数。研究结果表明:3种钢筋材料的屈服应力均随应变率的增大而增大,而静载屈服应力越低的钢筋对应变率越敏感;修正后的Johnson-Cook本构模型能较好地描述3种钢筋材料的动态拉伸应力-应变关系。     

FRP布加固混凝土框架子结构抗连续倒塌的精细有限元分析EI北大核心CSCD

外贴FRP布加固是一种有效提高既有建筑抗连续倒塌性能的手段,但现有FRP布加固方式存在降低结构抗震性能、加固施工不便等缺点。该文采用数值模拟方法分析了FRP布加固方式对现浇和装配式混凝土框架子结构抗连续倒塌与抗震性能的影响,并开展了优化方案研究。基于通用有限元软件LS-DYNA建立了FRP布加固混凝土框架子结构的连续倒塌精细数值模型,其中混凝土、钢筋与FRP布分别采用实体、梁与壳单元进行模拟,考虑了FRP布和钢筋的滑移、新旧混凝土界面的粘结失效和机械套筒处的钢筋截面损失。试验验证表明该方法可准确模拟试验试件的破坏模式和承载力发展。分析试验试件的不同粘贴方案结果发现:对现浇混凝土子结构,梁底与梁侧中性轴粘贴纵向FRP布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布后,小变形下的结构倒塌抗力提升有限(最大仅2.6%)、基本不影响结构抗震性能,而对大变形下的结构倒塌抗力提升幅度可达49.5%;对于装配式混凝土子结构,在梁底、梁顶与梁侧底部外贴纵向布并在梁端塑性铰区粘贴U形横向FRP布可将小变形和大变形下的结构抗力最大提升24.2%和48.1%,使得装配式子结构在小变形下受力等同现浇结构,提升了原装配式子结构的抗震性能。对上述最优方案进一步的分析表明:保持FRP布用量不变而将塑性铰区内U形横向FRP布的分布范围和条数增加可提高大变形下的结构倒塌抗力,而不影响小变形下的加固效果。