偏心受压半圆配筋正截面承载力的计算

现行钢筋混凝土规范对钢筋混凝土圆形截面受压构件采用全截面均匀配筋方式。但在一定条件下，也可采用半圆配筋方式，以节省钢筋。本文介绍了半圆配筋方式正截面承载力计算及验算的方法。     

高延性混凝土偏心受压柱正截面受力性能试验研究

为研究高延性混凝土（HDC）偏心受压柱的受力性能,进行了6个HDC试件和2个RC试件的偏心受压试验,研究HDC偏压柱的破坏形态、承载力及变形能力。试验结果表明:采用HDC替换混凝土可明显改善小偏心受压柱的脆性破坏,提高构件发生小偏心受压破坏的变形能力;相对于RC大偏心受压柱,HDC大偏心受压柱表现出较好的裂缝控制能力,破坏时受拉区裂缝均匀而细密;随着偏心距增大,HDC偏压构件的承载力降低,变形能力提高。正截面受力分析表明:HDC偏心受压构件的相对界限受压区高度均大于RC构件,更有利于高强钢筋的力学性能发挥;考虑HDC受拉作用的偏心受压构件正截面承载力计算结果与试验值吻合良好。该文研究结果可为HDC偏心受压构件截面设计提供试验依据和理论基础。     

对钢筋混凝土偏压构件承载力计算公式的修正建议

GB50010-2002《混凝土结构设计规范》(以下简称《规范》)计算偏心受压构件正截面承载力时需要判断大小偏心,计算步骤较繁琐,计算公式存在缺陷。针对《规范》的不合理性提出了一个统一纯弯-偏压-轴压三种受力状态的计算公式,统一公式具有明确的物理意义,并且与试验数据拟合较好。利用统一公式计算对称配筋偏压构件时可取消大小偏心判断,计算所得的钢筋面积能返回统一公式验算。规范公式的偏压构件承载力Mu-Nu相关曲线在大小偏心交界处会出现尖点,小偏心段不能很好地与轴压点衔接;统一公式的Mu-Nu曲线是一条连续光滑的曲线,曲线连接了纯弯、偏压、轴压三个受力状态,具有明确的物理意义。统一曲线与规范曲线可以较好地吻合。比较统一公式与规范公式计算所得的钢筋面积,结果表明规范公式的小偏心受压和轴压的配筋存在突变,而在接近轴压点时小偏心计算较轴压公式偏不安全,而统一公式的配筋计算具有较好的过渡性,并且计算精度满足工程的要求,可靠指标满足GB50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》的要求。     

一新的混凝土配筋计算方法:无量纲图表法

该文介绍作者推导的一新的主要用于混凝土梁配筋计算的无量纲通用图表法,该图表法的"新"和"通用"分别在于推导时没有用传统的"等效矩形应力"换算以及一表可适用于不同钢筋级别和不同混凝土等级(C15―C50)的配筋计算。该法扩展了《混凝土结构设计规范》的混凝土应力-应变关系的运用范围,至今只用到了混凝土的极限应变。该法计算过程简便,求得配筋后,无须再验算受压区高度,同时还可用于弯压或弯拉构件的配筋计算。计算结果中除了含有计算钢筋面积所需的内力臂系数外,还有混凝土受压区边缘应变、受拉和受压钢筋应变、混凝土受压区高度等,结果直观和一目了然,并为混凝土构件的设计提供了一新的更为精确的设计方法。     

新的k_(h0)-法计算单筋梁

介绍一新的钢筋混凝土单筋梁的配筋计算方法和算例,该法在混凝土受压区采用矩形加抛物线的应力分布,在计算中求解的未知量是混凝土边缘压应变或受拉钢筋应变,而不是"等效矩形应力"法中的受压区高度。该法是欧洲规范Eurocode2中采用的方法,计算过程简便,求得配筋后,无须在验算受压区高度;此外,还可用于弯压或弯拉构件的配筋计算。计算结果中除了含有计算钢筋面积的钢筋系数外,还有混凝土受压区边缘应变、受拉钢筋应变、受压区高度及内力臂系数等,结果一目了然。     

钢筋混凝土偏心受压构件增大截面加固后可靠度分析

偏心受压构件增大截面加固后的可靠度与初始偏心距、荷载比和纵筋配筋率有密切的关系。该文首先推导了大、小偏心受压构件在对称配筋下增大截面加固后的计算公式和Nu-Mu相关曲线方程,并在此基础上建立其极限状态方程。采用蒙特卡罗法,分析了四组不同截面的构件在不同初始偏心距、不同荷载比和不同纵筋配筋率下,偏心受压构件增大截面加固后的可靠度。结果表明:截面尺寸大小对可靠指标的影响不是很显著,可靠指标随着初始偏心距和荷载比的增大而减小,随着纵筋配筋率的增大而增大。     

高强钢筋高延性混凝土构件正截面承载力计算

高延性混凝土(High ductile fiber-reinforced concrete,HDC)具有良好的变形能力，用其替代普通混凝土，与高强钢筋结合形成构件，可使高强钢筋的强度利用率有效提高。本文基于我国《混凝土结构设计规范》(GB/T 50010-2010)中钢筋混凝土构件正截面承载力计算方法，对高强钢筋混凝土构件和高强钢筋HDC构件的正截面承载力进行分析，推导了相对界限受压区高度、最大与最小配筋率、受压区高度取值范围和轴压比限值等系数，研究了不同强度等级的钢筋、混凝土和HDC对各计算系数的影响，给出高强钢筋HDC构件正截面承载力计算方法，其计算结果与试验结果误差的平均值在12.5%以内。     

钢筋网约束矩形钢管混凝土柱-混凝土梁节点的核心区受压极限承载力研究

为研究钢筋网约束矩形钢管混凝土柱-梁节点的核心区受压极限承载力,对8个带上下短柱的弱节点试件进行了加载试验,探讨节点区的破坏形态、峰值承载力以及节点内钢筋的应变特点。试验结果表明:轴压和偏压试件的节点区破坏形态不同;随着初始偏心与节点高度的增大,试件的峰值承载力明显降低,但节点宽度对极限承载力影响不明显。在规范配筋混凝土局压承载力计算公式的基础上,引入节点高度影响系数,并考虑荷载的偏心作用,建立节点区受压承载力计算公式。该公式与试验结果较为符合。     

开孔圆形塔筒截面承载力计算方法

本文针对《高耸结构设计规范》（ＧＢＪ１３５－９０）中钢筋混凝土开孔圆形塔筒截面承载力计算公式，依据钢筋混凝土偏心受压构件的基本受力特性，运用二分法原理，提出了一个简明，通用和精确的求解方法，并建立了实用计算表格。     

多排配筋矩形截面钢筋砼柱的配筋量计算

本文应用了矩形截面钢筋砼柱的承载力计算原理，求出任意位置处钢筋应力的计算公式，对第一排钢筋逐次编号，根据和平衡条件，得出承载力的Ｎ－Ｍ的曲线，运用以ｐｆ，｜ｆｃｍ为参数的截面承载力的Ｎ－Ｍ的曲线的成族性，解析出简便的计算配筋量模式，经实例计算与常规方法吻合较好。     

偏心受拉作用下预应力CFRP筋-型钢混凝土构件抗裂试验

为解决我国型钢混凝土桁架转换层拉杆及低层角柱在正常使用阶段易出现大面积拉裂缝的问题,以轻质高强、防腐的碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋为预应力筋,提出可有效控制裂缝的预应力CFRP筋-型钢混凝土结构体系,并对其偏心受拉作用下的抗裂性能进行系统研究。以预应力水平、偏心距、纵筋直径及型钢翼缘厚度为主要参数制作11个构件,通过自行研发的拉-压转换桁架实现偏拉加载。结果表明:引入CFRP筋后CFRP筋-型钢混凝土构件抗裂度大幅提升,相较于普通偏拉构件,预应力大偏拉构件开裂荷载提高了64.8%~102.3%,预应力小偏拉构件提高了61.7%~117%,其抗裂性能与预应力水平、纵筋直径和型钢翼缘厚度正相关,与偏心距负相关。参照组合结构设计规范,提出构件开裂阶段中和轴的三种位置分布,并推导出开裂荷载公式,与试验值比较吻合度较高,可为其他复合材料筋在预应力偏拉体系的应用提供参考。      

钢筋再生混凝土柱的承压性能及强度计算

为了研究钢筋再生混凝土柱的承压性能及其强度计算方法,以有限元软件ABAQUS分析为主要研究手段,结合6个试件的实测数据,并拓展了36个试件的数值模拟分析,综合探讨了再生粗骨料取代率、体积配箍率、柱截面纵筋配筋率、长细比以及相对偏心距等变化参数对钢筋再生混凝土柱承压性能的影响规律,分别研究了钢筋再生混凝土轴心受压柱和偏心受压柱的极限承载力计算方法,并提出实用设计公式。研究结果表明:随着再生粗骨料取代率的增大,钢筋再生混凝土柱的受压承载力呈现波动性变化,但其变化幅度在15%以内;随着体积配箍率的增大,其极限承载力有小幅提高;随着截面纵筋配筋率的增大而有明显提高;而随着相对偏心距的增大,其极限承载力则明显降低;在一定范围内,随着长细比的增大,极限承载力显著变小。提出考虑取代率影响系数的钢筋再生混凝土柱极限承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。     

对称配筋钢筋混凝土小偏心受压构件简化计算方法

In current code, GB 50010-2010, the calculation formula of symmetrically reinforced concrete members under small eccentric compression is complicated and inconvenient to use. This paper presents two simplified methods: updated linear method and Simplified method of ]]>Nis close to the balance compression N_b, in that case, the reinforcement should be properly adjusted.     

负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱受力性能研究

该文以试验研究、有限元模拟以及理论分析相结合的方法研究了负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的受力性能以及承载力计算方法。通过试验与有限元模拟分析,研究了轴心受压钢结构构件负载下外包钢筋混凝土加固后的性能,以及初始负载大小、混凝土强度和型钢强度对加固试件极限承载力的影响。研究表明,外包钢筋混凝土可以显著提高原钢构件的承载能力和刚度;加固后试件的极限承载力随着初始负载的增大而降低;随着型钢强度的提高而增大;混凝土强度是影响加固后试件极限承载力的最主要因素,加固后试件的极限承载力随着混凝土强度的提高而明显增大。根据分析试验数据和有限元分析结果,得到了混凝土强度对加固后试件极限承载力影响的量化结果。同时,通过分析加固时和破坏时构件各部分的应力应变状态,推导出负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合良好。     

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。      

水泥基复合材料加固小偏心受压钢筋混凝土柱承载力

通过对工程水泥基复合材料(ECC)加固钢筋混凝土(RC)柱和未加固RC柱进行小偏心受压试验,研究ECC加固RC柱小偏心受压性能。试验结果表明,ECC加固层能有效约束核心混凝土;与未加固柱相比,加固柱的裂缝细而密,达到峰值荷载时受压区ECC尚未被压碎,破坏过程比较平缓,有较好的完整性,并表现出一定的延性特征;相对偏心距相同时,加固柱的开裂荷载、峰值荷载及延性相比未加固柱分别提高了107%～236%、45%～159%、37.4%～41.3%。依据试验结果,绘制出各加固柱跨中荷载-挠度曲线,可分为4个阶段：弹性阶段、裂缝稳定扩展阶段、最大荷载阶段及下降段。随着加固层厚度的增大,相同荷载下ECC竖向应变及钢筋应变越小;随着相对偏心距的增大,相同荷载下ECC竖向应变及钢筋应变越大。基于混凝土结构理论及力学原理,分析ECC加固层对核心混凝土柱的约束机制,提出ECC约束混凝土抗压强度和峰值应变的表达式,推导出加固柱受压承载力计算公式,承载力计算值与试验值相对误差在10%以内,二者吻合良好,为ECC加固混凝土柱在实际工程中的应用提供理论参考。     

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.     

FRP筋/珊瑚混凝土柱轴心受压承载力

对8根塑料纤维增强树脂复合材料(FRP)筋/珊瑚混凝土轴心受压柱和1根钢筋/珊瑚混凝土轴心受压柱进行了承载能力试验,试验参数包括配筋率、箍筋间距、长细比和筋材种类。结果表明:相同配筋率下,FRP筋/珊瑚混凝土柱和钢筋/珊瑚混凝土柱的破坏机制不同,但受力性能良好;相同构件尺寸下,增大纵筋直径导致纵筋与混凝土保护层的黏结性能降低;减小箍筋间距有利于提高构件的延性;长细比越大的构件承载力越低。然后,基于筋材压缩性能试验的数据分析及参考文献的对比探讨,建议碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋名义屈服强度取值为0.34f_y(f_y为筋材的极限抗压强度),对应的理论值与试验结果相近,从而提出适用于CFRP筋/珊瑚混凝土柱的理论计算,为工程实践提供参考依据。      

Material and structural performance evaluation of recycled PET fiber reinforced concrete

Most PET bottles used as beverage containers become waste after their usage, causing environmental problems. To address this issue, a method to recycle wasted PET bottles is presented, in which short fibers made from recycled PET are used within structural concrete. To verify the performance capacity of recycled PET fiber reinforced concrete, it was compared with that of polypropylene (PP) fiber reinforced concrete for fiber volume fractions of 0.5%, 0.75%, and 1.0%. Appropriate tests were performed to measure material properties such as compressive strength, elastic modulus, and restrained drying shrinkage strain. Flexural tests were performed to measure the strength and ductility capacities of reinforced concrete (RC) members cast with recycled PET fiber reinforced concrete. The results show that compressive strength and elastic modulus both decreased as fiber volume fraction increased. Cracking due to drying shrinkage was delayed in the PET fiber reinforced concrete specimens, compared to such cracking in non-reinforced specimens without fiber reinforcement (NF), which indicates crack controlling and bridging characteristics of the recycled PET fibers. Regarding structural member performance, ultimate strength and relative ductility of PET fiber reinforced RC beams are significantly larger than those of companion specimens without fiber reinforcement.