高强箍筋约束超高性能混凝土方形短柱轴压承载力计算方法

为研究高强箍筋约束超高性能混凝土(UHPC)方形短柱的轴压承载力计算方法,对9根箍筋约束UHPC方形短柱进行了轴压试验,并结合所收集相关文献数据,在Richart破坏准则的基础上给出了约束UHPC峰值应力计算式,建议了适用于UHPC强度为130～180 MPa、钢纤维体积掺率为1.5%～2%、体积配箍率为1.5%～5.5%的高强箍筋约束UHPC方形短柱的轴压承载力算式,并与中、美设计标准进行对比。结果表明:建立的考虑钢纤维桥联作用及箍筋约束提高作用的承载力算式,其计算值与试验值吻合度较高,按GB50010—2010《混凝土结构设计规范》预测的约束UHPC承载力比ACI 318-2014《混凝土结构建筑规范要求》保守; UHPC柱拟配置600 MPa以上高强箍筋,以提高约束效果;非螺旋式箍筋约束UHPC方形短柱的箍筋间距上限值可按GB 50010—2010取值。     

高强钢筋约束混凝土柱轴压试验研究

为了研究混凝土强度、箍筋强度、箍筋形式和配箍率等因素,对配制600 MPa高强箍筋约束混凝土柱力学性能,制作了8根轴心受压柱,进行了轴心受压试验。轴压试验研究结果表明:配有配制600 MPa高强钢筋的混凝土柱在轴心荷载作用下受压钢筋和混凝土能很好地协同工作,钢筋和混凝土的强度均能得到较好发挥;高强钢筋作为箍筋,不能直接提高构件的峰值荷载,但可以通过约束核心混凝土提高构件的延性,从而提高极限承载力;复合箍筋对构件承载力和延性的提升效果较好。     

带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱受力性能研究

通过井字形拉筋、米字形拉筋和圆环箍筋等3组拉筋约束形式带拉筋圆钢管混凝土短柱轴压性能对比试验,研究不同拉筋约束形式、拉筋体积配箍率对圆钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性等的影响;采用合理的混凝土三轴受力本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件对带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱进行三维有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,分析了带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱中钢管、拉筋或箍筋、核心混凝土之间的组合作用。结果表明:井字形拉筋圆钢管混凝土轴压短柱的承载力最高,延性最好,钢管、拉筋和核心混凝土之间的组合作用最强;提高体积配箍率可以有效提高圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性。     

Mechanical behavior of stirrup-confined circular concrete-filled steel tubular stub columns under axial loading

通过井字形拉筋、米字形拉筋和圆环箍筋等3组拉筋约束形式带拉筋圆钢管混凝土短柱轴压性能对比试验,研究不同拉筋约束形式、拉筋体积配箍率对圆钢管混凝土轴压短柱的承载力和延性等的影响;采用合理的混凝土三轴受力本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件对带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱进行三维有限元分析,有限元计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,分析了带拉筋圆钢管混凝土轴压短柱中钢管、拉筋或箍筋、核心混凝土之间的组合作用。结果表明：井字形拉筋圆钢管混凝土轴压短柱的承载力最高,延性最好,钢管、拉筋和核心混凝土之间的组合作用最强;提高体积配箍率可以有效提高圆钢管混凝土短柱的轴压承载力和延性。     

螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土轴压短柱试验研究

为了研究螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱的受力性能,设计了20个试件进行轴压试验,包含12个螺旋箍筋PVC管联合约束短柱试件、7个单纯PVC管约束短柱试件和1个普通钢筋混凝土短柱对比试件。试验考虑了约束核心区面积比、螺旋箍筋直径和间距、纵向钢筋直径以及方形箍筋间距等变化参数。通过试验观察了试件的受力过程与形态,获取其轴向荷载-位移曲线、极限承载力、延性系数、耗能因子等数据,并分析了核心区面积比、螺旋箍筋直径及间距、纵向钢筋直径、方形箍筋间距等参数对试件轴压性能的影响规律。研究结果表明:单纯PVC管约束混凝土短柱及螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱的破坏过程和形态与普通钢筋混凝土短柱相似。与普通钢筋混凝土短柱相比,单纯PVC管约束的混凝土短柱的极限承载力更低,但延性及耗能能力有所增加。对于螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱而言,加密螺旋箍筋间距可以显著提高其极限承载力,但会削弱试件的延性及耗能能力;增大螺旋箍筋直径,能够略微提高试件延性及耗能能力,对极限承载力影响不大;增大螺旋箍筋PVC管核心区面积比,可以增大试件的极限承载力,但会降低其延性及耗能能力;与普通钢筋混凝土相似,增大纵向钢筋直径或加密方形箍筋间距,均能提高试件的承载能力、延性及耗能能力。     

高强方钢管超高性能混凝土短柱轴压承载力计算方法研究

为研究高强方钢管超高性能混凝土(UHPC)短柱轴压承载性能,进行了40根高强方钢管UHPC短柱轴压荷载试验。结果表明：套箍系数是影响方钢管UHPC短柱轴压破坏过程和形态的主要因素,极限荷载随套箍系数增大而增大,核心UHPC强度提高幅度均值为15%。比较分析了多部现行规范、规程的承载力计算方法的差异,相关规范与规程中不考虑钢管约束效应时,其承载力计算值的均值低于试验极限荷载值,考虑约束效应的参数适用性受限。并基于叠加原理采用线性回归分析和考虑等效约束作用分别建立了高强方钢管UHPC短柱轴压承载力的实用计算式和理论分析式。     

钢管混凝土中核心混凝土的单轴本构模型

本文借用密箍筋约束混凝土的本构方程，根据已有的钢管混凝土轴压短柱的试验结果，提出了一种同时适用于圆钢管混凝土和方钢管混凝土的核心混凝土的单轴本构关系。采用本文的本构关系对国内所作的222根钢管混凝土轴压短柱极限承载力和其中部分短柱压力-变形全曲线进行了理论计算，理论计算结果和试验结果吻合较好。     

圆钢管约束超高性能混凝土短柱轴压受力性能研究

为研究钢管约束超高性能混凝土（UHPC）短柱的套箍效应和轴压承载力,进行了12根钢管约束超高性能混凝土短柱的轴压试验,分析其破坏模式、变形及受力全过程。试验结果表明：钢管约束超高性能混凝土轴压短柱破坏模式与套箍系数相关,随着套箍系数的增大,轴压短柱分别出现剪切破坏、混合破坏和腰鼓破坏;套箍系数较小（0.43~0.52）的短柱,其破坏全过程中弹塑性段较短,表现出较明显的脆性破坏,当套箍系数较大（1.21~1.80）时,短柱破坏时的塑性明显增强。基于试验验证的有限元模型,参数分析表明,钢管套箍效应产生的承载力提高系数介于1.2~1.4之间;在0.43≤ξ≤1.08范围内,承载力提高系数随套箍系数增大而增大,建议径厚比的取值范围为12.0~23.0。通过对现有钢管约束混凝土承载力计算方法分析,提出了钢管约束超高性能混凝土轴压短柱承载力计算方法,其计算结果与试验结果吻合良好。     

UHPC加固混凝土圆柱轴压性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)加固钢筋混凝土(RC)圆柱的轴压性能,本文对1根未加固柱和3根加固柱进行了轴压性能试验研究,探究UHPC护套厚度及护套中是否配置箍筋对加固后的RC圆柱的影响,对加固试件轴压性能改善和其破坏机理进行分析和研究,同时对试件轴向承载力进行理论分析。结果表明：UHPC护套加固可有效提高试件的轴向承载力和延性,承载力提高幅度随UHPC厚度的增加而增大,但其延性提升幅度会随之降低;UHPC中加入箍筋可提高试件承载力和延性;建立了以约束混凝土理论为基础的轴向承载力计算模型,结果与试验值吻合良好。     

钢管混凝土核心柱轴压极限承载力分析

为研究钢管混凝土核心柱这一组合柱的轴压力学性能,以组成组合柱的钢管混凝土和管外箍筋约束混凝土两部分的应力-应变关系为基础,外围箍筋约束混凝土应用Mander本构模型,视钢管混凝土为一种组合材料,基于静力平衡及变形协调,推导了外围箍筋对其内混凝土平均约束应力,分析了组合柱轴压荷载-变形曲线规律,讨论了箍筋约束混凝土峰值应变小于以及大于钢管混凝土屈服应变时该柱轴压承载力,建议了钢管混凝土核心柱轴压极限承载力计算方法,经与47个试件试验结果对比,吻合良好。     

预应力钢带加固钢筋混凝土柱轴压承载力试验研究

完成了4个预应力钢带加固钢筋混凝土柱试件和1个对比试件的轴压试验,表明横向预应力钢带可显著提高钢筋混凝土柱的延性和承载力。结合试验研究结果,进一步研究了横向箍筋、横向预应力钢带对混凝土的约束机理及影响因素,考察了预应力钢带对钢筋混凝土柱轴压承载力的影响和提高程度。通过分析钢带对混凝土的的有效约束区面积、非有效约束区面积以及钢带体积加固率等因素对钢筋混凝土柱轴压承载力的影响机理,提出了预应力钢带加固钢筋混凝土柱轴压承载能力计算方法和计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

Axial compression tests and numerical simulation of steel reinforced recycled concrete short columns confined by carbon fiber reinforced plastics strips

To research the axial compression behavior of steel reinforced recycled concrete (SRRC) short columns confined by carbon fiber reinforced plastics (CFRP) strips, nine scaled specimens of SRRC short columns were fabricated and tested under axial compression loading. Subsequently, the failure process and failure modes were observed, and load-displacement curves as well as the strain of various materials were analyzed. The effects on the substitution percentage of recycled coarse aggregate (RCA), width of CFRP strips, spacing of CFRP strips and strength of recycled aggregate concrete (RAC) on the axial compression properties of columns were also analyzed in the experimental investigation. Furthermore, the finite element model of columns which can consider the adverse influence of RCA and the constraint effect of CFRP strips was founded by ABAQUS software and the nonlinear parameter analysis of columns was also implemented in this study. The results show that the first to reach the yield state was the profile steel in the columns, then the longitudinal rebars and stirrups yielded successively, and finally RAC was crushed as well as the CFRP strips was also broken. The replacement rate of RCA has little effect on the columns, and with the substitution rate of RCA from 0 to 100%, the bearing capacity of columns decreased by only 4.8%. Increasing the CFRP strips width or decreasing the CFRP strips spacing could enhance the axial bearing capacity of columns, the maximum increase was 10.5% or 11.4%, and the ductility of columns was significantly enhanced. Obviously, CFRP strips are conducive to enhance the axial bearing capacity and deformation capacity of columns. On this basis, considering the restraint effect of CFRP strips and the adverse effects of RCA, the revised formulas for calculating the axial bearing capacity of SRRC short columns confined by CFRP strips were proposed.     

高强箍筋高强混凝土短柱抗震性能试验研究

为了研究高强箍筋约束高强混凝土短柱在地震作用下的抗震性能,采用建研式加载装置,通过14根高强混凝土短柱试件的低周反复加载试验,研究了高强箍筋约束高强混凝土短柱的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、变形和延性、耗能能力以及高强箍筋的应力发挥水平和受剪承载力计算等,分析了轴压比、剪跨比、箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式和混凝土强度等因素对短柱破坏形态、滞回性能和承载力的影响。结果表明：短柱破坏形态受设计参数的影响有剪切破坏和剪切黏结破坏两类;与普通强度箍筋混凝土短柱相比,高强箍筋高强混凝土短柱在节约材料的同时具有优越的抗震性能和抗倒塌能力;达到极限荷载后,箍筋的应变发展较快,高强箍筋的强度发挥充分,短柱的抗震性能明显改善;通过对高强箍筋应力取值进行适当修正,采用GB 50010-2010规范公式计算高强箍筋高强混凝土短柱的受剪承载力是可行的。     

锈蚀箍筋约束混凝土应力应变本构关系模型

为探讨箍筋锈蚀对混凝土约束性能的影响,通过外加直流电对钢筋混凝土棱柱体中的箍筋进行加速锈蚀,得到了不同箍筋锈蚀率试件,并对试件进行了轴心受压试验.结果表明:随着箍筋锈蚀率的增加,约束混凝土试件的承载力、刚度和延性均有不同程度的降低.基于现有研究成果,建立了轴心受压下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变本构关系模型,通过与实测的锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变全曲线对比,证实该模型拟合曲线与实测曲线吻合较好.     

箍筋约束高强混凝土受压应力-应变本构关系

收集了国内外44根不同边长的方形截面箍筋约束高强混凝土柱轴心受压试验的试验结果,试件混凝土强度C50~C110,配箍特征值λ为0.01~0.27。根据对样本实测结果的分析与拟合,提出了箍筋约束高强混凝土峰值应力f_cc和应变ε_cc与配箍特征值λ的计算式,建议了箍筋约束高强混凝土受压应力-应变全曲线模型（ZSA模型）。完成了3根无混凝土保护层、边长为470 mm的箍筋约束高强混凝土柱的受压试验。实测混凝土立方体抗压强度为68 MPa,得到了试件的轴力-压应变曲线。通过对试件试验结果的分析与模拟,证明建议的ZSA模型的预测结果与试验结果相近。通过对已有其他典型试件的数值模拟分析,证明提出的ZSA模型预测的峰值应力f_cc、峰值应变ε_cc和下降段应变ε_0.85与试件试验结果相近,曲线下降段比Légeron模型下降段平缓。建议模型形式简单,可供箍筋约束高强混凝土柱的相关分析参考。     

焊接环式箍筋约束高强混凝土柱恢复力模型试验研究

对6个1/2比例焊接环式箍筋约束高强混凝土柱进行了低周反复加载试验,研究了轴压比和配箍率对柱变形性能和滞回特征的影响。通过试验结果的回归分析,以位移比、轴压比和配箍率等为主要参数,建立了卸载刚度和反复加载下的承载力退化率的计算式。在试验研究基础上,对滞回曲线特征进行了分析,并根据试验 P-Δ滞回曲线的特征,得到了柱恢复力模型。研究结果表明：采用由弹性、强化和承载力退化三阶段所组成的三折线型骨架曲线,可以反映焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的恢复力特性,该骨架曲线按试验实测数据统计回归分析法以及截面条带分析法确定,其强化段和承载力退化段均考虑了轴压比和配箍率的影响。在试验研究基础上,建立了焊接环式箍筋约束高强混凝土柱剪力-侧移恢复力模型。分析和试验结果表明：所建立的恢复力模型能较好地反映不同轴压比与配箍率对柱的滞回规律特性的影响,可用于该类柱的抗震性能分析。     

Experiment study of stirrup-confined concrete-filled square double-skin steel tubular stub columns under axial loading

通过带拉筋方中空夹层钢管混凝土轴压短柱受力性能试验,研究了拉筋配箍率对试件承载力、刚度、延性及横向变形系数的影响。采用混凝土三轴受力状态本构模型和钢材本构模型,应用ABAQUS有限元分析软件建立并验证了带拉筋方中空夹层钢管混凝土轴压短柱三维实体有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好;在此基础上,分析了拉筋对内外方钢管和混凝土约束作用机理。研究结果表明:拉筋能有效缓解了方钢管的局部屈曲,对短柱承载力、刚度、延性的提高效果明显;拉筋加强了内钢管对混凝土的约束作用,使得内钢管受力更加合理,并且拉筋配箍率越大,约束作用越明显。     

焊接箍筋钢筋混凝土构件抗剪承载力试验研究

为了研究焊接箍筋钢筋混凝土构件的受剪性能,对6根焊接箍筋钢筋混凝土框架短柱和3根普通箍筋钢筋混凝土框架短柱对比试件展开低周反复加载试验,以及5根焊接箍筋和4根普通箍筋钢筋混凝土梁斜截面受剪性能试验,分析混凝土强度、箍筋配箍率、轴压比和剪跨比对焊接箍筋钢筋混凝土框架柱和梁受剪承载力的影响,并对比焊接箍筋与普通绑扎箍筋钢筋混凝土框架短柱和梁的受剪承载力的区别。结果表明:焊接箍筋与普通绑扎箍筋钢筋混凝土框架短柱和梁的破坏形态基本相同,并且焊接箍筋钢筋混凝土框架短柱和梁的极限抗剪承载力高于普通箍筋钢筋混凝土框架短柱和梁。另外,用现行的GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》规定的框架短柱和梁的抗剪承载力计算公式计算的结果偏低,因此进一步结合试验数据进行分析并拟合出焊接箍筋钢筋混凝土构件抗剪承载力计算式,计算值与试验结果较吻合,可用于工程设计。     

考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴压本构模型

已有箍筋约束混凝土轴压本构关系模型大多未考虑尺寸效应的影响,或通过采用强度折减系数法来粗糙反映尺寸的影响。为研究大尺寸箍筋约束混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应规律,根据已有箍筋约束混凝土圆柱和方柱轴压破坏试验结果,分析了体积配箍率、箍筋形式(方箍及圆箍)及试件尺寸对箍筋约束混凝土应力应变曲线的影响。考虑体积配箍率及箍筋形式的影响,建立了箍筋约束混凝土峰值应变尺寸效应公式,并结合前期箍筋约束混凝土名义轴压强度(峰值应力)尺寸效应公式,提出了可考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴向压缩全应力应变关系模型。与试验及模拟结果进行对比发现,建立的可考虑强度和峰值应变尺寸效应的本构关系与已有试验结果吻合较好,模型计算曲线与试验曲线接近。