锈蚀箍筋约束混凝土的本构关系模型

在役钢筋混凝土结构的箍筋往往发生锈蚀,对约束混凝土的应力-应变关系具有显著影响。鉴于此,综合考虑箍筋锈蚀对峰值应力和应变软化段斜率的影响,建立了锈蚀矩形箍筋约束混凝土的本构关系模型。首先揭示了箍筋锈蚀对约束混凝土应力-应变关系曲线的影响规律;然后基于36组锈蚀矩形箍筋约束混凝土棱柱体的轴压试验,建立了锈胀裂缝宽度和配箍特征值与峰值应力和应变软化的修正系数之间的关系;进而在经典的Kent-Scott-Park模型基础上,通过引入峰值应力和应变软化的修正系数来考虑箍筋锈蚀的影响,建立了锈蚀矩形箍筋约束混凝土的本构关系模型。分析结果表明,模型预测结果与试验数据吻合较好;随着锈胀裂缝宽度的增大,约束混凝土的峰值应力逐渐降低,而应变软化段的斜率逐渐增加。     

箍筋约束轻骨料混凝土轴心受压应力-应变曲线研究

为研究轻骨料混凝土轴心受压应力-应变曲线,考虑箍筋约束效率的影响,以有效侧向约束应力与非约束轻骨料混凝土强度之比为参数,建立了适用于轻骨料混凝土的峰值应力、峰值应变和下降段代表点计算模型,给出了轴心受压应力-应变曲线峰值点时箍筋实际应力计算方法;根据箍筋约束轻骨料混凝土应力-应变曲线的特点,基于箍筋强度和混凝土强度,通过试验数据拟合给出了曲线下降段特征点的计算模型;完成12个不同配箍形式和配箍率的箍筋约束轻骨料混凝土试件轴心受压试验研究,对比分析了建议计算模型和典型模型。研究结果表明：对于轻骨料混凝土,约束混凝土应力达到峰值时箍筋未屈服;建议的箍筋应变计算模型可较好地用于峰值点时箍筋实际应力的计算,基于所给出的轻骨料混凝土的峰值应力、峰值应变、下降段代表点及箍筋实际应力计算方法得出的建议模型能够较好地表达箍筋约束轻骨料混凝土轴压应力-应变全曲线趋势。     

高强箍筋约束混凝土实用本构关系模型

在轴心受压试验数据的基础上,分析了约束混凝土体积配箍率、箍筋屈服强度和素混凝土抗压强度对箍筋约束混凝土受压性能的影响,探讨了直接应用配箍特征值建立箍筋约束混凝土本构关系存在的问题,建立了箍筋约束混凝土峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式.归纳分析了以往典型箍筋约束混凝土本构关系模型的合理性和缺陷,提出了简化的箍筋约束混凝土本构关系模型,并和高强箍筋约束混凝土试验应力应变曲线进行对比.对比结果表明,所建立的本构关系模型能较好拟合高强箍筋约束混凝土试验应力应变曲线.     

高强箍筋约束高强混凝土本构模型研究

通过31根高强箍筋约束高强混凝土棱柱体试件的轴心受压试验,对约束高强混凝土的应力-应变本构关系进行了研究。结果表明,采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,具有较高的箍筋侧向约束力,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;对于高强箍筋约束高强混凝土试件,当其达到峰值强度时,高强箍筋不一定屈服,即取箍筋屈服强度计算有可能高估约束混凝土峰值强度的提高程度。在试验的基础上,提出一种计算约束混凝土达到峰值强度时相应高强箍筋应力大小的迭代方法;通过对试验结果的回归分析,得到高强箍筋约束高强混凝土峰值强度、峰值应变及极限应变的计算公式;提出一种适合于高强箍筋约束高强混凝土轴心受压的应力-应变关系本构模型,并结合试验结果与国内外几种典型本构模型进行对比,结果表明该模型与试验曲线吻合较好。     

箍筋约束再生混凝土受压应力-应变本构关系模型

为获得箍筋约束再生混凝土受压应力-应变关系曲线,对17个足尺再生混凝土圆形截面柱进行轴心受压试验,再生粗骨料取代率为50%,加载应变率为(10-6~10-4)/s,主要变化参数为纵筋配筋率和箍筋约束水平。结果表明：箍筋约束再生混凝土的初始弹性模量主要与棱柱体抗压强度有关,棱柱体抗压强度越高,初始弹性模量越大;峰值应力在箍筋侧向约束下显著增大,提高幅度为侧向压应力的4.17~8.77倍,当箍筋提供的侧向压应力较小时,峰值应力增大程度较大,当箍筋提供的侧向压应力较大时,峰值应力增大程度较小;峰值应变随配箍水平增大呈增大趋势。基于试验数据,提出了箍筋约束再生混凝土受压本构关系模型,上升段与Mander模型一致,下降段中引入曲线形状参数,以调整曲线陡峭程度,结果表明,所提出的约束本构关系模型与试验曲线吻合良好,可较好地反映再生混凝土下降段较为陡峭的特点。     

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.     

人工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土本构关系

为研究人工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变关系,对36个尺寸为150 mm×150mm×450 mm,配箍特征值分别为0.233,0.175,0.306,0.195,0.146,0.225,0.167,0.125,0.219的箍筋约束混凝土棱柱体试件进行了盐雾腐蚀箱加速锈蚀和轴压加载试验,得到了不同混凝土强度、不同配箍特征值、不同箍筋锈蚀率下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变全曲线.结果表明:人工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变曲线随着锈蚀时间的延长而渐趋扁平,上升段向右下方偏移,峰值应力呈线性下降,峰值应变增加;在相同锈蚀时间下,高强度混凝土的峰值应力降低程度和峰值应变增大程度均比低强度混凝土小.     

氯盐侵蚀下约束混凝土力学性能试验研究

为了解氯离子侵蚀下约束混凝土的抗压力学性能,在盐雾腐蚀实验室对12组约束混凝土试件进行氯离子腐蚀试验,进而对其进行轴心抗压试验,得到不同箍筋配箍率和不同锈胀裂缝宽度下试件的受压应力-应变曲线,分析箍筋配箍率和锈胀裂缝宽度对腐蚀试件强度、刚度、延性等的影响。结果表明:随着箍筋配箍率的增大,试件的承载力和延性不断提高;随着箍筋锈蚀裂缝宽度的增大,试件的峰值荷载减小,强度降低,延性变差。并考虑箍筋锈蚀的约束作用对核心区混凝土本构关系的影响,建立了锈蚀约束混凝土受压本构关系理论模型,将其与试验数据拟合回归得到的应力-应变全曲线进行对比,两者吻合良好,故该理论模型可应用于锈蚀钢筋混凝土结构、构件的非线性分析中。     

约束混凝土实用本构关系模型

探讨了约束混凝土的受压性能,分析了钢管约束混凝土及箍筋约束混凝土侧向约束力的作用机理.基于双剪统一强度理论并结合钢管约束混凝土及箍筋约束混凝土轴压试验数据,建立了约束混凝土统一的峰值应力和峰值应变计算公式,并对其进行了验证.与中国现行规范相结合,提出了约束混凝土统一的实用应力-应变本构关系模型,并与试验曲线进行了对比.结果表明:所提出的峰值应力和峰值应变计算公式以及本构关系模型更加精确,并且简单实用,可用于多种约束混凝土构件的非线性分析.     

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。     

螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土本构关系模型

通过28个螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土圆柱轴压试验,研究了约束再生混凝土的本构关系模型。结果表明,螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土相比于素再生混凝土可以有效提高试件的强度和延性;混凝土强度和螺旋箍筋间距影响约束含砖骨料再生混凝土的承载力和延性。随着混凝土强度的提高,试件承载力增大,但延性变差,螺旋箍筋间距越小,试件承载力越高,延性越好;对试验数据进行回归分析,分别得到了螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土的峰值应力、峰值应变和极限应变的计算式,并提出了螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土的本构关系模型,与试验曲线进行对比,结果表明吻合较好。     

箍筋约束再生混凝土力学行为分析

通过箍筋约束再生混凝土方形截面短柱动态力学性能试验,获取动态单调荷载下约束再生混凝土单轴受压应力-应变关系全曲线;不同箍筋约束和应变率下,约束再生混凝土应力-应变关系曲线的上升段基本一致,而下降段差异较为明显,随着体积配箍率的提高,下降段曲线明显随之趋于平缓,随着应变率的提高,下降段曲线随之变陡。在外荷载作用下,当箍筋约束再生混凝土达到峰值应力时,箍筋应力仍低于屈服强度;再生混凝土通过箍筋约束后,很大程度上解决了再生混凝土延性比普通混凝土延性较低的问题。随着箍筋约束效应或应变率的增加,受压峰值应力均随之增加。根据应力-应变曲线特征点参数变化规律,初步提出约束再生混凝土受压峰值应力动态约束因子模型。随着体积配箍率的提高或箍筋间距的减小,箍筋约束效应对动态约束因子的贡献均随之增加。     

双层箍筋约束混凝土圆形柱竖向承载特性数值模拟

利用ABAQUS有限元软件模拟双层箍筋约束圆形柱,采用混凝土损伤塑性本构模型、钢筋双折线本构模型建立了圆形柱竖向承载特性有限元模型。分别对混凝土和箍筋采用四面体单元和六面体单元划分网格,通过应变控制加载,得到模拟的双层箍筋约束混凝土圆形柱核心混凝土的应力-应变曲线、应力云图,分析了内外层箍筋对核心混凝土的约束效应。结果表明:模拟结果和试验结果的吻合性较好。     

箍筋锈蚀约束混凝土力学性能退化数值模拟

为研究箍筋锈蚀对约束混凝土的影响,运用ABAQUS有限元软件对不同锈蚀率箍筋约束混凝土轴心受压构件进行分析,并引入配箍特征值λv表征箍筋不同锈蚀率ηs对构件的影响。分析结果表明:随着箍筋锈蚀率的增大,约束混凝土的承载力和变形能力均有不同程度的下降。通过对数据的回归分析,建立了箍筋锈蚀后约束混凝土应力-应变模型。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压应力-应变全曲线研究

为研究高强箍筋约束高强混凝土的受压力学性能,进行了高强箍筋约束高强混凝土棱柱体试件的轴心受压试验,分析了配箍率、箍筋屈服强度和箍筋形式对约束高强混凝土应力-应变曲线的影响。结果表明：高强箍筋在约束混凝达到其峰值应力时并未屈服,根据其受力机理提出了有效侧向应力和相应的高强箍筋应力的计算方法;高强箍筋可在约束混凝土应力-应变曲线下降段提供更有效的侧向约束,曲线下降较为平缓。在试验研究和理论分析的基础上,提出了约束高强混凝土的强度和变形的计算式,建议了高强箍筋约束高强混凝土的应力-应变全曲线方程,理论曲线与实测曲线吻合较好。     

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。     

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。     

CFRP中等约束钢筋混凝土方柱单轴受压应力-应变模型

为考察纵筋、箍筋、碳纤维（CFRP）包裹层数、尺寸效应及预设损伤对CFRP约束钢筋混凝土方柱单轴受压应力-应变关系的影响,对边长305mm、高915mm及边长204mm、高612mm共22个CFRP约束钢筋混凝土方柱模型试件进行了单轴受压试验。结果表明：纵筋对应力-应变曲线上的峰值点应力有一定影响,而箍筋对应力-应变曲线形状和应力-应变曲线上的极限点应变均有很大影响,其对应力-应变模型的影响不可忽略;CFRP约束后明显改善了方柱延性,但对峰值点应力提高幅度不大,试验曲线大多存在软化段,为中等约束情况;尺寸效应对CFRP的约束作用有明显影响,已有基于约束比的强弱约束划分对本文试验结果不再适用;预设损伤对应力-应变曲线影响不大,损伤水平较大时峰值点应力和极限点应变稍有降低。提出了可考虑箍筋、CFRP及尺寸效应影响的修正约束比,建议了CFRP约束钢筋混凝土方柱强、中等及弱约束的界定标准,在此基础上建立了CFRP中等约束钢筋混凝土方柱的单轴受压应力-应变模型,模型预测结果与试验结果吻合较好。     

箍筋约束混凝土轴压本构模型研究

分析了箍筋约束混凝土的受力机理,提出了综合反映约束混凝土轴压性能的约束指标,并且按照约束效果将约束混凝土划分为高约束、中约束和低约束3类约束水平.在试验数据的基础上,给出了箍筋约束混凝土抗压强度、峰值应变、极限应变和破坏应变的计算公式并进行了验证,提出了箍筋约束混凝土轴心受压本构模型.结果表明:所提出的本构模型与试验结果符合较好且满足损伤边界条件,可用于该类构件的理论分析和设计计算.     

动态单调荷载下约束再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线方程

在MTS 815力学试验上,完成了81个箍筋约束再生混凝土短柱动态力学试验,分析约束再生混凝土在不同变率下的破坏特征。基于获得的应力-应变试验曲线,研究应变率效应、箍筋约束效应和再生粗骨料取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响。根据应变率效应对约束再生混凝土力学和变形性能的影响规律,初步提出约束再生混凝土性能指标动态放大系数（DIF）模型。分析箍筋形式、箍筋间距、箍筋屈服强度和配箍率等因素对约束再生混凝土短柱力学行为的影响,初步提出约束再生混凝土性能指标约束放大系数（CIF）模型。分析表明,箍筋约束效应对再生混凝土的力学和变形性能有重要的影响,在很大程度上改善了再生混凝土的延性。研究再生粗骨料取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响规律,提出取代率影响因子（RIF）模型。基于约束再生混凝土短柱动态试验数据分析,提出考虑应变率效应、箍筋约束效应和再生粗骨料取代率影响的约束再生混凝土应力-应变分析模型,定义受压应力-应变全曲线特征点参数,确定约束再生混凝土受压应力-应变全曲线方程。研究表明,应力-应变计算曲线和试验曲线吻合较好,验证了分析模型的合理性,为再生混凝土结构动力非线性分析和抗震优化设计提供研究基础。