免拆超高性能混凝土模板钢筋混凝土梁的受力性能及短期刚度研究

通过4根采用免拆超高性能混凝土(UHPC)模板的钢筋混凝土(RC)梁与2根RC梁的对比试验，研究UHPC模板与后浇混凝土界面的黏结性能、保护层厚度对免拆UHPC模板RC梁的抗弯刚度和承载力的影响，结果表明：达到峰值荷载时，经过拉毛处理的预制UHPC模板与后浇混凝土界面未出现滑移；峰值荷载后至受拉钢筋达到其极限拉应变时，预制UHPC模板与后浇混凝土界面出现轻微剥离；保护层厚度为10mm的免拆UHPC模板RC梁的抗弯刚度和承载力略高于保护层厚度为20mm的梁；但在峰值荷载后，前者较后者的底部模板与后浇混凝土界面处较早地出现沿界面滑移；综合考虑，建议该类梁的保护层厚度取20mm较为合理。采用有效惯性矩法，基于平截面假定，建立了免拆UHPC模板RC梁的截面开裂弯矩和抗弯刚度计算式，计算值与试验值吻合较好。     

偏压荷载与海水干湿作用后钢筋混凝土柱滞回性能及微观结构试验研究

为研究沿海地区在役钢筋混凝土(RC)柱的滞回性能及混凝土的微观结构和氯离子含量,对不同前期偏压荷载（0、0.20、0.35倍峰值偏压荷载）作用下,经历100次海水浸泡与大气环境干湿循环后的RC柱进行低周反复加载试验,并对混凝土的微观结构和氯离子含量进行量测。结果表明：前期偏压荷载作用后RC柱的滞回曲线呈现出明显的不对称。当水平反复加载与前期偏压荷载产生的截面应力分布同向时,其峰值荷载、延性及耗能能力随着前期偏压荷载的增加而降低;当前期偏压荷载为0.35倍柱峰值偏压荷载时,其峰值荷载、延性及耗能能力较前期未受偏压柱试件的降幅较大,分别达到26.1%、22.0%和44.6%;当水平反复加载与前期偏压荷载产生的截面应力分布反向时,各参数变化无明显规律。另外,在距受拉区混凝土表面20 mm和40 mm深度处,前期受偏压柱试件的氯离子含量分别是未受偏压柱试件的4.7倍和1.5倍以上,同时前期受偏压柱试件的受拉区混凝土裂缝数量和宽度明显多于未受偏压柱试件。按照现行混凝土结构设计规范计算截面受弯承载力,由于前期偏压荷载造成的滞回曲线不对称,水平反复荷载与前期偏压荷载产生的截面应力分布同向时,试验值小于计算值。由此可见,前期偏压荷载对RC柱的滞回性能劣化、受拉混凝土的氯离子含量和微观结构均有较大影响,进而缩短结构使用寿命。     

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。     

超高性能混凝土梁抗弯承载力机理与简化计算

为推进超高性能混凝土（UHPC）构件在实际工程中的应用，对无配筋的素UHPC梁抗弯性能进行了一系列理论分析和数值模拟研究。基于已有经验公式和平截面假定，推导出UHPC梁开裂弯矩和极限承载力计算公式。利用ABAQUS有限元软件建立素UHPC梁的数值分析模型，将开裂弯矩和极限承载力公式计算值与梁开裂弯矩和极限弯矩模拟值进行比较。结果表明：开裂弯矩公式计算值与有限元模拟值偏差率为6.16%，极限承载力公式计算值与有限元模拟值偏差率仅为1.38%。说明公式计算值具有较高的精度，也验证了计算方法的可靠性。     

海水干湿循环对带裂缝钢筋混凝土柱力学性能及氯离子含量的影响

通过实验室模拟沿海氯环境和钢筋混凝土结构服役工作条件。使初始裂缝宽度分别为0、0.07、0.10、0.14 mm的钢筋混凝土(RC)偏压柱试件受到100次海水干湿循环作用,观察裂缝发展情况,然后对柱试件进行静力偏压加载试验,并测量受拉区混凝土的氯离子含量。结果表明,不同初始裂缝宽度的RC柱试件经过100次海水干湿循环后,其屈服荷载、极限荷载和延性均随初始裂缝宽度的增加而降低;按规范计算的偏压承载力均高于试验值。与偏压极限荷载试验值相比,当初始裂缝宽度小于0.10 mm时,规范计算极限荷载值的相对误差小于5%,裂缝宽度为0.10 mm及以上时,规范计算极限荷载值的相对误差大于16%。柱试件混凝土受拉表层(0~10 mm)的氯离子含量随初始裂缝宽度的增加而增大;当裂缝宽度小于0.10 mm时,受拉混凝土内层(10~30 mm)的氯离子含量差别不大;裂缝宽度为0.10 mm及以上时,受拉混凝土内层(10~30 mm)的氯离子含量近乎成倍增加。     

钢板-超高性能混凝土梁有限元分析研究

为了研究钢板-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,在钢板-UHPC-T组合梁方案下,以钢板厚度、钢板强度等级、UHPC抗拉强度和UHPC极限拉应变为参数,利用ABAQUS软件进行了有限元分析。结果表明:钢板厚度和钢板强度等级的改变对组合梁抗弯承载力的提高作用较为明显;UHPC抗拉强度的提高可以适当提高开裂荷载;UHPC极限拉应变的增加可适当提高梁体的延性。     

基于ABAQUS有限元分析的钢筋混凝土柱扭转性能研究

基于ABAQUS软件,构建钢筋混凝土柱（RC）受扭行为的数值模拟方法,深入探讨RC柱受扭行为的主要影响因素,为RC柱受扭行为的设计与优化奠定理论基础。采用有限元方法对钢筋混凝土的受力性能进行分析,研究了不同配筋率下钢筋混凝土柱构件的抗扭性能。试验结果显示,随着混凝土的强度提高,钢筋混凝土柱剪跨比降低,其初扭刚度和极限抗扭承载力也随之提高。钢筋配筋率、扭转-弯曲比、纵向配筋率、纵向荷载率对构件扭转承载力的影响较大。当轴力之比大于0.4时,其峰值转矩有降低的趋势。剪跨比减小了RC柱的刚性劣化程度,增加了RC柱的抗弯承载力。混凝土的延性指数在纵向配筋7.15%时达到最大。据此提出了RC柱剪跨比为5,RC柱纵筋7.15%,RC柱横筋0.67%。     

不同配筋形式柱的抗震延性

针对几种不同配筋形式柱的抗震延性问题,采用有限元软件ANSYS进行了相同体积配筋率、不同配筋形式柱在给定轴力下单调水平加载过程的非线性数值模拟,得到了几种不同配筋形式柱的延性系数;利用文献中已经被证明的理论公式,对方钢管混凝土柱在水平荷载下的极限承载力进行了计算,并将计算结果与ANSYS有限元数值模拟结果进行了对比分析。结果表明:钢管混凝土柱的延性最好、极限承载力最高,核心型钢混凝土柱和核心配筋混凝土柱的延性及承载力相当,3种柱的抗震延性均远比普通钢筋混凝土柱好;该建模方法、参数设置及结论正确。所得结论可为工程设计时优选柱的配筋形式提供参考。     

木-混组合梁R-ECC连接板受弯性能有限元分析

为研究高延性橡胶粉水泥基复合材料(R-ECC)在木-混组合连续梁负弯矩区中的适用性,对木-混组合梁R-ECC连接板和混凝土(RC)连接板的受弯性能进行了有限元对比分析,设计了10组不同参数的R-ECC连接板,探究了连接板厚度、无粘结层区长度、配筋率及配筋方式等主要影响参数对木-混凝土组合连续梁负弯矩区R-ECC连接板受弯性能的影响,并与已有的试验结果进行对比分析。研究结果表明：同设计参数的R-ECC连接板的抗弯承载力有限元结果与试验结果较吻合,且优于RC连接板;连接板厚度和配筋率对木-混组合梁抗弯承载力影响较大,而无粘结区长度和配筋方式对其影响不大。     

大高宽比矩形钢管混凝土柱压弯性能研究

为了研究大高宽比矩形钢管混凝土柱的压弯性能,对大高宽比钢管混凝土短柱进行偏压试验并结合有限元模拟补充了4组试件进行对比,包括不同偏心率、高宽比、钢管壁厚度、截面尺寸情况下柱性能的对比分析。最后参考常用的4本国内外规范进行柱承载力计算,对比并判断现有规范是否适用。结果表明：试件破坏模式均为长边鼓曲,当荷载小于极限承载力的80%时,横截面高度上的应变分布服从平截面假定;随着偏心率增大,柱延性提升,在偏心率超过0.205后,柱延性开始下降;随着壁厚增加,柱延性提升,在壁厚达到8 mm后,柱延性开始下降;随着高宽比提升,柱延性降低;随着截面尺寸增大,在壁厚不变的情况下,柱延性降低,在壁厚等比例增大时,柱延性变化不大;随着高宽比、截面尺寸、钢管壁厚度的增大,柱承载力提升;随着偏心率升高,柱承载力降低;参考规范JGJ 138—2016对大高宽比钢管混凝土柱偏压承载力的计算更为准确。     

U型UHPC与再生混凝土组合梁受弯性能分析

采用预制工艺,在再生混凝土(RAC)外围复合超高性能混凝土(UHPC),形成U型UHPC与RAC组合截面梁,提升力学性能。以U型UHPC及配筋率为变量,设计了U型UHPC-RAC组合梁。通过四分点抗弯性能试验,分析了裂缝形态和破坏机理,UHPC与钢筋应变和荷载-位移曲线。结果表明：U型UHPC与RAC形成的组合截面配筋梁,弯曲裂缝宽度小,分布均匀且间距小,最终形成1～2条宽度最大的主裂缝,为延性破坏;U型UHPC薄壁可显著提高开裂荷载,增幅约72.1%,而配筋率将屈服荷载和极限荷载分别增加25.4%和35.7%,改善了再生混凝土梁的初始刚度、延性和耗能性能;组合截面内RAC、UHPC与钢筋协同受力,应变线性变化,符合平截面假定;按照叠加原理,简化应力分布曲线,建立了U型UHPC-RAC组合梁的受弯承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

塑性铰区埋入高阻尼隔震橡胶层厚度的数值模拟分析

钢筋混凝土(RC)桥墩一旦出现塑性铰后,混凝土的破坏主要集中在塑性铰区域,而且塑性铰区混凝土的损伤及破坏程度在较大程度上影响RC桥墩的抗震性能。本文希望通过在RC桥墩塑性铰区域埋入橡胶层来提高其变形能力、增强延性和耗能能力,改善传统RC桥墩的抗震性能。基于橡胶、混凝土和钢筋的本构模型及承载力—变形理论,采用条带法,本文提出了不同轴压比、不同层间位移角所需要橡胶层厚度的计算方法,并编制了计算程序;分析得到了不同轴压比、不同层间位移角的RC柱中所需埋入的橡胶层的最小厚度,为确定RC柱塑性铰区所埋入橡胶层厚度提供参考。     

方钢管自密实混凝土加固RC方柱偏压性能有限元分析

在7根方钢管自密实混凝土组合加固柱和1根未加固RC方柱小偏心受压试验研究基础上,利用ABAQUS软件进行有限元计算,研究组合加固柱的工作机理,分析外套钢管厚度、偏心距和后浇混凝土强度等参数对加固柱受力性能的影响规律。结果表明:随着荷载的增大,混凝土的应力在试件的角部位置逐渐达到最大。外套钢管的厚度越大,试件的极限承载力越大,结构延性越好;偏心距越大,试件的极限承载力越小,延性越差;后浇混凝土强度对试件极限承载力的影响不明显,后浇混凝土强度越高试件的延性越差。     

纤维网格复合超高性能混凝土加固RC梁抗剪性能试验研究

为研究纤维网格复合超高性能混凝土（UHPC）加固钢筋混凝土梁的抗剪性能，对2根UHPC加固梁、4根纤维网格复合UHPC加固梁及2根未加固梁进行静力试验，研究剪跨比、UHPC厚度和纤维网格层数对钢筋混凝土梁破坏形态、荷载-挠度曲线、受剪承载力以及延性的影响。结果表明：采用UHPC对钢筋混凝土梁进行抗剪加固，可以明显改善梁的破坏形态，提高梁的受剪承载力；采用UHPC对钢筋混凝土梁进行抗剪加固，可以显著提高梁的开裂荷载，提升幅度为150%～216%；采用纤维网格复合UHPC加固的梁，延性系数大幅增加。最后，利用桁架-拱模型，推导了纤维网格复合UHPC加固钢筋混凝土梁的受剪承载力计算公式，计算值与试验值吻合较好。     

不同设计配筋下大偏压RC柱承载力抗震可靠度

为研究偏心距随机特性对不同设计配筋下RC柱承载力抗震可靠度的影响规律,采用解析方法,推导了以多个无量纲化设计参数表达的大偏压RC柱失效方程和配筋影响系数计算式。考虑规范中的柱配筋率要求,分析了荷载效应比值等设计参数在常用取值范围内时配筋影响系数的变化规律。结合已有的水平地震作用、竖向重力荷载、混凝土强度和钢筋强度等参数的概率模型,并考虑偏心距的随机特性,采用Monte Carlo方法进行了大偏压RC柱可靠度分析。结果表明:不同设计参数组合下大偏压RC柱配筋影响系数的变化离散性较大;当配筋影响系数较小时,增加配筋对大偏压RC柱可靠指标的改善作用不大;当该系数较大时,增加配筋对可靠指标的提升效果较明显。     

活性粉末混凝土加固高强混凝土小偏压柱试验研究

为验证活性粉末混凝土(RPC)加固高强混凝土小偏压柱的有效性,对4根近似足尺RPC加固高强混凝土柱进行小偏压一次受力试验研究,通过与另1根同配置未加固的高强混凝土小偏压柱试验结果进行对比,研究不同强度等级RPC及加固层是否加有钢筋网对高强混凝土小偏压柱破坏特征和受力性能的影响。并对RPC的纵向应变﹑纵筋应变﹑柱的截面应变﹑纵向挠度及极限承载力进行分析。试验结果表明,RPC加固效果显著,对高强混凝土小偏压柱的极限承载力提高非常明显,且能有效改善高强混凝土小偏压柱裂缝分布情况,提高试件延性。     

钢筋桁架超高性能混凝土叠合板受弯性能试验研究

通过2块钢筋桁架超高性能混凝土(UHPC)叠合板和1块UHPC整浇板的对比试验,分析钢筋桁架对UHPC叠合板的挠度、裂缝、混凝土应变等抗弯性能的影响;探讨钢筋桁架UHPC叠合板的二次受力效应。研究表明:钢筋桁架UHPC叠合板的受弯性能优于普通混凝土叠合板,截面应变基本符合平截面假定,延性较好,且二次受力现象并不明显;钢筋桁架可以有效地提升叠合板的整体抗弯承载力,减弱受拉钢筋的"应力超前"现象和受压混凝土"应变滞后"现象;取混凝土等效抗拉影响系数k_3为0. 35,建立钢筋桁架UHPC叠合板受弯正截面承载力计算式,其计算值与试验数据吻合较好。     

钢板-混凝土组合剪力墙受剪性能试验研究

通过11片高宽比为1.5、轴压比为0.5的钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究,对比了不同连接形式钢板-混凝土组合墙受剪破坏形态、极限承载力及延性性能。试验表明,钢板-混凝土组合墙中型钢、钢板与混凝土可很好地协同工作,而且四周焊接的钢板-混凝土组合墙可大幅度提高受剪承载力,而延性与普通配筋墙相当或略高;采用连接板与周边型钢连接的钢板-混凝土组合墙,其承载力提高幅度取决于连接板的强度,延性性能较好。基于承载力叠加原理提出的钢板-混凝土组合剪力墙受剪承载力设计计算公式与试验结果吻合较好,并具有适当的安全度,同时还提出了钢板-混凝土组合剪力墙受剪截面控制条件的建议公式。     

钢板-混凝土组合板受弯性能试验研究

以钢板代替受力钢筋,通过栓钉将外侧钢板与内部混凝土板相连,二者共同作用形成钢板-混凝土组合板。根据钢板布置形式的不同,可将钢板-混凝土组合板分为单面钢板-混凝土组合板（SSC）和双面钢板-混凝土组合板（DSC）。通过对4个SSC试件和3个DSC试件的受弯试验研究,分析了不同钢板厚度、抗剪连接程度以及构造钢筋配置对组合板受弯性能和破坏形态的影响。试验结果表明,按完全抗剪连接设计的试件破坏形态与适筋梁相似,具有良好的受弯承载能力和延性;当受拉区钢板采用部分抗剪连接设计时,剪跨区栓钉易剪断导致承载力明显降低;当受压区钢板采用部分抗剪连接设计时,顶层钢板易发生局部屈曲,导致试件承载力和延性有所降低。基于试验结果,给出了钢板-混凝土组合板的受弯承载力计算式,计算值与试验值吻合较好。     

#br# 大比例预应力UHPC-T形梁抗弯性能试验研究

为研究预应力UHPC梁的力学性能及结构设计方法,进行了一片大尺寸T梁的弯曲试验,获得了试验梁从加载到破坏全过程的主要结果。利用现有研究成果,考虑UHPC材料的受拉性能影响,给出了修正的受拉应力-应变关系曲线,建议了极限状态下截面应力应变分布模式,由此改进了开裂荷载和极限承载能力的计算方法,并获得了相应结果。分析结果很好地预测了试验梁的荷载-位移曲线及极限承载力大小;基于平截面假定,考虑UHPC材料的非线性性能,编制了UHPC梁全过程非线性分析程序,理论分析和程序计算的结果与试验结果吻合良好。以此为基础,进而分析了预应力配筋率及张拉应力大小,以及高跨比对结构抗弯承载能力的影响规律,为UHPC梁的应用提供参考。结果表明：预应力UHPC梁具有良好的延性和变形性能,其开裂弯矩可按我国桥规公式计算,并宜考虑UHPC的受拉塑性;UHPC的受拉性能对其抗弯承载能力有贡献、但不大;适当增加预应力筋面积,可充分利用UHPC的超高抗压强度,并能有效提高UHPC梁的开裂弯矩、极限承载能力大小。