喷水冷却火灾后方钢管混凝土界面黏结性能试验研究

为揭示消防喷水冷却火灾后方钢管与核心混凝土界面间的黏结滑移性能,设计制作了23个方钢管混凝土试件,试件考虑了历经最高温度、混凝土的黏结长度、混凝土强度、冷却方式等变化参数。通过黏结滑移推出试验研究,观察了各试件的破坏形态,获取了荷载-滑移全过程曲线及特征点参数,分析了不同参数对界面黏结强度的影响并提出了计算表达式、构建了荷载-滑移本构关系模型。研究表明:加载端与自由端的荷载-滑移曲线形状相似,自由端较晚滑移;随着火灾温度的升高,界面间黏结强度均表现为先增后减的变化趋势,且火灾温度为600℃时达到峰值;随着火灾温度的升高,黏结长度对界面黏结强度影响显著且呈反比关系;消防喷水冷却后试件界面黏结强度较自然冷却低,下降幅度随着温度的升高逐渐增大。     

恒高温下钢管混凝土界面黏结性能试验研究

钢管混凝土的界面黏结性能是钢管和混凝土之间共同受力与协调变形的基础。为探讨高温下钢管混凝土界面黏结破坏特点和平均黏结强度的主要影响因素,文中以恒温温度、长径比和径厚比等为主要研究参数,进行钢管混凝土试件恒高温下的推出滑移试验,得到钢管混凝土界面的温度-时间和荷载-滑移关系曲线。试验结果表明,在20℃～900℃研究范围内,恒温温度对圆钢管混凝土平均黏结强度有显著的影响,平均黏结强度随恒温温度的升高先减小后增加再减小,降低幅度最高达到90%;平均黏结强度随钢管长径比的增大而减小,降低幅度最高达50%;钢管径厚比对平均黏结强度影响很小,降低幅度在10%以内。     

圆钢管活性粉末混凝土界面黏结性能

为研究钢管活性粉末混凝土(RPC)的界面黏结性能,以径厚比、长径比和混凝土抗压强度为变化参数,设计了21个圆钢管RPC试件并对其进行静力推出试验。分析了试件的破坏过程与形态、荷载-滑移曲线、黏结强度和钢管表面应变分布,结果表明：钢管RPC的荷载-滑移曲线分为峰值荷载点后有明显下降段、峰值荷载点后曲线平稳和曲线持续上升三类,取峰值点或第一拐点对应的荷载为黏结破坏荷载;界面初期黏结力由化学胶着力提供,随后转化为机械咬合力和摩阻力,后期则主要由界面摩擦力提供;钢管RPC的黏结强度随着套箍系数增加而增大,钢管主要在加载后期发挥约束作用,其表面纵向应变沿高度方向大致呈指数分布。考虑长径比和套箍系数对实测黏结强度的影响,建立了考虑双因素影响的钢管RPC黏结强度计算模型,理论计算结果与实测结果吻合较好。     

直缝焊接钢管与混凝土界面黏结性能试验研究

大跨越输电杆塔工程中钢管混凝土结构设计对其界面黏结性能提出了更高的要求.为研究直缝焊接钢管与混凝土界面黏结性能,采用正交试验方法设计了9个钢管混凝土试件的推出试验.研究了直缝焊接钢管与混凝土界面黏结机理和黏结应力分布规律,分析了各因素影响黏结强度的主次关系及变化规律,并基于正交试验分析结果提出了优化的黏结强度经验计算式...     

火灾后椭圆钢管混凝土界面黏结性能研究

近年来,椭圆钢管混凝土结构日益受到建筑师与结构工程人员的青睐,与传统的圆形和方形钢管混凝土柱相比,椭圆钢管混凝土柱具有流线型外观和较高的抗扭刚度,在高层和大跨等建筑结构中具有较广泛的应用前景。研究者已对圆形和方形钢管混凝土的火灾后界面黏结性能展开试验与理论研究,但尚缺少对椭圆钢管混凝土火灾后界面黏结性能的相关研究。文章采用弹簧单元模拟钢管-混凝土界面的滑移,建立可分析椭圆钢管混凝土火灾后界面性能的有限元模型,并与具有相同界面接触面积的圆形和方形钢管混凝土进行比较,深入分析椭圆、圆形和方形钢管混凝土的温度分布、火灾后界面黏结应力-滑移关系和火灾后黏结强度。最后,在建立的有限元模型基础上,对影响椭圆钢管混凝土火灾后黏结强度的重要参数进行分析,研究参数包括:目标温度(20℃、600℃和800℃)、恒高温时间(30min、90min、120min和180min)、混凝土强度(30MPa、40MPa、50MPa和60MPa)、截面周长(388mm、484mm、630mm和727mm)和纵横比(1.25、1.50、2.00和2.25),研究发现:混凝土强度和截面周长对椭圆钢管混凝土的火灾后界面黏结...     

高温后喷水冷却圆钢管再生混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土的界面黏结性能变化规律,以历经最高恒温温度、再生粗骨料取代率、界面锚固长度为3个变化参数,进行了27个高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土试件和2个自然冷却试件（对照组）的静力推出试验,以位移控制的加载方式为主,使自由端的钢管单独受力（核心混凝土不受力）,圆钢管内的混凝土从下向上推出。通过试验观察了圆钢管再生混凝土试件破坏的全过程和形态,获取了加载端和自由端的荷载-滑移曲线,分析了各个变化参数对黏结性能的影响规律。试验结果表明：经过高温喷水冷却后,圆钢管再生混凝土试件加载端和自由端的荷载-滑移曲线形态相似,且和自然冷却试件的曲线相似,同时也和前期做的钢管普通混凝土的曲线具有相似性;加载端和自由端的荷载-滑移曲线大致分为上升段、缓慢下降段和平缓段;并且自由端的初始滑移晚于加载端。定义了极限黏结强度τu和残余黏结强度τr。圆钢管再生混凝土试件表面上应变沿试件高度方向大致呈指数分布。经历消防喷水冷却后,随历经最高温度的升高,黏结强度先增大后减小,在400 ℃时,黏结强度达到最大值,当大于400 ℃时,黏结强度降低。历经高温后试件的平均残余黏结强度分别是常温下试件的1.25倍、1.75倍、1.38倍和1.50倍。再生粗骨料取代率的变化对黏结强度的影响不明显,常温下γ=50%时,黏结强度达到最大值;温度为200 ℃且γ=75%时,黏结强度也为最大。这和自然冷却下钢管再生混凝土的结论类似。锚固长度的增大也使圆钢管再生混凝土试件平均极限黏结强度和残余黏结强度均有不同程度增大。提出了高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土极限黏结强度和残余黏结强度的计算公式,用此公式所得计算结果均比较理想。今后对界面黏结性能的研究,可以从增加钢管内壁的粗糙度、钢管内部加入加劲肋和钢管内增设不同长度的螺栓角度进行探讨,进而进一步丰富界面黏结性能的理论研究,以期为消防喷水后建筑结构构件的其他力学性能提供理论基础,同时为现实生活中火灾后钢-混凝土组合结构的灾后评估和加固提供参考。     

高强钢筋与再生混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究高强钢筋与再生混凝土间的黏结作用机理,以再生粗骨料取代率和高强钢筋埋置长度为变化参数,设计了15个边长为150 mm的高强钢筋再生混凝土立方体试件,并进行推出试验。通过试验获取了加载端和自由端荷载-滑移曲线的特征点参数,并回归得到各特征点黏结强度计算公式;分析了各变化参数对黏结强度的影响,并采用实用黏结强度计算公式进行对比计算。研究结果表明:高强钢筋与再生混凝土试件的黏结破坏以劈裂破坏为主;特征黏结强度均表现为随取代率的增加而呈现下降趋势,高强钢筋与再生混凝土的界面黏结强度随埋置长度的增加而有所增大。     

高强钢筋与超高性能混凝土黏结性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能,设计并制作69个试件,通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏,高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大;纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显;当纤维体积率从1%增长至3%,长径比从35增加到100时,黏结强度分别提高了23%和16%;但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响;黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加,随着黏结长度增大而降低,当保护层厚度超过4倍钢筋直径时,增幅基本不变;当黏结段位于加载端时,受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%,黏结段越靠近试件中部,加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果,确定临界锚固长度计算式,提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式,同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得,现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度,建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。     

高强钢丝织物与混凝土黏结性能试验研究

高强钢丝织物复合材料(SRP)加固混凝土结构是一种新型的加固技术.为研究SRP与混凝土之间的黏结性能,对6根SRP黏结加固的混凝土切口梁进行三点弯曲试验,研究了SRP黏结长度、SRP层数和黏结材料种类对SRP加固梁极限荷载的影响,并分析了黏结界面处SRP的应力应变分布规律.     

CFRP布与高温后混凝土的黏结性能试验研究

为研究碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布与高温后混凝土的黏结性能,进行了CFRP布与高温后混凝土单面剪切试验。将混凝土试块分别加热到200、300、400℃和500℃,自然冷却后在其表面粘贴CFRP布,粘贴长度分别为80、120、160 mm和200 mm,研究了受火温度和黏结长度对其黏结性能的影响。结果表明,CFRP布与高温后混凝土的黏结试件发生了剥离破坏,且随着混凝土过火温度升高,破坏时剥离下来的CFRP布表面黏附的混凝土量逐渐增加。CFRP布与高温后混凝土的极限荷载随着混凝土过火温度升高呈先升高后降低的趋势,在文中研究参数范围内,均大于常温下的数值。给出了混凝土过火温度不大于600℃条件下CFRP布与高温后混凝土极限荷载计算公式,通过与本文及文献试验结果比较发现,计算值与试验值符合较好。     

型钢再生混凝土黏结滑移推出试验及黏结强度分析

为研究型钢与再生混凝土界面之间的黏结滑移性能,以再生粗骨料取代率、型钢与再生混凝土的黏结部位、型钢保护层厚度、横向配箍率、再生骨料母料强度和再生骨料粒径等为变化参数,设计了22个型钢再生混凝土试件,采用位移控制的加载方法进行推出试验。通过观察试件的受力破坏过程,分析型钢与再生混凝土界面黏结失效机理,获取其裂缝发展形态、应力分布情况、加载端和自由端滑移分布规律;分析不同参数对型钢再生混凝土黏结滑移性能的影响规律。研究结果表明：型钢不同黏结部位与混凝土的黏结应力不同,翼缘内侧黏结应力最高,翼缘外侧次之,腹板黏结应力最小;黏结应力沿型钢埋置长度方向呈指数分布;再生骨料的母料混凝土使用时间越长,用其生产的骨料配置的同条件的混凝土强度越低;再生混凝土骨料粒径越小,再生混凝土与型钢的极限黏结强度越小。     

Experimental and theoretical research on bond behavior of concrete filled steel tube with inner steel tube

为了研究内配钢管的钢管混凝土黏结强度,对12个内配钢管的钢管混凝土试件进行了拉拔试验和16个内配钢管的钢管混凝土试件进行了推出试验,大部分拉拔试件和推出试件表现为内管与混凝土之间黏结破坏,只有少数试件因为加工误差导致外管与混凝土之间黏结破坏。通过试验得到了各试件的黏结滑移相关数据,绘制出各试件的荷载-滑移曲线,曲线总体表现出先上升后下降的特点。试验结果表明,钢管拉拔时的黏结强度比钢管推出时小,拉拔内钢管时的平均黏结强度为0.63MPa,推出内钢管时的平均黏结强度则为0.76MPa;钢管径厚比对黏结强度影响最显著,对钢管径厚比与黏结强度关系进行拟合,得到钢管径厚比与黏结强度拟合公式,并与试验值、规范值对比,拟合值与试验值的比值在0.833~1.262之间,规范值与试验值比值在1.045~1.258之间,三者较为吻合。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能试验研究

进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验,分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值,分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满,具有良好的变形性能和耗能能力;增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力,提高框架的耗能能力;增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力,提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。     

高强钢管混凝土强度发展规律试验研究

针对C70,C80,C90高强钢管混凝土,通过抽芯取样、预埋试块及间接养护对比试验,探讨不同龄期外界物理行为对高强混凝土强度的影响;并探讨了不同养护条件下高强钢管混凝土随龄期强度发展规律。结果表明,高强钢管混凝土强度对抽芯取样等外界扰动较为敏感,间接养护可模拟钢管内部混凝土的养护环境,其标准立方体试块抗压强度可作为判定钢管混凝土强度的依据之一;随着龄期的增长,钢管的特定养护环境会使得混凝土强度后期增长较多,达到甚至超过标准养护和"同条件"养护的试块强度。将试验研究成果应用于实际工程,取得了满意的效果。     

方钢管混凝土中钢管和混凝土抗压强度研究

对于方钢管混凝土柱在轴压作用下的受力性能,国内外学者已经进行了大量的试验研究和理论分析,但常规轴压试验无法得到钢管和混凝土各自承担的轴压力。为此,提出了一种在方钢管混凝土柱试件上部设置轴力测量段的试验方法,用于直接测量轴压下方钢管混凝土柱中钢管和混凝土所承担的轴压力。通过对5个不同宽厚比的方钢管混凝土柱试件开展轴压试验,发现方钢管混凝土柱中混凝土的抗压强度与其对应的轴心抗压强度相近。将试验得到的钢管抗压强度与已有经验公式结果进行对比,发现已有经验公式可合理预测钢管的抗压强度,针对钢管的屈曲后行为和其他因素的影响需要展开更深入的研究。在试验结果的基础上,提出了方钢管混凝土柱的轴压承载力计算式,其计算结果与文献试验结果吻合良好。     

Experimental study on bond strength of interface between steel fiber reinforced reactive powder concrete and steel tube

为研究钢管-钢纤维活性粉末混凝土（RPC）界面黏结强度,共进行了27根钢管-RPC试件的推出试验,主要参数包括钢管壁厚、钢纤维体积掺量和养护温度。试验研究发现：钢管-RPC的荷载-滑移全过程曲线不同于普通钢管混凝土,具体表现为钢管-RPC的荷载-滑移曲线无明显初始峰值点,且曲线出现二次上升段;试验参数中养护温度、钢管壁厚和钢纤维体积掺量对钢管-RPC界面初始黏结强度和极限黏结强度的影响规律不同;钢管壁厚从1.41mm增大到3.45mm,初始和极限黏结强度分别提高了68%和64%;养护温度由20℃增加到90℃后,初始和极限黏结强度分别提高了30%和11%;不同体积掺量范围内钢纤维对黏结强度影响规律不同,表现为体积掺量从0%增加到1%时初始和极限黏结强度分别降低了2%和11%,而从1%增加到3%时初始和极限黏结强度分别提高了54%和21%。     

钢管混凝土柱受剪承载力试验

为建立钢管混凝土柱的受剪承载力计算式,完成了35根试件的静力加载试验。试件参数包括钢管壁厚、混凝土强度、剪跨比和轴压比。结果表明,剪跨比λ≤0.5施加轴压力的试件为剪切破坏,1.0≥λ>0.5施加轴压力的试件为剪弯破坏,λ≥0.5未施加轴压力的试件为弯曲破坏;试件有较大的变形能力;钢管混凝土柱的受剪承载力与轴压比、剪跨比有关。建立了由钢管、混凝土和轴压力三部分贡献组成的钢管混凝土柱受剪承载力计算公式,计算值与试验值符合较好,且偏于安全。     

外方内圆复合钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土柱的抗震性能,完成了6个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比、方钢管壁板厚度及其宽厚比、圆钢管混凝土套箍指标。试验结果表明：6个试件的破坏形态基本相同,均为距柱底约300 mm高度范围内方钢管外鼓屈曲,方、圆钢管之间混凝土局部破坏;试件的水平荷载 位移滞回曲线饱满,无明显捏拢;峰值水平荷载时,轴压比设计值约为1.0的试件位移角略小于1/100,其它5个试件位移角均大于1/100;减小方钢管壁板的宽厚比,或增大圆钢管混凝土的套箍指标,可增大试件的初始割线刚度以及极限位移角;增大方钢管壁板的厚度,可提高试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力。采用叠加方法与平截面假定方法计算试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力,计算值与实测值吻合较好。