外包钢加固火灾后钢筋混凝土柱的试验研究

通过3根外包角钢加固的ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱的受力性能试验以及3根未加固的ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱和3 根常温下钢筋混凝土柱的对比试验,研究了火灾后钢筋混凝土柱的性能以及外包钢加固火灾后钢筋混凝土柱的有效性。试验结果表明:火灾后试件的刚度退化显著,在该文的试验参数和升温条件下,从开始加载到80%极限荷载的不同加载阶段,轴压柱的轴向刚度只有常温下轴向刚度的0.22~0.37,偏压柱的弯曲刚度只有常温下弯曲刚度的0.13~0.18;外包角钢加固对火灾后试件的刚度修复有一定的效果,不同荷载水平下,加固后轴压试件的轴向刚度与常温下试件刚度的比值在0.41~0.89 之间,偏压试件的弯曲刚度与常温下试件刚度的比值在0.33~0.91 之间。火灾后试件承载能力退化严重,在该文的试验参数和升温条件下,火灾后试件的承载力水平只有常温下的0.25~0.37;利用外包角钢对火灾后的试件进行加固,能将试件的承载力提高至试件未受火时大致相当的水平,加固后试件的承载力与未受火试件承载力的比值在0.97~1.06 之间,外包钢加固对火灾后试件承载能力的修复效果十分显著。     

空心率对空心钢管混凝土轴压短柱工作性能及承载力影响的研究

进行了55根各种截面的空心钢管混凝土轴心受压短柱试验,研究了不同截面参数情况下,空心钢管混凝土轴压短柱承载力性能变化,研究了空心率对平均应力与纵向应变性能的影响。研究结果表明:圆形截面试件的承载力高于其他类型截面的试件,试件空心率越小,试件的承载力越高,轴压曲线的弹塑性阶段越长,同时曲线的下降段越趋平缓,随着空心率的变化,短柱的轴压曲线呈系列化,上述结果体现了空心钢管混凝土结构的连续性。同时根据试验结果验证了空心钢管混凝土轴压短柱组合强度标准值的计算公式,计算值与试验值相比吻合良好,说明使用该公式计算空心钢管混凝土轴心受压短柱的承载力是可行的。     

火灾后钢筋混凝土柱的剩余承载力研究

对ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱的剩余承载性能及方形柱剩余承载力的实用计算方法进行了研究。结合高温后混凝土和钢筋的本构模型及虚梁法,建立了火灾作用后钢筋混凝土柱剩余承载力的数值分析模型,并编制了相应的程序CAFIRE,程序考虑了轴力的二阶效应。利用程序分析了相关参数对标准火灾作用后钢筋混凝土方形柱剩余承载力的影响规律。针对不同受火时间、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等情况,共进行了2700种工况下钢筋混凝土方形柱剩余承载力分析。在计算结果的基础上,定量给出了标准火灾作用后钢筋混凝土方形柱剩余承载力的实用计算方法。最后利用程序比较了不同受火时间后相同横截面面积、相同配筋率、不同截面形状混凝土柱的剩余承载力。     

CFRP加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

对不含腐蚀圆钢管混凝土(T4.5-CFST)短柱、含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(C-CCFST)短柱以及碳纤维增强复合材料(CFRP)加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(CFRP-C-CCFST)短柱的轴压承载力进行了试验研究。用材料去除的方式模拟腐蚀缺陷。共完成19个试件的轴压承载力试验,包括:T4.5-CFST短柱1个、C-CCFST短柱8个以及CFRP-C-CCFST短柱10个。试验结果表明:在试验参数范围内,相对于T4.5-CFST试件,C-CCFST试件极限承载力下降范围为3.0%~22.9%;相对于C-CCFST试件,CFRP-C-CCFST试件极限承载力提升范围为26.8%~49.8%。相比C-CCFST试件,由于外部CFRP的约束作用,CFRP-C-CCFST试件具有更大的轴压刚度和极限承载力,极限承载力均高于T4.5-CFST试件,表明CFRP加固试件具有更好的力学性能。CFRP加固能够有效地抑制腐蚀缺陷区域钢管的局部屈曲。此外,进一步对CFRP加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土短柱极限承载力进行了理论研究,并采用试验结果验证其准确性。     

CFRP加固火灾后混凝土短柱抗震性能的试验研究

进行了1根未受火混凝土短柱、1根火灾后混凝土短柱、1根CFRP加固未受火混凝土短柱和3根CFRP加固火灾后混凝土短柱的拟静力试验,考察了CFRP的加固量和加固方式对火灾后混凝土短柱抗震加固效果的影响情况,建议了CFRP加固火灾后混凝土柱抗剪承载力的实用计算方法。研究结果表明:外包CFRP加固可将未受火混凝土短柱的抗剪承载力提高21.8%、可将火灾后混凝土短柱的抗剪承载力提升至未受火试件的111.2%~117.1%、可提高受火前后短柱的极限变形能力和累积滞回耗能。与未受火试件相比,外包CFRP不会提高火灾后加固混凝土短柱的割线刚度。对于相同的加固量,全包CFRP柱的抗剪承载力略优于条带包裹柱。受火前、后和外包CFRP加固前、后混凝土短柱的滞回规则均类似。     

方CFRP-钢管混凝土(S-CFRP-CFST)压弯构件滞回性能试验研究

进行了8个方CFRP-钢管混凝土压弯构件的滞回性能试验。试验结果表明,纵向CFRP对方钢管混凝土有很好的增强作用,可以提高试件的承载力。对试验结果的分析表明,轴压比可以提高试件的抗弯承载力,钢管和CFRP管的变形协调一致。计算表明:试件强度均有一定退化;轴压比和纵向CFRP增强系数的增大可以提高试件的刚度,同时减缓刚度退化;轴压比在一定范围内有利于试件的抗震。     

方钢管再生混凝土短柱轴压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土短柱的轴压承载性能,以再生粗骨料取代率为主要变化参数,设计了11个方钢管再生混凝土试件进行轴压试验。试验结果表明:方钢管再生混凝土的破坏形态与普通方钢管混凝土相似,呈斜压破坏,再生粗骨料取代率变化对方钢管再生混凝土的承载性能影响不明显。采用统一强度理论、叠加计算理论对方钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行了计算和分析,结果表明两种理论的计算结果均小于试验值,偏于安全,综合经济性考虑,建议采用统一强度理论的计算公式对方钢管再生混凝土短柱进行设计。最后根据试验数据拟合了方钢管再生混凝土应力-应变关系的全过程表达式。     

火灾后型钢混凝土柱剩余承载力数值模拟分析

利用MSC.MARC软件对火灾后型钢混凝土柱的截面温度场及剩余承载力进行了模拟分析,数值分析结果得到了试验验证。考虑混凝土强度、长细比、含钢率、荷载偏心率、受火时间等参数,利用MSC.MARC软件对ISO834标准火灾作用后型钢混凝土柱剩余承载力进行了进一步计算。计算结果表明,经历ISO834标准火灾作用后,型钢混凝土柱的极限承载力显著降低,在该文参数范围内,承载力降低幅度在8.5%~45.3%变化。定义火灾作用后型钢混凝土柱剩余承载力与常温下型钢混凝土柱极限承载力的比值k为火灾后型钢混凝土柱剩余承载力影响系数。数值模拟分析结果表明,混凝土强度、截面含钢率、受火时间对k值的影响较大,而长细比、偏心率对k值的影响相对较小。在数值计算结果基础上,通过回归分析的方法得到了火灾后型钢混凝土柱剩余承载力影响系数k的简化计算公式,公式计算结果与数值模拟分析结果符合较好。     

部分预制装配型钢混凝土柱火灾后偏压试验研究

通过6个试件的火灾后偏压试验以及1个试件的常温下偏压试验,对配置活性粉末混凝土外壳的部分预制装配型钢混凝土（Partially Precast Steel Reinforced Concrete,PPSRC）柱和空心预制装配型钢混凝土（HollowPrecast Steel Reinforced Concrete,HPSRC）柱的火灾及火灾后偏压性能进行了对比分析。研究了受火时间、偏心率和核心混凝土强度对PPSRC柱及HPSRC柱的火灾下内部温度分布及火灾后剩余承载力、变形能力等方面的影响,并基于试验结构,对火灾下试件截面温度场进行了数值模拟分析。试验结果表明:火灾升温过程中试件截面测点温度存在明显的温度平台,火灾后试件的活性粉末混凝土外壳未发生爆裂现象,混凝土对型钢具有较好保护作用;模拟结果表明,截面温度及温度变化幅度由表及里逐渐降低,核心混凝土受到良好保护作用,温度相对较低;在偏压荷载下,火灾后试件的偏心受压破坏过程以及破坏形态和常温下类似,剩余承载力随火灾升温时间的增长和偏心率的增大而降低,随核心混凝土强度的增大而升高,试件的延性随核心混凝土的强度增大而增大。     

CFRP钢管混凝土长柱承载力的研究

通过对CFRP钢管混凝土和钢管混凝土两种构件轴压短柱的研究与比较,分析了CFRP钢管混凝土新型构件与钢管混凝土构件的差别与联系,为CFRP钢管混凝土长柱承载力计算打下基础;并对CFRP钢管混凝土长柱进行了试验研究,探讨CFRP钢管混凝土轴压长柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压长柱承载力的提高效果,分析了长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响;基于短柱极限平衡法的承载力设计相关公式从理论上推导出CFRP钢管混凝土轴压长柱稳定承载力公式,并与试验结果相比较,验证了理论公式的正确性。     

火灾后型钢混凝土轴压柱剩余承载力试验

进行了5个火灾后型钢混凝土柱轴心压力作用下的试验,研究长细比、混凝土强度对构件破坏形态和剩余承载能力的影响。试验结果表明,火灾后型钢混凝土轴心受压柱在荷载作用下的破坏形态与常温下基本相同,试件破坏时其内部核心型钢依然完好,不会发生局部屈曲现象。混凝土强度和长细比是影响型钢混凝土轴心受压柱火灾后承载能力的两个重要因素,当长细比相差不太大的情况下,混凝土强度高的试件,其火灾后极限承载力相对较高;在混凝土强度大致相当的情况下,随着长细比的增大,火灾后试件的极限承载力降低。利用YB规程和JGJ规程方法,对所有试件常温下的极限承载力进行了计算,结果表明在该文的试验条件下得到的火灾后型钢混凝土轴心受压柱承载能力的试验值与常温下承载力计算结果的比值在62%~71%之间,经历火灾作用后型钢混凝土轴心受压柱承载能力显著降低,火灾后的剩余承载力水平平均为常温下承载力水平的67%。     

相邻两面受火和三面受火混凝土矩形柱的耐火极限研究

利用高温下钢筋混凝土柱基于虚梁法的数值模拟程序RCSSCF,分析了轴压比、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等参数对ISO834标准升温过程下相邻两面受火和三面受火钢筋混凝土矩形柱耐火极限的影响规律.针对不同轴压比、计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等情况,共进行了9792种工况下相邻两面受火矩形柱的高温反应分析、11520种工况下三面受火矩形柱的高温反应分析.在计算结果的基础上,定量给出了相邻两面受火和三面受火钢筋混凝土矩形柱耐火极限的实用计算方法.研究表明:a) 严格控制轴压比是提高矩形柱耐火极限的有效措施;b) 荷载角对相邻两面受火和三面受火矩形柱的耐火极限影响较大;c) 随着轴压比的增大,相邻两面受火和三面受火矩形柱耐火极限的差异减小.     

圆角半径对碳纤维增强聚合物复合材料布约束型钢混凝土矩形短柱轴压性能的影响

为研究圆角半径对碳纤维增强聚合物 （Carbon fiber reinforced polymer,CFRP）复合材料约束型钢混凝土矩形短柱轴压性能的影响,对1个对比构件和5个不同圆角半径的约束构件进行静力轴压试验。试验结果表明:随圆角半径增大,柱外围的CFRP复合材料布环向应变更高且分布趋于均匀;约束柱的峰值荷载和延性也随之增大,荷载-变形曲线在峰值荷载后由平缓的下降段逐渐向上升段转化。通过建立三维有限元模型进行数值分析,可见随圆角半径增大,构件横截面上混凝土有效约束区面积增大,混凝土压应力分布趋于均匀;型钢包围的核心区混凝土应力则显著增大。随后对截面的混凝土约束区域进行了划分,设定型钢包围部分为高强约束区,最后基于叠加法建立了约束组合短柱的轴压承载力计算公式。计算显示增大圆角半径降低了组合柱的横截面积,但却显著提高了约束后柱的轴压承载力。      

双轴压弯作用下RC桥墩矩形空心截面性能评价

针对双轴压弯作用下钢筋混凝土(RC)空心截面性能评价问题,该文根据双轴压弯作用下RC矩形空心截面中和轴布置的不同形式,推导了双轴压弯作用下其承载力计算公式和曲率计算公式。对双轴压弯作用下轴压比、配筋率和配箍率不同的3个RC矩形空心截面试件体桥墩的墩底控制截面,进行了承载力和转动延性分析,得出其在给定轴力作用下的M_x-M_y曲线和弯矩-曲率曲线,并通过其双轴压弯循环荷载试验,验证了分析结果的正确性和精确性。在此基础上,对一连续刚构桥梁的RC矩形空心桥墩的承载能力、截面转动延性以及相关参数进行了分析。结果表明,双轴压弯作用下两主轴方向弯矩耦合作用降低了截面的极限承载能力,单轴压弯作用的截面设计对结构是偏于不安全的;随中和轴与某一轴夹角的增大,该轴极限弯矩和曲率逐渐减小,而沿另一主轴方向的极限弯矩和曲率逐渐增大,但均小于其强轴方向的极限弯矩和转动曲率,该文的结论可为RC矩心空心截面桥墩的抗震设计和性能评价提供参考。     

传感器测试FRP约束混凝土轴压短柱的核心区应力

提出了一种使用水泥基压电陶瓷传感器测试混凝土轴压短柱应力的新方法。将压电传感器埋入混凝土矩形短柱核心区,测试了纤维增强复合材料约束前后混凝土短柱的轴向动态疲劳载荷,建立了传感器输出信号与混凝土短柱核心区应力之间的数值模型,并将理论计算应力值与由模型推导出的应力值进行对比。结果表明:模型推导应力值与理论计算应力值基本吻合,验证了使用压电传感器测试动态载荷作用下混凝土短柱应力这一新方法的可行性。     

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。     

圆钢管自应力钢渣增强混凝土柱的受力机制及承载力计算

为研究圆钢管自应力钢渣增强混凝土(钢渣/混凝土@圆钢管)柱的受力机制，设计了8根钢渣/混凝土@圆钢管柱进行轴心受压加载试验，其中短柱试件6个，中长柱试件2个。试验考虑钢渣/混凝土膨胀率、径厚比和长径比共3个变化参数。观察试件的受力破坏全过程，获取应力-应变曲线、峰值应力等重要参数，分析各变化参数对钢渣/混凝土@圆钢管轴压柱受力性能的影响。结果表明:钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱的破坏形态表现为中部鼓曲状剪压破坏，而钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱则呈弯曲屈曲破坏；各试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、缓慢上升段等历程，与普通钢渣/混凝土相比，各试件的峰值应变和峰值应力明显提高，且钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱试件较钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱试件提高更为显著。根据极限平衡条件和全过程分析，提出钢渣/混凝土@圆钢管柱承载力计算公式。在试验研究基础上，建立钢渣/混凝土@圆钢管柱的应力-应变关系模型，理论计算结果与试验实测数据吻合较好。研究成果可为钢渣/混凝土@圆钢管柱的进一步研究和工程应用提供参考。      

CFRP加固钢筋混凝土方柱抗震性能尺寸效应的细观分析

为研究CFRP加固钢筋混凝土方柱在地震作用下的破坏模式,该文考虑混凝土材料的非均质性、钢筋-混凝土间的粘结滑移作用,建立了CFRP加固钢筋混凝土方柱三维细观数值模型。在验证数值模型与试验结果吻合良好的基础上,扩展工况探讨了轴压比、CFRP体积配置率对CFRP加固钢筋混凝土方柱抗震性能及名义抗剪强度尺寸效应的影响。结果表明:一定轴压比范围内柱的承载力随轴压比增大而提高,但其延性会降低;该文工况中,CFRP加固钢筋混凝土柱的名义抗剪强度随试件尺寸增大呈降低趋势,存在着明显尺寸效应行为;在经典材料层次尺寸效应律基础上,提出了CFRP加固混凝土方柱名义抗剪强度尺寸效应理论公式(适用范围轴压比小于0.4),模拟结果证实了公式的合理性。