重复荷载作用下T形截面柱箍筋约束混凝土加卸载准则

为研究T形截面柱箍筋约束混凝土在重复荷载作用下的加卸载模型,在已有5根箍筋约束混凝土T形截面柱轴心重复受压性能试验研究基础上,采用ANSYS有限元软件对其受力过程进行分析,研究了T形截面柱箍筋对核心混凝土的有效约束作用。综合有限元分析结果及试验结果,建立了T形截面柱约束混凝土的抗压强度和峰值应变计算式,计算值与试验值吻合良好。通过分析重复荷载作用下箍筋约束混凝土的应力-应变包络线、共同点轨迹线的特征,发现共同点轨迹线与包络线形状相似,给出了应力-应变包络线方程,计算结果与试验结果吻合良好。据此建立了重复荷载作用下T形截面柱箍筋约束混凝土的卸载曲线、再加载曲线方程,计算曲线与试验曲线吻合较好,说明建议的加卸载准则能较好地反映轴压重复荷载作用下箍筋约束混凝土的应力-应变曲线的变化规律。     

重复荷载作用下箍筋约束混凝土T形柱性能

结构构件在实际使用期间可能会承受荷载随机或有规律地多次重复加卸作用,为研究轴压重复荷载作用下箍筋约束混凝土T形柱的性能,对5根不同配箍特征值的试件进行轴压重复荷载试验,并与1根单调轴心受压荷载作用下的试件对比,结果表明:轴压重复荷载作用下试件的破坏特征与单调轴心受压荷载作用下相似,随着配箍特征值增大,试件的破坏类型由斜向破坏变为纵向压碎破坏,峰值荷载及相应位移增大,骨架曲线下降段趋于平缓,试件的刚度退化得到有效延缓,延性变好,延性系数的计算结果与试验结果吻合良好,建立的公式可用于轴压重复荷载作用下箍筋约束混凝土T形柱延性系数的计算。     

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。     

重复荷载作用下碳纤维约束混凝土加卸载准则

对12个碳纤维约束混凝土棱柱体试件(100×100×300)进行了重复荷载受压试验,分析了重复荷载作用下碳纤维约束混凝土加载及卸载应力-应变曲线的特征,基于试验结果的回归分析,建立了加卸载准则的数学表达式。分析预测与试验结果的比较证明了所提出的加卸载准则的准确性及适用性,为轴力和往复水平荷载作用下碳纤维约束混凝土柱的非线性分析提供了材料的滞回本构模型。     

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。     

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。     

铁尾矿砂混凝土柱滞回性能数值模拟分析

为准确了解铁尾矿砂混凝土柱的滞回性能,基于ABAQUS软件中的混凝土塑性损伤模型,采用箍筋约束铁尾矿砂混凝土受压应力—应变关系,对铁尾矿砂混凝土柱在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了数值模拟;并将计算结果与8根不同混凝土强度等级、配箍特征值及设计轴压比的柱试件进行对比分析。分析计算结果与试验结果吻合较好,表明所采用的箍筋约束铁尾矿砂混凝土受压应力—应变材料模型能够较全面准确地表达铁尾矿砂混凝土柱在反复荷载作用下的复杂受力行为。     

高强螺旋箍筋约束混凝土柱抗震性能试验

为了研究高强螺旋箍筋约束混凝土柱的抗震性能,完成了2个普通箍筋混凝土柱及2个高强螺旋箍筋约束混凝土柱足尺模型的低周反复荷载试验,描述了高强螺旋箍筋约束混凝土柱的破坏过程及破坏形态,分析了高强螺旋箍筋约束混凝土柱的滞回曲线、骨架曲线、延性性能和耗能能力.结果表明:轴压比是影响试件延性性能的主要因素之一;高强螺旋箍筋约束混凝土柱在高轴压比作用下对框架柱延性性能及耗能能力提高的效果非常明显;在轴压比相同的条件下,高强螺旋箍筋约束混凝土柱滞回曲线饱满且无捏缩现象,量纲一的骨架曲线下降段平稳,延性性能较好.     

T形柱框架节点延性及承载力的试验研究

对10根T形柱节点进行了低周反复荷载作用下的试验研究,着重分析了T形柱节点的承载能力和破坏特点,梁、柱主筋和核心区箍筋应力变化;实测梁端的荷载-位移滞回曲线,研究轴压比、配箍率对节点核心区受剪承载力和延性性能的影响。并把试验结果与混凝土规范中矩形柱节点计算公式进行了比较。     

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.     

高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点抗震性能试验研究

为了研究高强箍筋约束高强混凝土Z形截面柱框架节点在地震作用下的抗震性能,对缩尺比为1∶2的5榀配置高强箍筋和1榀配置普通强度箍筋的高强混凝土Z形截面柱框架节点试件进行拟静力试验。研究了高强箍筋约束高强混凝土节点的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化、受剪承载力以及高强箍筋应力发挥水平等。分析了剪压比、轴压比、箍筋的体积配箍率等参数对Z形截面柱框架节点破坏形态、滞回性能和受剪承载力的影响。结果表明：Z形截面柱节点的破坏形态受设计参数的影响,有弯曲破坏和弯剪破坏两类;与普通强度箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点相比,高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点在显著提高节点最大剪压比控制值的同时具有优越的抗震性能。给出了高强箍筋应力的取值,采用JGJ 149—2017《混凝土异形柱结构技术规程》公式计算高强箍筋高强混凝土Z形截面柱框架节点的受剪承载力是可行的,将其计算结果与试验结果进行了比较,两者吻合较好。     

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。     

高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土圆形截面柱受力性能试验研究

为研究高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土柱的受力性能,设计了32个约束混凝土柱,对其进行轴心受压试验。试件主要设计参数包括混凝土强度等级为C50、C60、C70、C80,高强钢棒抗拉强度标准值为800、970MPa,体积配箍率为0.9%、1.2%、1.6%、2.0%。试验结果表明：约束混凝土柱在轴向荷载作用下呈腰鼓形破坏或单折剪切破坏,对于确定的非约束混凝土抗压强度和箍筋抗拉强度,约束箍筋体积配箍率较小时发生单折剪切破坏,体积配箍率较大时发生腰鼓形破坏;约束箍筋拉应变随混凝土弹性模量与非约束混凝土抗压强度比值增大而增大,随箍筋体积配箍率增大而减小;约束混凝土柱的体积配箍率大于某一量值时,会出现约束混凝土达到抗压强度时箍筋拉应变小于其屈服应变的情况。基于试验结果,建立了用于判别腰鼓形破坏和单折剪切形破坏的界限,并给出了相应的计算式;建立了约束混凝土柱发生轴压破坏时约束箍筋拉应变计算公式及箍筋受拉屈服对应的最大体积配箍率计算公式,为合理设计高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土圆形截面柱提供参考。     

锈蚀箍筋约束混凝土本构模型研究

为研究锈蚀箍筋约束混凝土的本构模型,对箍筋锈蚀率、箍筋直径、箍筋间距、混凝土保护层等不同的混凝土棱柱体轴压试验数据进行了分析,得到各试件的混凝土应力-应变曲线;根据应力-应变曲线的形状和走势,并通过与现有约束混凝土本构模型的对比分析,提出了锈蚀箍筋约束混凝土本构模型的表达式;运用MATLAB软件对锈蚀箍筋约束混凝土的应力、应变数据进行非线性拟合,得到锈蚀箍筋约束混凝土本构模型的形状控制参数;最后对锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变曲线形状控制参数、峰值点参数进行了回归分析,建立了锈蚀箍筋约束混凝土本构模型及其峰值点参数的计算模型。     

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。     

轴向荷载下双层箍筋混凝土柱的力学性能分析

为减小钢筋混凝土柱的截面尺寸并改善其延性,试验设计9根双层箍筋约束混凝土柱和3根单层箍筋柱。以箍筋约束混凝土柱为研究对象进行轴向加载试验,根据试验结果提出双层箍筋约束混凝土柱峰值荷载的理论计算公式;试验通过对比各组试件的荷载-应变曲线,定性地分析了配箍特征值对双层箍筋约束混凝土柱延性的影响,并得到构件的应变延性系数在1.24~2.70之间;通过分析横向变形系数与轴向应变的关系曲线,揭示了试件的破坏机理。     

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。     

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。     

高强连续螺旋箍筋约束混凝土装配式柱恢复力模型的试验

根据5个外包钢板箍+栓筋连接的装配整体式柱和3个整体现浇柱高强连续螺旋箍筋约束混凝土柱拟静力试验结果,通过理论分析和试验数据拟合,给出钢板箍+栓筋连接的装配式柱恢复力模型特征参数的计算方法,提出"定点指向"三折线恢复力模型。研究结果表明:高强箍筋对混凝土的约束作用、钢板箍的厚度和高度,以及轴压比大小对构件的极限荷载与屈服荷载比值影响较小;极限荷载随着轴压比的增大而增大,延性随着轴压比的增大而降低,随着钢板箍的高度的增大而提高;通过试验骨架曲线和计算骨架曲线的对比,两者比较吻合,能够比较全面地反映构件的实际受力性能,所提恢复力模型较为合理。     

超高性能混凝土单轴受压应力-应变关系研究

采用刚性辅助架法获得了稳定的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concretes,UHPC)的受压应力-应变全曲线.试验结果表明UHPC具有良好的受压变形性能;重复加载下UHPC的包络线与单调加载时的应力-应变曲线基本相同.基于试验结果建立了UHPC单轴受压本构方程,以及重复荷载作用下UHPC应力-应变全曲线方程,其结果与试验结果吻合较好.