新型装配式剪力墙结构水平缝抗震性能试验研究

为研究一种采用了新型水平缝连接方式的装配式混凝土剪力墙结构的抗震性能,对1个现浇、3个预制装配剪力墙足尺比例试件进行低周反复荷载试验,其中,装配式剪力墙水平缝采用焊接钢板和贯通粗钢筋进行连接.同时,研究了竖向贯通粗钢筋直径和布置形式两个关键参数对装配式剪力墙抗震性能的影响规律.对试验结果分析可知:与现浇剪力墙相比,新型装配式剪力墙的承载力、延性性能、耗能能力均明显提高,刚度接近,开裂性能有所降低;适当增大贯通粗钢筋直径可提高开裂能力、承载力,但耗能能力、延性性能降低,对刚度影响很小;墙体中部增设一道竖向贯通筋会提高开裂性能、初始刚度,但会明显降低墙体承载力和延性性能,且最终发生底部剪切滑移破坏.综合对比来看,直径28 mm贯通粗钢筋、墙体两侧布置两道贯通筋的装配式试件表现出较好的抗震性能.     

装配式混凝土结构灌浆套筒连接性能试验研究

灌浆套筒的连接性能直接影响装配式连接节点的抗震性能与结构的整体安全性。试验设置了不同型号、不同灌浆缺陷的半灌浆套筒试件,对灌浆套筒试件进行单向拉伸试验,研究灌浆饱满度、钢筋居中与偏心布置、钢筋直径、后补灌浆料对套筒灌浆连接接头极限抗拉强度以及套筒变形性能的影响。试验结果表明：当灌浆饱满度为50%,套筒试件为钢筋拔出破坏;当灌浆饱满度为60%及以上,套筒试件为钢筋拉断破坏;同一型号灌浆套筒灌浆越饱满,拉拔后试件的伸长越小;钢筋偏心布置会导致灌浆料握裹力降低,试件延性增加,而对钢筋发生断裂破坏的试件极限承载力影响很小,对于钢筋被拔出的试件,承载力会下降;增大钢筋直径,可以显著提高承载力;对前期饱满度低的套筒进行补浆操作可以有效提升其极限荷载,弥补灌浆缺陷。     

钢-混凝土组合梁纵向抗剪非线性分析

在钢混凝土组合梁中,栓钉传递的剪力作用在混凝土板上,当横向钢筋配筋率低于一定值时,混凝土板会发生纵向剪切破坏,从而会导致组合梁的极限承载力降低,不能充分发挥组合梁的优势。采用了ANSYS软件对组合梁进行了非线性有限元分析,并结合试验结果探讨了横向钢筋对组合梁极限受弯承载力的影响,同时对组合梁的挠度及滑移进行了分析。计算结果表明,为保证组合梁混凝土板不发生纵向抗剪破坏,横向钢筋配筋率应不小于0.6%,利用给出的模型可反映出栓钉对混凝土板的作用。     

预留孔钢筋浆锚搭接试验研究及可靠度分析

钢筋搭接的可靠性是影响预制装配式混凝土结构整体性的关键.为确定预留孔钢筋浆锚搭接的搭接长度,完成了36个试件的拉拔试验,建立了极限搭接长度的计算式,并基于中心点法进行了可靠度分析.结果表明,除3个试件发生锚固破坏外,其余33个试件均发生钢筋拉断破坏,建立的极限搭接长度计算结果与试验结果符合较好,并给出了具有可靠度保证的预留孔钢筋浆锚搭接长度.     

不同掺合料混凝土与锈蚀钢筋间粘结-滑移力学性能试验研究

采用中心拉拔法对普通混凝土(PC)、水泥基渗透结晶防水混凝土(CCCW)、聚丙烯纤维混凝土(PFRC)与热轧带肋钢筋进行粘结-滑移试验。通过电化学锈蚀方法对钢筋进行加速锈蚀,研究锈蚀后钢筋与混凝土粘结性能。结果表明:在混凝土中引入适量聚丙烯纤维及水泥基渗透结晶防水材料能够显著提升其对钢筋的极限粘结强度,分别提高了20.8%、6.8%;无论是否添加掺合料,钢筋-混凝土拉拔试件的极限粘结力均随着锈蚀率的增大呈线性下降趋势。基于锈蚀构件拉拔试验结果,拟合出不同混凝土的极限粘结强度与锈蚀率计算公式,发现随着锈蚀率的增大,聚丙烯纤维及水泥基渗透结晶防水材料能减缓钢筋-混凝土极限粘结强度下降速度。     

CFRP筋-高强钢筋增强高强混凝土梁抗弯性能研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)筋和高强钢筋混合配置在高强混凝土梁中,能更好地发挥材料各自的性能,提高建筑材料的利用率。以配有CFRP筋和高强钢筋的高强混凝土梁为研究对象,进行了弯曲破坏试验,并对其承载力进行了理论计算。研究结果表明:CFRP筋-高强钢筋高强混凝土梁表现出典型的延性破坏特征;在相同的等截面配筋的条件下,混和配筋高强混凝土梁和高强钢筋高强混凝土梁相比,极限载荷减少15%,但极限位移提高了34%;添加钢纤维的高强钢筋高强混凝土梁与未添加钢纤维的试件相比,屈服荷载和极限荷载分别提高了12.6%和15.8%。     

钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结滑移性能试验研究

为研究螺纹钢筋锈蚀后与再生混凝土间粘结滑移性能,采用室内加速通电锈蚀方法,分别以再生骨料取代率(0％、50％、100％)及目标钢筋锈蚀率(0％、0.5％、1.5％、2.5％)为主要参数,完成了两种水灰比下23组钢筋-再生混凝土试件的拉拔试验,获得了再生混凝土与不同锈蚀程度螺纹钢筋间的荷载-滑移曲线.基于试验结果,分析了再生骨料取代率、钢筋锈蚀率对钢筋-再生混凝土间起始滑移粘结强度、极限粘结强度、粘结模量、粘结滑移曲线的影响.研究结果表明:随着锈蚀率增加,钢筋与再生混凝土间的极限粘结强度、起始滑移粘结强度与极限粘结强度的比值呈下降趋势;再生混凝土胀裂后,钢筋与再生混凝土间的粘结刚度显著退化,一旦再生混凝土开裂后,粘结刚度下降幅度不明显.     

自密实自应力矩形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究不同长宽比对自密实自应力矩形钢管混凝土柱抗震性能的影响,本试验制作三根不同长宽比的试件,并分别从试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能及刚度退化来综合分析自密实自应力矩形钢管混凝土柱的抗震性能.研究结果表明:角部焊缝过早的撕裂是导致试件承载力急剧下降的根本原因,因此在今后工程应用中,应特别重视对角焊缝质量的保证;随着试件长宽比的增加,滞回曲线的饱满程度有所减小,说明试件长宽比越大,在试验过程中越容易受剪力或滑移的影响;随着试件长宽比的增加,最大水平承载力提高,其中试件ZJGC-2较ZJGC-1提高约7%,ZJGC-3较ZJGC-1提高了近17%,极限位移则有所减小,长宽比越大,对应试件的骨架曲线后期下降段越明显;随着试件长宽比的增加,对应的位移延性、耗能能力均有下降的趋势,刚度退化越来越明显.由试件破坏形态可以发现,长宽比大的试件首先出现角焊缝撕裂现象,进而使试件承载力和刚度急剧降低,因此为保障自密实自应力矩形钢管混凝土柱的位移延性及抗震性能,需对结构的长宽比做出明确的规定.     

钢纤维改性橡胶混凝土与变形钢筋的粘结性能

本试验共设计制作4组钢纤维(钢纤维体积率分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%)改性橡胶混凝土粘结试件,采用中心拉拔试验的方法,系统研究了钢纤维体积率的变化对粘结破坏形态、初始粘结强度、极限粘结强度以及粘结滑移曲线的影响规律。研究结果表明:随着钢纤维体积率的增大,与橡胶混凝土相比,初始粘结强度分别提高了5.37%、8.35%、0.89%,极限粘结强度分别提高了9.44%、16.49%、12.91%。适量掺入钢纤维可以显著改善粘结试件的破坏形态。上升段、下降段以及残余段共同组成钢纤维改性橡胶混凝土的粘结滑移曲线,且粘结滑移曲线的饱满程度以及上升段斜率随着钢纤维体积率的增加而增加。基于试验结果,建立了钢纤维改性橡胶混凝土与变形钢筋的粘结滑移本构方程,该方程能为其在结构设计中提供一定的参考。     

光圆钢筋与混凝土界面粘结滑移本构模型研究

对配置光圆钢筋的既有混凝土结构进行承载性能评估时,钢筋与混凝土界面粘结性能优劣是评价该类混凝土结构的重要内容.为此,制作了4组光圆钢筋的中心拉拔试件和2组变形钢筋对比试件,选取粘结长度、钢筋表面形式为主要变量对粘结性能进行试验研究,并通过4组铝合金拉拔试件对比分析光圆筋与混凝土界面的粘结机理.研究结果表明:光圆钢筋的粘结强度显著小于变形钢筋的粘结强度,平均约为变形钢筋粘结强度的18.3%;光圆钢筋的粘结强度主要由化学粘着力和界面摩擦力构成,而铝合金的粘结强度则由化学粘着力构成,平均约为光圆钢筋粘结强度的10%;增加粘结长度后,光圆钢筋的粘结强度随之增大,但铝合金筋的粘结强度无明显变化.进一步基于试验结果及理论分析,建立了光圆钢筋与混凝土界面的粘结-滑移本构模型,并通过已有试验数据对建议模型进行了验证,吻合较好.     

冻融环境下钢筋与粉煤灰混凝土的粘结承载力

通过对粉煤灰混凝土试件的直接拔出试验,分析粉煤灰掺量与冻融作用对粘结试件的初始滑移粘结强度、劈裂强度、极限粘结强度及粘结强度-滑移曲线下的面积作为粘结试件韧性评价指标的变化规律.试验结果表明:钢筋与粉煤灰混凝土的粘结强度随粉煤灰掺量的增加而降低;试件粘结韧性随粉煤灰掺量的增加先降低后增强,粉煤灰掺量较大的试件在加载过程中表现出良好的韧性;冻融作用对试件极限粘结强度的影响程度随粉煤灰掺量增大而减小,40%粉煤灰试件在冻融环境下表现出较好的粘结韧性.掺入较多粉煤灰可以在一定程度上减缓粘结试件的冻融损伤.     

高温下钢筋与混凝土粘结锚固性能试验研究

为研究温度对钢筋与混凝土粘结性能的影响,通过制作30个标准立方体试块、8个温度场试件及15个中心拉拔试件,分别完成了室温(20℃)、100℃、200℃、400℃、600℃下标准立方体试块抗压试验与抗拉劈裂试验、拉拔试件温度场试验及中心拉拔试验.分析了高温作用对混凝土抗压强度与抗拉强度的影响,根据温度场试验研究结果,提出一种简易的高温下中心拉拔试验方法,在此基础上研究了高温下钢筋与混凝土粘结性能退化规律.基于Harajli模型综合考虑温度对粘结强度、峰值滑移及试件破坏模式的影响,提出了高温下钢筋与混凝土粘结-滑移本构模型.试验结果表明:高温下混凝土强度、钢筋与混凝土的粘结强度随温度升高整体呈下降趋势,但在100℃时发生陡降现象,高温下钢筋与混凝土的粘结强度变化趋势与混凝土抗拉强度相近.最后提出了高温下钢筋与混凝土的粘结-滑移本构模型,并验证了模型的适用性.     

塑钢纤维掺量对钢筋与轻骨料混凝土粘结作用的影响

通过对钢筋与轻骨料混凝土进行拔出试验,探究塑钢纤维掺量对钢筋与轻骨料混凝土粘结作用的影响.以τ-s曲线描述试件粘结滑移的过程,用相对粘结强度衡量塑钢纤维掺量的影响作用,引入粘结韧性来分析塑钢纤维在试件粘结滑移过程中约束与耗能作用.结果表明:试件的破坏形态随纤维掺量的增加由劈裂破坏变为拔出破坏;钢筋的平均极限粘结强度τu、峰值滑移量su随纤维掺量的增加而增大;根据试验数据拟合出了相对粘结强度与塑钢纤维掺量的经验公式,可为工程设计提供参考;粘结韧性随纤维掺量的增加而提高,约束与耗能作用明显增强,但本试验塑钢纤维掺量超过6 kg/m3后,韧性虽继续增长,但韧性增幅却呈下降趋势.     

CFRP-PCPs复合筋混凝土柱偏压柱受力性能的试验研究

通过15根碳纤维预应力棱柱体复合筋(Carbon Fiber Reinforced Plastics Prestressed Concrete Prisms,简称"CFRPPCPs复合筋")混凝土柱进行偏心受压试验,考虑相对偏心距、复合筋配筋率、CFRP筋张拉控制应力和普通钢筋配筋率4个变化参数对复合筋混凝土柱受力性能的影响。观察了试件的受力过程及破坏形态,获取了试件开裂荷载、极限承载力、荷载-侧向变形曲线等重要数据,分析了4个变化参数对CFRP-PCPs复合筋混凝土柱偏心受压作用下的开裂荷载和极限承载力的影响规律。研究结果表明:CFRP-PCPs复合筋混凝土偏压柱与普通钢筋混凝土偏压柱的受力过程及破坏形态相似,试件的开裂荷载和极限承载力均随相对偏心距的增大而降低;提高CFRP筋张拉控制应力、增大复合筋配筋率和普通钢筋配筋率均能有效提高CFRP-PCPs复合筋混凝土柱的开裂荷载和极限承载力。     

UHPC装配式电缆沟设计及抗力性能研究

本文设计出一种新型的超高性能混凝土(UHPC)装配式电缆沟,并对其承载力和适用性进行了研究。首先对侧板的抗弯性能进行了试验研究,并将试验结果与现行三种规范的计算结果进行对比分析,结果表明基于《纤维混凝土结构技术规程》(CECS 38—2004)求得的承载力、刚度及裂缝宽度的计算值与试验值均较为接近,此规范可作为UHPC装配式电缆沟构件设计的依据。进一步研究了底板与侧板连接方式的可靠性,通过对现浇、接头设在底板采用螺栓约束、杯口节点三种连接方式构件进行试验研究,发现杯口节点试件受力后侧板变形明显,承载力仅为6.7 kN;底板螺栓连接与现浇节点试件相比,破坏截面相同,刚度略低,极限承载力相近,约为杯口节点试件的 2倍,能保证UHPC装配式电缆沟的整体抗力性能。     

钢筋玄武岩纤维混凝土短柱轴心受压承载能力试验研究

为了研究玄武岩纤维对钢筋混凝土受压构件中增强功能,推进玄武纤维的应用,本文首先对添加0.1%体积掺量的5种长度玄武岩纤维混凝土进行纤维最佳长度研究;得到最佳长度为12 mm玄武岩纤维对混凝土立方体强度增强效果最佳;其次选择12 mm和24 mm的两种玄武岩纤维混凝土最佳掺量进行研究,得到最佳掺量0.15%.在此基础上,本文以体积掺量0.15%,长度为12 mm和24 mm玄武岩纤维混凝土各制作了3根钢筋玄武岩纤维短柱,制作普通钢筋混凝土短柱3根,并对所有试验柱进行了轴心受压极限承载力试验,结果发现,钢筋玄武岩纤维混凝土短柱的轴心受压极限承载能力较普通钢筋混凝土柱最大提高了28%;玄武岩纤维提高了钢筋混凝土短柱的延性.另外,钢筋玄武岩纤维混凝土短柱轴心受压极限承载力试验值大于理论计算值,说明玄武岩纤维不仅提高了混凝土抗压性能,也提高了钢筋和混凝土共同作用效能.     

锈蚀钢筋混凝土黏结性能及本构关系的试验研究

通过电化学加速锈蚀方法,获得了不同锈蚀率下(0 ～4.84％)高强钢筋与混凝土的黏结-滑移曲线.分析了钢筋锈蚀率对钢筋与混凝土之间黏结强度、黏结刚度的影响.结果表明:钢筋锈蚀率较低时(≤2.22％),黏结强度、黏结刚度均随锈蚀率的增长而增强;当钢筋锈蚀率超过3.46％时,试件出现锈胀裂纹,黏结强度、黏结刚度出现明显衰退;基于试验结果,建立了高强钢筋锈蚀后与混凝土间黏结-滑移本构方程,可用于对锈蚀钢筋混凝土结构的有限元分析提供参考.     

严寒地区冻融混凝土内钢筋应力滑移模型及OpenSEES有限元模拟

在严寒地区冻融混凝土与钢筋局部粘结滑移模型的基础上,基于冻融混凝土内钢筋沿锚固长度的受力机理分析及迭代过程分析,建立了冻融混凝土内钢筋应力滑移计算方法,提出了冻融混凝土内钢筋的应力滑移关系骨架曲线。基于有限元计算软件OpenSEES,将推导的冻融混凝土内钢筋应力滑移关系曲线嵌套于零长度截面单元,并将该单元应用于梁柱纤维模型,对3根既有的冻融钢筋混凝土框架柱进行模拟,与试验结果进行对比分析。结果表明,冻融钢筋混凝土柱有限元模型的模拟结果与试验结果的符合程度良好,从构件层次验证了推导的冻融混凝土内钢筋应力滑移关系曲线具有较好的精度和可靠性。研究成果可为严寒地区冻融混凝土内钢筋应力滑移推导及有限元模拟提供理论参考。     

胶粘剂在地下管廊施工中纤维锚杆的应用研究

为了提高地下管廊施工中纤维锚杆的稳定性和安全性,研究了胶粘剂种类和厚度对碳纤维复合锚杆剪切性能的影响,通过基于界面断裂能计算方法得到了界面极限承载力并与实测值进行了对比。结果表明,在相同粘结层厚度时,采用Tc的胶粘剂试件的界面极限承载力都高于T1胶粘剂试件;随着粘结层厚度增加,Tc为胶粘剂时试件的极限承载力平均值逐渐增大,而T1为胶粘剂时试件的极限承载力平均值逐渐减小。最优碳纤维锚杆粘结层厚度都为1mm。粘结层厚度对试件的刚度影响较小,弹性模量更大的胶粘剂可以为粘结试件提供更大的剪切刚度,而弹性模量较小试件的协调变形能力更强。碳纤维复合锚杆的极限承载力测试结果与基于界面断裂能的预测结果较好吻合。研究结果可为碳纤维复合锚杆的极限承载力预测提供参考。     

玄武岩纤维混凝土板冲切试验与承载力分析

为探究玄武岩纤维对混凝土板抗冲切性能的增强效果,基于我国现行规范对此类构件冲切承载力计算方法提出修正建议。以纤维体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%)与纤维长度(12 mm、18 mm)为变量,对7个混凝土板试件进行冲切试验,研究各参数对试件极限承载力的影响,建立经试验验证的有限元模型并进行扩参数分析。结果表明:玄武岩纤维混凝土板的极限承载力随体积掺量的增加呈先增大后减小的趋势,掺入长度为12 mm、18 mm的玄武岩纤维的试件较对比试件冲切承载力提升显著,最大提高幅度分别为40.9%和37.3%;纤维长度为12 mm,体积掺量为0.4%时,对混凝土板的抗冲切性能改善效果最佳。我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的冲切承载力计算值较试验结果偏于保守,考虑玄武岩纤维阻裂作用对临界截面周长的影响,对规范中的冲切承载力计算公式进行修正。