型钢高强混凝土界面粘结性能研究

基于型钢高强混凝土推出试验,探究混凝土强度、保护层厚度、横向配箍率及试件锚固长度对型钢高强混凝土粘结强度、应力分布、粘结滑移本构关系的影响。结果表明:不同试件荷载-滑移曲线变化规律基本相同,试件粘结应变沿长度方向呈指数规律分布。不同因素对型钢高强混凝土粘结强度影响较为显著,随着混凝土强度等级的提高、保护层厚度的增加、横向配箍率的增大,型钢高强混凝与粘结强度逐渐提高,平均粘结应力逐渐增大;试件锚固长度对型钢高强混凝土平均粘结应力影响较小。基于回归分析得出型钢高强混凝土粘结-滑移本构关系式。     

型钢混凝土柱粘结滑移本构关系与粘结滑移恢复力模型

进行了弯矩、轴力、剪力共同作用下型钢混凝土柱的粘结滑移性能试验。以试验所得的粘结应力-滑移关系曲线为基础,定义了三个特征粘结应力点,并提出了特征粘结强度、特征滑移的统计回归计算公式,建立了型钢混凝土柱距柱底50mm处的基准粘结滑移本构模型。以基准粘结滑移本构模型为基础,引入反应不同位置粘结应力和滑移分布差异的位置函数,建立了型钢混凝土柱任意位置的粘结滑移本构关系。综合考虑反复荷载作用下型钢混凝土柱粘结强度、滑移刚度退化规律,建立了型钢混凝土柱粘结滑移恢复力模型,提出了恢复力模型中骨架曲线、加卸载刚度的确定方式,加卸载路径、强度衰减规律以及滞回环规则。研究结果为型钢混凝土柱考虑粘结滑移的有限元分析和地震反应全过程分析提供了必要条件。     

型钢混凝土偏心柱ANSYS数值模拟分析研究

采用ANSYS程序对6个型钢混凝土偏心受压柱试件的受力性能进行非线性有限元数值分析。系统研究型钢混凝土结构ANSYS有限元的单元类型、模型定义和各自本构关系选取;给出整体构件建模过程。通过模拟结果与试验结果分析比较得出偏心柱开裂荷载、极限荷载以及刚度的变化;同时表明所建立型钢混凝土结构ANSYS模拟技术合理、可行。     

型钢混凝土粘结滑移性能试验研究

通过淹钢混凝土标准推出试验(push-outtest),对型钢混凝土粘结滑移受力机理、粘结强度和粘结滑移本构关系等关键问题进行研究。采用正交试验法设计16个标准推出试件,主要研究混凝土强度等级、型钢埋置长度、横向配箍率和型钢的混凝土保护层厚度等四个主要因素对粘结滑移性能的影响,考察型钢翼缘外侧、翼缘内侧及腹板与混凝土粘结性能。并设计4个对比推出试件,单独考察型钢翼缘外侧对粘结作用的贡献。试验研究结果表明,在荷载上升阶段和荷载下降阶段内部型钢应变分别呈指数分布和线形分布;在型钢翼缘外侧、翼缘内侧和腹板等不同部位,界面内部滑移具有相近分布规律;在荷载下降阶段,型钢翼缘外侧相对翼缘内侧及腹板对总体粘结作用贡献更大。根据所有试件的加载端和自由端的荷载-滑移曲线试验结果,统计回归出型钢混凝土特征粘结强度和特征滑移值计算公式,并提出型钢混凝土平均粘结应力-加载端滑移本构关系的数学模型(-τSL模型)。     

型钢轻骨料混凝土粘结滑移性能试验研究

采用正交试验设计,通过推出试验,研究轻骨料混凝土的强度、型钢埋置长度、混凝土保护层厚度和横向配箍率等主要因素对粘结滑移性能的影响。通过型钢普通混凝土对比试件,比较型钢轻骨料混凝土和型钢混凝土的粘结性能。根据试验结果,统计回归了型钢轻骨料混凝土的特征粘结强度和特征滑移值的计算公式。研究结果表明:型钢埋置长度la与型钢截面高度d的比值和轻骨料混凝土强度对粘结强度影响较显著;型钢轻骨料混凝土相对于型钢普通混凝土有较小的粘结强度和较陡的荷载滑移下降段。     

型钢高强混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

通过型钢高强混凝土组合柱偏心受压试验与6根组合柱的有限元模拟,分析大小偏心受压柱破坏形态的不同以及型钢强度对型钢高强混凝土柱力学性能的影响。研究发现,不同偏心距的型钢高强混凝土柱破坏形态差别明显,小偏压试件破坏前无明显预兆;考虑混凝土约束效应的有限元模型可较好的模拟组合柱的受力发展过程;型钢强度的增大对组合柱承载力影响不明显,对延性提高较大。     

型钢再生混凝土组合柱正截面受力性能的有限元分析

采用OpenSees作为有限元分析平台对6根型钢再生混凝土轴压试件和9根偏压试件进行受压静载试验全过程的非线性数值模拟,分析了再生混凝土取代率、长细比及混凝土强度对型钢再生混凝土组合柱轴心受压承载力的影响和再生混凝土取代率、相对偏心距及混凝土强度对型钢再生混凝土组合柱偏心受压承载力的影响。在分析中,选用基于柔度法的纤维模型进行型钢再生混凝土柱的静力非线性分析,并结合梁柱杆件单元,根据不同的材料属性对型钢再生混凝土柱正截面进行精细划分,来实现型钢再生混凝土柱的模拟技术。与试验的对比分析表明,OpenSees能够有效地模拟型钢再生混凝土柱正截面的受力和变形过程,具有较好的计算精度。     

型钢混凝土推出试验及其粘结强度研究

根据16个型钢混凝土推出试件的试验结果,对推出试件的荷载滑移曲线进行了分析,得到了初始滑移粘结强度、极限粘结强度和水平残余粘结强度这三个特征强度的试验统计结果,并据此分析了混凝土强度、型钢的混凝土保护层厚度、横向配箍率和型钢埋置长度4个因素与特征粘结强度之间的关系,提出了临界保护层厚度的概念,通过统计回归建立了考虑多因素的型钢混凝土粘结强度计算公式。     

型钢混凝土构件粘结滑移性能试验及其分析

通过16个型钢混凝土标准试件和4个对比试件的推出试验,观察了试件开裂及其破坏形态,得到了荷载-滑移特征曲线,分析了各荷载阶段型钢应变以及滑移沿构件埋置长度的分布规律。将型钢腹板和翼缘内侧隔离的对比试验表明,型钢翼缘外侧和内侧(腹板)与混凝土之间的粘结应力在水平残余阶段差别较大。     

双向偏心受压型钢混凝土柱有限元分析

双向偏心受压型钢混凝土柱是地震区型钢混凝土结构的重要构件,其受力情况和破坏机理较为复杂。采用大型通用有限元软件ANSYS对双向偏心受压SRC柱正截面承载力进行了模拟分析。通过对25根SRC柱双向偏心受压试件的模拟,较真实地模拟SRC柱在偏心荷载作用下的荷载位移过程,计算结果与试验符合较好,从而验证了有限元程序模拟试验的准确度与可行性。在此基础上,又对试验数据较少的配十字型钢SRC柱双向偏心受压构件进行了全过程模拟,从理论计算角度做了非线性分析,计算结果与配工型SRC柱较为一致,为进一步了解其力学性能和SRC柱偏心受压构件的设计提供了理论依据。     

往复荷载作用下型钢再生混凝土界面黏结性能及影响因素分析

为研究往复荷载作用下型钢再生混凝土界面的黏结滑移性能,设计了14个型钢再生混凝土试件并对其进行往复加载试验,分析了型钢再生混凝土的黏结破坏过程,研究了其界面黏结应力分布,在此基础上考察了不同设计参数对型钢再生混凝土界面黏结强度的影响。结果表明:往复荷载作用下型钢再生混凝土界面的黏结破坏过程可分为4个阶段(微滑移阶段、滑移发展阶段、黏结力陡降阶段和残余阶段),对应4个受力特征点(微滑移点、黏结荷载极限点、残余点和破坏点);与单向推出荷载作用相比,往复荷载作用下试件的极限黏结强度最大降低40%左右;加载初期,在正向卸载和正向加载时,黏结应力峰值在固定端附近,且随型钢埋置长度的增大而逐渐减小;在负向加载和负向卸载时,加载端附近黏结应力逐渐变大,试件由两端向中间逐渐破坏;型钢再生混凝土的特征黏结强度随着再生混凝土取代率的增加而降低,随着型钢保护层厚度、体积配箍率和再生混凝土强度的增加而提高。最后建立了型钢再生混凝土的特征黏结强度计算式,并将计算值与试验值进行对比,两者吻合较好。     

型钢高强混凝土界面黏结滑移推出试验及其本构关系研究

为研究型钢高强混凝土界面黏结性能,对9个型钢高强混凝土试件进行推出试验,分别考虑混凝土强度、配箍率、保护层厚度和型钢锚固长度对型钢高强混凝土界面黏结性能的影响。观察试件的加载过程和裂缝发展形态,分析了试件破坏形态,得到试件加载端荷载-滑移曲线。通过分析沿型钢锚固方向应变和界面黏结应力的分布规律,运用灰色关联理论建立了黏结应力计算式,并推导出荷载-滑移曲线关系表达式。讨论了影响界面滑移损伤变量的关系。结果表明：各试件加载端荷载-滑移曲线走势基本相同;灰色关联理论能够较好地反映黏结应力与各影响因素之间的关系,其中保护层厚度与黏结应力相关性最好;推导的黏结应力算式的计算精度能达到98%;提出的黏结应力-滑移的本构关系数学表达式拟合度较好;界面损伤发展程度与各影响因素关系紧密。     

低周反复荷载下型钢高强混凝土柱受力性能试验研究

通过20个混凝土强度为65.3～84.9MPa的型钢高强混凝土柱的低周反复加载试验,研究型钢高强混凝土柱在压、弯、剪共同作用下的破坏形态和抗震性能。试验中考虑剪跨比、轴压比、配箍率、混凝土强度4个参数的影响,由试验获得型钢高强混凝土柱的主要破坏形态和滞回曲线,分析各参数对构件延性、滞回特性、耗能性能以及承载力衰减的影响。结果表明,与型钢普通强度混凝土柱一样,在压、弯和反复剪力共同作用下,型钢高强混凝土柱的破坏形态主要为弯曲型破坏、剪切黏结破坏、剪切斜压破坏,破坏形态主要与剪跨比有关;箍筋能显著提高大剪跨比试件的延性和耗能能力,但对小剪跨比试件的延性与耗能性能改善有限;随着轴压比与混凝土强度的提高,试件的承载力衰减速度加快,后期变形能力减小,抗震性能越来越差;与钢筋混凝土柱相比,型钢高强混凝土柱的等效阻尼比远大于前者,耗能能力强,抗震性能好;提出型钢高强混凝土柱位移延性系数的计算公式,公式的计算结果与试验结果符合较好,可供工程设计应用参考。     

型钢混凝土短柱的粘结性能与极限承载力

通过16个型钢混凝土短柱试验,分析了型钢-混凝土的粘结机理,探讨了配箍率、混凝土强度、混凝土保护层厚度等因素对轴心受压短柱粘结性能和极限承载力的影响。通过编程建立有限元模型,可为型钢混凝土轴压柱极限承载力和粘结强度的计算提供参考。     

高层建筑框架柱轴压比限值的讨论

本文从框架柱大小偏心受压破坏角度出发,阐述了规定轴压比限值对保证压弯构件延性的必要性,并根据国内外学者的研究成果,就普通混凝土柱、高强混凝土柱、劲性混凝土柱各自轴压比的定义式及其限值进行了分析与比较,从概念上说明了以上各限值的大小关系。介绍了劲性骨架高强混凝土压弯柱的低周伪静力试验研究结果,结合试验结果提出了其轴压比和轴力比限值的建议     

受栓钉强度控制的钢板-混凝土界面黏结滑移性能试验与本构模型

以预应力型钢-混凝土界面为研究对象,旨在建立钢板-混凝土栓钉连接界面黏结滑移的本构关系。研究以混凝土强度、栓钉数量及法向压应力为变量,采用正交试验法对18个钢板-混凝土界面试件进行剪切试验。试验界面取为原型界面足够小的单元,使其能代表该单元内一点处的性能,从而探讨一点处的黏结滑移性能,并得到一点处的黏结应力-滑移关系曲线。结果表明：试验后期均发生栓钉剪断造成黏结应力骤降的破坏。混凝土强度和法向压应力的增加对界面的屈服、峰值和残余黏结应力均有提高作用;栓钉含量对界面的屈服及残余黏结应力影响不大,但可提高界面的峰值黏结应力,还可增大峰值黏结应力点的滑移及残余段初始滑移,提高延性。基于试验结果分别建立了无栓钉、含单栓钉和含双栓钉的钢板-混凝土界面黏结滑移本构模型,统计回归了模型中特征点的应力及滑移等参数的算式。所提模型与试验结果吻合良好,达到了在黏结滑移本构关系中考虑栓钉影响的目的。     

钢筋混凝土冻融损伤黏结滑移本构模型及其在构件中的应用

钢筋混凝土(RC)构件在冻融循环作用下易产生黏结性能的退化,以冻融损伤RC构件为对象,研究其纵筋的黏结滑移行为.通过分析冻融作用对混凝土与钢筋界面黏结行为的影响,将黏结性能的退化归因于混凝土强度退化和保护层约束效应退化,并以钢筋混凝土黏结滑移本构和冻融黏结滑移试验结果为基础,建立了适用于冻融损伤混凝土的黏结滑移本构模型...     

内置钢板钢筋混凝土剪力墙非线性仿真研究

DIANA(DIsplacement method ANAlyser)是一种研究混凝土结构能力较强的有限元分析软件,尤其适用于结构非线性分析。选择合适的模型和本构关系,采用DIANA,对反复荷载作用下内置钢板钢筋混凝土剪力墙受力性能进行数值分析。比较数值模拟结果与试验实测结果可知,DIANA能够较好地模拟构件峰值荷载点之前的滞回特性;就轴压比、混凝土强度等级等参数对于墙体抗震性能的影响进行了讨论,结果表明DIANA仿真模拟与试验结果吻合较好。针对数值仿真中存在的未考虑钢板与混凝土的粘结滑移、网格划分精度等问题,提出了合理精度的网格划分与几何非线性计算相结合的建议,可以较好地模拟钢板的局部屈曲。     

考虑钢筋与混凝土相对滑移的修正钢筋本构模型

为了研究钢筋滑移对钢筋混凝土柱抗震性能的影响,在材料层次上建立了考虑钢筋与混凝土相对滑移的修正钢筋本构模型。采用等效三段阶梯函数描述黏结应力沿黏结长度的非线性分布规律,结合钢筋双线性应力-应变关系,推导了锚固钢筋滑移和平均滑移应变的理论计算式。锚固钢筋的总应变定义为理想黏结的钢筋应变与平均滑移应变之和。分别通过屈服和极限应力对应的钢筋总应变修正弹性模量和硬化模量,进而得到间接考虑钢筋滑移的简化分段线性应力-应变关系。非锚固钢筋的滑移采用降低屈服应力和屈服应变的方法加以考虑。对于钢筋的滞回规则,采用Sakayi等修正的Menegotto-Pinto模型。将本构模型通过子程序嵌入ABAQUS软件中,基于纤维梁单元,对往复荷载作用下钢筋混凝土柱的非线性响应进行了数值模拟,并与试验结果对比,验证了该模型的有效性。结果表明,所建议的钢筋本构模型,数学表达形式简单且计算效率高,能够模拟地震作用下钢筋混凝土柱的承载力和变形特性,达到满足工程需要的精度。     

盐冻融环境下钢筋混凝土黏结-滑移本构模型

为了探索盐冻融环境下钢筋混凝土的黏结-滑移性能及其本构模型,通过自主研制的双向受压型钢筋混凝土拉拔装置和钢筋铣槽内贴应变片的测试方法,对经历了盐冻融循环作用的钢筋混凝土试件进行中心拉拔试验.结果表明:随着盐冻融循环次数的增加,试件的极限黏结强度呈线性下降趋势,自由端起滑荷载逐渐减小,劈裂破坏时的自由端滑移量先减小后增大;加载初期黏结应力峰值靠近加载端,随着荷载的增加,黏结应力峰值向自由端移动,且随试件盐冻融损伤程度的增加,峰值移动趋势愈趋明显.结合理论分析,获得了试件的黏结应力和滑移量沿锚固长度分布规律,并在此基础上构建了盐冻融环境下考虑位置函数的钢筋混凝土黏结-滑移本构模型.所得结果可为寒区氯盐环境下钢筋混凝土构件的有限元分析和耐久性评估提供理论依据.