箍筋约束超高性能混凝土短柱轴压承载力试验研究

通过对10组配置菱形、十字形复合箍筋的超高性能混凝土(UHPC)短柱和1组未配置钢筋的UHPC短柱进行轴压承载力试验,研究了其破坏过程和破坏形态,分析了箍筋间距、纤维掺量和箍筋形式对其轴向应变-轴向荷载曲线和应力-应变曲线的影响。结果表明,箍筋形式的闭合环数和纤维掺量对UHPC短柱的变形能力有一定程度的改善作用。箍筋间距和纤维掺量对试件轴压承载力及相应轴向峰值应变有显著的影响,箍筋间距对轴向峰值应变的影响更大。相同箍筋间距的菱形复合箍筋(DC)较十字形复合箍筋(CC)试件的峰值荷载有所提高。随着箍筋间距的减小,各试件归一化应力-应变曲线上升段斜率增大,但其下降段却表现出更大差异。纤维掺量和箍筋类形对UHPC试件的应力-应变归一化曲线影响较小。考虑箍筋约束效应及纤维约束效应,建立了复合箍筋约束UHPC短柱轴心受压承载力计算公式;计算结果与试验结果比较,吻合较好。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压力学性能试验研究

通过31 根高强螺旋箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验,对该类型柱的破坏形态、应力-应变关系曲线等进行了研究,分析了箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式及截面尺寸对其性能的影响。结果表明：采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;体积配箍率对约束混凝土强度和延性提高程度的影响要明显大于箍筋强度,当ρ_v · f_yv相近时,高配箍率低强度箍筋试件的性能要好于低配箍率高强度箍筋试件;约束混凝土达到峰值强度时,高强箍筋并未屈服,其强度的富裕量可保证约束混凝土试件在达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能。在该文试验的基础上,结合国内外试验数据,通过回归分析提出了高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。     

箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验研究

完成了12根不同配箍形式和体积配箍率的箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验,系统地研究了构件的破坏过程与破坏形态、应力-应变曲线及箍筋应变等;重点分析了不同配箍率和配箍形式对构件承载力和延性的影响;建立了适用于该类轴压柱峰值应力（f'_cc）和相应峰值应变（ε_cc）的计算模型,并引入Richart、Mander、Razvi和Saatcioglu、Khaloo和El-Dash等经典模型对比分析建议模型的准确性。研究表明：峰值荷载过后,约束柱保护层整体被切掉后剥落,内部骨料和骨料与砂浆界面均出现少许裂缝,与普通混凝土构件存在显著差异,但应力-应变曲线发展规律与普通混凝土类似;最终破坏以箍筋屈服、相邻箍筋间核心区混凝土压碎破坏为标志,表面形成“H”形或45°斜向破坏面;同时,增大体积配箍率和改善箍筋形式分别能够提高核心区混凝土的侧向约束力和增大约束面积,“井”字形复合配箍可满足承载力和延性需求;结合配箍特征值（λ_t）和配箍形式影响参数（k）建立模型的计算结果与试验值吻合良好,能够准确、合理地预测该类构件的峰值应力和相应峰值应变。     

网格箍筋约束混凝土柱轴压受力性能试验研究

为研究使用网格箍筋强度不同、素混凝土轴心抗压强度不同的约束混凝土的轴压受力性能,完成了39个网格箍筋约束混凝土方柱的轴心受压试验。混凝土设计强度等级为C20、C30、C40、C50,箍筋分别选用HRB335、HRB400、HRB500、HRB600钢筋,体积配箍率范围为1.0%～2.2%。试验结果表明：约束混凝土压应力达到峰值时,受压试件的约束箍筋屈服;随着配箍特征值增大,网格箍筋约束混凝土峰值压应力和峰值压应变提高幅度增大,受压应力-应变曲线下降段变缓。根据试验结果,通过回归分析获得了网格箍筋约束混凝土峰值压应力、峰值压应变的计算公式;建立了相应的轴心受压应力-应变模型,与几种具有代表性的箍筋约束混凝土应力-应变模型的对比表明,建立的模型与试验结果吻合较好;提出了约束混凝土极限压应变计算方法。     

高强箍筋高强混凝土柱抗震性能试验研究

通过6根复合箍筋约束高强混凝土柱在高轴压力低周往复荷载作用下的加载试验,研究了其破坏过程、破坏形态、滞回特性、延性性能及耗能性能,分析了箍筋的应力水平。高强箍筋试件与普通箍筋试件的对比分析结果表明：提高箍筋强度不能提高试件水平承载力,但可以显著提高其变形能力和耗能能力;试件达到极限位移时,高强箍筋约束核心混凝土未见明显压碎,箍筋未屈服,依然对核心混凝土有较高的约束作用;在同等配箍率下,密配细直径箍筋比疏配粗直径箍筋对提高构件抗震性能更为有效。     

高强钢筋约束超高性能混凝土柱轴心受压本构模型研究

约束超高性能混凝土（ultra high performance concrete,UHPC）轴压本构模型是进行UHPC柱结构设计和非线性分析的基础。该文对9根箍筋约束UHPC柱的应力-应变关系进行了研究,结果表明：UHPC宜采用高强箍筋约束且适配性良好,与普通箍筋相比高强箍筋可较好的提高约束UHPC强度及变形能力;高体积率、小间距、形式复杂的高强箍筋的约束效果良好;高强箍筋在约束UHPC峰值应力时不一定屈服,取屈服强度计算峰值时高强箍筋的约束应力,会高估其对峰值应力的提高程度。基于Ottosen破坏准则推导了约束UHPC峰值应力计算式,给出了峰值应变、峰值应力时高强箍筋应力取值计算式;建立了约束UHPC轴压本构模型,并与几种典型的约束本构进行了对比,表明所建立的本构与试验曲线吻合度较高。     

高强箍筋高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高强箍筋高强混凝土柱的抗震性能,首先进行了6根配置高强箍筋的高强混凝土柱和3个普通强度混凝土柱(作为对比)抗震拟静力试验,并对其破坏形态、滞回曲线、延性及耗能指标以及抗剪强度等进行了对比分析。结果表明:高强混凝土试件与普通混凝土试件破坏过程相似,均呈弯剪破坏形态,采用高强混凝土可有效降低试件轴压比,对其延性和耗能能力有利。将国内外进行的高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力试验结果与美国ACI318规范、我国混凝土结构设计规范(GB50010-2002)的抗剪公式进行了对比,认为ACI规范及我国规范在计算高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力时均有不安全因素,宜在设计时注意。采用Mander建议的约束混凝土本构关系和纤维单元程序USC_RC仍可以对高强箍筋高强混凝土柱的受弯承载力进行较为准确的模拟分析。     

箍筋约束混凝土圆柱轴压破坏尺寸效应行为

开展了12组不同尺寸几何相似的箍筋约束混凝土圆柱轴心受压破坏试验,试验的工况参数为：配箍率为1.26%和2.89%;圆柱尺寸（直径）相似比为1∶1.5∶2.25,圆柱最大直径为576 mm;圆柱长细比为3。根据试验结果探讨了箍筋约束作用混凝土圆柱破坏模式及轴压强度尺寸效应的影响规律。基于Bažant尺寸效应律思想,提出了能反映尺寸影响的箍筋约束混凝土圆柱轴压承载力计算理论,与试验结果的良好吻合证明了修正承载力计算理论的合理性。最后,建立了钢筋混凝土柱破坏行为及尺寸效应模拟的3D细观尺度数值分析方法,在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,扩展模拟了更大尺寸圆柱的破坏行为。     

箍筋约束混凝土圆柱轴压强度尺寸效应律

钢筋混凝土构件的破坏模式与机制区别并远复杂于混凝土材料,采用混凝土材料层面的尺寸效应理论与公式来描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为是值得商榷的。另外,混凝土材料尺寸效应理论公式难以反映钢筋混凝土结构构件中其他重要参数对尺寸效应的影响。以箍筋约束混凝土圆柱为研究对象来看：结合相关物理试验及数值模拟结果,凝练归纳出了影响其轴压破坏尺寸效应的主导参数——箍筋率;根据箍筋约束作用对柱轴压强度的影响机制与规律,在经典的Bažant材料层次尺寸效应律的基础上,建立了箍筋约束混凝土柱轴压强度的尺寸效应半理论-半经验公式。相关试验及模拟结果验证了该构件层次尺寸效应公式的准确性和合理性。     

焊接环式箍筋约束高强混凝土柱抗震性能研究

通过室内模型低周往复加载试验及非线性有限元分析,对焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的抗震性能进行了研究.研究了轴压比、配箍率两个参数对柱抗震性能的影响规律.结果表明:通过ABAQUS软件对焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的有限元分析结果与试验结果符合较好;随着轴压比的提高,柱的水平承载力变大,延性和耗能能力变差,骨架曲线的强度...     

CFRP约束钢管-活性粉末混凝土短柱轴压性能

为研究圆碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束钢管-活性粉末混凝土(RPC)短柱的轴压性能,以CFRP粘贴层数和钢管壁厚为参数进行了12根CFRP约束钢管-RPC短柱、4根钢管-RPC短柱及4根钢管短柱的轴压力学性能试验。通过荷载-位移曲线分析了CFRP层数和钢管壁厚对试件极限荷载和变形能力的影响,探讨了提高系数、CFRP应变效率和延性系数等相关性能指标,最后通过提高系数关联套箍率提出了CFRP约束钢管-RPC短柱承载力模型。结果表明:CFRP约束能有效地增强钢管-RPC短柱的承载能力和变形能力。与CFRP约束钢管-混凝土相比,CFRP约束钢管-RPC表现出CFRP应变效率的下降,并且其延性不如CFRP约束钢管-混凝土。在钢管-RPC承载力的基础上提出了实用的CFRP约束钢管-RPC短柱轴压承载力计算模型。      

Steel-fibre high-strength concrete prisms confined by rectangular ties under concentric compression

This paper presents results from a continuing research program that aims to investigate the behaviour of high-strength concrete columns and to recommend some design procedures to Brazilian Building Code. The specific current work deals with experimental behaviour of steel fibre high-strength concrete columns (SFHSCC) confined with low ratios of rectangular ties under concentric compression. Twenty-four small-scale SFHSCC were tested under concentric loading and their behaviour were examined and compared with the behaviour of two normal-strength concrete columns. The variables studied in this work were the concrete strength, amount of transversal reinforcement and volumetric fraction of steel fibre. The results indicated that steel fibre not only improves the columns ductility, but also avoids the premature concrete cover spalling. Further, to improve the ductility of high-strength concrete column, the used amount of steel reinforcement is the same when the confinement or steel fibre is applied.

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Résumé Cet article présente les résultats d'un programme de recherche continue qui a pour but d'étudier le comportement de poteaux en béton à hautes performances et de recommander quelques procédures de projet pour le Code Brésilien du béton armé. Ce travail traite du comportement expérimental de poteaux en béton fibré à hautes performances, confiné par des étriers rectangulaires, sous compression concentrique. Vingt-quatre poteaux de petite échelle ont été testés sous chargement concentrique et leur comportement a été examiné et comparé à ceux des poteaux en béton conventionnel. Les variables étudiées dans ce travail étaient la résistance du béton, la quantité d'armatures transversales et la fraction volumétrique de fibres d'acier. Les résultats ont indiqué que la fibre d'acier augmente non seulement la ductilité des poteaux, mais empêche l'enrobage prématuré de la couverture des armatures longitudinales. De plus, afin d'améliorer la ductilité de poteaux en béton à hautes performances, la quantité d'armatures en acier utilisée est la même que lorsque l'on utilise un confinement par des étriers rectangulaires ou des fibres d'acier.

     

超高性能混凝土装配整体式框架梁柱节点抗震性能研究

超高性能混凝土(ultra-high performance concretre,UHPC)是一种新型材料,具有抗拉、抗压强度高、开裂后应变硬化等特点,在装配式结构领域具有较为广阔的应用前景。为了明确UHPC在单轴循环荷载下的受力性能并提出适合的本构关系,通过大量的试验建立循环荷载下UHPC的本构模型,设计具有不同钢纤维掺量的棱柱体和狗骨直拉试件,开展不同加载制度的单轴压缩试验,分析试验结果以明确钢纤维掺量、养护方式和加载制度对UHPC单轴拉压力学性能的影响情况。试验结果表明,在受压方面,钢纤维体积含量为2%的UHPC峰值压应变明显高于钢纤维体积含量为1%和3%的UHPC峰值压应变。各UHPC试件的弹性模量明显大于普通混凝土的弹性模量。在受拉方面,UHPC呈现出一定的应变硬化现象,且达到峰值后拉应力下降较为缓慢,展现出一定的受拉延性。钢纤维体积含量和蒸养处理对UHPC试件的抗拉强度有明显的提高作用。最后,在试验数据的基础上,提出了UHPC受压和受拉的骨架曲线和滞回准则,并拟合了卸载(再加载)的计算公式,可用于有限元计算中UHPC的基本本构方程。

     

Behavior and modeling of high-strength concrete tied columns under axial compression

This article presents experimental and analytical results of 21 high-strength concrete tied columns under axial compression. Each 1500-mm-tall column had a 500 by 500 mm section reinforced with 12 D25 longitudinal bars enclosed by perimeter hoops only, or perimeter hoops plus typical crossties, or perimeter and intermediate hoops. The concrete strengths of cylinder tests ranged between 55 and 99 MPa. The column compression tests showed that the longitudinal bars could be laterally supported by hoop corners or 135-degree seismic hooks of crossties, but not restrained by 90-degree hooks, which lost effectiveness after spalling of cover concrete. The proposed analytical approach used the existing Mander model and the Euler equation to determine the confined concrete strength and the buckling strength of longitudinal bars, respectively. With rational assumptions of confinement effectiveness and unsupported lengths, the proposed analytical approach can well predict the complete load-deformation response of test columns.     

CFRP筋-高强钢筋/高强混凝土柱的抗震性能

为了研究高强钢筋和碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)混合配筋/高强混凝土柱的抗震性能,对CFRP筋-高强钢筋混合配筋的高强混凝土柱进行了低周反复荷载试验和有限元分析,研究了CFRP筋的粘结条件、不同轴压比以及高强混凝土种类等参数对其抗震性能的影响。结果表明:所有的高强混合配筋高强混凝土柱均发生延性破坏;在相同条件下,高强混合配筋混凝土中分别添加了钢纤维活性粉末和钢纤维后,表现出更好的耗能能力和延性;有粘结CFRP筋混合配筋高强混凝土柱比无粘结CFRP筋混合配筋柱的变形能力和承载力分别提高了9.6%和17.1%,但是延性系数降低了22.5%;在延性破坏的条件下,随着轴压比的增加,CFRP筋-高强钢筋混合配筋柱的屈服强度和极限强度明显增大,极限位移和耗能能力也逐渐减小;高强钢筋和CFRP筋配筋率越高,高强混合配筋柱的极限承载力和变形能力越大。      

Preloaded RC columns strengthened with high-strength concrete jackets under uniaxial compression

Although use of high-strength reinforced concrete (RC) jackets has become common practice worldwide, there are still two unresolved issues regarding the contribution of the original concrete and the effects of existing loads. Twelve RC-jacketed columns were tested with and without preloading under uniaxial compression. Tests showed the entire core to contribute to the capacity of the jacketed column, as long as adequate confinement is provided. Also, preloading does not adversely affect the capacity of the jacketed column, while it may increase its deformability, especially in square sections. Transverse reinforcement in the jacket directly improves ductility of the strengthened column, especially in circular sections.     

Stress-strain behavior of concrete columns confined with hybrid composite materials

A new type of concrete columns was developed at the University of Alabama in Huntsville for new construction to achieve more durable and economical structures. The columns are made of concrete cores encased in a PVC tube reinforced with fiber reinforced polymer (FRP). The PVC tubes are externally reinforced with continuous impregnated fibers in the form of hoops at different spacings. The PVC acts as formwork and a protective jacket, while the FRP hoops provide confinement to the concrete so that the ultimate compressive strength and ductility of concrete columns can be significantly increased. The volume of fibers used in this hybrid column system is very modest compared to other existing confinement methods such as FRP tubes and FRP jackets. This paper discusses the stress-strain behavior of these new composite concrete cylinders under axial compression loading. Test variables include the type of fiber, volume of fiber, and the spacing between the FRP hoops. A theoretical analysis was performed to predict the ultimate strength, failure strain and the entire stress-strain curve of concrete confined with PVC-FRP tubes. Test results show that the external confinement of concrete columns by PVC-FRP tubes results in enhancing compressive strength, ductility and energy absorption capacity. A comparison between experimental and analytical results indicates that the models provide satisfactory predictions of ultimate compressive strength, failure strain and stress-strain response.     

Dynamic compression behavior of ultra-high performance cement based composites

In order to investigate the dynamic compression behavior of Ultra-high performance cement based composites (UHPCC) used in defense works, UHPCC with 200 MPa compressive strength is prepared by replacing a large quantity of cement by industrial waste residues such as silica fume, fly ash and slag; and substituting ground fine quartz sand (≤600 um in diameter) with natural sand (2.5 mm in diameter). Split Hopkinson pressure bar (SHPB) is performed on UHPCC with different fiber volume fraction to investigate the dynamic compression behavior. Results show that impact resistance of UHPCC is improved with an increase of fiber volume fraction. The dynamic compressive strength of UHPCC is also increased with an increase of strain rate. In addition, the finite element method (LS-DYNA) is employed to simulate the whole impact process of UHPCC. Numerical simulations demonstrate that the Johnson_Holmquist_Concrete material constitutive model can be used for the dynamic compression of concrete. The numerical values are in good agreement with experimental results.     

纤维增强聚合物基复合材料加固锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压性能

为了给纤维增强聚合物基复合材料（FRP）加固腐蚀环境下钢筋混凝土圆柱的设计和施工提供参考,促进FRP加固钢筋混凝土圆柱的应用,本文通过加速腐蚀得到类似实际环境中已锈损钢筋混凝土圆柱,采用碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）条带和玻璃纤维增强聚合物基复合材料（GFRP）条带分别对锈蚀钢筋混凝土圆柱进行加固,最后对加固后圆柱进行轴心受压试验,重点研究钢筋锈蚀率、FRP层数和种类对钢筋混凝土圆柱受压承载力的影响;基于对FRP条带间隔约束效应、钢筋锈蚀对混凝土截面及钢筋力学性能影响的研究与分析,提出FRP条带间隔约束锈蚀钢筋混凝土圆柱轴心受压承载力计算模型。试验实测值与模型计算值之比的平均值为1.020,变异系数为0.063,二者符合较好。