配置高强钢筋混凝土梁裂缝的研究综述比较

在总结了国内外关于配置高强钢筋混凝土梁裂缝研究进展的基础上,通过例子比较了几种规范关于计算最大裂缝宽度的差异,并提出了一些看法,以进一步了解高强钢筋对裂缝的影响。     

Calculation methods of the crack width and deformation for concrete beams with high-strength steel bars

Three groups of concrete beams reinforced with high-strength steel bars were tested, and the crack width and deformation of the specimens were observed and studied. To facilitate the predictions, two simplified formulations according to a theory developed by the first author were proposed. The advantages of the formulations were verified by the test data and compared with several formulas in different codes.     

玄武岩纤维增强聚合物筋钢纤维高强混凝土梁受弯试验及裂缝宽度计算方法研究

纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土梁受弯挠度过大、裂缝过宽等缺陷严重影响其正常使用性能,为此,将具有优良抗裂与阻裂性能的钢纤维混凝土用于FRP筋混凝土梁,可以有效限制其挠度与裂缝的发展。通过12根玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋/钢筋钢纤维高强混凝土梁的受弯性能试验,研究了钢纤维体积率、受拉区钢纤维高强混凝土层厚度、BFRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维高强混凝土梁裂缝分布与宽度的影响。结果表明,钢纤维的加入能够有效抑制BFRP筋高强混凝土梁的裂缝开展,减小裂缝间距、宽度和裂缝宽度差异性,当荷载为100 kN时,钢纤维体积率为0. 5%～2. 0%的钢纤维高强混凝土梁的裂缝宽度减小了25. 22%～54. 78%,裂缝宽度标准差减小了10. 00%～68. 18%;当受拉区钢纤维混凝土层厚度达到梁截面高度的57%时,其阻裂与限裂效果与全截面掺加钢纤维的效果接近,表明在受拉区中掺加钢纤维以限制BFRP筋混凝土梁裂缝的发展是经济可行的。基于试验和相关文献研究结果,提出了考虑钢纤维影响的BFRP筋钢纤维高强混凝土梁最大裂缝宽度的建议计算方法,该建议方法的计算值与试验值吻合良好。     

Dynamic analyses of steel-reinforced super high-strength concrete columns

The dynamic behaviors of steel-reinforced super high-strength concrete columns under seismic loading were studied with a series of experiments. Thirteen specimens, with concrete strengths ranging from 94.9 to 105.4 MPa and shear-span ratios of 2.75, were manufactured. The axial load ratio and the stirrup reinforcement ratio were the main experimental variables affecting the dynamic behavior of the specimens. The columns under low cyclic lateral loading mainly failed in the flexural-shear mode. Shear force-displacement hysteretic curves and skeleton curves were drawn. The coefficients of the specimens’ displacement ductility were calculated. Experimental results indicate that ductility decreases while the axial load ratio increases, but it increases when the stirrup reinforcement ratio increases. The limit values of the axial load ratio and the minimum stirrup reinforcement ratio of the columns were investigated to satisfy definite ductility requirements. These values were suggested as references of engineering applications and of the amendment of the current Chinese design code of steel reinforced concrete composite structures. Translated from China Civil Engineering Journal, 2006, 39(8): 14–18 [译自: 土木工程学报]     

预应力型钢混凝土简支梁受弯性能试验研究

预应力型钢混凝土梁是在普通型钢混凝土梁的基础上采用预应力技术的一种新型组合构件。基于13根预应力及普通型钢混凝土梁的受弯性能试验,分析了其受力过程、破坏形态、裂缝的开展与分布规律、刚度变化规律等。试验结果表明,预应力型钢混凝土梁比普通型钢混凝土梁具有更好的刚度和抗裂性能,裂缝开展得到较好的控制。基于改进综合内力法,建立了预应力型钢混凝土梁正截面受弯承载力及裂缝宽度计算公式,公式计算值与试验结果吻合良好。     

高强钢筋高强混凝土梁静力和疲劳性能试验研究

通过9根配有新Ⅲ级钢的高强混凝土梁和4根配有Ⅱ级钢的混凝土梁的静载和等幅疲劳荷载试验,分析研究了高 强混凝土梁的变形性能和疲劳特性。试验结果表明,在高强混凝土梁中应用高强钢筋,可以使两者的性能得以充分发挥, 不仅承载力大幅度提高,而且能较好的满足正常使用极限状态的要求。高强混凝土受弯构件在疲劳荷载作用下刚度降低, 裂缝宽度增大,其变化规律和受压区混凝土应变的增加规律基本一致。疲劳荷载作用N次后构件的裂缝宽度,可根据初 始裂缝宽度和受压区混凝土应变增长系数来计算。根据试验分析,得到了高强混凝土梁在疲劳荷载作用下的截面应力、裂 缝宽度及高强钢筋S-N曲线试验回归公式,可为高强混凝土梁设计提供一定的参考。     

高强钢筋混凝土梁短期裂缝计算方法评析

收集和整理近年来国内完成的114根配置400MPa或500MPa级热轧带肋钢筋混凝土梁受弯试验短期裂缝结果,对GB 50010-2002《混凝土结构设计规范》的裂缝计算公式进行评估分析。分析结果表明：规范的短期裂缝计算方法仍可适用于配置高强带肋钢筋的混凝土受弯试件,但平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度试验值与按规范公式计算的结果相比总体上偏低,二者之比的均值分别为0.930、0.711和0.739,因此建议对部分参数进行修正。利用试验数据进行参数回归分析,得到裂缝间距和裂缝宽度计算模式的修正公式,修正后的计算值和试验值符合较好,但对配置多层钢筋的情况有待进一步研究。图6表7参14     

An experimental study on the flexural behavior of heavily steel reinforced beams with high-strength concrete

In recent years, an emerging technology termed high-strength concrete (HSC) has become popular in construction industry. Present study describes an experimental research on the behavior of high-strength concrete beams in ultimate and service state. Six simply supported beams were tested, by applying comprising two symmetric concentrated loads. Tests are reported in this study on the flexural behavior of high-strength reinforced concrete (HSRC) beams made with coarse and fine aggregate together with Microsilica. Test parameter considered includes effect of being compressive reinforcement. Based on the obtained results, the behavior of such members is more deeply reviewed. Also a comparison between theoretical and experimental results is reported here. The beams were made from concrete having compressive strength of 66.81-77.72 N/mm² and percentage reinforcement ratio (ρ/ρ_b) in the range of 0.56%–1.20%. The ultimate moment for the tested beams was found to be in a good agreement with that of the predicted ultimate moment based on ACI 318-11, ACI 363 and CSA-04 provisions. The predicted deflection based classical formulation based on code provisions for serviceability requirements is found to underestimate the maximum deflection of HSC reinforced beams at service load.     

芳纶纤维筋有黏结部分预应力混凝土梁受弯性能研究

对以芳纶纤维筋为有黏结预应力筋、环氧涂层钢筋为非预应力筋的部分预应力混凝土梁的受弯性能进行研究,共进行了10根梁从混凝土开裂、裂缝开展直至梁受弯破坏的全过程试验。测定了梁的开裂弯矩,梁截面应变分布,变形的发展,裂缝出现、发展及分布情况,提出区分芳纶纤维筋破断及混凝土压坏的界限等效配筋率或界限中和轴高度,推导出芳纶纤维筋拉断和混凝土压坏同时发生,混凝土压坏、芳纶纤维筋未拉断及芳纶纤维筋拉断、混凝土未压坏等情况的受弯承载力计算方法,并提出芳纶纤维筋有黏结部分预应力混凝土梁短期刚度及裂缝宽度的计算方法。     

钢骨-方钢管高强混凝土柱抗震性能试验研究

通过14根组合柱试件在高轴向压力和低周反复水平荷载作用下的试验,研究了钢骨-方钢管高强混凝土柱的抗震性能。试验结果表明,该组合柱滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力;轴压比、混凝土强度、宽厚比、含骨率等参数对组合柱的极限承载力和刚度具有显著影响,但是延性和耗能主要受轴压比和含骨率影响,其中轴压比是最主要的因素;钢骨的加入使方钢管高强混凝土柱的位移延性系数有了显著提高,但是当内填混凝土强度很高时,为了满足抗震设计的要求,保证组合柱具有良好的延性,仍有必要对其轴压比的限值作出规定。研究成果可为钢骨-方钢管高强混凝土柱在高烈度地震区的应用提供参考。     

高强箍筋高强混凝土梁受剪试验研究

设计了一套使钢筋混凝土梁剪切破坏稳定可控的刚性试验系统,利用该试验系统,完成了19根剪跨比为3的钢筋混凝土简支梁的剪切破坏试验,得到了荷载-挠度曲线。根据试验结果,分析了混凝土强度等级、箍筋的强度和倾角、纵筋配筋率和纵向分布钢筋等因素对试验梁破坏形态、剪切延性系数和受剪承载力的影响,并将受剪承载力试验值与我国混凝土结构设计规范和美国ACI规范计算值进行了对比。结果表明:对于剪跨比等于3的梁,适当配置腹筋,可以改善其延性性能;在高强混凝土梁中应用高强箍筋,可使两种材料的强度充分发挥,不仅增加了梁的剪切延性,而且提高了梁的受剪承载力;高强箍筋高强混凝土梁的受剪承载力仍可采用我国现行混凝土结构设计规范公式进行计算,但是对于高强混凝土无腹筋梁、纵筋配筋率低的梁和配有高强箍筋的普通强度混凝土梁安全度偏低。     

钢筋再生混凝土梁的受弯性能

基于国内外大量相关研究成果,对钢筋再生混凝土梁的受弯性能进行了较为全面系统的分析,主要包括平截面假定对再生混凝土梁的适用性、钢筋再生混凝土梁的破坏形态、极限承载力、变形、刚度以及裂缝等.研究结果表明,与钢筋普通混凝土梁相比,钢筋再生混凝土的破坏形态、极限承载力基本相同,但是钢筋再生混凝土梁的变形较大,刚度低.同时发现平截面假定也适用于受弯的钢筋再生混凝土梁.     

内填Y形钢支撑加固多层钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为了研究内填Y形钢支撑多层RC框架结构的抗震性能,进行了3榀2层单跨1/2缩尺试件的低周反复荷载试验。分析试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。研究结果表明：应用Y形钢支撑加固RC框架合理可行,Y形钢支撑承担了大部分水平荷载,梁柱连接节点破坏程度较轻;耗能段与混凝土梁的连接构造合理,没有发生破坏;Y形钢支撑破坏,导致结构失效;加载初期,试件荷载 侧向位移比滞回曲线具有一定程度的捏缩,耗能段屈服后,试件滞回曲线相对饱满;试件2层的荷载-层间位移比滞回曲线比1层饱满,2层的侧向变形程度比1层大;楼板的存在增加了框架梁的刚度,减少了梁上的裂缝数量;节点构造对结构抗侧刚度影响较小,对变形能力影响较大;加固震损后的结构,应该考虑结构刚度退化程度。在试验的基础上提出了内填Y形钢支撑的设计方法。     

高强混凝土和钢筋在混凝土结构中的应用

论述了适当提高混凝土强度等级的重要性，结合新颁布的《桥规JTGD62》和《建混规GB50010》，阐述了在混凝土结构中应摒弃传统的设计习惯，广泛应用高强混凝土和中、高强钢筋。     

高强钢筋高韧性混凝土框架中节点抗震性能试验研究

对4个高强钢筋高韧性混凝土框架中节点进行低周往复加载试验,对比不同范围采用高韧性混凝土进行增强的节点与同条件下未增强的节点的承载能力、变形能力、滞回特性、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标。结果表明,在节点中采用高韧性混凝土进行增强,可以改善节点破坏形态,提高试件的承载能力和变形能力,提高构件的抗震性能,由节点核心区延伸至1倍有效梁高范围内采用高韧性混凝土进行增强的节点对变形性能、刚度退化、延性和耗能能力增强效果最佳。     

配置表层钢筋的混凝土梁裂缝和刚度试验探讨研究

进行6根配置表层钢筋的混凝土梁和2根未配置表层钢筋的混凝土梁受弯性能试验,研究其裂缝和变形特点,同时对配置和未配置表层钢筋构件的裂缝宽度和挠度进行对比分析。试验结果表明,在构件的混凝土保护层中配置表层钢筋能有效地控制其裂缝宽度,增加其短期刚度。分析表层钢筋对钢筋混凝土梁裂缝间距和裂缝宽度的影响规律,提出相应计算公式,并参考欧洲规范有关规定对配置表层钢筋的混凝土梁提出设计建议。根据试验结果,提出正常使用状态下考虑表层钢筋的短期刚度计算公式。根据文中公式计算的结果与试验结果符合较好。     

钢-再生混凝土组合梁受弯性能与设计方法研究

为研究再生粗骨料掺入量对钢-混凝土组合梁受弯性能的影响并提出钢-再生混凝土组合梁受弯性能设计方法,基于ABAQUS软件建立组合梁的精细化有限元模型,采用15组钢-再生(普通)混凝土组合梁足尺试验结果验证模型的可靠性。通过参数分析,量化再生粗骨料取代率对组合梁受弯性能(包括受弯承载力与抗弯刚度)的影响。根据参数分析结果对现有的组合梁设计方法进行评估,进而提出钢-再生混凝土组合梁受弯性能设计方法。研究结果表明：对于混凝土强度相同的组合梁,与采用普通混凝土相比,再生粗骨料取代率为50%和100%时,组合梁受弯承载力分别降低0.8%～2.2%和1.5%～3.5%,抗弯刚度分别降低1.2%～5.4%和4.2%～7.3%;对于不同再生粗骨料取代率的组合梁受弯性能(包括受弯承载力与抗弯刚度),GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的设计方法计算结果与有限元分析结果的比值的分布规律相同,再生粗骨料取代率是钢-再生混凝土组合梁受弯性能的最主要影响参数;考虑再生粗骨料取代率影响的钢-再生混凝土组合梁设计方法与钢-普通混凝土组合梁设计方法计算精度相近,且具有更高的安全储备。     

HRB400高强钢筋混凝土柱抗震性能分析

本文通过对4个HRB400高强混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能进行试验研究,获得高强混凝土柱的主要破坏形态、骨架曲线和滞回曲线。考虑混凝土强度、纵向配筋率的影响,分析其对滞回特性、规则化骨架曲线、刚度退化、强度退化、延性与耗能性能的影响。研究结果表明:构件的破坏形态主要为剪切型;随着混凝土强度的提高,构件开裂后刚度衰减加快,强度退化速度加快,构件总耗能增加,抗震性能变差;由循环中滞回能量与现有的延性系数关系可知数据离散性较大。本文的抗震性能分析可供工程技术人员参考。     

高强箍筋高强混凝土短柱抗震性能试验研究

为了研究高强箍筋约束高强混凝土短柱在地震作用下的抗震性能,采用建研式加载装置,通过14根高强混凝土短柱试件的低周反复加载试验,研究了高强箍筋约束高强混凝土短柱的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、变形和延性、耗能能力以及高强箍筋的应力发挥水平和受剪承载力计算等,分析了轴压比、剪跨比、箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式和混凝土强度等因素对短柱破坏形态、滞回性能和承载力的影响。结果表明：短柱破坏形态受设计参数的影响有剪切破坏和剪切黏结破坏两类;与普通强度箍筋混凝土短柱相比,高强箍筋高强混凝土短柱在节约材料的同时具有优越的抗震性能和抗倒塌能力;达到极限荷载后,箍筋的应变发展较快,高强箍筋的强度发挥充分,短柱的抗震性能明显改善;通过对高强箍筋应力取值进行适当修正,采用GB 50010-2010规范公式计算高强箍筋高强混凝土短柱的受剪承载力是可行的。     

型钢-方钢管自密实高强混凝土轴压短柱受力性能的试验研究

提出了一种重载柱设计的模式,即型钢-方钢管自密实高强混凝土柱。该组合柱是在方钢管中填充自密实高强混凝土和型钢而形成。通过13根型钢-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴心受压试验,研究了该组合柱的受力性能。试验结果表明自密实试件与经过振捣的试件的受力性能几乎没有差别;型钢的存在有效地延缓或抑制了高强混凝土中剪切裂缝的产生从而提高了构件的延性;混凝土强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量对构件的强度和延性有着显著影响。最后给出了型钢-方钢管自密实高强混凝土轴心受压短柱强度承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。