高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土受压本构模型

为将新型复合材料“高强不锈钢绞线网/ECC约束素混凝土”用于实际工程结构,基于高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土(简称HSME约束高强混凝土)复合材料轴心受压试验结果,分析ECC强度、核心混凝土强度以及横向钢绞线体积配网率等对其受压性能的影响规律。试验结果表明：HSME能够有效约束核心混凝土轴心受压,破坏模式具有明显的延性性能,根据试验数据绘出HSME约束高强混凝土复合材料受压应力-应变曲线,可以分为三个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。根据各阶段曲线的数学特征,建立HSME约束高强混凝土复合材料受压本构关系的全过程模型表达式。引入ECC特征值和横向钢绞线特征值,对本构模型的各参数进行分析,提出HSME约束高强混凝土复合材料的开裂压应变、峰值应力、峰值压应变和极限压应变等参数的表达式。将各参数代入所建立的受压本构关系绘出其应力-应变曲线,模型结果与试验所得应力-应变曲线吻合良好,开裂压应变与极限压应变的计算值与试验值对比范围分别为0.949～1.068和0.938～1.039。表明所提出的受压本构模型能够较好地反映HSME约束高强混凝土复合材料的应力-应变关系。     

高强不锈钢绞线网增强ECC加固RC短柱轴心受压试验

在新型复合材料“高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(ECC)(简称HSME)”的力学性能和约束素混凝土受压性能研究基础上,将钢筋混凝土(RC)短柱配筋率和混凝土强度以及加固层的ECC强度和横向钢绞线配筋率作为参数,试验研究高强不锈钢绞线网增强ECC加固RC短柱轴心受压性能。结果表明,和未加固RC短柱相比,HSME加固RC短柱不仅承载力大幅度提升,而且破坏时裂而不碎、具有明显的延性破坏特征,开裂荷载、峰值荷载及峰值位移显著提高;荷载达峰值荷载80%左右和峰值荷载时,试件表面最大裂缝宽度仅为0.09 mm和0.25 mm,表现出优良的多缝开裂和裂缝控制能力。HSME加固RC短柱荷载-位移曲线属于偏态的单峰曲线,包含弹性、裂缝发展、最大荷载和承载力下降四个阶段。随着ECC抗压强度和横向不锈钢绞线配筋率增大,HSME加固柱开裂荷载和峰值荷载均明显增大;增大RC柱配筋率和混凝土强度可提高加固柱峰值荷载和延性。     

高强钢绞线网增强ECC抗弯加固无损RC梁试验

为研究高强钢绞线网增强工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)加固钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)梁的受弯性能,考虑钢绞线直径、纵向钢绞线配筋率、ECC配方及端部锚固4个影响因素,对7个加固无损RC梁试件进行受弯试验。结果表明,在采用合理加固层端部锚固措施的情况下,通过高强钢绞线网增强ECC抗弯加固RC梁可显著提升其受弯承载力、延性、抗裂性,有效约束原RC梁的裂缝发展并减小裂缝宽度;纵向高强钢绞线配筋率的增大会提高加固梁的受弯开裂荷载、承载力、控裂能力、刚度,但试件配置过量的纵向高强钢绞线会降低加固梁的延性、韧性;在纵向高强钢绞线配筋率接近的情况下,采用直径较大的高强钢绞线,会在一定程度上降低加固梁的延性、韧性、控裂能力;加固梁的受弯开裂荷载、承载力、刚度随着ECC的弹性模量及抗拉强度的提高而增大;加固梁的控裂能力、延性、韧性随ECC极限拉应变提高而增大。     

水泥基复合材料加固小偏心受压钢筋混凝土柱承载力

通过对工程水泥基复合材料(ECC)加固钢筋混凝土(RC)柱和未加固RC柱进行小偏心受压试验,研究ECC加固RC柱小偏心受压性能。试验结果表明,ECC加固层能有效约束核心混凝土;与未加固柱相比,加固柱的裂缝细而密,达到峰值荷载时受压区ECC尚未被压碎,破坏过程比较平缓,有较好的完整性,并表现出一定的延性特征;相对偏心距相同时,加固柱的开裂荷载、峰值荷载及延性相比未加固柱分别提高了107%～236%、45%～159%、37.4%～41.3%。依据试验结果,绘制出各加固柱跨中荷载-挠度曲线,可分为4个阶段：弹性阶段、裂缝稳定扩展阶段、最大荷载阶段及下降段。随着加固层厚度的增大,相同荷载下ECC竖向应变及钢筋应变越小;随着相对偏心距的增大,相同荷载下ECC竖向应变及钢筋应变越大。基于混凝土结构理论及力学原理,分析ECC加固层对核心混凝土柱的约束机制,提出ECC约束混凝土抗压强度和峰值应变的表达式,推导出加固柱受压承载力计算公式,承载力计算值与试验值相对误差在10%以内,二者吻合良好,为ECC加固混凝土柱在实际工程中的应用提供理论参考。     

截面宽度对高强混凝土受弯构件延性的影响

本文研究截面宽度对高强混凝土受弯构件性能的影响。混凝土立方体强度达１１８Ｍｐａ的受弯构件试验表明：开裂荷载、屈服荷载和最大荷载与构件载面宽度成正比，构件的载面宽度越大，其极限转角、挠度延性及压区混凝土极限压应变也越大。     

CFRP筋增强ECC梁弯曲性能试验研究

为研究碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋/超高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered cementitious composite,ECC)梁的抗弯性能,对3根CFRP筋/ECC梁、1根玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋/梁和1根CFRP筋混凝土梁进行了四点弯曲试验,分析了配筋率、纤维增强树脂复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)筋类型和基体类型对梁抗弯性能的影响。试验结果表明:CFRP筋/ECC梁与GFRP筋/ECC梁和CFRP筋混凝土梁类似,均经历了弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段;配筋率对CFRP筋/ECC梁的受弯性能影响较大。随着配筋率的增加,CFRP筋/ECC梁的承载能力不断提高,延性性能逐渐减弱;ECC材料优异的应变硬化能力和受压延性,使得CFRP筋/ECC梁的极限承载能力和变形能力均优于CFRP筋混凝土梁;由于ECC材料多裂缝开裂能力,CFRP筋/ECC梁开裂后,纵筋表面应变分布比CFRP筋混凝土梁更均匀; 由于聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)纤维的桥联作用,CFRP筋/ECC梁破坏时,其表面出现了大量的细密裂缝,且能保持较好的完整性和自复位能力;正常使用阶段,CFRP筋/ECC梁的最大弯曲裂缝宽度均小于CFRP筋混凝土梁。最后,根据试验结果,建立了基于等效应力图的CFRP筋/ECC梁弯曲承载力简化计算模型,确定模型中的相关系数。由简化模型计算的极限承载力与试验结果具有较好的相关性。      

高延性混凝土加固震损混凝土短柱轴压性能试验及承载能力研究

通过9个高延性混凝土(HDC)加固震损混凝土短柱轴心受压试验,研究了在大的截面尺寸和高度下HDC加固对混凝土短柱加固效果的影响程度,探讨了HDC加固混凝土短柱的承载能力以及变形能力。试验结果表明:利用HDC良好的裂缝控制能力和界面黏结能力,使得受损混凝土短柱的峰值应力达到原柱的80%～90%,峰值荷载提高了10%～30%,纵向极限应变提高了约47%～141%,对应的纵向极限荷载提高了约48.7%～129.0%,横向极限应变可达0.42%～0.77%,约为加固前的2倍～3倍,横向极限荷载提高了23%～112%,受损混凝土短柱的延性得到极大地增强,承载能力得到一定程度地提高。对应力应变全过程曲线进行拟合分析,实测曲线与计算曲线拟合较好。基于破坏机理与约束理论,给出轴心受压承载力公式,公式计算值与试验实测值吻合较好。     

GFRP筋橡胶集料混凝土梁受弯性能

为提高纤维增强聚合物复合材料(FRP)筋混凝土梁抗裂性能,改善其脆性破坏特征,将玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)筋与橡胶集料混凝土共同应用于梁构件中。采用ABAQUS对GFRP筋橡胶集料混凝土梁的受弯性能进行有限元模拟及参数分析,探究了橡胶掺量、GFRP筋配筋率、混凝土强度等级及截面高度对梁受弯性能的影响。结果表明:增加混凝土中橡胶颗粒的掺量可提高梁的开裂荷载,当橡胶掺量为15%时,开裂荷载提高了29%;增加配筋率可提高梁的开裂荷载和承载力,当受拉筋直径由10 mm增加至18 mm时,橡胶掺量为10%的GFRP筋橡胶混凝土梁开裂荷载提高了约15%,承载力提高了约85%,但配筋率增加至一定数值后,其影响不再明显;提高橡胶混凝土强度等级,可提高梁的开裂荷载及承载力,当橡胶混凝土强度等级由C25提高至C40时,开裂荷载提了高约53.7%,承载力提高了约23%;为更好地满足正常使用极限状态,GFRP筋橡胶混凝土梁的截面高度宜适当增加。      

高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料受拉应力-应变关系

为了研究高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,EEC)的受拉性能,考虑高强不锈钢绞线配筋率、ECC抗拉强度、高强不锈钢绞线网增强ECC试件宽度3个影响因素,对设计的27个高强不锈钢绞线网增强ECC试件进行了单轴拉伸试验。试验结果表明,高强不锈钢绞线网增强ECC受拉试件的开裂应力和极限应力随着钢绞线配筋率、ECC抗拉强度的增大而增大;增大试件宽度对试件的开裂应力和极限应力几乎无影响。基于试验结果,提出并建立了高强不锈钢绞线网增强ECC受拉本构模型,推导了开裂应力和极限应力计算公式。经验证,计算结果与试验结果吻合良好,说明所建立的受拉本构模型可准确描述高强不锈钢绞线网增强ECC的受拉应力-应变关系。      

钢绞线网增强ECC与混凝土刻槽式界面粘结性能试验

为研究刻槽构造对钢绞线网增强工程用水泥基复合材料(High strength steel wire mesh reinforced engineered cementitious composites,HSSWM-ECC)与混凝土界面粘结性能的影响，考虑刻槽数量、刻槽深度、钢绞线直径、纵向钢绞线配筋率及ECC抗拉强度等因素，对设计制作的12组36个梁铰式试件进行了界面粘结性能试验。结果表明：HSSWM-ECC与混凝土界面粘结破坏形态有界面剥离破坏和钢绞线断裂破坏两种；在刻槽参与受力总宽度20 mm及槽深5 mm范围内，增加刻槽数量和刻槽深度均能有效提高界面粘结性能；而纵向钢绞线配筋率和ECC抗拉强度与界面粘结性能指标(粘结应力及对应滑移量)呈线性相关性。基于刻槽界面粘结机制分析，建立了考虑界面键槽特征(刻槽数量、槽深)及HSSWM-ECC层强度特征(钢绞线配筋率、钢绞线直径、ECC抗拉强度等)的刻槽处理界面抗剪承载力预测模型。经验证分析，该界面受剪承载力计算模型与试验结果吻合良好。     

高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料弯曲性能试验

为了研究高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)的受弯性能,考虑纵向高强不锈钢绞线配筋率、ECC抗压和抗拉强度等影响因素,对设计的8个高强不锈钢绞线网增强ECC试件进行四点弯曲试验.结果 表明,随着纵向高强不锈钢绞线配筋率增大,其开裂荷载基本...     

FRP与混凝土组合结构研究综述

提出一种在塑性铰区域采用高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)替代混凝土来改善FRP筋-钢筋增强混凝土柱抗震性能的新方法。对FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土构件进行了低周往复荷载试验,系统地考察了基体材料、筋材种类、轴压比对构件破坏模态、裂缝模式、承载力、残余变形、延性和耗能能力的影响。结果表明,将ECC替代塑性铰区域混凝土能够有效避免FRP筋的受压屈曲,进而显著提升组合柱的抗震性能。与钢筋增强ECC-混凝土组合柱相比,复合筋增强ECC-混凝土组合柱的残余变形明显更小,且屈服后的刚度更高。随着轴压比的增大,构件极限强度升高但变形能力降低。通过有限元参数分析可知,组合柱的承载力和变形能力均随着ECC抗压强度及总配筋率的增大而增大;在总配筋率不变的情况下,FRP筋占比越高,构件的延性越好。     

HRBF500钢筋C100混凝土梁抗剪性能试验研究

为了解配置HRB600级纵筋的高强混凝土梁受剪性能,以纵筋配筋率、混凝土钢纤维掺量为变化参数,对5根配置HRB600级纵筋的无腹筋梁进行了受剪试验,对比分析了各试验梁的斜截面承载力、荷载-挠度曲线、裂缝宽度和破坏特征。研究结果表明：随着纵筋配筋率的提高,HRB600级钢筋高强混凝土梁的开裂荷载和斜截面极限荷载增大,斜裂缝宽度减小;钢纤维可以有效地提高高强混凝土梁的斜截面开裂荷载,限制斜裂缝的产生与发展;随着钢纤维掺量的增加,高强混凝土梁的受剪承载力增大;使用现行混凝土结构设计规范和纤维混凝土结构技术规程对配置HRB600级纵筋的高强混凝土梁和钢纤维高强混凝土梁的斜截面受剪承载力进行设计计算,其结果是偏于安全的。     

玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴心的受压性能

为研究玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱的轴心受压性能,本研究编制了空心柱轴心受压非线性分析程序,系统地分析了空心率、玻璃纤维管管壁厚度、混凝土强度等级及配筋率等主要参数对其轴心受压性能的影响,通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立了适用于玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱的轴压承载力计算公式.研究结果表明:利用所编制的轴心受压非线性分析程序与所建立的轴压承载力公式对玻璃纤维管钢筋混凝土空心柱轴心受压性能分析的计算结果与试验结果均吻合较好,轴心受压承载力随空心率的减小、玻璃纤维管管壁厚度的增加、混凝土强度的增大及配筋率的提高而增加,空心率对轴心受压承载力影响最大,其次是玻璃纤维管管壁厚度和混凝土强度等级,配筋率对其影响相对较小,研究结论可为该结构在设计和施工中提供参考依据.     

钢管钢纤维高强混凝土轴压短柱的受力分析

为了研究钢纤维对钢管高强混凝土短柱轴压力学性能的影响,对7根钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验。根据试验中测得的钢管横向应变和纵向应变结果,采用内力分解法分析了钢管与钢纤维高强混凝土的应力变化以及两者之间的相互关系。结果表明：钢纤维对钢管高强混凝土短柱的横向变形影响较大,掺入钢纤维能有效...     

钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型及其徐变性能分析

为研究混凝土徐变对钢管混凝土轴心受压构件长期受力性能的影响,考虑构件截面内力重分布,建立了钢管混凝土轴心受压构件截面应力和应变以徐变系数为参数的随混凝土龄期变化关系的理论模型,结合已有试验数据和国内外常用12种混凝土徐变预测模型对该模型进行验证,并找到了适用于钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型--Huo模型;在此基础上,计算并分析了钢管混凝土轴心受压构件混凝土龄期为10000 d的截面应力和应变;通过对混凝土强度等级、环境年平均相对湿度、初始加载龄期、含钢率、构件长度、截面应力水平等因素的不同取值,分析了各因素对钢管混凝土轴心受压构件徐变性能的影响程度及规律。结果表明：当钢管混凝土轴心受压构件的轴力不大于其极限承载力的60%时,随着加载龄期的增长,钢管截面应力逐渐增大,最大变化量达61.4%,而混凝土截面应力逐渐减小,最大变化量达26.2%;加载初期构件应变增长迅速,1000 d以后应变增长速度减慢,构件最终应变是初始应变的1.61倍;在轴压比相同的条件下,钢管混凝土轴心受压构件的徐变应变终值随着混凝土强度等级的提高而逐渐增大,随着含钢率的增大显著减小,随着初始加载龄期、环境年平均相对湿度、构件长度的增大而逐渐减小,轴压比不大于0.6时,其徐变应变终值随轴压比增长。研究成果可为钢管混凝土轴心受压构件在正常使用阶段徐变计算以及徐变变形控制提供依据。     

FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土组合柱抗震性能研究

提出一种在塑性铰区域采用高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)替代混凝土来改善FRP筋-钢筋增强混凝土柱抗震性能的新方法。对FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土构件进行了低周往复荷载试验,系统地考察了基体材料、筋材种类、轴压比对构件破坏模态、裂缝模式、承载力、残余变形、延性和耗能能力的影响。结果表明,将ECC替代塑性铰区域混凝土能够有效避免FRP筋的受压屈曲,进而显著提升组合柱的抗震性能。与钢筋增强ECC-混凝土组合柱相比,复合筋增强ECC-混凝土组合柱的残余变形明显更小,且屈服后的刚度更高。随着轴压比的增大,构件极限强度升高但变形能力降低。通过有限元参数分析可知,组合柱的承载力和变形能力均随着ECC抗压强度及总配筋率的增大而增大;在总配筋率不变的情况下,FRP筋占比越高,构件的延性越好。     

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。     

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。      

高强轻骨料混凝土深受弯构件剪切损伤演化与服役性能研究

偶然的超越荷载、长期的环境侵蚀及温度变形等易导致深受弯构件斜截面的服役能力降低,出现开裂,影响正常使用。完成15根高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能全过程试验,系统研究了剪切荷载作用下的损伤演化规律,分析了剪跨比、加载板宽度和截面高度对构件受剪服役能力的影响,基于裂缝发展趋势建立裂缝宽度与荷载水平的宏观对应关系,探讨了相关规范中正常使用阶段斜裂缝宽度限值对该类构件的适用性。研究表明:随剪跨比和加载板宽度增大,试件最大斜裂缝宽度呈增长趋势,且配置足够数量的水平和竖向腹筋能够有效抑制深受弯构件的斜向开裂,试件名义斜向开裂强度和最大斜裂缝宽度均受尺寸效应影响较小;受剪全过程中试件的宏观剪切裂缝宽度与相应承担荷载水平呈现显著对应关系,且基于普通混凝土深受弯构件试验数据建立的服役性能评价指标可用于高强轻骨料混凝土深受弯构件服役性能预测;按我国规范中最小腹筋配筋率设计的高强轻骨料混凝土深受弯构件难以满足斜裂缝宽度限值要求,建议适当增大腹筋最小配筋率。