Das neue Bewehrungssystem; Druckglieder mit hochfestem Betonstahl SAS 670/800

The New Reinforcement System; Compression Members With High Strength Reinforcement SAS 670/800 Part II: Opernturm Frankfurt – Application In Frankfurt am Main, the Opernturm, a sophisticated 46‐storey tower block project, is presently being constructed in the immediate vicinity of the Alte Oper. In designing the 169 m high Opernturm, dimensioning of the highly loaded columns presented a particular challenge. For architectural reasons, the cross sections of the mega‐columns in the Opernturm's 5‐storey high lobby were to be as small as possible. Using standard reinforcement steel this requirement could only have been built by utilizing highstrength concrete. It was however economically more efficient to construct these columns using standard concrete (C50/60) and high‐strength reinforcement steel (SAS 670/800) from the Annahütte Steel Works. Construction of the highly loaded façade columns presented a similar challenge. For architectural reasons and due to building services requirements as well as to increase floor space they too were to have as small cross sections as possible with large slendernesses (λ > 85). Also in this case, reinforcement using standard reinforcement steel would not have been possible without the cost‐intensive use of high‐strength concrete. For this reason, the highly loaded façade columns were also reinforced using SAS 670. Part I of this report published in issue 5/2008 discussed the technical principals of columns using S 670. Part II deals with the design of the Frankfurt Opernturm, the construction of the highstrength columns and the requisite construction approval on an individual basis.     

HRB600钢筋混凝土短柱轴压性能试验研究

通过对6根HRB600钢筋、1根HRB500钢筋混凝土短柱和2根素混凝土短柱进行轴心受压试验,分析不同配筋率、混凝土强度、钢筋强度、长细比对钢筋混凝土柱轴压性能的影响,提出HRB600钢筋的抗压强度设计值,分析GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》中关于轴心受压承载力计算公式的适用性。研究结果表明:随着纵筋配筋率、钢筋强度和混凝土强度的提高,轴压短柱的峰值荷载增大;轴压短柱峰值应变随混凝土强度提高而减小,随钢筋强度提高而略有增大,纵筋配筋率和长细比对峰值应变影响较小;HRB600钢筋抗压强度设计值取为500 MPa,HRB600钢筋混凝土短柱与普通钢筋混凝土短柱的受力性能相似,轴心受压承载力可以按照GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》中规定的受压承载力公式进行计算,具有足够的安全储备。     

查表法计算对称配置高强钢筋矩形截面混凝土偏心受压柱配筋

对对称配置高强钢筋矩形截面混凝土偏心受压柱的配筋计算进行了简化,利用该简化计算方法给出了对称配置高强钢筋矩形截面混凝土偏心受压柱在不同混凝土强度等级、钢筋强度等级下,同时适用于大、小偏心受压构件的计算表格.经验证,利用该表格简化计算出的配筋与按现行规范得出的配筋基本接近,可用于实际工程的简化计算.     

考虑截面应力重分布的钢筋混凝土柱徐变分析

为研究考虑截面应力重分布对轴压柱混凝土徐变的影响,完成了12组24个几何尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的素混凝土试件在不同应力水平下的徐变试验。运用MATLAB编写的程序,分析了关键参数对钢筋混凝土柱徐变的影响。结果表明：当初始压应力水平不大于0.35时,徐变过程中卸载回弹应变系数为0.89;当初始压应力水平高于0.35时,随初始压应力水平的增大,卸载回弹应变系数减小。随加载龄期的延长、纵向受压钢筋配筋率的增大、截面尺寸的增大、混凝土强度的降低、初始压应力水平的减小、环境温度的降低、环境相对湿度的增大,轴心受压钢筋混凝土柱徐变值减小。基于模拟分析结果拟合得到了C20~C50轴压钢筋混凝土柱徐变终值与各关键参数的关系式。     

论现行规范中有关增大截面加固受弯构件的设计原理

对现行规范有关增大截面加固钢筋混凝土受弯构件设计的部分计算原理进行了理论分析,并通过实桥加固设计数据,计算新增钢筋拉应力在主要设计参数变化时的影响。结果表明:计算截面受压边缘混凝土的压应变取极限压应变时,不能反映构件加固前后两阶段受力的影响,新增钢筋拉应变的计算没有意义,计算的承载能力不安全,混凝土的压应变建议取相应抗压强度设计值的应变;加固前计算截面的恒载内力应该取实际值而非组合设计值,加固后截面的相对界限受压区高度的计算应考虑二阶段受力的影响。     

配筋薄壁钢管高强混凝土柱的轴心受压性能研究

为了探索配筋对薄壁钢管高强度混凝土柱轴心受力性能的改善机理,进行了18根试件的轴心受压试验。试验中设计了2种混凝土保护层厚度的配筋钢管混凝土及对应的钢筋混凝土、钢管混凝土和素混凝土等6组试件,以弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段的荷载与位移或荷载与应变关系、承载力、套箍系数为评价参数,研究了此类构件的基本力学特性,并发现:核心混凝土内配置钢筋后采用薄壁钢管是可行的;要提高钢管混凝土的工作性能,配置钢筋的效果明显优于增加钢管壁厚的效果。最终提出了适合此类构件的承载力计算公式。     

预应力钢带加固钢筋混凝土柱轴压承载力试验研究

完成了4个预应力钢带加固钢筋混凝土柱试件和1个对比试件的轴压试验,表明横向预应力钢带可显著提高钢筋混凝土柱的延性和承载力。结合试验研究结果,进一步研究了横向箍筋、横向预应力钢带对混凝土的约束机理及影响因素,考察了预应力钢带对钢筋混凝土柱轴压承载力的影响和提高程度。通过分析钢带对混凝土的的有效约束区面积、非有效约束区面积以及钢带体积加固率等因素对钢筋混凝土柱轴压承载力的影响机理,提出了预应力钢带加固钢筋混凝土柱轴压承载能力计算方法和计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

再生混凝土柱受压性能试验研究

通过对12根不同再生骨料取代率配置500 MPa级钢筋的混凝土柱受力性能进行试验,分析再生混凝土柱的受压构件破坏形态、构件侧向挠度曲线、混凝土应变、钢筋应变等特征。将试验结果与按规范确定的承载力进行对比。研究结果表明,再生混凝土柱的破坏过程、形态、跨中侧向挠度曲线、混凝土应变、钢筋应变与普通混凝土区别不明显,取代率对柱的承载力影响不大。GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》规定计算的受压承载力与试验结果符合良好,500 MPa级钢筋在再生混凝土柱中与混凝土协同工作性能较好,其抗拉强度和抗压强度均能得到充分发挥。在受压承载力计算中,500 MPa级钢筋的抗拉和抗压强度的设计值按GB 50010—2010规定取值均有较大安全储备。     

Ballistic behavior of plain and reinforced concrete slabs under high velocity impact

This work presents a numerical simulation of ballistic penetration and high velocity impact behavior of plain and reinforced concrete slabs. In this paper, we focus on the comparison of the performance of the plain and reinforced concrete slabs of unconfined compressive strength 41 MPa under ballistic impact. The concrete slab has dimensions of 675 mm × 675 mm × 200 mm, and is meshed with 8-node hexahedron solid elements in the impact and outer zones. The ogive-nosed projectile is considered as rigid element that has a mass of 0.386 kg and a length of 152 mm. The applied velocities vary between 540 and 731 m/s. 6 mm of steel reinforcement bars were used in the reinforced concrete slabs. The constitutive material modeling of the concrete and steel reinforcement bars was performed using the Johnson-Holmquist-2 damage and the Johnson-Cook plasticity material models, respectively. The analysis was conducted using the commercial finite element package Abaqus/Explicit. Damage diameters and residual velocities obtained by the numerical model were compared with the experimental results and effect of steel reinforcement and projectile diameter were studies. The validation showed good agreement between the numerical and experimental results. The added steel reinforcements to the concrete samples were found efficient in terms of ballistic resistance comparing to the plain concrete sample.     

Durchstanzmodell für Flachdecken mit Faserverbundbewehrung und großen Aussparungen in Stützennähe

Punching Model for Flat Slabs with FRP Reinforcement and large Openings near the supporting Surface Flat slabs with tension bars using glass‐ or carbon fiber reinforced polymer have a substantial lower punching load capacity then conventional steel reinforced plates. This is caused by the dependence of the shear force transportation on the stiffness and therefore on the elastic modulus of the reinforcement, after concrete is cracked: For glass fiber reinforced polymer the elastic modulus has an amount of approximately 35000 N/mm², which isn't more then one sixth of the steel value. Until now designing rules for concrete don't take into account this influence. Following a new developed punching model will be presented, that compared with DIN 1045 [2] and DIN 1045‐1 [3] directly includes the elastic modulus of the bending reinforcement and that also applicates the reduction of the punching load capacity by openings near the supporting surface in a realistic way.     

GFRP筋混凝土短柱偏压性能试验研究

进行了3组玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋混凝土短柱偏心受压破坏试验,对GFRP筋混凝土偏心受压柱的破坏形态、侧向挠度、内部筋体应变与混凝土表面的应变等试验结果进行了分析。结果表明:GFRP筋混凝土柱的破坏形式为受压破坏,随着初始偏心距的减小,GFRP筋混凝土柱的承载力有增大趋势;GFRP筋作为受压筋与混凝土的协同作用良好,且试件加载时的初始偏心距越小,混凝土与GFRP筋的协同作用越好;GFRP筋有较好的抗压性能,作为受力筋应用到混凝土受压构件中有很大的优越性。     

Optimization of ductility in concrete ductile frames

An investigation of the parameters affecting the optimization of curvature ductility in a reinforced concrete frame sub-assembly subjected to seismic loads is presented using the feasible directions method. Four design variables are used: width of beam cross section, effective depth of cross-section, area of tension steel, and compression reinforcing. Two other variables, concrete compressive strength and yield strength of reinforcement, are treated as preassigned parameters because these quantities are usually taken as integer values in structural design. Curvature ductility is maximized for a given demand moment when one uses: the lowest yield strength steel and the highest concrete strength available; equal amounts of tension and compression reinforcement; the largest cross-section permitted by the design constraints; and sufficient reinforcement to just satisfy the demand moment constraint.     

加筋混凝土梁延性系数计算方法

由于纤维增强复合材料(FRP)筋不存在屈服状态,传统的延性系数计算方法不适用于FRP筋混凝土梁和混合配筋(钢筋+FRP筋)混凝土梁。为了提出一个相对完善的、统一的加筋混凝土梁截面延性计算方法,在对既有各类加筋混凝土梁延性指标计算方法进行分析的基础上,从抗震对结构延性的要求出发,依据延性系数的定义与动力要求统一的原则,推导得出了加筋混凝土结构延性系数-地震力降低系数(μ-C)关系式。依据等位移下的μ-C关系式,提出了加筋混凝土梁延性系数的计算方法。通过对比延性系数计算值与既有试验值,证明了该方法的有效性。对混凝土及钢筋强度、混凝土极限压应变、截面有效配筋率和FRP筋配筋刚度比等影响加筋混凝土梁延性的因素进行了参数化分析。结果表明:加筋混凝土梁的延性随着混凝土强度和极限压应变的增加而提高,随着钢筋强度、有效配筋率和FRP筋配筋刚度比的提高而降低。     

萧山机场航站楼钢管混凝土柱与梁钢筋连接施工技术

结合工程实例,介绍了现浇混凝土梁端钢筋采用平焊和仰焊与钢管混凝土柱钢牛腿上下加强环钢板焊接,再用内梁预制钢筋笼安装到上、下加强环钢板中间的连接施工技术,并针对施工操作要点及质量验收问题等进行了详细说明。     

冲击载荷作用下钢筋混凝土结构动力响应仿真及损伤机理

为了进一步考察钢筋混凝土在受到荷载冲击时的动态响应结果,以期为今后工程钢筋混凝土应用提供指导,借助于专业有限元分析软件,采用仿真模型进行研究,在改变冲击荷载能量(钢球速度和质量)以及钢筋混凝土性能参数(抗压强度和配筋率)条件下,考察钢筋混凝土柱的柱中水平位移。结果显示,钢筋混凝土受到不同载荷冲击时,柱中水平位移不同,并且配筋率和轴心抗压强度对会影响水平位移。结论:为了提高钢筋混凝土,可以适当提高混凝土抗压能力,但不宜超过50 MPa,配筋率为0.019时比较经济,并且要结合工程实际情况来优化。     

钢筋混凝土柱正截面承载力尺寸效应研究

通过对6根截面边长分别为300、500和700 mm的钢筋混凝土柱开展正截面承载力尺寸效应试验研究,分析正截面承载力、钢筋应变、混凝土压应变、中和轴高度和强度系数随截面尺寸的变化规律。结果表明:试件受压区混凝土的极限变形能力随截面边长的增大而减小;对于大尺寸试件,对混凝土的极限压应变的取值偏大;正截面承载力随截面尺寸的增大而减小,且随水平位移的增加,正截面承载力尺寸效应越明显。在试验的基础上,利用混凝土材料尺寸效应得到修正的正截面承载力计算结果,使大小尺寸试件的安全储备系数趋于一致。     

GFRP筋活性粉末混凝土梁受力性能试验研究

为了研究GFRP筋活性粉末混凝土梁的受力性能,对8根梁进行三分点加载试验,获得了试验梁的开裂弯矩、极限弯矩以及各级荷载作用下的变形及裂缝分布与开展。试验结果表明：活性粉末混凝土试验梁纯弯区段开裂应变 (750×10-6) 约为普通混凝土梁的7倍,开裂弯矩及截面塑性系数计算应考虑纵向受拉GFRP筋的有利影响。GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面受弯破坏形式可分为纵向受拉GFRP筋被拉断而受压边缘活性粉末混凝土未被压碎的受拉破坏,受压边缘活性粉末混凝土被压碎(5500×10-6)而纵向受拉GFRP筋未被拉断的受压破坏,以及纵向受拉GFRP筋被拉断的同时受压边缘活性粉末混凝土被压碎的界限破坏等三种。对于受压破坏可按拉区应力为0.25倍活性粉末混凝土抗拉强度来考虑拉应力对正截面受弯承载力的贡献。对于受拉破坏则基于材料应力-应变关系通过数值积分迭代计算正截面受弯承载力。刚度及裂缝宽度计算的关键是合理计算使用阶段GFRP筋的拉应力,在计算GFRP筋拉应力时所用弯矩应为外荷载弯矩减去拉区活性粉末混凝土拉应力合力对压区合力点的弯矩。图9表12参10     

受拉侧锈蚀钢纤维-钢筋混凝土管片承载力退化模型研究

近年来,国内外新建盾构隧道与管道工程中采用钢纤维-钢筋混凝土管片愈来愈多,在侵蚀环境下管片钢筋锈蚀的问题突出,提出适用于锈蚀后钢纤维-钢筋混凝土管片的残余承载力计算的方法十分重要。鉴于此,文章根据服役期盾构隧道管片所处环境及受力特征,结合钢筋混凝土结构正截面承载力计算理论,提出受拉侧锈蚀钢纤维 钢筋混凝土管片承载力退化模型,并给出相应的求解流程。同时,分析不同锈蚀率与不同钢纤维掺量下受拉侧锈蚀钢纤维-钢筋混凝土管片承载力曲线,并将该模型理论解与压弯荷载作用下钢纤维-钢筋混凝土管片的同步加速锈蚀室内试验结果进行比较,验证了该模型的适用性和可靠性。主要结论有：①随着钢纤维的掺量增加,混凝土的立方体抗压强度会先增大后减小;②偏心受压管片构件极限弯矩最大值随主筋锈蚀率的增大而不断减小,随钢纤维掺量的增大而不断增大,但增大幅度逐渐减小;极限轴力最大值受主筋锈蚀率的影响不大,但随钢纤维掺量先增大后减小。③主筋锈蚀率与钢纤维掺量对大偏心受压构件的影响均大于小偏心受压构件;界限偏心距随主筋锈蚀率的增大而减小,随钢纤维掺量的增大而增大。     

荷载损伤后纤维轻骨料混凝土氯离子侵蚀研究

为研究荷载损伤对纤维轻骨料混凝土抵抗氯离子侵蚀性能的影响,设计了掺加聚丙烯纤维、钢 聚丙烯纤维、钢纤维3种轻骨料混凝土,开展了抗拉和抗压试验。分别在40%,60%,80%极限荷载3种拉、压应力水平下持续加载60 s,并测量加载后的残余应变。卸载后将试件切割成直径100 mm、厚50 mm的圆柱体,通过NEL法测定氯离子扩散系数。研究结果表明:混凝土残余应变随着拉、压荷载等级的增大而增大,纤维对轻骨料混凝土极限强度和变形能力提高显著;未施加荷载时,随着纤维的增加,单掺聚丙烯纤维组氯离子扩散系数变小,混掺纤维组基本保持不变,钢纤维组显著增加;施加荷载后,纤维的增加没有显著改善轻骨料混凝土抗氯离子侵蚀能力;残余应变与氯离子扩散系数间存在正相关特性,残余应变越大,氯离子扩散系数越大。