塑性铰区采用纤维增强混凝土柱变形能力计算方法研究

采用简化的纤维增强混凝土应力-应变关系,根据截面力的平衡方程和截面变形的平截面假定,推导出塑性铰区采用纤维增强混凝土柱不同极限状态时的曲率。根据柱的曲率分布规律,推导出由柱弯曲变形所引起的柱顶水平位移;采用Sezen模型推导出由柱底纵筋与混凝土粘结滑移所引起的柱顶水平位移,再考虑柱剪切变形引起的柱顶水平位移就得到总的柱顶水平位移。与试验结果对比表明,塑性铰区采用纤维增强混凝土柱在开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载、极限荷载作用下的位移计算值与试验值吻合较好。     

基于推覆分析的型钢混凝土构件塑性铰特性研究

推覆分析中的基本问题之一是如何描述各种构件的极限承载力或变形能力,针对型钢混凝土构件塑性铰本构关系的有效表述问题进行研究。在型钢混凝土梁截面弯矩-曲率关系的基础上,对构件弹塑性状态下截面曲率与转角关系进行推导,提出反映截面弯矩与转角关系的型钢混凝土梁铰特性值计算方法,并介绍型钢混凝土柱铰中弯矩-轴力关系的常用确定方法。根据型钢混凝土梁柱框支剪力墙结构模型试验结果,对提出的实用方法进行可行性验证。推覆分析与试验结果对比表明所提出的型钢混凝土构件塑性铰特性值的确定方法合理可行。     

钢筋混凝土梁对应于各地震损伤状态的变形计算

对以受弯为主的钢筋混凝土梁对应于5个主要损伤状态(屈服、混凝土保护层压碎、剥落、纵向受力钢筋屈曲、极限状态)的变形进行了研究.首先通过对梁截面的弯矩-曲率关系分析建立了各损伤状态下梁截面受压区高度的计算方法.接着,利用在另文中得到的钢筋混凝土柱在各损伤状态下的截面压区边缘的混凝土应变大小,采用平截面假定和钢筋混凝土受弯构件的塑性铰理论建立了钢筋混凝土梁对应于各损伤状态的变形计算公式.文中提出的方法可为钢筋混凝土梁基于位移的抗震设计和抗震性能评价提供依据.     

钢筋混凝土梁和柱性能界限状态及其变形限值

根据以受弯为主的钢筋混凝土梁、柱的地震破坏过程提出了各性能水平和性能界限状态的划分标准,并建立了对应于各性能界限状态的变形计算方法。通过对梁、柱截面的弯矩-曲率分析,分别建立了梁、柱截面受压区高度的计算方法。利用对美国太平洋地震工程研究中心建立的钢筋混凝土柱试验数据库的统计分析和钢筋混凝土受弯构件的塑性铰理论,提出了柱在各性能界限状态时截面压区边缘混凝土的应变限值计算方法。通过混凝土受压应变和钢筋受拉应变的限值得到钢筋混凝土梁、柱的变形限值。研究结果可为钢筋混凝土结构基于位移的抗震设计和抗震性能评价提供依据。     

纤维增强混凝土对剪压柱塑性铰形成影响的比较试验

针对汶川地震中钢筋混凝土结构出现大量脆性破坏,以改善抗震结构延性为研究目标,对7根具有相同截面和配筋、不同纤维品种和掺量的纤维增强混凝土结构柱进行了低周反复加栽试验,得到了框架柱的剪切荷栽一位移曲线、骨架曲线以及各阶段的荷栽位移值.并据此分析了不同的纤维品种和掺量对混凝土柱延性的影响.试验结果表明,纤维增强混凝土显著改善了剪压柱的延性,延缓了塑性铰的产生.试验数据比较说明,在承受剪压的框架结构柱非线性变形过程中,钢纤维混凝土具有最强的耗能能力,碳纤维混凝土对剪压柱的水平延性提高幅度较大,合成纤维能有效延缓塑性铰的出现,但是对柱端最大承载力提高幅度较小.     

内置灌浆圆钢管桁架预应力混凝土连续梁受力性能试验研究和理论分析

为探索内置灌浆圆钢管桁架预应力混凝土连续梁的塑性内力重分布规律,进行了3根无粘结内置灌浆圆钢管桁架预应力混凝土连续梁的受力性能试验和6根模拟梁的非线性数值模拟分析,论述了这类梁设计用和检测评价用的两类承载能力极限状态及试验梁塑性内力重分布情况。试验结果表明,内置灌浆圆钢管桁架预应力混凝土连续梁正截面承载力极限状态应以任一跨出现荷载开始减小,位移急剧增大为标志;这类连续梁塑性内力重分布及弯矩调幅过程集中体现在中支座塑性铰形成的转动过程中;采用条带分层法进行截面的M-非线性分析,基于试验结果和数值分析结果,分别建立了使用阶段和两类承载能力极限状态下无粘结预应力筋应力增量的计算公式,获得了两类承载能力极限状态下中支座两侧的塑性铰区长度实测值,并拟合得到相应等效塑性铰区长度的计算公式,建立了两类承载能力极限状态下的以中支座与跨中控制截面综合配筋指标β_o,i、β_o,m为自变量和以中支座控制截面相对塑性转角θ_p为自变量的内力重分布系数Δ的计算公式。     

钢-混凝土组合梁在单调荷载下的变形及延性

采用栓钉等柔性抗剪连接件的钢－混凝土组合梁具有良好的延性，是组合梁按简化塑性理论方法设计的前提条件，也是为了保证组合结构在地震作用下具有良好的耗能性能。钢－混凝土简支组合梁的延性在一定的程度上受到剪力连接程度和横向配筋率的影响，本文通过对１２根梁的试验研究和对一些国内外组合梁试验结果的分析，建立了截面屈服曲率和极限曲率及等效塑性铰长度计算公式，根据这些公式得到的组合梁屈服挠度和极限挠度计算值与实测结果吻合良好。试验和分析结果表明，组合梁的延性指标要高于混凝土梁。     

地震荷载作用下FRP用量对加固RC圆柱变形能力影响研究

纤维增强复合材料(FRP)加固钢筋混凝土(RC)圆柱可以有效提高其抗震性能。本文研究地震荷载作用下FRP用量对加固圆柱变形能力的影响。运用数值计算方法对加固柱截面曲率进行计算,发现FRP用量对屈服曲率影响很小,但对极限曲率有显著的影响。试验结果显示,加固柱顶点侧向位移角并不随FRP加固用量的增加一直增加,当FRP用量达到一定值后进一步增加会降低侧向位移角。理论分析表明,这是由于加固柱塑性铰长度也受FRP用量的影响,随着FRP用量的增加塑性铰长度变小。最后讨论了具有良好加固效果的FRP用量上限范围。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为了提高钢筋混凝土柱的抗震性能,考虑在其潜在的塑性铰区采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土。设计6个剪跨比为3、柱内箍筋配置较少的钢筋混凝土柱试件,其中5个试件的潜在塑性铰区采用了FRC,另外1个试件的潜在塑性铰区未采用FRC,并对其进行拟静力试验。通过改变FRC区高度和强度以及柱轴压比,观测试件在低周反复水平荷载作用下的裂缝开展和破坏过程,研究其滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,塑性铰区采用FRC且柱内箍筋配置较少的柱,其破坏形态为纵向受力钢筋屈服后的剪切破坏,具有较好的变形能力和损伤容限;在材料强度、柱轴压比不变时,FRC区高度增加1倍,位移延性系数、极限位移角分别提高45%和21%,耗能能力提高81%;局部使用FRC可以减少约束箍筋和抗剪箍筋用量。     

塑性铰区采用纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究

为了提高钢筋混凝土柱的抗震性能,考虑在其潜在的塑性铰区采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土。设计6个剪跨比为3、柱内箍筋配置较少的钢筋混凝土柱试件,其中5个试件的潜在塑性铰区采用了FRC,另外1个试件的潜在塑性铰区未采用FRC,并对其进行拟静力试验。通过改变FRC区高度和强度以及柱轴压比,观测试件在低周反复水平荷载作用下的裂缝开展和破坏过程,研究其滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,塑性铰区采用FRC且柱内箍筋配置较少的柱,其破坏形态为纵向受力钢筋屈服后的剪切破坏,具有较好的变形能力和损伤容限;在材料强度、柱轴压比不变时,FRC区高度增加1倍,位移延性系数、极限位移角分别提高45%和21%,耗能能力提高81%;局部使用FRC可以减少约束箍筋和抗剪箍筋用量。     

HDPF加固钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为了研究高延性聚酯纤维加固钢筋混凝土柱的抗震性能,共进行了7根柱的低周反复试验,其中,3根在未加固状态下进行试验,4根柱粘贴高延性聚酯纤维加固后进行试验,针对位移延性系数、等效粘滞阻尼系数、总耗能、承载力和纤维带的应变进行了研究与分析。研究结果表明:未加固柱的承载力、耗能能力和延性都比较低,采用高延性聚酯纤维加固后的试件裂缝发展缓慢,加固后柱的承载能力、耗能能力、延性均有不同程度地提高;在塑性铰区域内增加局部配筋,能够提高纤维布的约束效果。     

低周反复荷载作用下钢筋混凝土柱抗震性能尺寸效应试验研究

通过对不同轴压比下截面边长分别为300、500、700mm的钢筋混凝土柱试件进行低周反复加载试验,研究各试件的破坏模式、滞回特性、骨架曲线、延性和耗能能力,分析截面尺寸对受弯承载力、延性、耗能和塑性铰长度的影响。结果表明：钢筋混凝土柱试件的受弯承载力、延性和塑性铰转动能力随截面尺寸的增大而减小,尺寸效应明显,平均耗能系数也随截面尺寸的增大而减小,表现出明显的尺寸效应。在试验基础上,提出考虑反复加载截面尺寸影响系数的钢筋混凝土柱受弯承载力计算式。     

单调水平荷载作用下钢筋混凝土柱受弯性能尺寸效应试验研究

为了研究钢筋混凝土柱的受弯性能尺寸效应,对6个钢筋混凝土柱试件进行不同轴压比下的单调水平加载试验。试件的轴压比和截面尺寸不同,剪跨比和配筋率保持一致。分析名义极限弯矩、延性、中和轴高度和塑性铰长度等受弯性能随截面尺寸的变化规律。结果表明：名义极限弯矩、峰值荷载时混凝土压应变、延性、中和轴高度和塑性铰长度都表现出明显的尺寸效应,随截面尺寸的增大而减小;轴压比越高,名义极限弯矩和峰值荷载时混凝土压应变尺寸效应越明显;轴压比较低时,位移延性系数的尺寸效应更明显。在试验基础上,提出考虑截面尺寸影响系数的钢筋混凝土柱受弯承载力计算式,使大小尺寸试件计算结果的安全储备系数趋于一致。     

受火钢筋混凝土柱截面极限承载力研究

用差分分析法对四面受火钢筋混凝土矩形柱截面温度场进行了分析，并用有限元方法计算了受火后一定温度场下柱截面极限承载力，与试验结果对比吻合较好。在此基础上，对受火柱截面极限承载力的各个影响因素进行了分析，结果表明：增大柱的截面尺寸和纵筋配筋率有利于柱截面极限承载力，以及柱的抗火性能的提高；增加保护层厚度也有利于提高柱截面的极限承载力，但是当保护层厚度增加到一定的程度以后，柱截面的极限弯矩就无法提高，因而只能在一定范围内提高柱的抗弯能力。     

圆形钢筋混凝土桥墩等效塑性铰长度

基于桥墩极限位移三分量模型,从弯曲、剪切和纵筋滑移变形等三方面分析了桥墩塑性铰长度的主要影响参数;通过40个圆形钢筋混凝土桥墩试验数据的分析,建议了桥墩塑性铰长度的理论公式及经验公式;并对建议及各规范的塑性铰长度公式进行了模型桥墩、足尺桥墩和实桥桥墩的验证。结果表明：钢筋混凝土桥墩塑性铰长度主要随墩高、截面高度、材料特性参数（fydb/fc′）及纵筋率的增大而增大,与轴压比、配箍率等关系不大;与试验结果相比,就平均意义而言,各国规范塑性铰长度计算结果偏于安全,但均有较大的离散性,日本JRA规范最为保守,中国《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01—2008）较美国Caltrans规范及欧洲Eurocode8规范保守;建议的塑性铰长度理论公式与日本JRA规范相当,建议的塑性铰长度经验公式在平均意义上与美国Caltrans规范及欧洲Eurocode8规范一致,但具有较小的变异系数和较高的保证率,优于其他公式。     

Displacement and curvature estimation for the design of reinforced concrete slender walls

Previous earthquakes, such as the 2010 Maule earthquake in Chile, have demonstrated the need to establish suitable predictors of compressive or tensile strains in concrete or steel in reinforced concrete shear walls, which can provide limit states or confinement requirements. Slender walls are commonly controlled by flexural deformations that can be divided into elastic and inelastic components. This study provides calibrated expressions for the elastic and inelastic components of flexural deformations using a fiber model for slender walls. These expressions are obtained for rectangular and T‐shaped walls. The elastic component is dependent on the axial load and the boundary steel reinforcement ratio. The impact of wall coupling is investigated, which requires a correction for the elastic component. The investigation of the inelastic component is based on a plastic hinge model, in which the length of the plastic hinge is a function of the lateral inelastic drift of the wall among other parameters. The traditional linear inelastic curvature distribution over the wall height is also modified for cases with steel reinforcement with a long yield plateau or low strain hardening, which results in a larger curvature at the wall base. The distribution is validated with experimental data from the literature. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

双向偏压钢筋混凝土异形构件截面分析的简化方法

为便于双向偏压作用下异形钢筋混凝土构件截面分析,本文提出了新的简便可行的截面积分方法。该方法将截面混凝土划分成若干三角块,用高斯积分法求每个三角块的刚度,之后所有三角块刚度求和得到截面混凝土的刚度。用该方法对异形(L、T、十形)截面进行了极限承载力分析,分析结果与试验数据吻合很好。还分析了荷载角、轴压比、配筋率和混凝土强度等因素对双向偏压作用下的L形截面承载力的影响。     

无黏结预应力型钢混凝土框架梁静力性能试验研究及有限元模拟

为研究无黏结预应力型钢混凝土(UPSRC)框架梁的静力性能,对4榀UPSRC框架梁试件进行了竖向静载试验,主要的变化参数为框架梁中普通钢筋用量、型钢用量以及框架柱尺寸。对其裂缝发展、破坏模式、荷载-位移曲线、普通钢筋及型钢应变、无黏结筋应力变化等进行了分析。结果表明：UPSRC框架梁整体呈“梁铰”破坏机制,梁端及跨中出现塑性铰,截面转动能力强;达到极限荷载时,跨中及梁端受拉钢筋均屈服,部分受压钢筋屈服,型钢受拉翼缘基本屈服,受压翼缘则处于弹性工作状态;极限荷载后,UPSRC框架梁仍有较高的承载能力;无黏结筋应力增量与跨中挠度呈良好线性关系,且已有规范计算方法低估了UPSRC构件达到极限状态时无黏结筋的应力增量值;与型钢用量及框架柱截面尺寸相比,改变普通钢筋直径对UPSRC框架梁的极限荷载以及裂缝宽度的影响最为显著。利用ABAQUS有限元软件对试验进行了数值模拟。经分析发现,该模型可较好地模拟竖向荷载作用下UPSRC框架梁的力学性能。     

Strengthening of lightweight reinforced concrete slabs using different techniques

The present study examines the potential of using four different techniques in repairing and strengthening of preloaded, cracked, lightweight, reinforced concrete one-way solid slabs. Nineteen lightweight reinforced concrete (LWRC) slabs specimens were casted with one-third scale dimensions from prototype structure in buildings. The slabs dimensions were 1.2 m in length and cross section of (70 × 500) mm in depth and width. The slabs were reinforced with 3φ10 for the main reinforcement and tested under a four-point loading system. The tested slabs were divided into two groups according to preloading level to study the effect of cracking level. Two preloadings were selected, i.e. 60% and 80% from the ultimate load. The strengthening techniques used were ferrocement layer, steel plate, carbon fibre reinforced polymers (CFRP) sheets and CFRP strips. The slabs were loaded up to failure and the structural response of each slab specimen was predicted in terms of the onset of cracking, deflection, collapse load and failure mode. The efficiency of different repair and strengthening techniques and their effects on the structural behaviour of cracked concrete slab had been analysed. It was observed that the type of strengthening technique used affect the load carrying capacity, deflection, stiffness and toughness of the slab. All repair techniques were found to be able to restore and enhance the structural capacity of cracked concrete slabs. The enhancement ratio is found to be affected by the preloading or the cracking level.     

锈蚀钢筋再生混凝土梁粘结性能及承载力研究

为了研究再生混凝土梁与锈蚀钢筋的粘结性能及抗弯承载力,对12根不同直径钢筋、不同钢筋锈蚀率的再生混凝土梁进行静荷载试验。结果表明：当钢筋锈蚀率小于9.31%时,再生混凝土梁材料破坏而发生弯曲破坏模式,当钢筋锈蚀率大于9.31%时,梁发生粘结-剪切破坏模式|随着钢筋锈蚀率的增加,试验梁的屈服荷载和极限荷载逐渐降低|随着荷载的增加,钢筋与再生混凝土之间的相对滑移由近似抛物线的分布形式发展成波浪线的分布形式|正常使用荷载作用下试验梁跨中截面再生混凝土仍符合平截面的假定|钢筋锈蚀率在0～9.31%时,通过定义锈蚀钢筋与再生混凝土之间的界面协同工作系数,提出了锈蚀钢筋再生混凝土梁抗弯承载力的计算方法,计算值与试验结果进行对比分析,吻合较好。