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。     

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。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能，以扭弯比、轴压比为变化参数，设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态，得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线，以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据，分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明：低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏，滞回曲线呈捏拢的S形，随着扭弯比的增大，柱根部压碎区高度变小，翼缘裂缝发展更为完善，纵筋应力增大，箍筋应力减少，开裂荷载和受扭承载力均有提高，试件扭转延性提高但位移延性降低，初始刚度较小且退化更为平稳；而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关，轴压比越大，受扭承载力越大，弯曲刚度提高；试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0.08~0.28之间，扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0.13~0.23，试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变，L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比为变化参数,设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验。观察试件的破坏过程和形态,得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线,以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数。基于试验数据,分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响。结果表明:低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏,滞回曲线呈捏拢的S形,随着扭弯比的增大,柱根部压碎区高度变小,翼缘裂缝发展更为完善,纵筋应力增大,箍筋应力减少,开裂荷载和受扭承载力均有提高,试件扭转延性提高但位移延性降低,初始刚度较小且退化更为平稳;而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关,轴压比越大,受扭承载力越大,弯曲刚度提高;试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0. 08～0. 28之间,扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0. 13～0. 23,试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变,L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求。扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大。     

考虑初始荷载的火灾后RC柱抗震性能

为研究初始荷载作用对火灾后钢筋混凝土(RC)柱抗震性能的影响,分别对3根高温后RC柱和2根常温对比试件进行滞回加载试验。比较分析了不同初始荷载作用下试件的温度场变化、滞回曲线、骨架曲线和破坏模态,重点研究了不同初始荷载与高温冷却全过程对钢筋混凝土柱的破坏模态、剩余变形、剩余承载力、抗弯刚度与延性以及耗能能力的影响。结果表明:初始荷载作用对钢筋混凝土柱高温后的抗震性能影响显著,且存在一定尺寸效应;初始荷载作用时,随着轴压比增大,高温后试件的破坏模态由弯曲破坏变为压溃破坏;初始荷载的作用不仅影响柱截面温度场,而且使得高温后试件产生剩余压缩变形,轴压比越大,剩余压缩变形越大,剩余承载力和抗弯刚度均呈增大趋势,而延性和耗能能力呈下降趋势;高温冷却作用使得试件的承载力、抗弯刚度、延性以及耗能能力总体呈现不同程度的退化;建议在对受火后钢筋混凝土柱进行损伤评估和抗震性能研究时,应合理考虑初始荷载作用和尺寸效应的影响。     

高温作用后钢筋混凝土短柱轴压力学性能试验研究

采用高温抗压试验炉对有初始荷载作用的钢筋混凝土短柱进行了升温、降温及冷却全过程作用后轴压力学性能试验。试验测试了截面温度场、轴向变形发展规律,考察了温度、轴压比和降温效应对高温后有初始荷载作用的钢筋混凝土短柱轴压承载力、刚度和延性等力学指标的影响规律。试验结果表明：初始荷载作用使试件产生明显的残余压缩变形,且残余变形主要是在降温阶段产生;与无初始荷载作用的试件相比,初始荷载作用对钢筋混凝土短柱的高温后轴压承载力、刚度和延性影响较大,承载力和刚度提高,但延性明显降低;初始荷载作用对试件高温后轴压短柱刚度和延性系数的影响明显大于对承载力的影响。建议进行火灾后钢筋混凝土结构性能评估时,需考虑初始荷载作用的影响。     

冷弯薄壁G形截面柱轴压承载力研究

冷弯薄壁型钢柱可以做成多种截面形式,其中最常用、研究最多的是U形截面(又称槽形截面)和C形截面。然而,冷弯薄壁型钢柱在拥有自重轻、施工周期短等优点的同时,也容易发生屈曲破坏,不利于结构受力。以往的研究表明:带有复杂卷边的冷弯薄壁槽钢柱(又称G形截面柱)具有较高的极限承载力以及畸变屈曲临界应力。采用试验及有限元分析方法,对两端铰接G形截面柱的轴压受力性能进行研究。为了解不同截面尺寸以及构件长度对G形钢柱破坏模式和极限承载力的影响,对18根名义厚度为2.0 mm的冷弯薄壁G形截面柱进行了轴压试验,分析了构件的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线以及极限承载力。构件共有三种截面尺寸(名义腹板高度分别为150,200,300 mm),构件长细比的变化范围为15～70。试验前对构件的实际尺寸、材料属性和初始几何缺陷进行了测量。试验中观察到:名义腹板高度为150 mm的构件发生畸变屈曲破坏;对于名义腹板高度为200 mm和300 mm的构件,当构件长度小于或等于1 000 mm时,发生局部屈曲破坏,其余长度的构件发生局部与整体相关屈曲破坏,局部屈曲的半波长度与柱子腹板高度大致相等。然后在有限元分析软件ABAQUS中建立有限元模型对构件进行模拟,并基于试验结果验证了模型的准确性。随后利用验证后的有限元模型分析截面翼缘宽厚比、腹板高厚比和复杂卷边尺寸对冷弯薄壁G形截面柱极限承载力的影响。结果表明,G形截面柱极限承载力随着翼缘宽厚比以及复杂卷边尺寸的增加而增加,随着腹板高厚比的增加而降低。     

宽厚比对三肢半开口冷弯薄壁型钢拼合柱轴压性能的影响

为研究宽厚比对三肢半开口冷弯薄壁型钢拼合柱轴压承载力的影响,采用ABAQUS非线性有限元分析了2种截面尺寸,4种厚度,3种长度,共计24根试件,并对拼合柱的极限承载力和最终破坏形态进行了分析。有限元结果表明对于相同长度和相同截面厚度的拼合柱,当截面尺寸从92mm增加到143mm时,其轴压极限承载力变化不明显;对于相同长度和相同截面尺寸的拼合柱其轴压极限承载力随宽厚比的增加而下降,且下降显著,下降幅度在20%左右。     

RC柱双向单调加载试验与分析

完成了截面尺寸、配筋、混凝土强度基本相同的 8个正方形钢筋混凝土 (RC)柱的单向和双向水平单调加载试验。结果表明 ,单调加载的RC柱的破坏现象比较轻 ;受力次方向的水平力降低了受力主方向的极限承载力 ,轴压比大 ,降低幅度也大 ;正方形对称配筋的RC柱 ,截面的极限承载力、破坏时的极限变形能力 ,与两个方向施加的位移比例无关。用负刚度模型、承载力离散化空间相关性和复合结构法进行了理论分析 ,所得水平力 -位移关系曲线与试验结果吻合较好。     

RC柱双向单调加载试验与分析

完成了截面尺寸、配筋、混凝土强度基本相同的8个正方形钢筋混凝土(RC)柱的单向和双向水平单调加载试验.结果表明,单调加载的RC柱的破坏现象比较轻;受力次方向的水平力降低了受力主方向的极限承载力,轴压比大,降低幅度也大;正方形对称配筋的RC柱,截面的极限承载力、破坏时的极限变形能力,与两个方向施加的位移比例无关.用负刚度模型、承载力离散化空间相关性和复合结构法进行了理论分析,所得水平力-位移关系曲线与试验结果吻合较好.     

火灾后十字形型钢混凝土柱抗震性能试验研究

为研究分析火灾后十字形型钢混凝土柱的力学性能,以是否受火以及轴压比两个变化因素,设计3根受火和1根未受火的型钢混凝土十字形柱并进行低周反复荷载试验。受火试验后,对十字形柱的滞回曲线、位移延性系数、骨架曲线等力学性能进行分析。试验结果表明:十字形型钢混凝土柱在轴压比不同时表现的破坏形态不同,构件的破坏形态随轴压比的增加发生了由剪弯破坏到弯曲破坏再到剪切破坏的过程;较未受火试件,火灾对十字形型钢混凝土柱的材料力学性能造成损伤,试件耗能能力降低,水平极限承载力明显下降,同时试件的刚度退化也比较严重;在一定范围内提高轴压比,十字形型钢混凝土柱耗能能力增大,其延性系数减小,同时增大轴压比能够有效地提高试件的极限承载力、增大试件的刚度。     

钢筋混凝土柱轴心受压动态破坏尺寸效应

为研究地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)构件动态破坏的尺寸效应,对6根不同尺寸的钢筋混凝土短柱进行了不同加载速率下的轴心受压试验(应变率在1×10~(-5)～1×10~(-2) s~(-1)范围内),根据试验结果从荷载-位移曲线、延性和钢筋与混凝土应变等方面分析了应变率和尺寸效应共同影响下RC柱的轴压破坏特性。基于试验数据,提出了钢筋混凝土短柱轴心受压承载力计算修正参数。研究结果表明:在所研究的应变率范围内,RC短柱轴压破坏特征受加载速率变化的影响不显著,但随尺寸变化存在一定差异性;RC短柱动态破坏极限承载力依然存在尺寸效应,整体表现出承载力随尺寸增大而降低的趋势,但其降低效应显著小于应变率的提高效应,峰值承载力处的位移随加载速率的提高而降低;RC短柱延性随尺寸增大而增大,随应变率提高而降低,且尺寸的影响大于应变率;提出的钢筋混凝土短柱轴心受压承载力计算修正参数对于同类问题的定量计算和分析具有参考价值。     

仿古建筑方钢管混凝土柱-钢筋混凝土圆柱连接抗震性能试验研究

通过4个仿古建筑方钢管混凝土柱(CFST)与钢筋混凝土圆柱(RC)连接的低周反复加载试验,观察了试件在不同轴压比下的破坏形态,分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、变形能力、耗能能力、刚度退化及承载力衰减等。试验结果表明:CFST-RC柱连接的破坏形态以弯曲破坏为主,且有一定的剪切破坏特征,CFST柱及RC柱根部均形成塑性铰,RC柱中、上部出现较为明显的剪切斜裂缝;滞回曲线较为饱满,刚度退化及承载力衰减较慢,破坏时试件的位移延性系数介于4.42~5.54之间,等效黏滞阻尼系数介于0.233~0.311之间,具有良好的变形及耗能性能。在试验设计的轴压比范围内,增大轴压比,试件的峰值荷载和延性提高;当轴压比相同时,随长细比增大,试件的峰值荷载和延性降低。     

冻融循环作用下钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究冻融环境下钢筋混凝土柱的抗震性能，采用人工气候实验室对6根依据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》所设计的框架柱进行了冻融循环试验，并观察了该冻融循环下材料层面和构件层面的冻融损伤发展过程。通过拟静力加载试验，分析了不同冻融循环次数和轴压比对试件破坏形态、滞回曲线、承载能力、变形能力和耗能能力等的影响。结果表明：随着冻融循环次数的增加，试件均发生以弯曲变形为主的弯剪破坏，承载力和耗能能力均有不同程度的退化，延性呈现先增后降的变化；当冻融循环次数相同时，随着轴压比的增大，试件破坏形态由大偏心受压破坏转为小偏心受压破坏，试件承载力和耗能能力均呈先增大后减小的趋势，延性逐渐减小。     

FRP-PVC管约束圆形截面钢筋混凝土组合柱滞回性能试验研究

6个FRP-PVC管约束圆形截面钢筋混凝土组合柱试件进行滞回性能试验,研究轴压比n、FRP横向包裹层数m和FRP类型对组合柱在低周往复荷载作用下的破坏模式、滞回特性、位移延性、能量耗散能力、承载力退化、刚度退化等性能的影响。试验结果表明,当外包FRP-PVC管开裂并退出工作时,试件承载力呈跳跃式下降,试件退化为钢筋混凝土柱,可将外包FRP-PVC管的开裂作为该类构件即将破坏的首次预警;所有试件的滞回曲线均较为饱满,捏缩现象不明显,滞回性能良好;试件的承载力退化不显著;轴压比的增大提高了试件的峰值荷载,同时延缓了刚度退化趋势,降低了试件的耗能能力;与BFRP包裹的试件相比,CFRP包裹试件的峰值荷载、耗能能力有所提高,刚度退化延缓;BFRP包裹层数的增加可以延缓试件刚度退化并提高其延性。     

FRP-PVC管约束圆形截面钢筋混凝土组合柱滞回性能试验研究

对6个FRP-PVC管约束圆形截面钢筋混凝土组合柱试件进行滞回性能试验,研究轴压比n、FRP横向包裹层数m和FRP类型对组合柱在低周往复荷载作用下的破坏模式、滞回特性、位移延性、能量耗散能力、承载力退化、刚度退化等性能的影响。试验结果表明,当外包FRP-PVC管开裂并退出工作时,试件承载力呈跳跃式下降,试件退化为钢筋混凝土柱,可将外包FRP-PVC管的开裂作为该类构件即将破坏的首次预警;所有试件的滞回曲线均较为饱满,捏缩现象不明显,滞回性能良好;试件的承载力退化不显著;轴压比的增大提高了试件的峰值荷载,同时延缓了刚度退化趋势,降低了试件的耗能能力;与BFRP包裹的试件相比,CFRP包裹试件的峰值荷载、耗能能力有所提高,刚度退化延缓;BFRP包裹层数的增加可以延缓试件刚度退化并提高其延性。     

不同圆心角圆端形钢管混凝土短柱轴压性能

为研究圆心角60°和120°圆端形钢管混凝土短柱轴压力学性能,对4个圆端形钢管混凝土短柱进行轴压试验,探究不同圆心角和宽厚比对其极限承载力的影响。基于试验结果,应用有限元软件ABAQUS进行三维实体建模,对圆端形钢管混凝土短柱进行参数分析,研究了钢材强度、混凝土强度、宽厚比、高宽比、尺寸效应等对极限承载力的影响。基于参数分析,建立圆心角为60°和120°圆端形钢管混凝土短柱极限承载力实用计算公式。结果表明:破坏形态均为局部屈曲破坏,且平直段区域均出现局部屈曲现象; 随圆心角增大,构件极限承载力增大; 随宽厚比增大,极限承载力呈现下降趋势; 当圆弧段圆心角从60°增大至120°时,强度指标降低,表明整体约束效应减弱; 圆端形钢管混凝土轴压短柱的整体约束效应随圆心角增大而减小; 随着钢材强度、混凝土强度的增大和构件宽厚比的减小,极限承载力逐渐增大; 不同圆心角的尺寸效应对其极限承载力与初始刚度的影响类似,随着构件尺寸增大,极限承载力与初始刚度均呈现增大的趋势。     

八角形中空钢管混凝土组合柱轴压力学性能

通过对八角形中空钢管混凝土组合柱与八角形中空钢筋混凝土柱对比试件进行了轴心受压试验与有限元分析,重点研究了八角形中空钢管混凝土组合柱的试验现象、试验全曲线、受力全过程以及试件各部分接触作用,并基于修正的GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》计算并对比分析了试件的承载力与轴压刚度。结果表明：轴压荷载作用下,混凝土、纵筋与内钢板能够协同工作;中空方形高强RC短柱表现出较高的承载力和刚度;截面尺寸与混凝土强度对构件承载力、轴压刚度和延性影响显著,内钢板厚度对其承载力、刚度和延性影响不明显;采用修正的《混凝土结构设计规范》对该类构件承载力预测结果较为保守,对轴压刚度预测较好。     

钢管约束钢筋混凝土压弯构件滞回性能试验研究与分析

进行了4个圆钢管约束钢筋混凝土(CTRC)和4个方钢管约束钢筋混凝土(STRC)压弯构件滞回性能的试验研究,并进行了两个钢筋混凝土(RC)对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.34、0.65和0.80)和混凝土强度等级(C30和C60)。试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到了显著提高。随轴压比和混凝土强度的提高,CTRC压弯构件的受弯承载力提高;但轴压比和混凝土强度对试件的延性无明显影响。随轴压比和混凝土强度的提高,STRC压弯构件的受弯承载力提高,但延性下降。相同轴压比条件下,CTRC压弯构件的受弯承载力和延性明显优于STRC构件。根据试验结果,建议了钢管约束钢筋混凝土柱截面受弯承载力的计算方法。建立了钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型数值计算方法,计算中采用随荷载的增加而不断增大钢管对核心混凝土的约束效应的方法,数值计算结果与试验结果吻合良好。     

方钢管约束钢筋高强混凝土超短柱抗震性能试验研究

本文进行3个剪跨比为1.5的方钢管约束钢筋高强混凝土超短柱和1个钢筋混凝土对比试件的试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明,由于钢管对核心高强混凝土的约束作用和钢管的抗剪作用,方钢管约束钢筋混凝土超短柱的抗剪承载力、延性、变形能力和耗能性能明显高于钢筋混凝土超短柱。轴压为0.35的方钢管约束钢筋混凝土超短柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.45和0.55的方钢管约束钢筋混凝土超短柱的破坏模式为剪切破坏。随轴压比的提高,方钢管约束钢筋混凝土超短柱的抗剪承载力提高,但延性系数和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明,水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管可能在下降段屈服。根据试验结果和钢管应力分析结果建立方钢管约束钢筋混凝土柱的抗剪承载力公式,提出设计建议,可为工程实践提供参考。