钢筋PVA-ECC柱复合受扭性能试验研究及损伤分析

为研究复合受力状态下钢筋PVA-ECC构件的受扭性能,进行了9根PVA-ECC柱和1根普通混凝土(RC)柱的单调加载试验,考虑不同轴压比、扭弯比、剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距等参数,研究其破坏特征、扭矩-扭率曲线特征,并进行了损伤演变分析。结果表明,PVA-ECC试件受力过程均经历了弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;PVA-ECC试件在受扭承载能力和扭转变形方面与RC试件相比有很大提升;降低轴压比、增大扭弯比和剪跨比可有效提高试件的扭转延性,减小箍筋间距和剪跨比、增大轴压比可有效延缓试件开裂;采用PVA-ECC材料能有效抑制试件的损伤发展;剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距对复合受扭作用下试件的损伤有较大影响;纵筋配筋率越大和剪跨比、箍筋间距越小,试件复合受扭的损伤程度越小。     

复合应力下PVA-ECC受扭柱的抗震性能试验研究

通过6根钢筋加强ECC柱和1根普通混凝土柱在压-弯-剪-扭复合应力状态下抗震性能试验,研究了构件的滞回曲线、骨架曲线、强度退化、刚度退化以及破坏形态,分析了配箍率、纵筋配筋率、纤维掺量对ECC受扭柱抗震性能的影响。试验结果表明,较普通RC柱,ECC柱的滞回曲线更加饱满,屈服扭矩、极限扭矩以及极限扭率分别提高了64.4%、74.8%、123.3%;试件的纤维掺量从1%提高到2%,延性系数从2.30增至4.04;随着配箍率增大,试件受扭性能增强,较于未配置箍筋的试件,箍筋间距为75 mm的试件延性系数提高了66.2%,极限扭矩提高了34.0%。     

钢筋混凝土柱压弯剪扭滞回性能试验研究

为揭示钢筋混凝土柱在压弯剪扭反复荷载作用下的破坏机理,以扭弯比、剪跨比、配筋率和配箍率为变化参数,采用同步但不同位移幅值的加载方式完成了6个试件的低周反复加载试验并获取了试件试验数据,分析各变化参数对抗震性能的影响。试验结果表明：裂缝主要集中在试件中下段,呈现斜向交叉形式,破坏模式主要呈现弯扭破坏形态;随着扭弯比和配筋率的增大,试件扭矩-扭转角滞回曲线更为饱满,耗能能力强;增大剪跨比,试件扭矩-扭转角滞回曲线则呈现为捏缩状,耗能能力变差,但后期变形能力增强;通过增大试件的扭弯比、配筋率和配箍率,均可提高试件受弯延性和耗能能力,同时可延缓其强度和刚度的退化。     

PVA-ECC梁剪切韧性试验研究

为研究聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)简支梁的剪切韧性,基于18根PVA-ECC梁受剪破坏试验结果,以剪切韧性指数为指标,对不同纤维掺量、剪跨比和配箍率下PVA-ECC梁的斜截面剪切韧性进行了研究与评价。试验结果表明:PVA纤维的掺入可有效改善梁的抗裂性,较好地提高梁的剪切韧性,当纤维掺量在0～2%范围内时,其值越高梁的剪切韧性越好;剪跨比的增大降低了梁的剪切韧性,当剪跨比为1.5左右时梁的斜截面抗裂性最优;配制箍筋可以提高梁的剪切韧性,当配箍率在0.18%～0.39%范围内时,随配箍率的增加,梁的剪切韧性提高。     

钢筋混凝土/ECC组合梁-柱节点抗震性能的试验研究

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种具有应变硬化特性和多裂缝开展机制的新型建筑材料。对于钢筋混凝土构件,用ECC材料代替混凝土能够有效提高构件的强度和延性性能。文章对普通钢筋混凝土梁-柱节点和钢筋混凝土/ECC组合梁-柱节点构件进行了低周反复加载试验研究。结果表明:对于节点区未配箍筋的节点构件,在节点区用ECC材料代替混凝土能够显著提高构件的承载力、变形及延性性能;钢筋混凝土/ECC组合梁-柱节点构件的抗震性能比在节点区配置箍筋的钢筋混凝土节点也要更优越。     

钢管约束钢筋混凝土转换短柱抗震性能试验研究

钢管约束钢筋混凝土短柱具有优越的延性和弹塑性层间变形能力,因此在转换柱中应用时可显著提高转换结构的整体抗震性能。对大连中国石油大厦外筒的钢管约束钢筋混凝土转换短柱进行了抗震性能模型试验,模型比例为1∶6。试验中的主要参数为轴压比、剪跨比和对拉钢筋设置。试验结果表明,钢管约束混凝土短柱中,钢管对核心混凝土的有效约束限制了核心混凝土剪切破坏的产生,改变了钢筋混凝土短柱在水平地震作用下的剪切脆性破坏模式。在抗震工程中采用钢管约束钢筋混凝土柱可有效提高钢筋混凝土框架短柱的延性、弹塑性层间变形能力和耗能性能,从而显著提高结构的整体抗震性能。     

纤维增强复合材料增强和修复加固大尺寸钢筋混凝土柱抗震性能研究

利用纤维增强复合材料(FRP)和纤维增强水泥基复合材料(ECC),对两种方形截面大尺寸钢筋混凝土柱进行抗震增强和修复加固,研究大尺寸条件下的加固效果。对于未损伤试件,采取的措施为GFRP布环向包裹;对于损伤试件,采取的措施为ECC修复、CFRP布纵向增强以及GFRP布环向约束。试验结果表明,增强加固试件的承载力、延性以及耗能能力会有不同程度的提高,但是增强效果随截面尺寸增大而降低。对于修复试件,其延性可以恢复至原来水平甚至略有提高,而承载力的恢复效果随着截面和损伤程度的增大而降低。     

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。     

PVA-ECC单轴抗压试验及本构关系

通过对6组不同配合比立方体试件进行单轴抗压试验,研究了高韧性聚乙烯醇水泥基复合材料(PVA-ECC)的抗压性能和抗压强度尺寸效应,测得了材料的单轴抗压强度和抗压应力-应变曲线。试验结果表明,PVA-ECC抗压强度存在明显的尺寸效应,抗压强度随着尺寸边长的增大而减小。根据实测的应力-应变曲线,提出了单轴受压本构模型,为PVA-ECC结构非线性有限元分析及结构设计提供了理论依据。     

型钢混凝土异形柱抗震性能足尺试验研究

通过对4个足尺型钢混凝土异形柱的低周往复荷载试验,对其滞回曲线、承载能力、位移、延性、刚度退化、耗能能力等性能指标进行分析。研究结果表明:相比于足尺钢筋混凝土异形柱试件,试件内部添加型钢,可以减缓试件裂缝的发展,降低试件破坏程度;剪跨比较大时试件发生弯曲破坏,剪跨比较小时试件发生剪切破坏;相比于足尺钢筋混凝土异形柱试件,在保证试件内部配筋率的前提下,通过内部增加型钢,可以提高试件的承载能力、滞回性能、变形能力、耗能能力和刚度退化率,改善抗震性能;当减少钢筋混凝土异形柱内部纵筋配筋率并内置型钢时,试件的承载力得到提高。     

PVA-ECC加固RC方柱轴压性能试验研究

针对聚乙烯醇纤维砂浆(PVA-ECC)钢筋网加固RC方柱进行了一次受力轴压性能的研究。对6根方柱进行了单调加载的对比试验,然后理论分析影响PVA-ECC加固效果的主要因素。在考虑截面有效约束区和非有效约束区及界面传递剪力的基础上,建立了PVA-ECC加固钢筋混凝土轴心受压柱的承载力计算公式。试验结果表明,PVA-ECC钢筋网薄层加固是一种有效的加固方法,能够显著提高加固RC方柱的轴向承载力、峰值应变、延性、刚度及抗裂性能。     

高温后钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

通过对7根高温后钢筋混凝土短柱试件和1根常温对比试件的拟静力试验,研究受火时间、轴压比和剪跨比对火灾后钢筋混凝土短柱的破坏形态、受剪承载力、骨架曲线、刚度退化、延性比、滞回耗能等的影响。利用有限元程序计算了高温后截面混凝土抗压强度的平均折减系数,提出了四周受火后钢筋混凝土柱受剪承载力的计算方法。研究结果表明：高温后短柱的受剪承载力随受火时间的增加、剪跨比的增大而减小;剪跨比对受火前后受剪承载力影响变化的程度相差较小;高温后短柱的受剪承载力先随轴压比的增大而增大,但当轴压比增大至界限轴压比后,受剪承载力反将降低,且高温后柱的界限轴压比较未受火时有减小趋势;提出的高温后钢筋混凝土柱受剪承载力计算式具有一定的安全保证率,可用于火灾后该类构件受剪性能的损伤评定。     

分散型钢混凝土组合柱抗震性能试验研究

为研究分散型钢混凝土组合柱(ISRCC)的抗震性能,分析组合柱中分散布置的型钢和混凝土之间的协同工作情况,对4个ISRCC柱进行偏心率为10%和15%的低周往复加载试验。与传统低周往复加载试验相比,试验中按预定路径同时施加竖向荷载和水平荷载。分析了ISRCC柱在低周往复荷载作用下的承载力、延性、破坏形态、裂缝分布和刚度退化等。试验结果表明：所有ISRCC柱均为小偏心压弯破坏,试件整体性较好;在偏心率15%以内,屈服荷载前各试件满足平截面假定,能够有效发挥型钢和混凝土的组合作用;ISRCC柱压弯承载力的试验值与ACI 318-2014、EN 1994-1-1和YB 9082-2006《钢骨混凝土结构技术规程》等规范中的承载力计算结果吻合较好,验证了现有规范中普通钢骨混凝土（SRC）柱压弯承载力的计算方法对偏心率15%以内的ISRCC柱的适用性;试件的极限位移角为1/88~1/65,满足我国规范对罕遇地震作用下框架-核心筒结构弹塑性层间位移角的要求,具有较好的变形能力。     

钢-连续纤维复合筋增强混凝土柱抗震性能试验研究

具有稳定二次刚度和良好震后可修复性的钢-连续纤维复合筋(SFCB)增强混凝土柱的抗震性能与普通RC柱有较大差别,本文对在水平往复荷载作用下,轴压比为0.12的4个SFCB增强混凝土柱及1个RC对比柱的抗震性能进行试验研究。SFCB增强混凝土柱主要变化参数为SFCB中的纤维种类(玄武岩纤维和碳纤维)和钢/纤维比例。研究结果表明:①SFCB增强混凝土柱相对普通RC柱具有稳定的二次刚度,在复合筋内芯钢筋屈服后,SFCB增强混凝土柱承载力仍可稳定提高;②SFCB增强混凝土柱由于复合筋的二次刚度,实现了在与普通RC柱相同柱顶变形能力的前提下,具有较小柱脚曲率需求的特点,从而实现较小的卸载残余位移,较高的震后可修复性能;③SFCB增强混凝土柱的性能特点与复合筋中外侧纤维有直接关系,钢-玄武岩纤维复合筋增强混凝土柱相对于钢-碳纤维复合筋柱具有更好的延性(二次刚度有效长度)和相同柱顶侧向位移水平下卸载时更小的残余位移。     

水平双向加载下钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

针对双向水平地震作用下钢筋混凝土框架柱的抗震性能,开展了9个钢筋混凝土框架柱的水平双向拟静力试验研究,考察轴压比、体积配箍率、纵筋配筋率以及加载路径对柱抗震性能的影响,对双向加载下柱的受力特点、承载力变化、位移延性和极限侧移角等指标进行分析。结果表明：相对于水平单向加载,双向加载对柱的抗震性能存在显著不利影响：柱的抗弯承载力及极限位移均明显减小,损伤程度明显加重;随加载方式由单向-十字-菱形-方圈变化,相同位移下柱的强度退化与抗弯承载力下降幅度均有所增加。考虑双向受力后,典型技术标准给出的RC框架结构极限层间侧移角限值的安全冗余度显著降低。基于试验结果初步提出结构设计及分析建议：考虑双向水平地震动影响时,框架柱的抗震设计宜适当降低轴压比、增加约束箍筋、适当折减柱的抗弯承载力;采用层间侧移角进行结构倒塌判别时,可取双向地震动作用下结构最大层间侧移矢量的大小作为判别位移,并根据分析性质（结构设计或既有结构分析）选取恰当的极限层间侧移角判断标准。     

高温后型钢混凝土柱抗震性能试验研究

对5个高温后型钢混凝土柱试件和3个常温下对比柱试件进行低周反复加载试验,研究高温后型钢混凝土柱的承载力和抗震性能。由试验获得了高温后型钢混凝土柱的破坏形态和滞回曲线,分析了剪跨比、轴压比、受火时间对高温后型钢混凝土柱滞回特性、延性、耗能能力、承载力及刚度退化的影响。结果表明：高温后剪跨比为1.5的型钢混凝土柱的破坏形态与常温下基本相同,剪跨比为2.5的型钢混凝土柱的破坏形态则发生明显变化,常温下发生弯曲型破坏的柱在高温后往往发生黏结破坏。与常温下的型钢混凝土柱相比,高温后型钢混凝土柱的滞回曲线更加饱满、骨架曲线的上升段和下降段更为平缓、位移延性系数略有增大、耗能能力更强。高温后型钢混凝土柱的延性、耗能能力与剪跨比、轴压比密切相关。位移延性系数随剪跨比的增大而增大,随轴压比的增大而减小;剪跨比越大,破坏时的等效阻尼比越大。经历高温作用后,型钢混凝土柱的刚度和承载力退化显著,初始刚度退化程度随剪跨比的增大而减小,屈服后刚度和受剪承载力退化程度随剪跨比的增大而加大。提出了火灾高温后型钢混凝土柱受剪承载力计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

往复荷载下型钢混凝土柱滞回性能模拟

应用有限元分析软件OpenSEES,基于纤维模型法和柔度法,通过选择适宜的单轴材料本构模型,建立起十字形钢混凝土柱的有限元分析模型,并对试件进行低周往复荷载作用下的非线性数值模拟。结果表明:所建立的OpenSEES模型能很好的反映十字形钢混凝土柱滞回环的特点,此次模拟的结果可为十字形钢混凝土结构数值模拟和地震反应分析提供参考。     

型钢混凝土异形柱抗震性能试验研究

对17个型钢混凝土(SRC)异形柱试件采用“建研式”加载装置进行低周反复荷载试验,观察了不同配钢形式的SRC异形柱的受力过程和破坏形态;分析了SRC异形柱的破坏特点,荷载-位移滞回曲线及骨架曲线、承载力、位移延性、刚度退化和耗能能力等力学性能。试验研究结果表明:SRC异形柱的主要破坏形态是剪切斜压破坏和弯曲型破坏,破坏主要发生在与加载方向平行的柱肢,滞回曲线对称、饱满,试件延性好,极限侧移角大,具有良好的抗震能力,因此,可以推广应用于高抗震设防烈度区的建筑以及高层建筑中。     

混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

设计制作了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱试件,并对其进行低周反复荷载试验以研究其抗震性能。通过分析破坏现象、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能指标,探讨纤维种类、纤维体积掺量对试件各抗震性能指标的影响规律。结果表明:钢-聚丙烯混杂纤维的掺入使得试件滞回曲线更加丰满、捏拢现象减缓,骨架曲线延性平台更为明显,达到峰值荷载后,骨架曲线下降更为缓慢、刚度退化趋缓,塑性变形能力和耗能能力相应增加,柱的抗震性能得到提高。在选取的纤维体积掺量中,钢纤维体积掺量为1.5%时试件的抗震性能最优。     

钢骨高强混凝土短柱抗震性能的试验研究

针对目前高层、大跨结构中广泛应用的高强混凝土所具有的"脆性"特点,本文拟通过在高强混凝土柱中内置钢骨,来改善高强混凝土的脆性,增加高强混凝土结构的抗震延性。本文开展了13根剪跨比为2.0的试件在低周反复荷载下的试验,对内置钢骨的高强混凝土短柱抗震性能进行了研究。分析了钢骨高强混凝土短柱的破坏特征、滞回特性以及骨架曲线,研究了轴压比和配箍率对钢骨高强混凝土短柱抗震延性的影响,并得出了轴压比和位移延性系数的关系以及配箍率和位移延性系数的关系。根据本文试验结果,提出了满足一定位移延性要求的钢骨高强混凝土短柱的轴压比限值和柱箍筋加密区最小体积配箍率,试验结果可为规范修订和工程设计提供参考。