高性能混凝土剪力墙基于性能的抗震设计截面延性分析

根据剪力墙截面的特点,提出采用分段约束箍筋改善高性能混凝土剪力墙截面的延性,针对剪力墙截面的受力特点和配筋形式,研究了分段约束箍筋对高性能混凝土剪力墙截面延性的影响;提出剪力墙截面屈服曲率和极限曲率的简化计算公式,分析了剪力墙截面相对受压区高度与曲率延性之间的关系,推导了剪力墙截面曲率延性与约束箍筋数量之间的关系。试验结果和算例分析表明:约束箍筋的作用对高性能混凝土剪力墙截面屈服曲率的影响较小,但对极限曲率的影响较大;剪力墙截面的曲率延性与轴压比、分段约束箍筋的数量、约束范围、截面端部约束混凝土的设计参数等因素有关。     

局部采用纤维增强混凝土柱的抗震性能试验与分析

为了提高钢筋混凝土柱的抗震性能,在悬臂柱下端局部采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土,设计了6根剪跨比为3。0、柱内箍筋配置较少的钢筋混凝土柱试件,进行了拟静力试验。通过改变FRC区高度、轴压比、混凝土强度,观测试件在低周反复水平荷载作用下的开裂和破坏过程,研究其滞回特性及耗能能力。结果表明,与普通钢筋混凝土柱相比,局部采用FRC且箍筋配置较少的柱,其破坏形态为纵向钢筋弯曲屈服后的剪切破坏,具有较好的变形能力和损伤容限;局部使用FRC可以减少约束箍筋用量。基于OpenSees分析平台,建立了悬臂柱的有限元模型,对其进行了反复水平荷载作用下的全过程模拟分析和参数分析。分析结果表明:峰值荷载计算值比实测值稍小;计算滞回曲线与试验滞回曲线总体上比较吻合;一般情况下,FRC区高度和柱端体积配箍率对柱的水平承载力和侧移角影响较小。     

延性纤维混凝土剪力墙抗震性能试验研究

该文为改善高性能混凝土剪力墙的抗震性能,提出在剪力墙塑性铰区采用延性纤维混凝土(DFRC),设计了4片剪跨比为2.1的剪力墙试件,并进行了拟静力试验。通过改变DFRC区高度、轴压比和约束箍筋数量,研究其破坏机理、耗能能力及变形性能。结果表明:1) 塑性铰区采用DFRC的剪力墙试件弹性阶段变长,剪力墙屈服后承载力降低缓慢;2) DFRC可有效控制剪力墙塑性铰区的弯剪斜裂缝的宽度,防止塑性铰区发生剪切破坏;3) DFRC区高度增大,剪力墙的变形和耗能能力明显提高,DFRC区约束箍筋数量增加,试件变形和耗能能力提高;4) 塑性铰区采用DFRC的剪力墙试件,塑性铰区损伤程度明显降低,对减轻剪力墙的地震破坏程度具有重要作用。     

高强钢筋混凝土桥墩抗震性能试验研究与分析

通过拟静力试验研究配置高强钢筋混凝土桥墩的抗震性能。分析桥墩试件的破坏形态,对往复荷载作用下桥墩试件的滞回特性、承载能力、延性性能、耗能能力等抗震性能指标进行比较研究。分析轴压比、剪跨比、箍筋间距及钢筋强度等对抗震性能的影响规律。研究表明:配置高强钢筋混凝土桥墩试件的破坏形态与配置普通钢筋的混凝土桥墩的一致,剪跨比较小的桥墩变形能力有限,呈弯剪破坏形态;剪跨比较大的桥墩变形能力较大,呈弯曲破坏形态。提高轴压比虽能提高试件的承载能力,但使其抗震性能指标降低,不利于桥墩抗震。提高钢筋强度和加密箍筋能提高其各方面的抗震性能指标,有利于结构抗震。     

RC圆柱受弯承载力极限值计算方法研究

运用数值计算方法对钢筋混凝土(RC)圆柱破坏时截面受弯承载力极限值进行计算,计算时考虑了箍筋对混凝土的约束效应和纵筋应力强化效应。计算结果显示截面受弯承载力极限值比规范规定的理论值有较大增加,特别是在轴压较高、箍筋约束效果明显时。截面受压区高度计算是RC圆柱截面受弯承载力计算的关键。圆柱破坏时截面受压区高度主要受轴压比、配箍特征值和纵筋配筋特征值三个参数影响。根据数值计算的结果进行回归,提出了受压区对应圆心角απ计算方法。在此基础上通过理论分析并结合95个大比例试件试验结果,提出截面受弯承载力极限值计算方法,计算结果与试验结果吻合很好。参数分析的结果表明在轴压比为0.6时截面受弯承载力极限值比规范公式计算值能提高60%左右,这一显著的弯矩强化效应值得在设计中引起重视。     

箍筋约束混凝土圆柱轴压强度尺寸效应律

钢筋混凝土构件的破坏模式与机制区别并远复杂于混凝土材料,采用混凝土材料层面的尺寸效应理论与公式来描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为是值得商榷的。另外,混凝土材料尺寸效应理论公式难以反映钢筋混凝土结构构件中其他重要参数对尺寸效应的影响。以箍筋约束混凝土圆柱为研究对象来看:结合相关物理试验及数值模拟结果,凝练归纳出了影响其轴压破坏尺寸效应的主导参数——箍筋率;根据箍筋约束作用对柱轴压强度的影响机制与规律,在经典的Bažant材料层次尺寸效应律的基础上,建立了箍筋约束混凝土柱轴压强度的尺寸效应半理论-半经验公式。相关试验及模拟结果验证了该构件层次尺寸效应公式的准确性和合理性。     

强约束大尺寸钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究箍筋强约束钢筋混凝土柱的抗震性能,完成了6个配箍特征值0.34~0.44、截面尺寸450mm#x000d7;450mm的大尺寸钢筋混凝土柱试件的拟静力试验研究。结果表明,试件的破坏形态为压弯破坏,纵筋压曲甚至断裂,部分试件箍筋拉断,底部1倍柱截面高度范围内混凝土保护层剥落,箍筋约束核心区混凝土局部压碎。试件水平力-位移滞回曲线饱满,极限位移角达到1/39~1/33,延性系数均大于3.0。对于箍筋强约束柱,改变箍筋形式或改变箍筋肢距,对其正截面承载力及极限变形能力影响不大;相同位移往复加载由3次增加至5次,对其正截面承载力及峰值位移影响不大,但变形能力降低约15%。     

钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及截面变形能力设计方法研究

通过剪跨比为2.1的钢管约束高强混凝土剪力墙试件低周反复加载试验,研究其在压弯荷载作用下的破坏形态、机理及耗能能力。试验表明,通过在高强混凝土剪力墙约束边缘构件内设置钢管,可提高其延性。在试验研究基础上,对钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及变形能力进行分析。考虑内置钢管约束影响,建立钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力计算公式。根据截面平衡条件和变形条件,计算钢管约束高强混凝土剪力墙位移延性系数,得到钢管套箍率、轴压比及墙体高宽比与位移延性系数之间关系。研究表明,增加钢管套箍率及控制墙体轴压比,可以提高钢管约束高强混凝土剪力墙延性;提出满足不同变形能力要求,对应各种轴压比情况下,钢管约束高强混凝土剪力墙钢管套箍率建议设计值。     

高强箍筋约束超高性能混凝土柱轴压性能

通过5根高强箍筋约束超高性能混凝土(Ultra high performance concrete,UHPC)柱及4根普通箍筋约束UHPC柱的轴心受压试验,对其承载力、破坏形态、钢筋应变及应力-应变曲线进行了研究,并结合延性、韧性指数分析了体积配箍率、箍筋强度、箍筋间距及形式对约束UHPC轴压性能的影响。结果表明:所有约束柱均表现为延性破坏,高强箍筋可减轻约束UHPC的破坏程度;高体积率、小间距、形式复杂的高强箍筋约束UHPC,约束效率高,承载力及变形能力提高显著,轴压性能较理想;体积配箍率对轴压性能的影响程度大于箍筋强度;影响体积配箍率变化的因素中,箍筋间距对改善约束性能的贡献最大,依次是箍筋形式和直径;高强箍筋可有效约束UHPC,在提高约束UHPC强度、变形性能及残余承载力方面明显优于普通箍筋;纵筋微曲会加速保护层剥离,密配高强箍筋能有效延迟纵筋屈曲,显著提高约束性能;纵筋微曲会削弱高强箍筋对核心UHPC的约束效果,建议采用高强纵筋与高强箍筋组合。在试验的基础上给出了能较准确预测箍筋约束UHPC柱承载力的计算式。      

考虑箍筋约束效应的快速轴压加载下钢筋混凝土短柱性能数值分析

为了研究在地震作用下应变率效应对约束钢筋混凝土轴压短柱力学性能的影响,该文建议了同时考虑应变率效应和箍筋约束效应的混凝土塑性模型等效单轴受压本构曲线,建立了分析约束钢筋混凝土轴压短柱在快速加载下动力行为的有限元模型。通过模拟结果与文献中试验研究结果的比较,表明该模型可有效描述约束钢筋混凝土短柱在地震作用下考虑混凝土材料应变率敏感性时的力学性能,建议的等效单轴受压本构曲线是合理的。利用该有限元模型,分析了配置箍筋构形、箍筋间距和纵筋配筋率这三个可影响约束效应的参数对约束钢筋混凝土短柱在考虑率效应时的力学性能的影响。结果表明随应变率的提高,轴压短柱的承载力明显提高,但延性降低,力-轴向变形曲线下降段变陡。箍筋构形、间距以及纵筋配筋率对约束钢筋混凝土轴压短柱的动力力学性能具有重要的影响。     

高强箍筋高强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为研究高混凝土梁柱节点的抗震性能,进行了4个高强箍筋混凝土节点和1个普通箍筋混凝土节点的低周往复荷载加载试验,研究了高强混凝土节点的破坏形态、滞回特性、耗能能力、受剪性能及箍筋的应力水平,分析了箍筋强度、体积配箍率和箍筋形式对节点承载力、延性、耗能和剪切变形的影响。结果表明:高强箍筋节点的破坏过程与普通箍筋节点类似;提高箍筋屈服强度对节点的承载力提高效果有限,但可有效提高位移延性和耗能能力,同时限制了节点核心区的剪切变形;试件达到极限位移时,普通箍筋试件箍筋已屈服,复合高强箍筋试件箍筋强度发挥比较充分,表现出较好的抗震性能。     

Influence of the cross section shape on the behaviour of SRG-confined prismatic concrete specimens

The effectiveness of the steel-reinforced grout (SRG) jacketing technique in increasing both strength and deformation capacity has been substantiated by experimental evidence (Thermou and Pantazopoulou in Fib Struct Concr J 8: 35–46, 2007; Thermou et al. in ECCOMAS Thematic Conference, 2013; Thermou et al. in Mater Struct J, 2013). What it has not been addressed yet is the influence of the cross section shape on the behaviour of SRG-confined prismatic unreinforced concrete specimens. An experimental study was carried out where 18 concrete small scale specimens were tested to failure under concentric uniaxial compression load. A single layer of the steel-reinforced fabric was applied to circular, square and square specimens with rounded edges. Test results demonstrated that both strength and deformation capacity increased as the shape of the cross section changed from square to circular. In case of the square specimens, the gain in compressive strength was satisfying, whereas the ductility increase was more significant compared to that of the square specimens with rounded edges. An analytical expression for the lateral confining pressure exerted by the composite system was derived based on the assumption that the steel cords were treated as well-anchored steel stirrups placed at a distance equal to the spacing between the steel cords. The ability of the various steel and fiber-reinforced polymer confinement models from literature to predict the normalized compressive strength of non-circular specimens confined with SRG jackets was also explored.     

高强钢筋约束超高性能混凝土柱轴心受压本构模型研究

约束超高性能混凝土（ultra high performance concrete,UHPC）轴压本构模型是进行UHPC柱结构设计和非线性分析的基础。该文对9根箍筋约束UHPC柱的应力-应变关系进行了研究,结果表明:UHPC宜采用高强箍筋约束且适配性良好,与普通箍筋相比高强箍筋可较好的提高约束UHPC强度及变形能力;高体积率、小间距、形式复杂的高强箍筋的约束效果良好;高强箍筋在约束UHPC峰值应力时不一定屈服,取屈服强度计算峰值时高强箍筋的约束应力,会高估其对峰值应力的提高程度。基于Ottosen破坏准则推导了约束UHPC峰值应力计算式,给出了峰值应变、峰值应力时高强箍筋应力取值计算式;建立了约束UHPC轴压本构模型,并与几种典型的约束本构进行了对比,表明所建立的本构与试验曲线吻合度较高。     

纤维增强混凝土柱抗震性能试验研究及数值模拟

为了改善钢筋混凝土（RC）柱的抗震性能和损伤容限,在柱端局部采用纤维增强混凝土（FRC）代替普通混凝土,考虑轴压比和剪跨比,设计了9根FRC柱以及1根RC对比柱试件。通过拟静力试验,观察试件在低周反复水平荷载作用下的裂缝开展过程和破坏形态,研究其滞回性能、变形和承载能力、耗能能力及刚度退化规律等。结果表明,与RC柱相比,剪跨比为2.0的FRC柱仍为压弯破坏,强度和刚度退化缓慢,具有较好的变形能力、耗能能力和损伤容限;轴压比及剪跨比对FRC柱的变形能力和耗能能力有明显影响;FRC柱仅需配置抗剪箍筋,不必另外配置约束箍筋,即可满足变形和耗能要求。基于OpenSees有限元软件,建立了多组FRC柱的有限元模型,在对有限元模型进行试验验证的基础上,进行参数分析。研究结果表明:模拟滞回曲线与试验滞回曲线总体上比较吻合;剪跨比、轴压比及FRC强度对FRC柱的承载能力均有一定影响。     

钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏及尺寸效应律研究

相比于混凝土材料,钢筋混凝土构件的破坏模式与机制更为复杂,采用混凝土材料层次的尺寸效应理论难以描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为。为研究钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏的尺寸效应行为,从细观角度出发,建立了钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。结合现有试验数据,验证了细观模拟方法的可行性与合理性,进而拓展模拟与分析了剪跨比及配箍率对钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为的影响规律,发现:剪跨比对悬臂梁抗剪承载力有较大影响,对尺寸效应的影响很小;配箍率的增大提高了悬臂梁抗剪承载力,同时削弱了梁的抗剪强度尺寸效应。根据剪跨比及配箍率对悬臂梁抗剪强度的影响机制与规律,基于Bažant材料层次尺寸效应律,建立了钢筋混凝土悬臂梁抗剪强度尺寸效应理论公式。对比模拟结果及试验数据,验证了所提尺寸效应理论公式的准确性与合理性。     

高延性混凝土加固RC梁抗剪性能试验研究

为利用高延性混凝土（HDC）良好的拉伸和剪切变形能力,提高无腹筋钢筋混凝土梁的受剪性能,该文通过对9根HDC加固梁、1根高性能复合砂浆加固梁及3根未加固梁进行静力试验,研究剪跨比、加固层厚度和加固层是否配置箍筋对梁破坏形态、受剪承载力及变形能力的影响。结果表明:采用HDC面层对无腹筋梁进行抗剪加固,可以显著提高梁的抗剪承载力和变形能力;HDC面层可代替部分箍筋的抗剪作用,改善无腹筋梁的剪切破坏形态,并提高梁的剪压比限值;HDC加固层越厚,其受剪承载力和变形能力提高越明显,但加固层厚度较大时,需采用措施防止HDC面层间发生剥离破坏;HDC面层配置附加箍筋,可进一步提高试件的受剪承载力和耐损伤能力。基于试验结果,该文提出了HDC加固试件的受剪承载力计算公式,其计算值与试验结果吻合较好。     

Shear behaviour of steel fibre reinforced self-consolidating concrete beams based on the modified compression field theory

A series of steel fibre reinforced self-consolidating concrete (SFRSCC) beams have been tested to investigate the influence of steel fibres and the combined effect of fibres and stirrups on the deflection and cracking, ultimate loads and failure pattern. The experiment indicates that the shear strength increases clearly with the increasing of fibre content. The combination of steel fibres and stirrups demonstrates a positive composite effect on the ultimate load, ductility and failure pattern of concrete beam. This study also examines the feasibility of applying the modified compression field theory (MCFT) for the suitable assessment of shear resistance in fibre and steel rebar reinforced self-consolidating concrete beams. For fibre reinforced concrete member, a theoretical method is proposed based on the MCFT. The proposed ultimate shear capacity model was verified by the comparison with different test results.