压弯剪作用下钢筋混凝土柱荷载-变形分析

为研究不同破坏模式下钢筋混凝土柱的受力机理及性能,该文提出能够考虑压弯剪相互作用的钢筋混凝土柱荷载-变形分析模型。以修正压力场理论及传统纤维截面分析法为基础,将柱受力过程分为弯曲控制及剪切控制两个阶段,分别对控制截面受拉区和受压区进行分析,同时考虑了纵筋受压屈曲及P-Δ效应的影响,进而得到柱水平受剪承载力及其变形。最后,为验证模型的有效性,对所收集的拟静力试验柱进行了模拟。结果表明,压弯剪作用下钢筋混凝柱会表现出弯曲、弯剪及剪切三种不同的破坏模式,其荷载-变形性能差异较大,采用该文所提模型所得计算曲线与试验结果吻合较好,该模型能够被用于钢筋混凝土柱抗震性能分析。     

钢筋混凝土嵌入式滑移模型

提出一种钢筋混凝土嵌入式滑移模型,将模拟钢筋-混凝土交界面的无厚度粘结单元嵌入到混凝土单元中,保证粘结单元上、下表面分别与混凝土、钢筋单元变形协调,尔后通过两表面位移差值表征钢筋滑移。基于虚功原理集成钢筋、混凝土和粘结单元的刚度贡献,建立了嵌入式滑移模型的有限元平衡方程。应用该模型分析钢筋混凝土简支梁破坏试验,获得的构件承载力、裂缝分布形态和破坏模式与试验结果接近。结果表明:嵌入式滑移模型在分析钢筋混凝土结构承载力和裂缝形态方面具有一定的应用前景。     

钢筋粘结滑移弯矩-转角计算模型

纵筋在梁-柱或基础-柱界面处滑移将使侧向变形出现显著的增加。该文在现有二折线型钢筋粘结滑移弯矩-转角骨架曲线基础上,提出了屈服点以及破坏点滑移转角计算方法,可以用于预测滑移造成的侧向变形。根据与相互独立的五批共24个圆柱试验结果对比,其计算结果具有较高的精度。在OpenSees软件中用基于力的纤维单元与粘结滑移弯矩-转角模型,对不同圆柱低周反复试验进行数值模拟,发现该模型计算结果与试验结果吻合很好。进一步,对圆柱在地震波作用下的振动台试验进行时程分析,柱顶位移和柱底滑移变形都能得到很好的预测。进行参数分析,结果表明极限点滑移量在总变形中的占比约为30%~40%,该占比随轴压比增加而减小,随体积配箍率减小而减小。     

结构尺寸对RC柱剪扭复合受力抗震性能影响分析

在地震水平作用下,曲线梁桥的桥墩、不规则钢筋混凝土（RC）框架结构的边柱、角柱等受力构件,由于上部结构的重心偏心,使构件处于剪扭复合受力状态,而产生脆性破坏,脆性破坏往往会加剧钢筋混凝土构件的尺寸效应行为。为探究剪扭荷载相互作用下钢筋混凝土柱的抗震性能和尺寸效应,建立了不同扭弯比的钢筋混凝土柱剪扭复合受力三维细观数值模型,模拟分析了扭弯比对RC柱剪扭复合受力抗震性能和尺寸效应的影响。研究结果表明：在剪扭复合荷载作用下,钢筋混凝土柱破坏更具脆性,承载能力降低;扭弯比的增大导致构件变形能力,延性能力和耗能能力下降;扭矩的存在,在一定范围内增强了钢筋混凝土柱抗剪强度的尺寸效应。对比并修正了中国规范提出的剪-扭承载力相关方程,保证了预测结果的安全度。     

钢筋混凝土柱剪切粘结破坏影响因素分析

剪切粘结破坏是钢筋混凝土压弯构件一种常见的震害形式,剪切粘结破坏柱刚度退化快、延性差、滞回曲线#x0201c;捏拢#x0201d;现象明显、耗能能力差,因此,有必要进一步研究钢筋混凝土柱剪切粘结破坏的影响因素,以避免此类震害的发生。该文通过试验数据和有限元模拟分析了面积配箍率、混凝土强度、轴压比、剪跨比、纵筋直径及加载方式对钢筋混凝土柱破坏形态的影响,结果表明钢筋混凝土柱易于发生剪切粘结破坏的条件为:面积配箍率较大、混凝土强度等级较低、轴压比0.1#x02264;n#x02264;0.5、剪跨比1.25<#x003bb;<2.5、配筋率较大且纵筋直径较大、低周往复荷载作用。     

方形钢管混凝土叠合柱的力学性能研究

建立了方形钢管混凝土叠合柱的非线性有限元模型,对其在往复荷载作用下的滞回性能进行了数值模拟。有限元模型考虑了反复荷载作用下混凝土的损伤、构件的几何非线性以及钢筋和内钢管与混凝土之间的粘结滑移。算例分析结果表明,有限元计算和试验结果总体上吻合良好。采用有限元模型对方形钢管混凝土叠合柱在轴压力和侧向力共同作用下的工作机理进行了细致分析。     

考虑粘结滑移的冻融损伤纤维梁柱模型研究

伸入梁柱节点以及柱与基础交界处纵向受力钢筋的粘结滑移效应会显著影响构件的侧向变形。为准确评估冻融损伤后钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)柱的抗震性能，在考虑冻融损伤不均匀分布的纤维模型基础上，以锚固区的粘结滑移效应为研究对象，首先基于拉拔试验建立可考虑冻融损伤分布的粘结强度退化规律，进而根据简化粘结应力分布假设，通过建立控制方程进行理论推导得到冻融损伤粘结滑移计算方法，并与冻融钢筋混凝土拉拔试验数据进行了对比验证。进而基于有限元分析软件OpenSEES，将该文模型嵌套于零长度截面单元中，提出可综合考虑冻融不均匀损伤与粘结滑移效应的纤维梁柱模型，根据6榀冻融RC柱拟静力加载试验数据进行了验证，并与仅考虑冻融损伤的纤维模型进行了对比。结果表明:与纤维模型计算结果相比，采用该文模型计算所得滞回曲线与试验结果吻合更好，在承载力、极限位移和累积耗能等方面的计算误差较小，表明所建模型可更为准确地反映冻融损伤后RC柱的地震响应。     

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能研究综述

钢筋与混凝土之间能够协同工作的主要原因之一是两者间具有良好的粘结性能,但钢筋混凝土结构在服役过程中,侵蚀性介质会进入混凝土中引起钢筋的锈蚀,造成钢混构件粘结性能退化,进而影响混凝土结构的承载能力及服役寿命。因此,通过试验角度科学地认识钢筋锈蚀作用下钢筋混凝土之间粘结性能的变化规律,对于钢混结构的先期设计及服役期间构件的寿命预测都有着极其重要的意义。对于锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结性能研究主要采用试验的方式,如梁式试验、中心拉拔试验及偏心拉拔试验等,通过相关的试验手段,对锈蚀钢筋混凝土构件的粘结特性(主要包括粘结强度、粘结刚度、粘结滑移量和粘结力的分布)等进行了探究,并分析了影响锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能的因素,主要包括箍筋、混凝土特性、钢筋特性、裂缝宽度、电加速腐蚀电流密度、腐蚀形态等,并在相关试验数据的基础上建立了钢筋混凝土的粘结滑移本构关系及锈蚀率与粘结强度的关系模型。国内外仅对锈蚀作用(不考虑外荷载作用)下的钢混构件的粘结性能开展了较为系统的研究,并取得了一定的成果。研究表明,在锈蚀率较低时钢筋混凝土构件的粘结性能有所提高,但是随着锈蚀率的继续增大,粘结强度会迅速衰减。实际工程中的钢混结构,如高铁轨道梁(杂散电流与高铁荷载)、跨海大桥(环境腐蚀与车载)等,不仅受到腐蚀的威胁,还受到外载荷等其他因素的影响。但目前对腐蚀因素与外荷载(如疲劳荷载等)作用下钢混构件的粘结性能的研究相对较少。外载荷势必会对钢混构件的粘结性能造成影响,加速粘结强度的衰减,但由于影响粘结性能的因素较多、试验操作困难等,仍然需要对钢混构件的粘结性能进行深入的研究,以推动混凝土耐久性的进一步发展。本文总结了国内外研究锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能的试验方法,从锈蚀粘结特性、粘结滑移本构关系、腐蚀疲劳作用下的粘结性能等方面综述了国内外关于锈蚀钢筋混凝土构件的最新研究成果,分析了现阶段研究中的不足之处,以期为锈蚀钢筋混凝土粘结性能的未来研究提供参考。     

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究EI北大核心CSCD

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括:局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种:撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。     

浅谈钢筋混凝土结构在地震力作用下的倒塌破坏

概述钢筋混凝土结构在地震力作用下的倒塌破坏研究理论体系,着重介绍结构分析模型、单元构件模型、构件的恢复力模型、粘结滑移问题、P-△效应、结构倒塌的判断准则,为钢筋混凝土结构倒塌破坏研究提供理论依据.     

The lateral load-deformation response of RC walls with a consideration of the height–length ratio

Reinforced concrete (RC) walls play an important role in resisting earthquakes, so understanding the lateral load-deformation response of an RC wall subjected to an axial load, shear, and moment is essential to nonlinear structural analysis. In this study, the moment-bending deformation response of an RC wall under an axial load and moment is obtained from moment–curvature analysis using the wall’s proper plastic hinge length. Furthermore, modified compression-field theory, adjusted according to the height–length ratio of the wall, is used to calculate the shear–shear deformation response of the wall under an axial load and shear. By integrating the moment-bending deformation and the shear–shear deformation responses, the lateral load-deformation response of the RC wall under axial load–moment–shear interaction can be reasonably determined. To confirm the reliability of the proposed method, experimental results for 67 RC walls are compared with analysis results from the proposed method. The statistical results show that the proposed method accurately predicts the lateral ultimate load but somewhat underestimates the lateral ultimate deformation. Finally, this paper gives an example using an equivalent column to simulate an RC wall using SAP2000 pushover analysis.     

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括:局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种:撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。     

纤维网格高延性混凝土加固RC柱抗剪性能试验研究

箍筋配置不当、剪跨比较小和轴压比较大的钢筋混凝土(RC)框架柱在地震作用下通常发生脆性剪切破坏。为提高框架柱的抗剪性能,提出采用碳纤维(CFRP)网格和高延性混凝土(HDC)复合加固RC柱。设计了6个RC柱试件,通过低周反复荷载试验,研究加固方式、纤维网格层数和轴压比对加固柱破坏形态、受剪承载力、延性及耗能能力的影响。结果表明：采用HDC和CFRP网格复合加固,可显著提高柱的抗剪承载力,明显改善其延性、变形性能和耗能能力;提高加固层的网格层数,对抗剪承载力影响较小,但加固柱的延性和变形能力得到较大改善;轴压比增大,复合柱的抗剪承载力稍有提高,但试件的延性、变形能力和耗能能力均降低;增加网格层数对高轴压比加固柱的增强效果和对低轴压比柱基本一致。最后基于桁架-拱模型,提出加固柱的抗剪承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。     

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。     

地震动持时对考虑梁柱节点区不同破坏模式RC框架的地震易损性影响

地震动持时对非弹性结构的累积损伤和破坏有较大影响,但目前抗震分析设计中对地震动持时的规定是不明确的。从美国太平洋地震工程研究中心地震动数据库中选择具有不同持时和加速度峰值的60条地震动记录（PEER）中选取具有不同持时和加速度峰值的60条地震动记录,并划分为长、短持时两组各30条。利用OpenSees分析软件建立了一钢筋混凝土框架-填充墙结构教学楼的三维空间模型。分别以梁柱节点区不考虑非弹性变形、梁柱节点区考虑钢筋黏结滑移、梁柱节点区考虑钢筋黏结滑移和剪切变形三种工况来依次模拟节点区的破坏模式。以此60条地震动记录为输入进行结构的地震易损性分析,得到在五种损伤水平下,对应于不同工况两组持时记录的结构地震易损性曲线,进而评估地震动持时对考虑节点区不同破坏模式结构抗震性能的影响。分析结果表明,相对于短持时地震动记录,长持时地震动记录使结构在相应损伤水平和工况下的超越概率明显提高;同一损伤水平下,按照梁柱节点区不考虑非弹性变形,考虑钢筋黏结滑移,同时考虑钢筋黏结滑移和剪切变形的顺序,长、短持时地震动记录作用下其超越概率均显著提高,且长持时地震动记录对节点区考虑钢筋黏结滑移和剪切变形结构的影响更为明显。     

A study of reinforced concrete bridge columns retrofitted by steel jackets

Abstract

In this paper, theoretical and experimental results of two as‐built circular reinforced concrete (RC) bridge columns and two columns retrofitted with steel jackets are presented. A constitutive model for concrete confined by a steel jacket is proposed. The proposed model is implemented into a sectional analysis to predict the lateral load‐deformation relationship of retrofitted columns. 2/5 scaled RC bridge columns are designed based on the standard details of the existing bridge columns mostly built in late 1980s and early 1990s, in Taiwan (Ministry of Transportation and Communication, 1987; 1995). The columns are expected to have a flexural failure mode during severe ground shaking. Displacement‐controlled cyclic loading tests were conducted to obtain the seismic performance of the columns. The experimental results showed that the bridge column retrofitted with steel jacketing could greatly improve seismic performance measured based by the strength and ductility. The analytical results showed that the proposed constitutive model, implementing sectional analysis, could well capture the lateral force‐displacement relationship of the bridge columns retrofitted with steel jackets.     

A numerical study of the behaviour and failure modes of axially compressed steel columns subjected to transverse impact

In this study a numerical simulation of the behaviour and failure modes of axially compressed steel column subjected to transverse impact by a rigid mass at different impact speeds and locations is presented. Firstly, the capability of the present numerical model to trace the response and to predict different failure modes of transversely impacted beams and columns with and without axial compressive force has been validated. These failure modes include plastic global failure, tensile tearing failure and transverse shear failure. The validation was performed by comparing simulation results in term of the contact force, deformation shape, failure mode and the maximum transverse displacement with available published experimental test results by others. The progressive damage and failure model available in ABAQUS/Explicit has been utilized in the present numerical models to account for material shear and tensile tearing failure under impact. Comparisons between the experimental and simulation results confirmed that the numerical models were able to accurately predict the aforementioned failure modes. Thereafter, a parametric study has been conducted to investigate the effects of several parameters on the response of axially loaded steel column, based on the results of which simplifying assumptions on column behaviour under impact can be made to develop appropriate design calculation methods for steel columns under such loading conditions.     

钢筋混凝土长柱快速轴心受压试验与模拟研究

为了研究钢筋混凝土长柱在快速轴心受压加载下应变率和惯性效应对其性能的影响,开展了钢筋混凝土长柱快速轴心受压加载试验和动力有限元模拟研究。设计了两组共6根构件,长细比分别为12和22,快速加载试验中实测混凝土材料应变率达到10-3/s数量级。试验结果表明,与准静载相比,快速轴心受压下构件承载力及对应的轴向变形均有不同程度的提高,并且动力增大系数随长细比增大而增大。将CEB-FIB模式规范的混凝土材料动态应力-应变关系引入混凝土塑性损伤模型,在ABAQUS中建立了钢筋混凝土长柱快速轴心受压下力学性能分析的显式动力有限元模型,数值模拟结果与试验结果吻合良好。最后,运用所建立的有限元模型分析快速加载下构件承载力动力效应的形成机制。分析结果表明,构件长细比较小时其惯性效应可以忽略,动力增大系数可以主要由应变率效应来描述,随长细比增大,惯性效应对动力增大系数的贡献越来越明显,而应变率效应仍不可忽略。     

水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究

为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了"回型"水平双向反复荷载作用下的拟静力试验,并基于有限元数值分析方法,研究了该类加载制度下RC矩形空心桥墩的水平力-位移滞回曲线,及双向弯曲作用下RC矩形空心截面的弯矩-曲率。分析探讨了轴压比、壁厚、双轴弯曲强度比参数影响下RC矩形空心桥墩的滞回特性、破坏特征和截面受力性能模拟结果,提出了"回型"水平双向加载下RC矩形空心桥墩的滞回曲线模型,该模型考虑了水平双向加载对构件强度、刚度和位移的耦合效应。应用该模型得到的RC矩形空心桥墩的水平力-位移骨架曲线和滞回曲线的计算值与试验结果吻合较好。