单轴对称十字型钢混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究单轴对称十字型钢混凝土柱轴压性能,对9根短柱进行轴压试验,试验参数为十字型钢偏心率、混凝土强度、含钢率和配箍率。试验得到试件破坏形态、荷载-变形曲线、应变变化规律,分析了组合柱受力机理及各参数对其轴压性能的影响,基于Mander本构模型,通过划分不同的混凝土约束区,提出该组合柱轴压承载力计算方法。结果表明:试件破坏集中在纵向H型钢偏心方向远侧;型钢、纵筋、箍筋及混凝土协同工作,各种材料强度充分利用;试件轴压承载力和延性随十字型钢偏心率和箍筋间距增大而降低;混凝土强度和含钢率提高,试件轴压承载力提高,但试件延性随混凝土强度提高而显著降低;采用中国JGJ138-2016、欧洲EC4和美国ACI318-14计算的试件轴压承载力均偏低,该文提出的轴压承载力计算方法计算值与试验值吻合良好。     

焊接环式箍筋约束高强混凝土柱抗震性能研究

通过室内模型低周往复加载试验及非线性有限元分析,对焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的抗震性能进行了研究。研究了轴压比、配箍率两个参数对柱抗震性能的影响规律。结果表明:通过ABAQUS软件对焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的有限元分析结果与试验结果符合较好;随着轴压比的提高,柱的水平承载力变大,延性和耗能能力变差,骨架曲线的强度下降段较陡;随着体积配箍率的增大,柱的承载力、延性和耗能能力均有所提升。通过回归分析,得出适用于焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的抗剪承载力的公式,可供设计参考。     

钢管混凝土组合柱轴心受压承载力计算方法

简要介绍了钢管混凝土组合柱轴心受压承载力已有的主要计算方法。在提出组合柱轴压承载力极限状态及组合柱轴压峰值应变的基础上,建立了组合柱轴压承载力计算公式。采用该文公式计算了34个组合柱试件的轴压承载力,计算值与试验值符合良好。为使轴心受压组合柱的峰值应变大于管外箍筋约束混凝土的轴压峰值应变、小于钢管混凝土的轴压峰值应变,提出了钢管混凝土截面面积在组合柱总面积中所占比例的上限值建议。     

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。      

抗震设计中钢筋混凝土柱矩形约束箍筋

本文通过20根配有矩形约束箍筋的钢筋混凝土柱,在单向一次荷载和循环反复荷载下的试验,研究了轴压比和配箍率对柱延性的影响;用有限元法对钢筋混凝土压弯构件进行了荷载一位移曲线的全过程分析。文中通过对试验和计算结果的分析,给出了柱塑性铰区域内矩形约束箍筋数量的计算公式。     

高强箍筋高强混凝土柱约束箍筋用量研究

为研究高强箍筋约束高强混凝土柱塑性铰区配箍要求,统计了国内外进行的98个矩形截面和11个圆形截面高强箍筋高强钢筋混凝土柱拟静力试验数据。分析了影响高强箍筋高强混凝土柱延性抗震能力的主要因素为配箍特征值、轴压比、纵筋配筋、混凝土保护层厚度等。在此基础上,通过回归分析分别以2%和3%极限位移角为延性目标,建议了具有85%保证率的高强箍筋高强混凝土柱塑性铰区约束箍筋用量计算公式及配箍构造措施,适用于混凝土轴心抗压强度在40MPa―110MPa之间,箍筋屈服强度在400MPa―800MPa之间,试验轴压比在0―0.6之间的高强箍筋高强混凝土柱。     

箍筋约束混凝土圆柱轴压破坏尺寸效应行为

开展了12组不同尺寸几何相似的箍筋约束混凝土圆柱轴心受压破坏试验,试验的工况参数为:配箍率为1.26%和2.89%;圆柱尺寸（直径）相似比为1∶1.5∶2.25,圆柱最大直径为576 mm;圆柱长细比为3。根据试验结果探讨了箍筋约束作用混凝土圆柱破坏模式及轴压强度尺寸效应的影响规律。基于Bažant尺寸效应律思想,提出了能反映尺寸影响的箍筋约束混凝土圆柱轴压承载力计算理论,与试验结果的良好吻合证明了修正承载力计算理论的合理性。最后,建立了钢筋混凝土柱破坏行为及尺寸效应模拟的3D细观尺度数值分析方法,在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,扩展模拟了更大尺寸圆柱的破坏行为。     

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。     

预铸复合螺箍SRC柱之轴压行为研究

开展了一系列大尺寸钢骨钢筋混凝土矩形柱的轴压试验,旨在探讨新型的复合螺旋箍筋或“尹氏螺箍”在矩形SRC柱之使用效益。由于“尹氏螺箍”采用自动化加工制造,可大幅降低箍筋绑扎之人力及缩短工期,极具经济效益,很适合用于预铸工法。依据力学原理探讨SRC柱箍筋用量的合理性,研究参数包括箍筋的型式、间距及钢骨之型式、SRC柱之轴压强度与韧性。由于SRC柱内部的钢骨亦能够围束混凝土,有助于降低SRC柱箍筋之需求量,达到更经济的设计结果;且螺旋箍筋对混凝土的围束效果比传统水平闭合箍筋更好,可提升柱之强度与抗震能力。试验结果显示,配置新型五螺箍之SRC柱可以发展出良好的强度与韧性,且具备良好的经济效益。研究并建立了一组适合这种新型SRC柱之围束箍筋设计方法,以提供学术界与工程界参考。     

箍筋约束超高性能混凝土短柱轴压承载力试验研究

通过对10组配置菱形、十字形复合箍筋的超高性能混凝土(UHPC)短柱和1组未配置钢筋的UHPC短柱进行轴压承载力试验,研究了其破坏过程和破坏形态,分析了箍筋间距、纤维掺量和箍筋形式对其轴向应变-轴向荷载曲线和应力-应变曲线的影响。结果表明,箍筋形式的闭合环数和纤维掺量对UHPC短柱的变形能力有一定程度的改善作用。箍筋间距和纤维掺量对试件轴压承载力及相应轴向峰值应变有显著的影响,箍筋间距对轴向峰值应变的影响更大。相同箍筋间距的菱形复合箍筋(DC)较十字形复合箍筋(CC)试件的峰值荷载有所提高。随着箍筋间距的减小,各试件归一化应力-应变曲线上升段斜率增大,但其下降段却表现出更大差异。纤维掺量和箍筋类形对UHPC试件的应力-应变归一化曲线影响较小。考虑箍筋约束效应及纤维约束效应,建立了复合箍筋约束UHPC短柱轴心受压承载力计算公式;计算结果与试验结果比较,吻合较好。     

高强箍筋高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高强箍筋高强混凝土柱的抗震性能,首先进行了6根配置高强箍筋的高强混凝土柱和3个普通强度混凝土柱(作为对比)抗震拟静力试验,并对其破坏形态、滞回曲线、延性及耗能指标以及抗剪强度等进行了对比分析。结果表明:高强混凝土试件与普通混凝土试件破坏过程相似,均呈弯剪破坏形态,采用高强混凝土可有效降低试件轴压比,对其延性和耗能能力有利。将国内外进行的高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力试验结果与美国ACI318规范、我国混凝土结构设计规范(GB50010-2002)的抗剪公式进行了对比,认为ACI规范及我国规范在计算高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力时均有不安全因素,宜在设计时注意。采用Mander建议的约束混凝土本构关系和纤维单元程序USC_RC仍可以对高强箍筋高强混凝土柱的受弯承载力进行较为准确的模拟分析。     

配有方形螺旋箍筋箍筋受力性能分析

根据柱配有方形螺旋箍筋单元框架的试验结果,对比分析了单与复合方形螺旋箍筋的受力性能,发现在轴压及水平荷载作用下,复合方形螺旋箍筋能普通绑扎箍筋拉直、松扣,纵筋呈灯笼状破环境象,对柱端核心砼具有良好的约束效果,显著改善高轴压比下柱的后期抗震性能。     

核心约束空腹式型钢混凝土柱恢复力模型研究

为了研究核心约束空腹式型钢混凝土(LSRCC)柱的恢复力模型,通过8个LSRCC柱试件的低周反复加载试验,获取了骨架曲线和滞回曲线,分析了其滞回特性;基于骨架曲线和滞回曲线特征,在弹塑性刚度、软化刚度和卸载刚度等模型特征参数的计算中,量化了型钢与螺旋箍筋的约束效应,建立了考虑型钢与螺旋箍筋复合约束作用的骨架曲线模型和恢复力模型。结果表明:核心约束空腹式型钢混凝土柱的滞回特性主要受轴压比、截面类型、螺旋箍筋配箍率和型钢间接配钢率的影响;所建议的三折线型骨架曲线模型与实测骨架曲线吻合较好,所建议的定点指向型恢复力模型与滞回曲线也较好的吻合,并且能反映不同轴压比和复合约束效应对滞回特性的影响,可为该结构的弹塑性地震反应分析提供参考。     

螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能及承载力计算

为研究复合约束效应对螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能的影响,设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的偏心受压试验,观察了试件的破坏过程及模式,获取了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,对比分析了各变化参数对试件偏压性能指标的影响,并讨论了复合约束下2类组合柱的刚度退化规律。结果表明：组合柱偏压破坏模式分为大、小偏压破坏;内置螺旋筋可显著提升钢-混凝土柱的偏压承载力和变形性能,抗弯刚度也有所改善,但过密布置螺旋筋将导致组合柱的承载力和抗弯刚度提升程度下降;增大螺旋筋径宽比和角钢/钢管纵向配钢率能显著增大组合柱的承载力和抗弯刚度,但纵向配钢率对变形性能的影响远小于螺旋筋配箍率;螺旋筋间距减小及径宽比增大可减缓组合柱的刚度退化速率;此外,复合约束效应对角钢混凝土柱偏压性能的改善显著优于钢管混凝土柱;基于压溃理论推导的组合柱偏压承载力解析公式的计算结果与试验结果吻合较好。     

网格箍筋约束混凝土柱轴压受力性能试验研究

为研究使用网格箍筋强度不同、素混凝土轴心抗压强度不同的约束混凝土的轴压受力性能,完成了39个网格箍筋约束混凝土方柱的轴心受压试验。混凝土设计强度等级为C20、C30、C40、C50,箍筋分别选用HRB335、HRB400、HRB500、HRB600钢筋,体积配箍率范围为1.0%～2.2%。试验结果表明：约束混凝土压应力达到峰值时,受压试件的约束箍筋屈服;随着配箍特征值增大,网格箍筋约束混凝土峰值压应力和峰值压应变提高幅度增大,受压应力-应变曲线下降段变缓。根据试验结果,通过回归分析获得了网格箍筋约束混凝土峰值压应力、峰值压应变的计算公式;建立了相应的轴心受压应力-应变模型,与几种具有代表性的箍筋约束混凝土应力-应变模型的对比表明,建立的模型与试验结果吻合较好;提出了约束混凝土极限压应变计算方法。     

箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验研究

完成了12根不同配箍形式和体积配箍率的箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验,系统地研究了构件的破坏过程与破坏形态、应力-应变曲线及箍筋应变等;重点分析了不同配箍率和配箍形式对构件承载力和延性的影响;建立了适用于该类轴压柱峰值应力（f'_cc）和相应峰值应变（ε_cc）的计算模型,并引入Richart、Mander、Razvi和Saatcioglu、Khaloo和El-Dash等经典模型对比分析建议模型的准确性。研究表明:峰值荷载过后,约束柱保护层整体被切掉后剥落,内部骨料和骨料与砂浆界面均出现少许裂缝,与普通混凝土构件存在显著差异,但应力-应变曲线发展规律与普通混凝土类似;最终破坏以箍筋屈服、相邻箍筋间核心区混凝土压碎破坏为标志,表面形成“H”形或45°斜向破坏面;同时,增大体积配箍率和改善箍筋形式分别能够提高核心区混凝土的侧向约束力和增大约束面积,“井”字形复合配箍可满足承载力和延性需求;结合配箍特征值（λ_t）和配箍形式影响参数（k）建立模型的计算结果与试验值吻合良好,能够准确、合理地预测该类构件的峰值应力和相应峰值应变。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压本构关系研究

约束混凝土是克服高强混凝土脆性的重要措施,采用高强箍筋约束能够有效的改善受压构件的力学性能。同时,约束混凝土的本构关系是结构非线性分析的基础,本构关系的选取对计算结果的合理性有显著影响。该文基于多组高强箍筋约束高强混凝土轴压试验数据,提出了改进的约束混凝土本构模型,分析了高强箍筋应力的发挥水平,给出了约束混凝土峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式。计算结果表明建议的本构模型与试验曲线符合较好。该模型可用于高强箍筋约束混凝土构件的非线性分析。     

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。     

内配圆钢管的钢骨混凝土核心柱承载性能参数分析

采用非线性有限单元法,考虑钢管对核心混凝土和箍筋对外围混凝土的约束作用,计算了内配圆钢管的钢骨混凝土核心轴压柱完整的荷载-应变曲线,详细分析了纵筋配筋率、箍筋配箍率、混凝土强度和钢骨配骨率等参数对轴压极限承载力和延性的影响,提出了使核心柱达到最佳承载和变形能力的参数范围,可直接应用于工程设计。最后根据所提出的合理参数范围推导了计算内配钢管壁厚的简化公式,从而使内配圆钢管的截面得以优化。工程实例计算表明简化公式具有良好的适用性。     

矩形截面框架柱斜向受剪承载力计算模型

为避免矩形截面框架柱在斜向水平地震作用下发生脆性破坏,通过试验研究14根框架柱在斜向水平荷载作用下的受力性能和破坏机理。以桁架-拱模型为基础建立计算矩形截面框架柱斜向受剪承载力的空间桁架-拱模型,该模型主要考虑了框架柱截面面积、混凝土和箍筋材料强度、配箍率、轴压力以及混凝土强度折减系数对其斜向受剪承载力的影响。最后,利用该文以及其他试验共计30根矩形截面框架柱的斜向受剪承载力试验结果对此空间桁架-拱模型的可行性和适用性进行了验证,试验结果与计算值的对比表明利用该模型可以安全计算矩形截面框架柱斜向受剪承载力。