混凝土与混凝土结构尺寸效应述评(Ⅱ):构件层次

近年来,大型钢筋混凝土工程结构迅猛发展,结构尺寸、跨度及高度的增大及结构形式的多样化使得构件的承载力越来越大、受力体系越来越复杂。钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为对混凝土结构(尤其是大型混凝土工程结构)的安全性设计提出了新的挑战。文章从物理试验和数值模拟角度出发,简要回顾了钢筋混凝土构件(包括梁、柱及梁-柱节点)的破坏机制及其名义抗剪/抗弯强度、压缩强度及屈曲强度尺寸效应方面的研究进展,进而对一些需要加强和深入的研究方向进行了阐述。总体来说,后续应着力于开展大尺寸钢筋混凝土构件的破坏性试验研究,并深度结合数值模拟手段,研究材料及构件层次尺寸效应的产生机理,建立更为科学、合理、可靠的混凝土尺寸效应理论,最终完善混凝土结构设计方法。     

FRP加固钢筋混凝土结构尺寸效应的研究进展

为提高纤维增强复合材料(FRP)加固大尺寸钢筋混凝土构件设计的合理性,对FRP加固钢筋混凝土构件尺寸效应的研究现状进行了综述和分析,重点介绍了FRP材料、FRP和混凝土之间的粘结强度、FRP加固钢筋混凝土梁和FRP加固钢筋混凝土柱的尺寸效应研究成果;在归纳总结的基础上,对FRP加固钢筋混凝土结构尺寸效应的研究提出了建议...     

钢筋混凝土梁抗弯性能尺寸效应试验研究

现阶段钢筋混凝土结构分析方法与计算理论主要基于小尺寸构件试验结果,对大尺寸构件开展尺寸效应的试验研究还不多,相关理论验证尚不充分。文章针对13个钢筋混凝土梁开展尺寸效应试验研究,详细测试并采集不同加载阶段构件的承载力、挠度、钢筋与混凝土应变等试验数据,最大试验梁截面高度1 000 mm。研究结果表明:随受弯试件截面尺寸增大,受压区混凝土材料的强度和极限变形能力均呈减小趋势,混凝土材料抗压性能尺寸效应反映到正截面承载性能中,对受弯承载力产生负面尺寸效应;而内力臂和钢筋等影响因素对受弯承载力产生显著的正面尺寸效应。随试件尺寸增大,受弯构件强度和延性储备整体呈现增长趋势,从而间接验证了现阶段受弯承载力计算理论的安全性。     

混凝土简支梁抗弯性能尺寸效应试验研究

现阶段规范取值依据主要基于小尺寸构件试验结果,这与工程实际中的大结构存在差异。针对13个钢筋混凝土梁开展尺寸效应试验研究,详细测试并采集不同加载阶段构件的承载力、挠度、钢筋及混凝土应变等试验数据。试验分析表明,受弯构件正截面抗弯性能尺寸效应主要表现在钢筋屈服阶段和混凝土压碎阶段。混凝土材料抗压特性尺寸效应在钢筋屈服阶段有所反映,但负面影响不显著,从而验证了承载力计算理论的安全性。此外,对构件变形分析时,宜考虑多种因素对变形成分的影响;塑性铰区域非弹性相对转角存在显著尺寸效应,宜根据评价目标的不同,分别按极限承载状态和实测最大承载状态进行分析。     

钢筋混凝土柱轴心受压性能尺寸效应的大比尺试验研究

现行混凝土结构设计方法是基于小尺寸构件的试验研究建立起来的,但混凝土结构存在尺寸效应现象,由此导致其对于大尺寸构件设计的科学性与合理性有待进一步研究。使用北京工业大学结构试验中心的40000kN多功能压力机,进行钢筋混凝土柱轴心受压性能尺寸效应的大比尺试验研究。按照相似关系设计3组正方形截面钢筋混凝土柱试件,其几何尺寸分别为:200mm×200mm×900mm、400mm×400mm×1800mm、600mm×600mm×2700mm。在试验基础上,对比分析各试件的破坏特征、极限承载力、应力-应变曲线。结果表明,在一定的尺寸范围内,随着钢筋混凝土柱几何尺寸的增加,其按现行规范计算公式所得承载力值更接近相应的试验实测值,即承载力计算公式的可靠性降低;钢筋混凝土柱轴心受压的峰值应变随其几何尺寸增大而减小。     

截面尺寸对钢筋混凝土轴心受压构件耐火极限的影响

尺寸效应对混凝土构件力学性能有着明显的影响,曾一度是混凝土材料构件研究领域的热点,但尺寸效应对混凝土构件抗火性能影响的研究鲜见文献报导。试验室通常进行的火灾试验是缩尺试验,但因尺寸效应的影响,试验结果不能简单推及和运用于实际工程构件抗火性能的评估。本文利用经过验证的数值分析模型研究了截面尺寸对钢筋混凝土轴心受压构件耐火极限的影响,给出了参照试件受火时间与高温时承载力的关系图,建立了耐火极限与截面尺寸的函数关系,并用实例验证该函数关系的有效性。同时本文也提出了"等效受火时间"的概念,给出截面分层的方法和确定该时间的截面温度分布条件。     

大尺寸钢筋高强混凝土柱的轴心受压性能

钢筋混凝土构件存在尺寸效应现象,为了解大尺寸钢筋高强混凝土柱的轴心受压性能及其尺寸效应规律,使用40 000kN多功能压力机进行不同几何尺寸和不同配箍率的钢筋高强混凝土柱轴心受压性能试验。在试验基础上,对比分析了不同几何尺寸、不同配箍率的各试件破坏特征、极限承载力和变形。结果表明,大尺寸钢筋高强混凝土柱轴心受压承载力具有一定的尺寸效应,变形能力尺寸效应明显,配箍率对其承载力及变形能力存在不同程度的影响。     

混凝土与混凝土结构尺寸效应述评(Ⅰ):材料层次

尺寸效应,是指随着结构尺寸的增大,以强度为代表的力学性能指标不再为常数。目前,混凝土结构尺寸效应问题主要归结于两个层面:混凝土材料层次尺寸效应及钢筋混凝土构件层次尺寸效应。主要从材料层次出发,对目前使用较为广泛的几类混凝土尺寸效应理论进行评述,进而阐述了国内外研究者在混凝土材料尺寸效应方面的试验及模拟工作,最后对其目前存在的一些问题及未来发展的一些方向作探讨。总的来说,在断裂力学尺寸效应理论框架的基础上,结合材料强度随机性以及裂缝分形特性等因素,建立适用于全尺寸的混凝土全局尺寸效应律是后续研究的重点,进而,结合开展更大尺寸范围混凝土材料尺寸效应试验及数值研究成果,对混凝土尺寸效应新理论进行验证与扩展。     

钢筋混凝土梁的弯曲性能尺寸效应试验研究

进行了抗压强度为 46.5~50.6 MPa,截面高度为250~1000 mm的钢筋混凝土试件弯曲性能试验。与相同尺寸和配筋的高强混凝土试件（fcu = 72.1~72.4 MPa）的试验结果进行了对比分析,从受弯承载力和变形能力两个方面研究了钢筋混凝土试件的受弯性能尺寸效应。研究表明,截面尺寸的变化对钢筋混凝土构件的名义开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩没有明显影响,对位移延性和塑性铰区塑性转动能力有显著影响,试件的位移延性系数和塑性铰转动能力随截面高度的减小而减小,并且普通混凝土试件和高强混凝土试件的尺寸效应规律基本相同,与混凝土强度无关。试验结果表明,不同混凝土强度和截面高度试件的塑性铰区长度均为1倍截面有效高度。     

无腹筋钢筋混凝土受弯构件基于修正压力场理论的受剪计算

为解释无腹筋钢筋混凝土受弯构件的受剪破坏机理,并反映尺寸效应对无腹筋受弯构件受剪强度的影响,在修正压力场理论基础上,对钢筋混凝土构件受剪破坏做了进一步研究,提出沿受弯构件斜裂缝表面平均剪应力的计算公式,并考虑混凝土构件的尺寸效应提出抗剪强度简化计算公式。与国内外无腹筋梁的512个试验结果比较表明,采用提出的斜裂缝表面平均剪应力公式按修正压力场理论计算的受剪承载力及按文中简化公式计算的受剪承载力与试验结果比值的变异性很小,可用于无腹筋钢筋混凝土梁的受剪分析和设计。