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。     

箍筋约束混凝土单轴受压塑性损伤本构模型

基于所建立的素混凝土单轴塑性损伤模型,研究箍筋约束作用对混凝土单轴受压作用下损伤行为的影响,引入损伤约束因子来综合体现在约束作用下不同物理量对材料损伤演化规律的影响,将单轴受压混凝土的塑性段分成塑性第一阶段和塑性第二阶段,确定了方形箍筋和圆形箍筋约束下混凝土的损伤演化方程,并给出相应的塑性变形关系的经验公式,建立了箍筋约束混凝土的单轴受压塑性损伤本构模型。通过与单轴荷载作用下约束混凝土的试验结果对比分析,验证了所建模型的有效性,结果表明所建模型能较好反映混凝土材料在约束作用下的本构关系。     

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。      

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压力学性能试验研究

通过31 根高强螺旋箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验,对该类型柱的破坏形态、应力-应变关系曲线等进行了研究,分析了箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式及截面尺寸对其性能的影响。结果表明：采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;体积配箍率对约束混凝土强度和延性提高程度的影响要明显大于箍筋强度,当ρ_v · f_yv相近时,高配箍率低强度箍筋试件的性能要好于低配箍率高强度箍筋试件;约束混凝土达到峰值强度时,高强箍筋并未屈服,其强度的富裕量可保证约束混凝土试件在达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能。在该文试验的基础上,结合国内外试验数据,通过回归分析提出了高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。     

高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土受压本构模型

为将新型复合材料“高强不锈钢绞线网/ECC约束素混凝土”用于实际工程结构,基于高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土(简称HSME约束高强混凝土)复合材料轴心受压试验结果,分析ECC强度、核心混凝土强度以及横向钢绞线体积配网率等对其受压性能的影响规律。试验结果表明：HSME能够有效约束核心混凝土轴心受压,破坏模式具有明显的延性性能,根据试验数据绘出HSME约束高强混凝土复合材料受压应力-应变曲线,可以分为三个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。根据各阶段曲线的数学特征,建立HSME约束高强混凝土复合材料受压本构关系的全过程模型表达式。引入ECC特征值和横向钢绞线特征值,对本构模型的各参数进行分析,提出HSME约束高强混凝土复合材料的开裂压应变、峰值应力、峰值压应变和极限压应变等参数的表达式。将各参数代入所建立的受压本构关系绘出其应力-应变曲线,模型结果与试验所得应力-应变曲线吻合良好,开裂压应变与极限压应变的计算值与试验值对比范围分别为0.949～1.068和0.938～1.039。表明所提出的受压本构模型能够较好地反映HSME约束高强混凝土复合材料的应力-应变关系。     

钢管高强混凝土核心柱轴心受压复合刚度研究

本文在对12根柱试件在弹性阶段的轴压复合刚度的试验研究的基础上,参考大量文献、规程,分别计算核心钢管混凝土和外围钢筋混凝土复合刚度,进行叠加得到钢管高强混凝土核心柱复合刚度,所得结果与试验结果较为～致。     

芳纶纤维布约束混凝土轴心受压性能试验研究

在分析芳纶纤维布（KFF）对混凝土的增强作用机理的基础上,通过C20、C30、C35、C45、C50五个强度等级的普通混凝土φ150mm×300mm的圆柱体试件和用KFF约束混凝土试件的抗压强度对比试验,研究了KFF约束混凝土的轴心受压力学性能,定量地得到了KFF对混凝土试件受压承栽力的加强效果、强度比和混凝土自身强度、KFF粘贴层数的关系。研究结果表明：KFF对混凝土受压承载力的提高效果非常明显,在外粘1层KFF的情况下,KFF和普通混凝土轴心受压强度比在19．0～54．8％范围内,粘贴2、3层KFF和混凝土轴心受压强度比达51．9％、73．5％。KFF的加强效果与混凝土自身的强度、KFF粘贴层数具有良好的相关性,强度比随着混凝土自身强度等级的提高而减小,随着KFF粘贴层数的增加而增大,从而验证了KFF约束加固混凝土的有效性和可行性。     

钢纤维及约束钢筋改善高强混凝土单轴受压延性的试验研究

本文提出了单位体积韧性的定义及韧度比的概念，用韧度比作为混凝土单轴受压的韧性指标，并作了３８组棱柱体单轴受压试验，研究了不同钢纤维体积率，不同配箍率，不同配箍间距，不同配箍形式，不同纵筋配筋率对高强混凝土单轴受压韧性的影响。     

开槽钢管混凝土柱轴心受压试验研究

对１２个钢管混凝土短柱进行了轴心受试验，探讨了开槽长度对钢管混凝土柱承载力的影响，研究解决钢管混凝土柱的开槽方法及梁柱节点的构造等问题。     

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。     

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。     

高强箍筋高强混凝土柱抗震性能试验研究

通过6根复合箍筋约束高强混凝土柱在高轴压力低周往复荷载作用下的加载试验,研究了其破坏过程、破坏形态、滞回特性、延性性能及耗能性能,分析了箍筋的应力水平。高强箍筋试件与普通箍筋试件的对比分析结果表明：提高箍筋强度不能提高试件水平承载力,但可以显著提高其变形能力和耗能能力;试件达到极限位移时,高强箍筋约束核心混凝土未见明显压碎,箍筋未屈服,依然对核心混凝土有较高的约束作用;在同等配箍率下,密配细直径箍筋比疏配粗直径箍筋对提高构件抗震性能更为有效。     

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。     

钢骨约束混凝土的约束机制及其应力-应变模型建立

目前,钢骨混凝土（SRC）柱的试验结果与数值分析结果之间多无法良好吻合;究其原因,在于缺乏对钢骨约束混凝土的约束机制认识及与之相应的钢骨约束混凝土模型的建立。为此,该文在以往钢骨约束混凝土试验基础上,深入研究了带翼缘十字形钢骨对混凝土的约束机制,提出了钢骨对混凝土产生的实际侧向约束应力的简化分布形式,并以此将钢骨约束混凝土划分为钢骨强约束混凝土、钢骨弱约束混凝土和钢骨无约束混凝土。同时,通过计算有效侧向约束应力,确定了各钢骨约束区域可表征钢骨约束作用强弱的混凝土强度提高系数;借鉴经典的Mander模型,通过修正模型关键参数方法以建立各钢骨约束区域混凝土的应力-应变模型。引入该应力-应变模型的有限元分析和试验对比结果表明,该文所提出的钢骨约束混凝土的约束机制和所建立的钢骨约束混凝土应力-应变模型是合理且有效的。     

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。     

圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱轴压试验研究

CFRP材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀和耐久性好等特点,但在新建建筑中应用CFRP管混凝土柱施工复杂,成本高昂,而采用在薄壁钢管外缠绕CFRP布,用钢管作为CFRP布的施工模板,可大大简化施工过程,且能满足对柱子截面形状的要求,应用前景广阔。该文通过对圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压静力性能进行试验研究,对比并建议了圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压承载力计算方法,可供实际工程设计参考。     

L、T形柱轴压比限值研究

对T、L形柱轴压比限值进行了深入的研究,指出T、L形柱轴压比限值与截面尺寸有关;并针对T、L形柱当腹板受压时轴压比限值很低,在实际工程设计中很难实现这一现象,提出了提高轴压比限值的方法,考虑增加腹板端部配筋和箍筋约束混凝土作用的有利影响,对T、L形柱轴压比限值进行了电算分析。得出了以下主要结论:T、L形柱肢长、厚比越大,轴压比限值越低;增加腹板端部配筋对T、L形柱轴压比限值有所改善;考虑箍筋约束混凝土作用对轴压比限值有明显提高。最后给出了考虑肢长、厚比不同的T、L形柱轴压比限值。