500 MPa级钢筋自密实混凝土偏压短柱受力性能试验及有限元模拟分析

通过对7根500 MPa级钢筋自密实混凝土短柱试件的偏心受压试验,研究了试件的受力特征以及高强钢筋与自密实混凝土之间的协同工作性能。试验结果表明,500 MPa级钢筋在柱中与自密实混凝土协同工作性能良好,试件在偏心受压全过程中基本符合平截面假定。采用ABAQUS软件,建立500 MPa级钢筋自密实混凝土偏压短柱的有限元模型,利用试验实测结果验证模型的适用性与可靠度,并分析自密实混凝土强度、初始荷载偏心距和纵筋配筋率对偏心受压短柱力学性能的影响规律。试验实测值与有限元模拟分析结果表明,500MPa级钢筋自密实混凝土偏压短柱正截面受压承载力可采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）中的相关公式计算;为保证一定的安全储备,建议500 MPa级钢筋的设计强度取值为f_sd=f_sd'=420 MPa,材料分项系数取值为γ_s=1.2。     

高延性混凝土偏心受压柱正截面受力性能试验研究

为研究高延性混凝土（HDC）偏心受压柱的受力性能,进行了6个HDC试件和2个RC试件的偏心受压试验,研究HDC偏压柱的破坏形态、承载力及变形能力。试验结果表明:采用HDC替换混凝土可明显改善小偏心受压柱的脆性破坏,提高构件发生小偏心受压破坏的变形能力;相对于RC大偏心受压柱,HDC大偏心受压柱表现出较好的裂缝控制能力,破坏时受拉区裂缝均匀而细密;随着偏心距增大,HDC偏压构件的承载力降低,变形能力提高。正截面受力分析表明:HDC偏心受压构件的相对界限受压区高度均大于RC构件,更有利于高强钢筋的力学性能发挥;考虑HDC受拉作用的偏心受压构件正截面承载力计算结果与试验值吻合良好。该文研究结果可为HDC偏心受压构件截面设计提供试验依据和理论基础。     

加大截面法加固偏心受压柱的承载力试验研究

本文通过１８根采用加大截面法加固的钢筋混凝土偏心受压柱二次受力的试验研究，分析了应力水平指标等因素对加固构件性能的影响，并根据试验和分析计算的结果，对现行加固规范提出了修改建议。     

PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的偏心受压性能

通过24根聚氯乙烯-碳纤维增强树脂(PVC-CFRP)管钢筋混凝土柱的偏心受压试验,分析了CFRP条带环箍间距和偏心距对PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的破坏形态、承载力、应变及荷载-位移关系的影响。试验结果表明:小偏压试件发生混凝土和PVC管的压碎破坏,大偏压试件发生钢筋受拉屈服和PVC管的拉断破坏。随着偏心距和CFRP条带环箍间距的增加,与PVC管钢筋混凝土柱相比,PVC-CFRP管钢筋混凝土试件的承载力逐渐减小,小偏压试件延性系数有不同程度的提高,大偏压试件延性系数基本保持不变。纵向钢筋和混凝土应变发展基本一致,截面受压侧CFRP条带的应变较小,试件截面的应变基本符合平截面假定。试件的荷载-挠度关系和弯矩-曲率关系分为两阶段,CFRP条带环箍间距和偏心距对第一阶段基本没有影响,第二阶段为直线强化段,随着偏心距和CFRP条带环箍间距的增加,强化段的斜率逐渐减小。     

T形截面双向偏心受压柱的稳定性研究

本文通过对Ｔ形截面偏心受压构件的计算机分析，研究了长细比，偏心距对构件极限承载力及破坏形态的影响，探讨了荷载角与Ｔ形截面偏压柱受力及破坏形态的关系，同时针对理论分析时砼受压应力－应变曲线中极限压变值对Ｔ形截面偏压构件受力性能的影响进行了探索，本文研究结果对异形截面柱框架结构的设计具有一定的参考价值。     

钢筋混凝土柱偏心受压力学性能的细观数值研究

钢筋混凝土构件的宏观力学性能由其组分-钢筋和混凝土两部分的力学性能决定。结合混凝土细观结构形式,认为混凝土是由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的复合材料,假定钢筋与混凝土之间完好粘结,基于钢筋混凝土柱偏心受压试验,建立了钢筋混凝土柱偏心受压加载下力学特性及破坏行为研究的细观尺度力学分析模型。通过对混凝土方形和矩形试件进行受压力学特性模拟,采用反演法确定了界面的力学参数,进而模拟了钢筋混凝土柱偏心受压加载下的宏观力学性能。结果表明,相比于宏观尺度模型,细观数值分析模型能够充分体现材料的非均质性,能够较好的模拟试件的宏观力学性能,并且能够细致的描述裂缝发展及试件破坏过程,与试验结果吻合良好。该文建立的细观尺度分析模型与方法,为钢筋混凝土构件层次宏观力学非线性及其尺寸效应研究提供了理论支持。     

钢筋混凝土偏心受压柱优化设计

提出了钢筋混凝土矩形截面柱的离散变量优化设计方法；目标函数为柱的造价；约束条件为规范对大小偏心受压构件的正、斜截面强度及构造要求：设计变量为柱的横截面尺寸，钢筋根数、直径，箍筋直径、间距等。算例表明，优化方案的造价是最低的。     

CFRP复合材料加固钢筋混凝土柱偏心受压性能尺寸效应的试验

碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料是一种具有轻质、高强和抗腐蚀等优点的新型高性能材料,为了研究尺寸效应对CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱偏心受压性能的影响,本文进行了相关的试验研究。试验共制作了15根尺寸成比例的钢筋混凝土柱试件,试验考虑了构件尺寸、偏心距和CFRP复合材料布加固层数三种因素的影响。试验结果表明:CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱的破坏形态、相对挠度、CFRP复合材料布峰值应变、钢筋峰值应变都存在明显的尺寸效应; CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱的极限荷载随偏心距的增大而减少,尺寸越大,减小趋势越平缓;在相同偏心距下,随着CFRP复合材料布加固钢筋混凝土柱试件截面尺寸的增加,安全储备系数逐渐减小。      

460MPa高强钢箱形截面轴压柱局部稳定有限元分析和设计方法研究

为研究460MPa高强度钢材等边箱形截面轴心受压柱的局部稳定受力性能和设计方法, 该文采用有限元软件ANSYS建立有限元模型, 考虑残余应力和局部初始几何缺陷的影响, 对3组共10个460MPa等边箱形截面轴心受压短柱的局部屈曲进行了有限元分析, 并将极限承载力计算值与试验实测值进行对比, 结果证明该模型能够准确分析计算460MPa高强度钢材等边箱形截面轴心受压柱的局部屈曲受力性能。利用该模型进行有限元参数分析, 与钢板的宽厚比相比, 钢板厚度、钢板长宽比、残余压应力值和局部初始几何缺陷幅值等因素对局部屈曲受力性能的影响都很小。将试验实测值和参数分析的结果与中国、美国和欧洲钢结构设计规范中箱形截面局部稳定设计曲线进行对比, 表明现行规范的设计方法不够安全。该文提出的建议设计公式适用于460MPa高强度钢材等边箱形截面轴心受压柱局部屈曲极限应力的设计计算。     

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。     

The resistance of compressed spun concrete members reinforced by high-strength steel bars

The expediency of using precast spun concrete columns and other members of annular cross sections reinforced by high-strength steel bars is discussed. Test material properties and production, curing and testing procedures, response factors and ultimate compressive stresses of plain and reinforced spun concrete specimens are presented. The strength and strain features of compressed tubular reinforced concrete members are considered. Modeling of a bearing capacity of eccentrically loaded members of annular cross sections is based on the concepts of bending with an concentrical force and compression with a bending moment. The comparison of modeling and test data of concentrically and eccentrically loaded members is analysed.     

钢筋混凝土轴心受压柱的抗火设计方法研究

该文以四面受火钢筋混凝土轴心受压柱为研究对象,在利用自编钢筋混凝土温度场有限元分析程序进行大量数值分析计算的基础上,通过引入材料平均强度折减系数的概念,建立了截面材料性能随受火时间变化的规律,从而提出了一种类似常温下钢筋混凝土轴心受压柱设计计算的抗火设计新方法,并编制了相应的分析程序。这种设计方法不直接依赖于具体的温度场分析,仅取决于受火时间的长短,为设计人员的抗火设计工作提供了很大便利。最后,利用大量试验数据与该文提出的方法进行了对比研究。结果表明:该文提出的钢筋混凝土轴心受压柱抗火设计方法是安全而有效的。     

负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱受力性能研究

该文以试验研究、有限元模拟以及理论分析相结合的方法研究了负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的受力性能以及承载力计算方法。通过试验与有限元模拟分析,研究了轴心受压钢结构构件负载下外包钢筋混凝土加固后的性能,以及初始负载大小、混凝土强度和型钢强度对加固试件极限承载力的影响。研究表明,外包钢筋混凝土可以显著提高原钢构件的承载能力和刚度;加固后试件的极限承载力随着初始负载的增大而降低;随着型钢强度的提高而增大;混凝土强度是影响加固后试件极限承载力的最主要因素,加固后试件的极限承载力随着混凝土强度的提高而明显增大。根据分析试验数据和有限元分析结果,得到了混凝土强度对加固后试件极限承载力影响的量化结果。同时,通过分析加固时和破坏时构件各部分的应力应变状态,推导出负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合良好。     

Effects of steel fiber addition on the behaviour of biaxially loaded high strength concrete columns

This paper presents the effects of various amounts of steel fibers on the behaviour of eccentrically loaded high strength reinforced concrete columns. A total of 14 both short and slender square section steel fiber and plain high strength reinforced concrete column specimens were constructed and tested to investigate the addition of steel fibers on load–deflection behaviour, ultimate strength capacity, ductility and confinement. The complete nonlinear experimental stress–strain relationships of steel fiber and plain high strength concrete were obtained for different concrete strengths. In the study, a theoretical procedure considering the nonlinear behaviour of the materials is proposed for ultimate strength analysis and load–deflection behaviour of eccentrically loaded columns including slenderness effect. The complete experimental and theoretical biaxial load–deflection curves of the column specimens have been obtained and reported in the paper. The column specimens and some steel fiber columns available in the literature have been analysed for the ultimate strength capacities. Good agreement has been achieved between the analysis and the test results.     

CFRP-钢管砼轴压短柱受力性能分析

以试验为基础,对CFRP-钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行了分析。首先按不同阶段分析了该类构件的作用机理,然后给出了混凝土、钢管以及CFRP筒的应力途径。以此为依据,确定了该类构件典型的应力-应变曲线,并将其划分为若干阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段以及下降段;与钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线相比,CFRP钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线的最大特点是在达到极限承载力之后,都要经历一个下降段。探讨了该类构件承载力的简化计算方法,并建议采用极限平衡法求解。     

细长偏心受压钢筋混凝土杆件的强度失效及稳定失效极限承载力分析

在研究了细长偏心受压钢筋混凝土杆件强度失效及稳定失效规律的基础上,明确了钢筋混凝土偏心压杆在考虑二阶效应和不考虑二阶效应时的非线性强度失效特征及设计准则;并通过非线性有限元模拟分析,给出了细长钢筋混凝土压杆的极限承载力表达式以及由此确定的双控设计法。     

负载条件下CFRP加固轴心受压钢管短柱受力性能研究

该文以试验、有限元与理论相结合的方法研究CFRP(碳纤维)布加固轴心受压钢管短柱构件;以不同负载百分比、不同CFRP粘贴方式为对比参数,研究了加固后构件的受力性能。主要讨论了对于不同负载程度、CFRP粘贴方式对加固后构件极限承载力和破坏形态的影响。通过试验与有限元数值模拟及参数分析,得到随着负载百分比的增大,加固后构件极限承载力呈下降趋势,在极限状态下,构件的破坏形态主要为端部局部屈曲破坏;在构件端部粘贴CFRP的加固效果优于中部加固效果;随着CFRP加固层数的增大,构件极限承载力随之增大,但增大百分比在达到一定程度后呈现下降趋势;随着构件厚度的增大,负载百分比和CFRP层数对构件承载力的影响呈下降的趋势,通过理论与试验和有限元结果的对比分析,得出采用该文所推导的理论可以用于负载条件下加固构件的承载力计算。     

FRP筋/珊瑚混凝土柱轴心受压承载力

对8根塑料纤维增强树脂复合材料(FRP)筋/珊瑚混凝土轴心受压柱和1根钢筋/珊瑚混凝土轴心受压柱进行了承载能力试验,试验参数包括配筋率、箍筋间距、长细比和筋材种类。结果表明:相同配筋率下,FRP筋/珊瑚混凝土柱和钢筋/珊瑚混凝土柱的破坏机制不同,但受力性能良好;相同构件尺寸下,增大纵筋直径导致纵筋与混凝土保护层的黏结性能降低;减小箍筋间距有利于提高构件的延性;长细比越大的构件承载力越低。然后,基于筋材压缩性能试验的数据分析及参考文献的对比探讨,建议碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋名义屈服强度取值为0.34f_y(f_y为筋材的极限抗压强度),对应的理论值与试验结果相近,从而提出适用于CFRP筋/珊瑚混凝土柱的理论计算,为工程实践提供参考依据。      

钢筋混凝土偏压构件考虑徐变的非线性分析

本文对长期荷载作用下钢筋混凝土偏心受压柱的内力和变形进行了试验和理论研究。在试验的基础上,提出了混凝上非线性徐变模式。采用增量法和迭代法,通过计算机分析了受长期荷载作用下钢筋混凝土偏压柱的内力和变形的变化全过程。计算中考虑了材料的非线性、细长构件的二次弯矩作用以及变形和内力的重分布。试验和理论计算的结果符合较好。