考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴压本构模型

已有箍筋约束混凝土轴压本构关系模型大多未考虑尺寸效应的影响,或通过采用强度折减系数法来粗糙反映尺寸的影响。为研究大尺寸箍筋约束混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应规律,根据已有箍筋约束混凝土圆柱和方柱轴压破坏试验结果,分析了体积配箍率、箍筋形式(方箍及圆箍)及试件尺寸对箍筋约束混凝土应力应变曲线的影响。考虑体积配箍率及箍筋形式的影响,建立了箍筋约束混凝土峰值应变尺寸效应公式,并结合前期箍筋约束混凝土名义轴压强度(峰值应力)尺寸效应公式,提出了可考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴向压缩全应力应变关系模型。与试验及模拟结果进行对比发现,建立的可考虑强度和峰值应变尺寸效应的本构关系与已有试验结果吻合较好,模型计算曲线与试验曲线接近。     

基于损伤塑性模型的箍筋约束混凝土有限元建模探讨

ABAUQS软件内嵌的损伤塑性模型已较多地被应用于混凝土结构有限元分析,但采用其对箍筋约束混凝土进行模拟的研究很少。研究了混凝土单轴受压应力-应变关系对损伤塑性模型模拟箍筋约束混凝土力学性能的影响。通过在损伤塑性模型中引入三种不同的混凝土单轴受压应力-应变关系曲线定义其受压行为,建立箍筋约束混凝土柱的三维非线性有限元模型。有限元分析结果与试验结果对比分析表明,在损伤塑性模型中采用合适的单轴受压应力-应变关系对模拟结果的准确度非常重要,并且应用本文建议的单轴受压应力-应变关系曲线对约束混凝土进行模拟具有较好效果。     

冻融环境下约束混凝土应力-应变全曲线试验研究

为研究冻融环境下箍筋约束混凝土应力-应变关系,按照GBJ82-85规定的快速冻融试验方法,对2批共54个尺寸为150 mm×150 mm×450 mm、配箍特征值分别为0.317和0.145的混凝土棱柱体试件进行冻融循环;对其中46个试件进行轴心抗压破坏试验,得到试验应力-应变全过程曲线.试验发现:随着冻融次数的增加,约束混凝土的受压应力-应变全曲线渐趋扁平,峰值应力呈线性降低,峰值应变增加.冻融循环次数相同时,混凝土强度高的试件,其峰值应力降低的程度和峰值应变增大的程度小于混凝土强度低的试件.另外,在混凝土强度较低的情况下,冻融将导致钢筋与混凝土之间的黏结界面发生损伤,使得箍筋约束效应减弱.通过回归试验结果,提出试验受冻融循环作用箍筋约束混凝土的应力-应变全曲线方程及确定其参数的公式,该公式可用于寒冷地区受冻融作用的钢筋混凝土结构构件的非线性分析.     

箍筋约束高强混凝土受压应力-应变本构关系

收集了国内外44根不同边长的方形截面箍筋约束高强混凝土柱轴心受压试验的试验结果,试件混凝土强度C50~C110,配箍特征值λ为0.01~0.27。根据对样本实测结果的分析与拟合,提出了箍筋约束高强混凝土峰值应力f_cc和应变ε_cc与配箍特征值λ的计算式,建议了箍筋约束高强混凝土受压应力-应变全曲线模型（ZSA模型）。完成了3根无混凝土保护层、边长为470 mm的箍筋约束高强混凝土柱的受压试验。实测混凝土立方体抗压强度为68 MPa,得到了试件的轴力-压应变曲线。通过对试件试验结果的分析与模拟,证明建议的ZSA模型的预测结果与试验结果相近。通过对已有其他典型试件的数值模拟分析,证明提出的ZSA模型预测的峰值应力f_cc、峰值应变ε_cc和下降段应变ε_0.85与试件试验结果相近,曲线下降段比Légeron模型下降段平缓。建议模型形式简单,可供箍筋约束高强混凝土柱的相关分析参考。     

箍筋约束再生混凝土力学行为分析

通过箍筋约束再生混凝土方形截面短柱动态力学性能试验,获取动态单调荷载下约束再生混凝土单轴受压应力-应变关系全曲线;不同箍筋约束和应变率下,约束再生混凝土应力-应变关系曲线的上升段基本一致,而下降段差异较为明显,随着体积配箍率的提高,下降段曲线明显随之趋于平缓,随着应变率的提高,下降段曲线随之变陡。在外荷载作用下,当箍筋约束再生混凝土达到峰值应力时,箍筋应力仍低于屈服强度;再生混凝土通过箍筋约束后,很大程度上解决了再生混凝土延性比普通混凝土延性较低的问题。随着箍筋约束效应或应变率的增加,受压峰值应力均随之增加。根据应力-应变曲线特征点参数变化规律,初步提出约束再生混凝土受压峰值应力动态约束因子模型。随着体积配箍率的提高或箍筋间距的减小,箍筋约束效应对动态约束因子的贡献均随之增加。     

箍筋约束混凝土轴心受压性能尺寸效应研究

采用高宽比为3∶1的棱柱体试件,进行了不同截面尺寸箍筋约束混凝土试件的轴心受压试验。试件分为4组,每组3个相同试件,各组试件截面边长分别为108 mm、200mm、250 mm、370 mm。为保证各组试件具有相同的混凝土约束效率,采用相同的箍筋形式,箍筋直径和间距等参数也与截面尺寸保持相同比例,以研究试件截面尺寸对箍筋约束混凝土试件的轴心抗压强度、峰值应变、延性的影响。结果表明：各组试件的裂缝开展和破坏形态基本一致,荷载-轴向应变曲线的下降段随试件截面尺寸的增大而变陡;各组试件约束混凝土的轴心抗压强度基本相同,尺寸效应不明显;峰值应变随试件截面尺寸的增大而明显降低,截面尺寸为370 mm试件的峰值应变为108 mm试件的49%,表现出明显的尺寸效应。     

箍筋约束再生混凝土受压应力-应变本构关系模型

为获得箍筋约束再生混凝土受压应力-应变关系曲线,对17个足尺再生混凝土圆形截面柱进行轴心受压试验,再生粗骨料取代率为50%,加载应变率为(10-6~10-4)/s,主要变化参数为纵筋配筋率和箍筋约束水平。结果表明：箍筋约束再生混凝土的初始弹性模量主要与棱柱体抗压强度有关,棱柱体抗压强度越高,初始弹性模量越大;峰值应力在箍筋侧向约束下显著增大,提高幅度为侧向压应力的4.17~8.77倍,当箍筋提供的侧向压应力较小时,峰值应力增大程度较大,当箍筋提供的侧向压应力较大时,峰值应力增大程度较小;峰值应变随配箍水平增大呈增大趋势。基于试验数据,提出了箍筋约束再生混凝土受压本构关系模型,上升段与Mander模型一致,下降段中引入曲线形状参数,以调整曲线陡峭程度,结果表明,所提出的约束本构关系模型与试验曲线吻合良好,可较好地反映再生混凝土下降段较为陡峭的特点。     

箍筋约束轻骨料混凝土轴心受压应力-应变曲线研究

为研究轻骨料混凝土轴心受压应力-应变曲线,考虑箍筋约束效率的影响,以有效侧向约束应力与非约束轻骨料混凝土强度之比为参数,建立了适用于轻骨料混凝土的峰值应力、峰值应变和下降段代表点计算模型,给出了轴心受压应力-应变曲线峰值点时箍筋实际应力计算方法;根据箍筋约束轻骨料混凝土应力-应变曲线的特点,基于箍筋强度和混凝土强度,通...     

高强箍筋约束高强混凝土本构模型研究

通过31根高强箍筋约束高强混凝土棱柱体试件的轴心受压试验,对约束高强混凝土的应力-应变本构关系进行了研究。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,具有较高的箍筋侧向约束力,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;对于高强箍筋约束高强混凝土试件,当其达到峰值强度时,高强箍筋不一定屈服,即取箍筋屈服强度计算有可能高估约束混凝土峰值强度的提高程度。在试验的基础上,提出一种计算约束混凝土达到峰值强度时相应高强箍筋应力大小的迭代方法;通过对试验结果的回归分析,得到高强箍筋约束高强混凝土峰值强度、峰值应变及极限应变的计算公式;提出一种适合于高强箍筋约束高强混凝土轴心受压的应力-应变关系本构模型,并结合试验结果与国内外几种典型本构模型进行对比,结果表明该模型与试验曲线吻合较好。     

高强箍筋约束混凝土实用本构关系模型

在轴心受压试验数据的基础上,分析了约束混凝土体积配箍率、箍筋屈服强度和素混凝土抗压强度对箍筋约束混凝土受压性能的影响,探讨了直接应用配箍特征值建立箍筋约束混凝土本构关系存在的问题,建立了箍筋约束混凝土峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式.归纳分析了以往典型箍筋约束混凝土本构关系模型的合理性和缺陷,提出了简化的箍筋约束混凝土本构关系模型,并和高强箍筋约束混凝土试验应力应变曲线进行对比.对比结果表明,所建立的本构关系模型能较好拟合高强箍筋约束混凝土试验应力应变曲线.     

复合加固木柱轴压特性试验研究

为了探究内嵌钢筋外包碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布复合加固不同截面木柱的加固效果,完成了54根加固木柱的轴心受压试验.考虑内嵌钢筋的数量和CFRP布的布置形式等试验影响因素的变化,分析了不同截面加固木柱的工作性能.试验结果表明:圆形加固木柱与方形加固木柱的破坏过程基...     

动态单调荷载下约束再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线方程

在MTS 815力学试验上,完成了81个箍筋约束再生混凝土短柱动态力学试验,分析约束再生混凝土在不同变率下的破坏特征。基于获得的应力-应变试验曲线,研究应变率效应、箍筋约束效应和再生粗骨料取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响。根据应变率效应对约束再生混凝土力学和变形性能的影响规律,初步提出约束再生混凝土性能指标动态放大系数（DIF）模型。分析箍筋形式、箍筋间距、箍筋屈服强度和配箍率等因素对约束再生混凝土短柱力学行为的影响,初步提出约束再生混凝土性能指标约束放大系数（CIF）模型。分析表明,箍筋约束效应对再生混凝土的力学和变形性能有重要的影响,在很大程度上改善了再生混凝土的延性。研究再生粗骨料取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响规律,提出取代率影响因子（RIF）模型。基于约束再生混凝土短柱动态试验数据分析,提出考虑应变率效应、箍筋约束效应和再生粗骨料取代率影响的约束再生混凝土应力-应变分析模型,定义受压应力-应变全曲线特征点参数,确定约束再生混凝土受压应力-应变全曲线方程。研究表明,应力-应变计算曲线和试验曲线吻合较好,验证了分析模型的合理性,为再生混凝土结构动力非线性分析和抗震优化设计提供研究基础。     

碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压性能研究

对碳纤维布约束的混凝土柱(从方形截面逐步过渡至圆形截面)进行了轴压性能试验。试验研究了碳纤维布约束混凝土柱的破坏形态及轴压应力与轴向、横向应变之间的变化曲线,确定了碳纤维布的有效应变系数。探讨了FRP材料约束混凝土矩形柱的侧向约束机理;提出了新的有效约束面积模型及侧向约束压力计算公式。基于现有试验研究成果,建立了碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压强度与峰值应变计算模型。针对碳纤维布充足约束混凝土矩形柱的应力-应变反应,提出了双线性理论模型,理论计算曲线与试验曲线基本吻合。     

PVC-CFRP管钢筋混凝土轴压短柱试验研究

通过10根PVC-CFRP管钢筋混凝土短柱轴压试验,分析CFRP条带环箍间距和轴向配筋等因素对PVC-CFRP管钢筋混凝土短柱承载力、变形以及破坏形态的影响。试验研究表明：与无筋试件相比,配筋率为1.8%的配筋试件的承载力和轴向极限压应变分别提高约24%和16%;随着CFRP条带环箍间距的增大,配筋试件的承载力和轴向极限压应变逐渐减小;配筋试件破坏时,试件中部多条CFRP条带拉断并伴随纵向钢筋压屈。PVC-CFRP管钢筋混凝土的应力-应变关系曲线可以分为三段：第一段的应力-应变关系曲线为抛物线;第二段为曲线过渡段;第三段为强化段,配筋试件的应力和应变一直处于递增状态,与无筋试件相比,配筋试件强化段斜率较大。根据静力平衡条件和极限平衡条件,推导出PVC-FRP管混凝土柱承载力的计算式,计算结果与试验值吻合较好。     

预应力碳纤维布加固混凝土方形截面短柱轴心受压试验

为了研究预应力碳纤维(CFRP)布加固混凝土方形截面短柱轴心受压力学性能,根据配筋率的不同设计了3组共计12根混凝土方形截面短柱,每组包括3根预应力CFRP布加固的混凝土柱和1根普通混凝土柱。通过静载试验获得了各试件受压极限承载力、位移和预应力CFRP布应力增量等试验数据,得到了荷载作用下试件变形曲线及破坏形态,分析了预应力CFRP布应力水平和纵筋配筋率对混凝土方形截面短柱加固后的力学性能的影响。研究结果表明:采用预应力CFRP布约束混凝土柱一方面能够限制混凝土横向变形,使柱中混凝土从加固时刻起即受到环向应力,提高了混凝土极限压应变,从而显著提高柱的极限承载力,承载力提高幅度在60%以上;另一方面,由于受压柱的延性与截面配筋率有关,加固柱配筋率较低时,延性较好;反之则延性较差。     

CFRP加固高强混凝土方柱的延性性能试验分析与计算

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固高强混凝土方柱的抗震性能,对13个高强混凝土方柱进行低周反复荷载试验,研究了试件破坏形态、滞回特性、骨架曲线、耗能能力和延性等抗震性能,探讨了轴压比、剪跨比、CFRP加固量对高强混凝土方柱延性性能的影响,给出了计算CFRP布有效约束系数和位移延性系数的公式。结果表明:随着轴压比增大、剪跨比减小,试件耗能能力和延性降低;横向包裹CFRP布可以显著改善高强混凝土方柱耗能能力和延性;与未加固试件相比,横向包裹CFRP布对轴压比较大或剪跨比较小试件的延性提高效果更为显著;随着加固量的增加,试件的耗能能力和延性增大,但增加幅度逐渐降低。     

往复荷载作用下CFRP约束混凝土柱力学性能有限元分析

对碳纤维(CFRP)布约束混凝土方形柱进行水平往复荷载作用下的非线性有限元计算模拟,并采用试验结果进行了有限元计算方法准确性的验证。通过对有限元计算结果中碳纤维布、箍筋、混凝土的应力应变的分析,探讨了碳纤维布对RC柱在往复水平荷载作用下的增强机理。研究了纤维布缠绕高度、轴压比和纤维布缠绕层数对RC矩形柱极限承载能力和位移延性的影响,可对具体的FRP工程应用提供参考和依据。     

碳纤维布加固钢筋混凝土柱根部锚固试验研究

以3根碳纤维布加固钢筋混凝土柱根部锚固的破坏性试验为基础,分析了在柱截面尺寸及配筋相同的情况下,碳纤维布加固量、锚固长度、柱根部有无CFRP封闭箍这3个变化参数对加固效果的影响。通过对试验结果的分析,推导出碳纤维布加固钢筋混凝土柱根部(尤其在柱根部有CFRP封闭箍的情况)锚固的承载力计算公式,在公式中引进了锚固端碳纤维布起鼓应力折减系数,并将理论计算结果与试验结果进行了比较。结果表明,采用的计算方法与试验值误差较小,且偏于安全,可供工程加固设计时参考。     

Performance evaluation of intermittently CFRP wrapped square and circularised square reinforced concrete columns under different loading conditions

This paper presents the results of an experimental investigation on square and circularised square reinforced concrete (RC) columns intermittently wrapped with carbon fibre reinforced polymer (CFRP) under different loading conditions. Twelve RC specimens consisting of eight square RC specimens with 150?mm × 150?mm cross-section and 800?mm height and four circularised square RC specimens with 212?mm diameter and 800?mm height were tested under concentric axial load, eccentric axial load and four-point flexural load. The test results showed that intermittent wrapping increased the strength and ductility of square RC specimens. The test results also showed that circularisation combined with intermittent wrapping significantly improved the strength and ductility of square RC specimens. The experimental axial load-bending moment interaction diagram showed that the best performance was achieved by intermittently CFRP wrapped circularised square RC specimens.     

钢筋混凝土方形柱延性性能及轴压比限值研究

根据钢筋混凝土双向压弯柱的受力性能,采用非线性分析方法,对16 539根方形柱截面的延性进行数值分析,研究了荷载角、轴压比及箍筋配置等因素对柱截面延性的影响,得到方形柱截面延性的主要影响因素是箍筋配置和轴压比;分析各影响因素对柱截面延性变化规律。结果表明：随着轴压比的提高,柱截面延性下降;体积配箍率相同时,采用较小的箍筋直径及箍筋间距比采用较大的箍筋直径及箍筋间距的试件延性好;箍筋间距、箍筋直径不同时,只有同时考虑箍筋间距对纵向钢筋的支撑长度,提高体积配箍率,才能有效地提高柱的截面延性。通过对柱截面延性的回归分析得到了与配箍特征值相关的方形柱的轴压比限值。