型钢混凝土短柱受剪承载力计算模型研究

型钢混凝土（steel reinforced concrete,SRC）结构因承载力高、刚度大、耐火及耐久性能好等优点在高层及超高层建筑中被广泛使用,其中SRC柱作为主要竖向承重及抗侧力构件,其在地震作用下承载能力直接影响整体结构在地震作用下的响应。目前,对于SRC短柱受剪承载力计算方法有待深入研究,而各国规范或规程中使用的基于强度叠加法的半经验-半理论计算公式缺乏明确的力学模型作为支撑。为此,利用SRC短柱中钢筋混凝土（reinforced concrete,RC）部分与型钢及其内部混凝土部分的剪切变形相互关系,确定了RC部分与型钢及内部混凝土组合体到达其受剪承载力的先后顺序,并以此提出了基于强度叠加法的SRC短柱受剪承载力计算模型,并将该模型及现行规范的计算结果与文献记载的66个发生剪切破坏的SRC短柱的试验结果进行了对比。结果表明：模型可准确预测文献记载的66个发生剪切破坏的SRC短柱的受剪承载力;模型中对RC部分与型钢及其内部混凝土部分剪切变形的考量可准确定义SRC短柱在峰值荷载时的剪力分配机制,在实际工程设计时可依此判断SRC短柱中RC部分与型钢及其内部混凝土部分的承载力利用率,使SRC短柱的受剪承载力最大化。     

型钢混凝土异形柱受剪机理及承载力计算

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱的抗震性能,对17个型钢混凝土异形柱试件采用"建研式"加载装置进行低周反复荷载试验,观察了不同配钢形式的SRC异形柱的受力过程和破坏形态。试验表明SRC异形柱的破坏形态有剪切斜压破坏、剪切粘结破坏、剪弯破坏和弯曲破坏;分析了SRC异形柱的破坏机理和特点,给出了荷载-位移滞回曲线和荷载-应变滞回曲线;分别推导了各种配钢形式的SRC异形柱在正向荷载(沿工程轴)以及斜向荷载作用下发生剪切斜压破坏和剪切粘结破坏时的受剪承载力计算公式,计算结果与试验实测值吻合较好。理论分析和试验结果表明:异形柱中的翼缘对构件的抗剪强度有提高作用,提高的程度与荷载作用方向和柱的肢长肢厚比有关,但在肢长肢厚比一定的前提下与肢厚的改变无关。T、L形截面柱的斜向抗剪强度大于正向加载抗剪强度,而十字形截面柱的斜向抗剪强度小于正向加载抗剪强度。     

型钢混凝土柱基于受剪行为解耦的承载力计算方法研究

在各国现行规范中,强度叠加法广泛应用于型钢混凝土柱的受剪承载力计算,即型钢混凝土柱的受剪承载力单纯等同于型钢腹板受剪承载力与钢筋混凝土部分受剪承载力之和,不考虑二者间的相互作用。但因型钢与钢筋混凝土部分材料属性与截面面积差异巨大,导致两部分的受剪承载力无法同时达到峰值,致使传统强度叠合法偏于不安全。为解决上述问题,在传统桁架-拱模型和现行规范计算方法中引入了变形协调条件,以此确定了型钢与钢筋混凝土部分在受剪全过程中的承载力分配准则,并基于41个型钢混凝土柱的试验结果验证了所提方法的有效性。计算结果表明,提出的计算模型可准确预测型钢混凝土柱的受剪承载力。此外,在不考虑分项系数与强度折减系数的前提下,我国规范JGJ 138—2016、澳大利亚/新西兰规范AS/NZS2327:2017均过度低估了型钢混凝土柱的受剪承载力,而美国规范ANSI/AISC 360-16、欧洲规范BS EN1994-1-1:2004、我国规范YB 9082—2006均高估了部分试件的受剪承载力,且部分承载力高估程度超40%。     

基于改进修正压力场理论的超高性能混凝土梁受剪承载力分析

为研究超高性能混凝土(UHPC)梁的受剪性能,考虑剪跨比、纵筋配筋率、配箍率和钢纤维体积掺量等影响因素,设计制作了7根UHPC梁,进行受剪性能试验,得到其受剪承载力试验值;采用理论分析方法,得到UHPC梁纵筋销栓力计算模型;以修正压力场理论(MCFT)为基础,考虑纵筋的销栓作用,提出改进的MCFT计算模型。根据试验结果及搜集到的16根UHPC梁受剪性能试验数据,采用改进的MCFT计算模型计算UHPC梁的受剪承载力,计算结果表明:按该计算模型所得的受剪承载力计算值与试验值吻合较好,且变异系数小。     

型钢混凝土T形柱受剪性能及承载力计算

为了研究型钢混凝土(SRC)T形柱斜截面抗剪承载性能,设计了4个试件进行静力单调加载试验,考虑了剪跨比、轴压比、配钢形式、翼缘尺寸4个变化参数,通过试验观察了试件的受力全过程和破坏形态。根据实测数据,给出了混凝土应变沿截面高度的分布情况以及荷载-应变、荷载-挠度等重要关系曲线;并分析了各变化参数对抗剪承载力的影响,提出了承载力计算公式。研究结果表明:型钢混凝土T形柱受力过程中截面应变基本符合平截面假定;剪跨比、轴压比、配钢形式、翼缘尺寸等参数对其抗剪强度有显著影响;基于叠加法的抗剪强度计算公式可用于其斜截面极限承载力计算。     

基于修正压力场理论的钢纤维自密实混凝土梁受剪性能研究

为研究不同钢纤维掺量和配箍率对自密实钢筋混凝土梁受剪性能的影响,制作16个钢纤维自密实混凝土梁试件,对其进行了四点弯曲试验。根据试验得到荷载-位移曲线和破坏形态,对试件受剪承载力及纤维混凝土构件在剪切变形过程中能量吸收能力、峰值后继续承受荷载的能力、等效受剪强度进行了分析。结果表明：钢纤维的加入可以明显提高混凝土梁的受剪承载力与等效受剪强度。基于修正压力场理论提出了钢纤维混凝土梁的受剪承载力计算式,采用该式对试件的受剪承载力进行预测,并与Rilem TC 162-TDF以及 CECS 38:2004建议的纤维混凝土受剪承载力公式进行了对比。计算结果表明,该式计算的受剪承载力与试验结果比值的变异性较小,能较准确地预测纤维混凝土梁的受剪承载力,可用于纤维混凝土梁的受剪分析与设计。     

型钢混凝土构件受剪承载力计算公式的比较

根据国内已有的试验资料 ,对《钢骨混凝土结构设计规程》(YB90 82— 97)和《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ1 3 8— 2 0 0 1 )规定的关于型钢混凝土梁、柱及节点的受剪承载力计算公式进行比较分析 ,得出的结论是 :规程 (JGJ1 3 8— 2 0 0 1 )的公式计算型钢混凝土梁、柱的受剪承载力相对安全 ;规程 (YB90 82— 97)的公式计算型钢混凝土节点的受剪承载力适用性较好     

基于修正压力场理论的超高性能混凝土梁抗剪承载力计算方法

为研究超高性能混凝土梁的抗剪性能,基于修正压力场理论(MCFT),叠加弯矩效应并对该部分的超高性能混凝土(UHPC)的本构关系进行修正,同时考虑了UHPC开裂后的抗拉强度对抗剪的贡献,建立了预应力UHPC梁在弯剪复合作用下的截面分析模型并编制了计算程序。为验证该模型的正确性,以剪跨比为主要因素,设计3片预应力UHPC梁的抗剪试验,获得了梁的破坏形态、裂缝分布特征及承载能力大小等试验结果;并结合其他文献试验结果用此模型进行对比,结果吻合较好,且变异系数小。结合MCFT模型和大量已有文献的试验结果,综合考虑了剪跨比、配箍率、预应力以及UHPC强度等因素的影响提出了UHPC梁的抗剪计算式,计算值与试验值吻合良好。     

型钢高性能混凝土剪力墙受剪承载力试验研究

为了研究型钢高性能混凝土剪力墙受剪性能,进行了3片剪力墙试件水平加载试验,试件均发生剪切破坏,对影响其破坏形态、承载力及延性的主要因素进行了分析。根据试验结果,在我国现行《型钢混凝土组合结构技术规程》的型钢混凝土剪力墙受剪承载力计算公式基础上,提出型钢高性能混凝土剪力墙受剪承载力计算公式,通过计算结果与试验实测结果的对比,提出的公式能较好地反映试验结果,且计算结果偏于安全。     

钢管混凝土柱受剪承载力试验

为建立钢管混凝土柱的受剪承载力计算式,完成了35根试件的静力加载试验。试件参数包括钢管壁厚、混凝土强度、剪跨比和轴压比。结果表明,剪跨比λ≤0.5施加轴压力的试件为剪切破坏,1.0≥λ>0.5施加轴压力的试件为剪弯破坏,λ≥0.5未施加轴压力的试件为弯曲破坏;试件有较大的变形能力;钢管混凝土柱的受剪承载力与轴压比、剪跨比有关。建立了由钢管、混凝土和轴压力三部分贡献组成的钢管混凝土柱受剪承载力计算公式,计算值与试验值符合较好,且偏于安全。     

基于修正压力场理论的有腹筋钢筋混凝土受弯构件受剪计算

修正压力场理论认为有腹筋构件的受剪承载力由沿裂缝面传递的剪应力和穿过裂缝面的箍筋提供,忽略了受压区承担的剪力,受剪承载力计算结果偏小.基于修正压力场理论,根据钢筋混凝土受弯构件的剪切破坏机理,考虑上部受压区混凝土和下部受拉区骨料咬合力及箍筋共同提供受剪承载力,提出截面受剪承载力计算方法.与所收集的国内外有腹筋梁的275...     

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。     

基于MCFT理论的RC框架节点受剪性能研究

根据10个梁高不等的钢筋混凝土框架中节点试件在低周反复荷载作用下的试验结果,重点分析该类框架节点的破坏过程和破坏特点。在试验研究的基础上,建立框架节点等效核心区在剪、压复合作用下的计算模型,应用改进斜压场理论(MCFT)对等效核心区进行受力分析,并通过国内外83个无扭矩作用框架节点试件(包括常规中节点、边节点、变梁中节点等)峰值剪应力的试验结果与该模型计算得到的理论结果进行对比,二者吻合良好。     

基于MCFT理论的钢筋钢纤维混凝土梁柱节点受剪性能计算方法

在分析钢筋钢纤维混凝土梁柱节点破坏特征及受剪机理的基础上,将裂缝处乱向分布钢纤维的作用等效为钢纤维有效拉应力。基于修正压力场理论(MCFT),建立了钢筋钢纤维混凝土梁柱节点受剪性能的计算模型,分析了钢纤维体积率和节点核心区水平配箍率对受剪承载力的影响。结果表明,随钢纤维体积率和水平配箍率的增加,节点受剪承载力均有提高,但钢纤维体积率的影响较水平配箍率小。最后,提出了与普通钢筋混凝土梁柱节点受剪承载力计算公式相衔接的钢筋钢纤维混凝土梁柱节点受剪承载力简化计算公式。     

锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力分析模型

锈蚀钢筋混凝土梁的传统抗剪承载力模型大多属于经验模型,考虑的影响因素不全面且缺乏严密的理论推导,导致计算精度有限。基于修正压力场理论,建立了可以综合考虑钢筋锈蚀对临界斜裂缝倾角、梁有效抗剪截面积、配筋率、配箍率等关键因素影响的锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力模型,通过与85组试验数据和现有模型的对比分析,验证了模型的适用性和计算精度。结果表明,该模型具有严密的理论基础,考虑的影响因素全面,计算精度较高、离散性较小。     

钢管钢纤维高强混凝土短柱轴心受压试验研究

对7根圆钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根圆钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,研究钢纤维掺量、含钢率和混凝土强度等级对钢管钢纤维高强混凝土短柱受力性能的影响。研究结果表明：随着钢纤维体积掺量的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的延性逐渐增大,承载力略有提高;随着含钢率的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力和延性均增大;随着混凝土强度等级的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力增大,延性逐渐降低;掺入钢纤维对钢管高强混凝土短柱的破坏模式几乎没有影响。最后给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱承载力计算式。     

Study on axial compression performance of high strength H-section steel reinforced concrete composite columns

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性，对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验，研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比，承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%；高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力；当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时，其对承载力影响不明显；提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得，各国规范的计算值均偏于保守，JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应，对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正，修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型，考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好，误差在5%以内。     

高强H形钢混凝土组合柱轴压性能研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性,对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验,研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比,承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%;高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力;当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时,其对承载力影响不明显;提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得,各国规范的计算值均偏于保守,JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应,对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正,修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型,考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好,误差在5%以内。     

型钢超高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢超高强混凝土柱的抗震性能,开展了27根型钢超高强混凝土柱试件的低周反复加载试验。试件设计参数为剪跨比、轴压力水平、配箍、型钢和栓钉配置情况。针对不同设计参数的试件的破坏特征、滞回曲线、水平承载力、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化等进行了分析,得到了各设计参数的影响规律。试验结果表明：型钢超高强混凝土柱的滞回曲线饱满且较稳定;剪跨比较大、轴压比较低、箍筋有效约束指标较大、配置H型或十字型钢的试件具有更好的抗震性能;型钢在箍筋约束效果较好时,能更充分地发挥提高柱抗震性能的作用;通过配置高强度八边形复合箍筋,能有效避免型钢超高强混凝土短柱发生脆性剪切破坏,使得其最终破坏形态为弯曲破坏,从而改善其抗震性能;配置栓钉能提高柱的抗震性能,且当柱的变形能力较强时效果更明显;试验轴压比为0.38或0.45的试件仍具有较强的耗能能力和变形能力,即型钢超高强混凝土柱具有较好的抗震性能。