钢管混凝土粘结-滑移性能试验研究及数值分析

在对三组9根不同的长细比、不同径厚比和不同含钢率的钢管混凝土轴压短柱推出试验研究的基础上,建立了钢管混凝土轴压短柱的非线性有限元分析模型并进行了数值分析。研究了钢管应力、钢管与混凝土的粘结应力和相对滑移沿钢管长度方向的变化规律。数值分析结果与试验结果吻合较好。该文试验及数值分析结果为进一步建立钢管混凝土粘结滑移本构关系提供了参考依据。     

型钢高性能纤维混凝土粘结滑移性能试验研究

为研究型钢与高性能纤维混凝土之间的粘结滑移性能,以高性能纤维混凝土强度、保护层厚度以及型钢锚固长度为变化参数,设计10个型钢高性能纤维混凝土试件,进而对其进行推出试验,观察试件的破坏过程和裂缝发展形态,获取试件的荷载-滑移曲线。基于试验结果,探讨了各设计参数对特征粘结强度的影响规律,并建立了特征粘结强度的计算公式。对有效粘结应力计算公式进行推导,得到有效粘结应力-滑移分布曲线,并对其进行全过程分析。结果表明:适当增加型钢保护层厚度和混凝土强度,能有效提高型钢高性能纤维混凝土的特征粘结强度;特征粘结强度计算值与试验值吻合较好,表明该文提出的计算公式具有较高的精度;有效粘结应力能够反映型钢与高性能纤维混凝土界面间粘结应力的发展变化过程,并得到粘结应力各组份之间的比例关系。研究成果可为型钢高性能纤维混凝土相关计算理论提供试验依据。     

钢管活性粉末混凝土界面粘结强度计算方法研究

为研究钢管活性粉末混凝土（RPC）的粘结滑移机理,对10个钢管约束RPC试件进行单轴推出试验,分析了试件的破坏特征、荷载-滑移曲线和钢管应变,探讨了长径比、径厚比以及RPC强度的影响规律,结果表明：套箍系数较小时,荷载-滑移曲线有明显的下降段,较大时未出现下降;粘结强度总体随径厚比的减小和长径比的增大而提高,RPC强度的影响不明显;当粘结应力达到粘结强度时,钢管的横向变形系数超过泊松比,其约束作用开始发挥。在此基础上,建立了钢管内压力与粘结应力的关系,并通过试验数据回归提出了钢管约束RPC粘结强度计算模型,公式计算与试验结果符合较好。     

混凝土干缩对钢管混凝土粘结强度的影响

在一般的钢混凝土组合结构设计中,一般都不考虑钢管混凝土柱中混凝土与钢管之间的粘结及相互作用,认为混凝土的干缩,会导致钢管与混凝土连接处的开裂,这样就不能充分利用混凝土和钢管之间的协同工作性能,影响了钢管混凝土组合结构作用的发挥。本文将对混凝土干缩的具体情况加以讨论,证明干缩不会影响到钢管混凝土组合结构的共同作用。     

高温后型钢混凝土粘结滑移性能研究

高温后型钢与混凝土之间的粘结滑移对型钢混凝土结构的高温后力学性能具有重要影响,为了研究高温后型钢混凝土的粘结强度与滑移特性,进行18个高温后型钢混凝土短柱推出试验及3个常温下的对比试验。试验结果表明：高温后型钢混凝土短柱试件的荷载-滑移曲线与常温下大体相似,但随着曾经经历最高温度的提高及最高温度持续时间的增大,型钢与混凝土之间的极限粘结强度和残余粘结强度降低,与极限粘结强度相对应的滑移减小,与残余粘结强度相对应的滑移增大。在试验结果基础上,构建了高温后型钢混凝土粘结滑移本构模型,提出了本构模型中极限粘结强度、残余粘结强度及相应滑移的计算方法,计算结果与试验结果总体相符,研究成果为高温后型钢混凝土构件考虑粘结滑移影响的数值模拟分析提供了条件。     

型钢混凝土结构粘结滑移性能试验研究

进行了20榀试件的实腹式型钢混凝土粘结滑移性能的拉拔试验,分析了型钢与混凝土的粘结滑移机理、影响粘结滑移性能的主要因素以及沿锚固长度粘结应力和滑移量的分布规律,建立了型钢混凝土粘结强度和滑移量的计算公式,提出了型钢混凝土局部粘结破坏和整体粘结破坏极限荷载的计算原理与方法,根据混凝土板的冲切破坏理论,提出了确定临界保护层厚度的方法。研究成果为改进型钢混凝土结构的强度、刚度、变形、裂缝宽度计算理论以及进行这种结构的有限元分析提供了试验依据。     

高温后圆钢管高强混凝土界面黏结性能试验研究

为揭示历经高温作用后圆钢管与高强混凝土界面间的黏结滑移性能,设计17个试件进行推出试验,试验考虑了高强混凝土强度等级、历经最高温度和界面黏结长度3个变化参数,通过试验,观察了试件的破坏过程及形态,得到试件加载端及自由端的荷载-滑移曲线,基于试验实测数据深入分析各变化参数对黏结强度、界面耗能及损伤的影响规律,提出了高温后圆钢管高强混凝土界面黏结强度的计算式以及黏结滑移本构方程。结果表明：随历经温度的升高,圆钢管与高强混凝土界面黏结强度呈现先增大后减小的变化规律;随着历经温度的升高,黏结强度随混凝土强度等级的提高而增大的影响程度逐渐减弱;界面黏结损伤随历经温度的升高有所推迟;界面黏结耗能能力随历经温度与混凝土强度等级的提高而下降。     

钢纤维埋深与类型影响钢纤维-UHPC基体界面粘结性能的试验研究

为研究钢纤维-超高性能混凝土(UHPC)基体界面粘结性能的影响因素,进一步阐明不同纤维类型、埋深下双根钢纤维、UHPC基体粘结性能及界面破坏形式,本工作通过双丝拉拔试验对不同埋深的高强钢纤维在UHPC基体中的拔出行为进行研究,以了解纤维的拉拔性能和UHPC的界面粘结性能。纤维拉拔试验以纤维类型及埋深为变量,对两根钢纤维在不同纤维埋深下的评价参数进行了表征和分析,并观察了纤维拔出后的微观形貌和UHPC基体的隧洞形貌。试验结果表明：端钩型纤维的拉拔性能优于直圆型纤维;利用SEM观察到拔出的直圆型纤维表面粘附有絮状或簇状的微小UHPC基体颗粒,并有不同程度的擦伤或长而宽的刮痕,在UHPC基体隧洞中发现了微裂纹,且在纤维拉拔过程中拔出口附近的基体会发生剥落。同时,钢纤维的拉拔性能与纤维埋深有关,但埋深对端钩型纤维影响更大,拉拔荷载峰值达到402.66 MPa,材料的强度利用率为94.9%;纤维的破坏模式也与纤维类型有关,端钩型纤维比直圆型纤维更易发生断裂。本研究可为进一步改善钢纤维增强超高性能混凝土的力学性能提供参考。     

高温后型钢混凝土粘结滑移性能研究EI北大核心CSCD

高温后型钢与混凝土之间的粘结滑移对型钢混凝土结构的高温后力学性能具有重要影响,为了研究高温后型钢混凝土的粘结强度与滑移特性,进行18个高温后型钢混凝土短柱推出试验及3个常温下的对比试验。试验结果表明:高温后型钢混凝土短柱试件的荷载-滑移曲线与常温下大体相似,但随着曾经经历最高温度的提高及最高温度持续时间的增大,型钢与混凝土之间的极限粘结强度和残余粘结强度降低,与极限粘结强度相对应的滑移减小,与残余粘结强度相对应的滑移增大。在试验结果基础上,构建了高温后型钢混凝土粘结滑移本构模型,提出了本构模型中极限粘结强度、残余粘结强度及相应滑移的计算方法,计算结果与试验结果总体相符,研究成果为高温后型钢混凝土构件考虑粘结滑移影响的数值模拟分析提供了条件。     

钢管钢纤维高强混凝土抗冲击压缩性能的试验研究与数值模拟

遮弹层的建成及优化对防护工程的发展尤为重要。钢管钢纤维高强混凝土蜂窝遮弹层是一种具有高强抗力的新型遮弹层,文章对其组成构件钢管钢纤维高强混凝土进行霍普金森压杆(SHPB)动态力学性能试验,并借助动力有限元分析软件LSDYNA进行数值模拟。冲击压缩试验中,试件的钢纤维掺量分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%,钢管壁厚分别为2mm、3mm。结果表明钢管钢纤维高强混凝土具有应变率强化效应,应变率越高,试件的动态抗压强度越大。当气压为1.0 MPa时,壁厚3mm、钢纤维掺量1.5%的试件强度达258.3 MPa。与钢纤维高强混凝土相比,钢管钢纤维高强混凝土的抗冲击压缩性能更好,动态抗压强度最大增幅达35.4%,且具备承受多次冲击压缩作用的能力。数值模拟与试验结果吻合度高,表明数值模拟方法具有可行性。     

玻璃纤维增强树脂复合材料管-钢筋/混凝土空心构件抗弯性能

为研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯性能,编制了受弯构件的非线性分析程序,系统地分析了空心率、配筋率、GFRP管管壁厚度及混凝土强度等级等主要参数对其抗弯性能的影响,并通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立适用于GFRP管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯承载力计算公式。结果表明:利用编制的受弯构件非线性分析程序与建立的抗弯承载力公式,计算结果与试验结果均吻合较好,抗弯承载力随空心率的减小、配筋率的提高、GFRP管管壁厚度的增加及混凝土强度的增大而增加,空心率对构件抗弯承载力影响最大,其次是配筋率和GFRP管管壁厚度,最后是混凝土强度等级,空心部分半径比在0.25~0.5为宜,可以适当提高配筋率、GFRP管管壁厚度或混凝土强度等级来弥补该空心构件抗弯承载力,研究结论可为该结构在实际应用中提供参考依据。      

再生钢纤维增韧超高性能混凝土的力学性能

采用来自于废旧轮胎的两种再生钢纤维制备含粗骨料的超高性能混凝土,并测定其抗压强度、劈裂抗拉强度、断裂能和静弹性模量等力学性能,空白组及普通钢纤维增韧超高性能混凝土作对比性能试验。结果显示,未附着橡胶颗粒的再生钢纤维使超高性能混凝土的抗压强度略微下降,降低幅度为3.91%,其余各类型钢纤维均有利于提高超高性能混凝土的力学性能;而附着橡胶颗粒的再生钢纤维显著提高了超高性能混凝土的断裂能,约为普通钢纤维增韧超高性能混凝土的4倍。此外,再生钢纤维对超高性能混凝土的劈裂抗拉强度和静弹性模量的提高效果均优于普通钢纤维。再生钢纤维,尤其是附着橡胶颗粒的再生钢纤维,可以作为一种增韧材料替代普通钢纤维应用到超高性能混凝土工程结构中。      

方形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土柱抗爆性能数值模拟与实验验证

建立了爆炸荷载作用下方形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土(Ultra-High Performance Steel Fiber Reinforced Concrete Filled Double Skin Steel Tube,UHPSFRCFDST)柱动态响应及其损伤破坏三维有限元数值模型。首先通过模拟结果与爆炸破坏试验结果的对比分析,验证了数值模型和计算方法的有效性。进而运用参数化分析方法,研究了空心率、含钢率、内、外层钢管厚度及其强度等关键参数对UHPSFRCFDST柱抗爆性能的影响。研究结果表明,UHPSFRCFDST柱具有优越的抗爆性能,所建立的三维有限元模型能够有效地分析UHPSFRCFDST柱在爆炸荷载作用下的动态响应及其损伤破坏;在一定范围内减小空心率及提高外层钢管强度可有效提升UHPSFRCFDST柱抗爆性能;提高含钢率、减小内、外层钢管高厚比均能够显著提升UHPSFRCDST柱抗爆性能;内层钢管强度对UHPSFRCFDST柱的抗爆性能影响并不明显。     

圆钢管自应力钢渣增强混凝土柱的受力机制及承载力计算

为研究圆钢管自应力钢渣增强混凝土(钢渣/混凝土@圆钢管)柱的受力机制，设计了8根钢渣/混凝土@圆钢管柱进行轴心受压加载试验，其中短柱试件6个，中长柱试件2个。试验考虑钢渣/混凝土膨胀率、径厚比和长径比共3个变化参数。观察试件的受力破坏全过程，获取应力-应变曲线、峰值应力等重要参数，分析各变化参数对钢渣/混凝土@圆钢管轴压柱受力性能的影响。结果表明:钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱的破坏形态表现为中部鼓曲状剪压破坏，而钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱则呈弯曲屈曲破坏；各试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、缓慢上升段等历程，与普通钢渣/混凝土相比，各试件的峰值应变和峰值应力明显提高，且钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱试件较钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱试件提高更为显著。根据极限平衡条件和全过程分析，提出钢渣/混凝土@圆钢管柱承载力计算公式。在试验研究基础上，建立钢渣/混凝土@圆钢管柱的应力-应变关系模型，理论计算结果与试验实测数据吻合较好。研究成果可为钢渣/混凝土@圆钢管柱的进一步研究和工程应用提供参考。      

Fatigue behaviour of steel fiber reinforced concrete

The results of an experimental investigation on the fatigue characteristics and residual strength of steel fiber reinforced concrete (SFRC) are reported. The testing program included flexural specimens as well as split-cylinders and cubes reinforced with two fiber types at a low volume content. One of the fibers was of the deformed slit-sheet type available at aspect ratios of 45 and 60. It is shown that SFRC has a better fatigue response than plain concrete and that the deformed slit-sheet fiber has an effect almost identical to hooked-end fiber of similar dimensions. There is no increase in residual strength measured by split-tension when specimens are subjected to fatigue stress above the endurance limit. Fatigue characteristics of SFRC from this testing program as well as previous works can be interpreted as a function of the fiber factor (i.e. a parameter accounting for volume fraction, aspect ratio and fiber type) to provide design charts. More experimental work is needed to provide an acceptable database for fatigue design of SFRC.     

Assessment of factors influencing mechanical properties of steel fiber reinforced self-compacting concrete

In the last decade the steel fiber reinforced self-compacting concrete (SFRSCC) has been used in several partially and fully structural applications. This study investigates how the inclusion of steel fibers affects the properties of SFRSCC. For this purpose, an extensive experimental program including different cement contents of 400, 450 and 500 kg/m³, two maximum aggregate sizes of 10 and 20 mm along with steel fiber volume fractions of 0%, 0.38%, 0.64% and 1% was conducted. The water/cement ratio was kept constant at 0.45 for all the mixes studied. Mechanical properties were tested for compressive, splitting tensile and flexural strengths and modulus of elasticity. The results showed that mixture characteristics and volume fraction of steel fibers can significantly affect these major properties. Furthermore, this study represents extensive comparisons using database that have been gathered from a wide variety of international sources reported by many researchers and data obtained experimentally, which came up with about some discrepancies in the results.     

Shear strength of concrete filled glass fiber reinforced gypsum walls

Glass fiber reinforced gypsum (GFRG) walls, known as a green product that helps to save energy and protect the environment, are promising new building materials developed in Australia in the early 1990s. Driven by the wide-spread interest from the construction industry and the research community, substantial research has been carried out in Australia and a few Asian countries such as China, Malaysia and India to investigate its performance, including the structural behavior for building construction. This paper investigates the shear strength of GFRG walls fully or partially filled with concrete in the hollow cores. Eight full scale GFRG walls were tested under cyclic loadings. The shear performance of the tested walls, including the shear failure mode, hysteresis responses, the ultimate shear strength and the axial load effect, were studied in the paper. With the aid of nonlinear finite element analyses, a design procedure for the shear strength of the concrete filled GFRG walls is developed.     

圆钢管玄武岩纤维再生混凝土短柱轴压力学性能

为研究圆钢管玄武岩纤维再生混凝土(BFRRC)短柱的轴压力学性能,以再生粗骨料取代率和玄武岩纤维掺量为变化参数,设计并完成了15根圆钢管BFRRC短柱试件的轴压试验。观察了试件的受力全过程及破坏形态,获取了试件的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线,分析了变化参数对圆钢管BFRRC短柱轴压性能的影响,建立了可行的组合截面应力-应变全过程曲线方程。研究表明:试件均发生鼓曲破坏,但核心混凝土在钢管约束下处于碎而不散状态;随着再生粗骨料取代率的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,耗能因子、延性系数提升幅度最高可达1.84%和10.36%,承载力逐渐降低,降低幅度最大达5.03%;随着玄武岩纤维掺量的增大,试件的耗能性能、延性系数逐渐增大,增加幅度最高可达2.97%和4.93%,承载力提高幅度不大;不同的玄武岩纤维掺量下,试件实测的荷载-位移曲线饱满,且具有较长的变形流幅,延性较好。      

钢管混凝土缺陷对徐变性能的影响

为了研究钢管混凝土缺陷试件的徐变性能，进行了7组徐变试验研究，得到了钢管混凝土缺陷试件补强前后徐变度随持荷时间的变化曲线。研究结果表明:相较于无缺陷钢管混凝土，存在缺陷的钢管混凝土徐变度均有不同程度增大，其中，脱黏缺陷钢管混凝土试件的徐变度增量远大于空洞缺陷试件；脱黏缺陷削弱了钢管与混凝土之间的界面黏结，致使钢管与混凝土的应力重分布作用减弱，协同变形能力下降；空洞缺陷处混凝土由于发生应力集中而加剧了裂缝的产生和扩张，混凝土因此而发生错位滑移，增大了钢管混凝土的附加变形；注浆补强后，钢管混凝土的徐变变形减小，但相较于无缺陷钢管混凝土，缺陷补强钢管混凝土的徐变性能仍存在一定程度的折减。