单调水平荷载作用下钢筋混凝土柱受弯性能尺寸效应试验研究

为了研究钢筋混凝土柱的受弯性能尺寸效应,对6个钢筋混凝土柱试件进行不同轴压比下的单调水平加载试验。试件的轴压比和截面尺寸不同,剪跨比和配筋率保持一致。分析名义极限弯矩、延性、中和轴高度和塑性铰长度等受弯性能随截面尺寸的变化规律。结果表明：名义极限弯矩、峰值荷载时混凝土压应变、延性、中和轴高度和塑性铰长度都表现出明显的尺寸效应,随截面尺寸的增大而减小;轴压比越高,名义极限弯矩和峰值荷载时混凝土压应变尺寸效应越明显;轴压比较低时,位移延性系数的尺寸效应更明显。在试验基础上,提出考虑截面尺寸影响系数的钢筋混凝土柱受弯承载力计算式,使大小尺寸试件计算结果的安全储备系数趋于一致。     

低周反复荷载作用下钢筋混凝土柱抗震性能尺寸效应试验研究

通过对不同轴压比下截面边长分别为300、500、700mm的钢筋混凝土柱试件进行低周反复加载试验,研究各试件的破坏模式、滞回特性、骨架曲线、延性和耗能能力,分析截面尺寸对受弯承载力、延性、耗能和塑性铰长度的影响。结果表明：钢筋混凝土柱试件的受弯承载力、延性和塑性铰转动能力随截面尺寸的增大而减小,尺寸效应明显,平均耗能系数也随截面尺寸的增大而减小,表现出明显的尺寸效应。在试验基础上,提出考虑反复加载截面尺寸影响系数的钢筋混凝土柱受弯承载力计算式。     

钢筋混凝土梁抗弯性能尺寸效应试验研究

现阶段钢筋混凝土结构分析方法与计算理论主要基于小尺寸构件试验结果,对大尺寸构件开展尺寸效应的试验研究还不多,相关理论验证尚不充分。文章针对13个钢筋混凝土梁开展尺寸效应试验研究,详细测试并采集不同加载阶段构件的承载力、挠度、钢筋与混凝土应变等试验数据,最大试验梁截面高度1 000 mm。研究结果表明:随受弯试件截面尺寸增大,受压区混凝土材料的强度和极限变形能力均呈减小趋势,混凝土材料抗压性能尺寸效应反映到正截面承载性能中,对受弯承载力产生负面尺寸效应;而内力臂和钢筋等影响因素对受弯承载力产生显著的正面尺寸效应。随试件尺寸增大,受弯构件强度和延性储备整体呈现增长趋势,从而间接验证了现阶段受弯承载力计算理论的安全性。     

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。     

钢筋混凝土弯曲破坏试验柱的截面尺寸效应研究

为了探讨弯曲破坏框架柱的截面尺寸效应,根据收集的218根钢筋混凝土弯曲破坏试验柱抗震性能的试验结果,首先定量分析和探讨了截面尺寸对钢筋混凝土弯曲破坏试验柱的受弯承载力、屈服、峰值和极限水平承载力、延性、极限位移角、各刚度及塑性转动能力的变化规律,然后在理论分析和在试验结果分析的基础上,推导了考虑截面尺寸效应的钢筋混凝土柱正截面大偏心受压破坏的受弯承载力计算公式。分析表明:轴压比在中高值(0.7～1.0)时,名义屈服剪力和名义极限剪力存在截面尺寸效应;当轴压比大于0.7时,试验柱的试验柱的名义弯矩存在截面尺寸效应;当轴压比在0.7～1.0时,截面尺寸效应对试验柱的延性有降低现象;当轴压比大于1时,截面尺寸效应对试验柱最大刚度与弹性刚度比值和试验柱强化刚度与弹性刚度比值有降低现象;当轴压比大于0.7时,截面尺寸效应对试验柱塑性铰转角有降低现象;轴压比在中高值(0.7～1.0)时,试件的安全储备系数减小,表现出明显的尺寸效应。而矩形截面试验柱当轴压比小于1时,截面尺寸效应对试件安全储备系数有降低现象。最后推导出的钢筋混凝土柱正截面大偏心受压破坏受弯承载力计算规范修正公式符合Bazan尺寸效应理论。     

钢筋混凝土梁的弯曲性能尺寸效应试验研究

进行了抗压强度为 46.5~50.6 MPa,截面高度为250~1000 mm的钢筋混凝土试件弯曲性能试验。与相同尺寸和配筋的高强混凝土试件（fcu = 72.1~72.4 MPa）的试验结果进行了对比分析,从受弯承载力和变形能力两个方面研究了钢筋混凝土试件的受弯性能尺寸效应。研究表明,截面尺寸的变化对钢筋混凝土构件的名义开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩没有明显影响,对位移延性和塑性铰区塑性转动能力有显著影响,试件的位移延性系数和塑性铰转动能力随截面高度的减小而减小,并且普通混凝土试件和高强混凝土试件的尺寸效应规律基本相同,与混凝土强度无关。试验结果表明,不同混凝土强度和截面高度试件的塑性铰区长度均为1倍截面有效高度。     

不同圆心角圆端形钢管混凝土短柱轴压性能

为研究圆心角60°和120°圆端形钢管混凝土短柱轴压力学性能,对4个圆端形钢管混凝土短柱进行轴压试验,探究不同圆心角和宽厚比对其极限承载力的影响。基于试验结果,应用有限元软件ABAQUS进行三维实体建模,对圆端形钢管混凝土短柱进行参数分析,研究了钢材强度、混凝土强度、宽厚比、高宽比、尺寸效应等对极限承载力的影响。基于参数分析,建立圆心角为60°和120°圆端形钢管混凝土短柱极限承载力实用计算公式。结果表明:破坏形态均为局部屈曲破坏,且平直段区域均出现局部屈曲现象; 随圆心角增大,构件极限承载力增大; 随宽厚比增大,极限承载力呈现下降趋势; 当圆弧段圆心角从60°增大至120°时,强度指标降低,表明整体约束效应减弱; 圆端形钢管混凝土轴压短柱的整体约束效应随圆心角增大而减小; 随着钢材强度、混凝土强度的增大和构件宽厚比的减小,极限承载力逐渐增大; 不同圆心角的尺寸效应对其极限承载力与初始刚度的影响类似,随着构件尺寸增大,极限承载力与初始刚度均呈现增大的趋势。     

焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压性能试验研究

通过对18根焊接不锈钢方管混凝土短柱模型试件的轴压试验,观察了各试件的破坏现象,分析了混凝土强度、试件高宽比和钢管板件宽厚比试件轴压承载力的影响,得到了荷载-位移曲线,荷载-应变曲线及柱截面应变强度分布曲线。根据试验现象,试件的破坏模式可以归为两类：一类为钢管在整个柱表面范围内发生局部凸曲,靠柱中焊缝破坏;另一类为局部凸曲未能发展到整个柱表面,在端部或者端部附近焊缝破坏。试验结果表明：混凝土强度越高,试件的轴压承载力越大,但钢管对核心混凝土的约束作用相对减小;焊接不锈钢方管混凝土短柱轴压承载力随试件高宽比的增大而增大,随钢管板件宽厚比的减小而减小;试件截面的角部存在应力集中现象,即截面角部的应力大于截面其余部位的应力;焊接不锈钢方管混凝土短柱具有很好的变形能力,其破坏属于延性破坏,具有良好的安全储备;焊缝强度是影响焊接不锈钢方管混凝土短柱承载力的一个主要因素。     

高轴压比钢骨混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究高轴压比钢骨混凝土剪力墙的抗震性能,完成了6片剪跨比为2.43、轴压比试验值为0.33~0.35的钢筋、钢骨和钢管混凝土剪力墙试件的往复水平力加载试验。试验表明:试件的纵筋和钢骨(钢管)受压屈服先于受拉屈服。试件的破坏形态为底部混凝土压碎剥落,约束边缘构件内的纵筋和钢骨(钢管)压曲,试件丧失竖向承载力。钢骨和钢管提高了试件的正截面承载力,且随位移增大试件能稳定地保持最大承载力。配置工字钢、槽钢和方钢管的试件的极限位移角为1/73~1/59,与钢筋混凝土试件基本相同;配置圆钢管的试件的极限位移角达1/44,墙端约束边缘构件配置圆钢管对提高高轴压比剪力墙的变形能力有显著作用。根据试验结果,提出了高轴压比钢骨混凝土剪力墙屈服、承载力极限状态和变形极限状态的截面应变、应力分布,建立了正截面承载力的计算式和顶点水平位移计算式,计算结果与试验结果符合较好。     

方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴压性能试验研究

以钢纤维体积掺量和截面含钢率为主要变化参数,对23个方钢管钢纤维再生混凝土短柱和2个未掺加钢纤维的方钢管再生混凝土短柱试件进行了轴心受压试验。通过试验,观察了试件受力全过程和破坏形态,获取了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,并分析了钢纤维体积掺量、截面含钢率对其承载和变形性能的影响。结果表明:方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴向受压破坏形态与方钢管普通混凝土构件相似,掺入钢纤维对其破坏形态几乎无影响;钢纤维的掺入对试件承载力的增益作用并不明显,当钢纤维体积掺量不超过1.5%时,试件轴压承载力较未掺加钢纤维构件有小幅提高,但当钢纤维体积掺量超过2%后,因钢纤维数量增多易出现分布不均匀而结团、混凝土界面薄弱区增多,试件承载力反而降低,且降幅随钢纤维体积掺量增大而增大;掺入钢纤维显著改善了试件延性,试件位移延性系数随钢纤维体积掺量的提高而增大;截面含钢率对试件承载性能影响明显,试件承载力和位移延性系数均随截面含钢率的增大而增大;为使试件既获得较高的承载力又具有良好的延性,建议钢纤维体积掺量取为1.0%～1.5%;利用基于统一强度理论提出的方钢管钢纤维再生混凝土短柱的轴压承载力计算公式所得结果与试验实测数据符合较好。     

高温后型钢再生混凝土偏压柱的力学性能研究

通过5个高温后和1个常温环境型钢再生混凝土柱的偏心受压加载试验,观察其受力破坏过程及形态,获取极限承载力、应变分布和荷载-变形曲线等重要资料,并对取代率和温度对其力学性能的影响规律予以分析。研究结果表明,火灾温度对型钢再生混凝土偏压柱的受力性能影响较大,随着温度的升高,裂缝出现较早,极限承载力和抗弯刚度降低,但变形延性却增大;取代率对其受力性能有一定影响,随着取代率的增加,再生混凝土的极限压应变及延性增大,而极限承载力略为变小;偏心率对型钢再生混凝土偏压柱的受力性能有一定影响,随着偏心率的增大,极限承载力及抗弯刚度显著降低。     

型钢混凝土异形柱正截面承载力试验及有限元分析

为研究型钢混凝土(SRC)异形柱的正截面承载力性能，设计22个试件进行静力和循环加载试验研究，分析其破坏机理。编写了计算机程序，利用程序分析了加载角、截面配钢形式、配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比等变化参数对SRC异形柱正截面承载力的影响，并与钢筋混凝土（RC）异形柱的正截面承载力进行对比分析。研究结果表明：SRC异形柱破坏形态表现为大偏心受压破坏、小偏心受压破坏和轴心受压破坏；截面应变基本符合平截面假定；加载角和截面配钢形式对正截面承载能力有显著影响，T形柱的薄弱加载方向是0°、90°和315°，L形柱的薄弱加载方向是90°和315°，十形柱的薄弱加载方向是0°，实腹配钢比空腹配钢试件的承载能力有明显提高；适当增加截面配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比均能有效提高SRC异形柱的正截面承载能力；当截面配钢率不大于6%时，SRC异形柱的承载力与普通的RC异形柱相比提高36%以上。     

角钢约束混凝土轴压短柱力学性能研究

对10个高宽比为3的角钢约束混凝土短柱进行轴心受压试验,观察试件的破坏过程,得到了试件的荷载 轴向位移关系曲线,根据试验结果,分析了构件截面尺寸、缀板间距以及混凝土强度对角钢约束混凝土柱承载力的影响;利用有限元软件ANSYS对试验过程进行数值仿真分析。结果表明：试件最终破坏时在试件中部附近位置角钢和缀板出现凸鼓变形;随着缀板间距的增大,试件的承载力逐渐减小,荷载 位移曲线下降越明显,可见在相同条件下,缀板间距是影响角钢约束混凝土短柱承载力的主要因素。在试验和仿真分析的基础上提出角钢约束混凝土轴压短柱承载力的简化计算式。     

配置MRD的CFRP筋混凝土柱抗震性能试验

为探讨磁流变阻尼器(MRD)对碳纤维增强复合材料(CFRP)筋混凝土柱抗震性能的影响,完成了1个普通钢筋混凝土柱和2个外置MRD的CFRP筋混凝土柱的水平低周反复荷载试验,其中MRD的电流分别为150 mA和80 mA,研究了不同电流的MRD对CFRP筋混凝土柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等的影响以及其与普通钢筋混凝土柱的性能区别。结果表明:与钢筋混凝土柱相比,设置MRD的CFRP筋混凝土柱裂缝较为分散且发展高度较高,极限变形增大,滞回曲线更加饱满,承载力更高,耗能能力明显提升,能量耗散系数可提高104.9%,而且在合理的使用方式下残余位移大幅度减小,最多可减小76.66%,拥有较好的自复位能力; 同时MRD的电流大小对CFRP筋混凝土柱抗震性能影响较大; 相较于配置80 mA的MRD混凝土柱,配置150 mA的MRD混凝土柱的承载能力和耗能能力更高,能量耗散系数可以提高28.61%,且在加载过程刚度始终较大; 不同电流下的MRD混凝土柱破坏模式相同,且在该使用方式下的MRD对残余变形的影响也较小。     

钢管混凝土叠合柱偏心受压性能试验研究

对长细比为4.67的13个钢管混凝土叠合柱试件进行偏心受压试验,测试柱承载至破坏全过程中核心钢管、管内混凝土、管外混凝土以及管外纵筋的应力、应变分布规律,研究试件的承载机理和破坏特征,同时结合截面非线性数值分析,研究柱正截面承载力随偏心距、钢管位置系数、纵筋配筋率等参数变化的规律。结果表明：偏心受压钢管混凝土叠合短柱正截面的受力过程与钢筋混凝土短柱基本相似,破坏类型分为大偏心受压破坏,小偏心受压破坏和界限破坏3种,以受拉钢筋屈服,同时受压边缘混凝土达到极限压应变为界限破坏准则,其N-M相关曲线为二次抛物线;叠合柱横截面应变符合平截面分布,不论偏心距大小,受压钢筋屈服总是先于受压区混凝土压碎;叠合柱承载力随钢管位置系数的增大而增加,但增幅不大,故在保证叠合柱含钢率不变条件下,可以梁柱节点施工便利为主选择钢管直径;对于钢管混凝土叠合柱可参照钢筋混凝土结构采用截面极限平衡理论推导叠合柱的偏压承载力计算公式。     

配有钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土短柱轴压力学性能

为研究配有钢纤维活性粉末混凝土（RPC）免拆柱模的钢筋混凝土短柱的轴压力学性能与钢纤维RPC免拆柱模对核心钢筋混凝土短柱轴压承载力的提高效果,对2根配有不同壁厚钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土方形短柱和用于对比的1根普通钢筋混凝土方形短柱进行了轴压试验研究;采用有限元模型对试验结果进行了验证,根据试验结果及有限元分析结果,探讨了配有钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土短柱轴压承载力计算方法。结果表明:钢纤维RPC免拆柱模显著提高了钢筋混凝土短柱的极限承载力,且延缓了纵筋的屈服;随免拆柱模壁厚的增加,钢筋混凝土短柱轴向变形随之减小,极限承载力随之提高,延性也相对提高;免拆柱模不但限制了钢筋混凝土短柱在轴向压力作用下的侧向变形,而且间接减小了轴向变形;有限元计算结果与试验结果吻合良好,该计算方法可为工程实践提供参考。     

大径宽比钢管混凝土叠合柱轴压试验

为研究大径宽比钢管混凝土叠合柱的轴压性能,设计制作了外径在400～600 mm范围内、含钢管率在3.70%～6.75%范围内的6根大径宽比钢管混凝土叠合短柱试件,并对其进行轴压试验。使用亚克力棒测量了钢管内部混凝土的应变,给出了不同柱径试件各部位的典型应变增长曲线。结合试验结果,引入考虑试件尺寸效应的混凝土材料强度折减系数,提出了适应大径宽比钢管混凝土叠合柱的极限承载力计算公式。结果表明:大径宽比叠合柱达到峰值荷载后承载力下降缓慢,具有较好的延性; 含钢管率的提升直接增强叠合柱的承载力,含钢管率为6.08%的试件比含钢管率为3.70%的试件承载力高27.3%; 不同尺寸试件的破坏特点存在差异,一般表现为尺寸越大,破坏越显脆性,但不同尺寸试件的各部位典型应变增长模式基本一致; 叠合柱外部钢筋混凝土在加载中后期对承载力贡献较小。     

预应力钢带加固钢筋混凝土柱轴压承载力试验研究

完成了4个预应力钢带加固钢筋混凝土柱试件和1个对比试件的轴压试验,表明横向预应力钢带可显著提高钢筋混凝土柱的延性和承载力。结合试验研究结果,进一步研究了横向箍筋、横向预应力钢带对混凝土的约束机理及影响因素,考察了预应力钢带对钢筋混凝土柱轴压承载力的影响和提高程度。通过分析钢带对混凝土的的有效约束区面积、非有效约束区面积以及钢带体积加固率等因素对钢筋混凝土柱轴压承载力的影响机理,提出了预应力钢带加固钢筋混凝土柱轴压承载能力计算方法和计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。