配置新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁的受剪性能试验

对采用新型封闭缠绕式玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)箍筋的混凝土梁进行了三点加载试验,考察了箍筋形式、纵筋配筋率、剪跨比、箍筋间距对配置新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁受剪性能的影响规律。试验结果表明,新型封闭缠绕式GFRP箍筋的弯曲段强度与平直段受拉强度之比达到0.81,是拉挤成型箍筋的2.07倍。剪跨比和箍筋间距相同时,新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁的受剪性能更好,其材料利用效率显著高于拉挤成型箍筋。梁的抗剪承载力随纵筋配筋率增加的提高幅度不大,但梁的延性有较明显改善。当箍筋间距为75 mm,新型封闭缠绕式GFRP箍筋的应变显著增大,同时对剪压区混凝土产生一定的约束作用,提升了受剪承载力。采用中国(GB 50608-2020)、美国(ACI 440.1R-15)、加拿大(CSA S806-12)、英国(BISE-1999)和日本(JSCE-1997)五种纤维增强树脂复合材料(FRP)筋混凝土结构设计规范计算的受剪承载力显著低于试验值,建议适当提高新型封闭缠绕式GFRP箍筋的断裂应变限值。     

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁抗剪性能研究

外包U形钢-混凝土组合梁具有承载力高、延性好等优势,其施工工艺也顺应了目前建筑结构装配式发展的趋势。该文采用与钢腹板一体的嵌入式抗剪连接件,设计了9个腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUSCB)的剪切性能试验,考虑了剪跨比、混凝土翼板宽度、连接件间距及倾角、底部纵筋直径、栓钉和箍筋设置、U形钢腹板高厚比等参数的影响,分析并总结了各试件的破坏模式,基于剪力-跨中挠度曲线对比分析了各试件的承载力和延性等抗剪性能指标,基于剪跨区U形钢腹板等效应力的分布形式研究了剪力传递机理。采用ABAQUS有限元分析软件,针对WUSCB试件建立了有限元模型,进行了剪跨比、混凝土翼缘板宽度、腹板高厚比和底部纵筋配筋率四个参数的影响规律分析。基于试验结果和有限元参数分析结果,提出了WUSCB的抗剪设计方法,该方法考虑了混凝土、U形钢腹板和底部纵筋销栓作用对抗剪承载力的贡献,能较准确地预测WUSCB的抗剪承载力。     

高强钢筋RPC简支梁抗剪承载力及延性研究

通过6根高强钢筋活性粉末混凝土简支梁的抗剪试验,得到了不同因素对梁的破坏形态、抗剪承载力及其剪切延性的影响规律。研究表明:剪跨比、配箍率和纵筋率是影响高强钢筋活性粉末混凝土简支梁抗剪性能的主要因素,其中剪跨比影响最大;在适宜的剪跨比条件下,随着纵筋率的提高,无腹筋梁的承载力与斜裂缝倾角增大,剪切延性降低,但有腹筋梁的斜裂缝倾角变化不太明显;提高配箍率不仅可以增强梁的抗剪承载力,而且能够有效改善其剪切延性。     

高强箍筋对普通混凝土梁抗剪性能的影响机理

为明确高强箍筋普通混凝土梁的抗剪机制，采用三维刚体弹簧元对比评价了普通箍筋梁和高强箍筋梁的抗剪承载力、破坏模式、临界斜裂缝特征、极限变形能力等抗剪性能的异同。结果表明：高强箍筋(HRB500)替代普通箍筋(HRB235)对抗剪承载力和变形能力的提升不显著(<6%和13%)。该文进一步定量分析了梁拱抗剪模型对各混凝土梁在各加载阶段的抗剪贡献，发现混凝土梁破坏时，梁模型主要由箍筋的抗剪作用V_s支配，而拱模型主导抗剪承载力，是关键抗剪模型。对比普通箍筋，高强箍筋(屈服强度：900 MPa)使V_s增强29.7%，但是由于拱模型的峰值取决于加载点附近破坏区域的混凝土抗压强度，对拱模型的提升作用不显著(<11.0%)。研究结果还证明：现行的混凝土构件抗剪设计采用荷载试验的承载力下限值，保证了混凝土结构的安全，但是由于未能合理评价梁拱抗剪模型，割裂了拱模型与混凝土总贡献、配箍率的关系，具有一定的改善空间。     

全玻璃纤维增强树脂筋混凝土电缆排管的抗弯试验

提出了采用全玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）筋混凝土电缆排管代替传统的钢筋混凝土电缆排管,该结构形式具有减少能耗的优点。通过对小尺寸和足尺GFRP筋混凝土电缆排管试件进行抗弯性能试验,研究其抗弯能力、变形及破坏特征等。试验结果表明,GFRP筋混凝土电缆排管具有与普通钢筋混凝土梁相似的力学特征,以混凝土开裂为分界点,位移-荷载曲线表现为双线性,排管侧面拉应力分布不均匀,部分区域出现了较高拉应力。提出了GFRP筋混凝土电缆排管的抗弯设计计算方法,理论计算结果与试验测试结果较为吻合。     

基于三维细观数值方法的钢筋混凝土悬臂梁抗剪行为研究

从细观角度出发,结合混凝土内部组成的微/细观结构特征,考虑钢筋与混凝土之间的非线性粘结-滑移行为,建立了钢筋混凝土悬臂梁力学行为研究的三维细观尺度数值分析模型与方法。基于建立的数值方法,对已有关于钢筋混凝土悬臂梁在循环往复荷载作用下的抗剪破坏试验进行模拟,模拟结果与试验结果的良好吻合表明了细观数值方法的可行性。进而在此基础上,拓展模拟了不同箍筋率下钢筋混凝土悬臂梁的剪切破坏过程,揭示了箍筋对悬臂梁滞回特性及抗剪承载力的影响规律。研究表明:1）细观数值分析模型能较好的模拟构件的宏观力学性能,且能细致的描述裂缝在混凝土中的发展过程;2）随着配箍率的增加,梁抗剪承载力及延性增加,但随着配箍率增加,钢筋混凝土梁抗剪承载力增加趋势减缓。建立的细观尺度数值方法可为有/无腹筋混凝土梁抗剪/抗弯破坏尺寸效应提供理论支持。     

GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的配筋率试验研究

破坏模式是GFRP/钢绞线复合筋(GFRP:Glass Fiber Reinforced Polymer,纤维增强塑料)混凝土梁力学性能的影响因素之一,而破坏模式主要由GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的配筋率决定。鉴于配筋率对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁力学性能的重要作用,该文设计了16根GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁试件。试验变量为混凝土强度等级和GFRP/钢绞线复合筋的配筋率。通过对混凝土梁试件进行三分点静载试验,系统研究GFRP/钢绞线复合筋配筋率和混凝土强度等级对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的破坏形式、抗裂承载力、正截面极限承载力、裂缝间距、裂缝宽度、裂缝深度、挠度等的影响。试验数据可为GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁安全配筋率计算方法的确定提供参考和理论依据。     

高延性混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

提出采用高延性混凝土改善梁的抗剪性能和变形能力,设计了8个高延性混凝土梁和3个作为对比试件的混凝土梁,并通过静力试验研究不同剪跨比和配筋率高延性混凝土无腹筋梁的破坏形态和破坏机理。高延性混凝土无腹筋梁的剪切破坏形态有挤压破坏、剪压破坏、弯剪破坏和剪拉破坏。试验结果表明:高延性混凝土梁的剪切破坏均表现出一定的延性,与普通混凝土梁的脆性剪切破坏具有明显不同;高延性混凝土梁的剪切裂缝开展缓慢,说明高延性混凝土良好的拉伸应变硬化和多裂缝开展特性能够有效控制剪切裂缝的发展,防止混凝土压碎剥落,显著提高梁的抗剪性能和耐损伤能力;相比普通混凝土无腹筋梁,高延性混凝土无腹筋梁的受剪承载力和变形能力均有明显提高,表明采用高延性混凝土可以显著改善无腹筋梁的脆性剪切破坏模式;剪跨比和纵筋配筋率对高延性混凝土梁的剪切破坏形态和承载力影响较大,其受剪承载力随剪跨比的增大而降低,随配筋率的增大而有所提高。     

焊接环式箍筋约束高强混凝土柱抗震性能研究

通过室内模型低周往复加载试验及非线性有限元分析,对焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的抗震性能进行了研究。研究了轴压比、配箍率两个参数对柱抗震性能的影响规律。结果表明:通过ABAQUS软件对焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的有限元分析结果与试验结果符合较好;随着轴压比的提高,柱的水平承载力变大,延性和耗能能力变差,骨架曲线的强度下降段较陡;随着体积配箍率的增大,柱的承载力、延性和耗能能力均有所提升。通过回归分析,得出适用于焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的抗剪承载力的公式,可供设计参考。     

高强箍筋高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高强箍筋高强混凝土柱的抗震性能,首先进行了6根配置高强箍筋的高强混凝土柱和3个普通强度混凝土柱(作为对比)抗震拟静力试验,并对其破坏形态、滞回曲线、延性及耗能指标以及抗剪强度等进行了对比分析。结果表明:高强混凝土试件与普通混凝土试件破坏过程相似,均呈弯剪破坏形态,采用高强混凝土可有效降低试件轴压比,对其延性和耗能能力有利。将国内外进行的高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力试验结果与美国ACI318规范、我国混凝土结构设计规范(GB50010-2002)的抗剪公式进行了对比,认为ACI规范及我国规范在计算高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力时均有不安全因素,宜在设计时注意。采用Mander建议的约束混凝土本构关系和纤维单元程序USC_RC仍可以对高强箍筋高强混凝土柱的受弯承载力进行较为准确的模拟分析。     

T形配钢型钢混凝土构件正截面承载力计算方法

基于塑性理论下限定理提出了T形配钢型钢混凝土构件在压、弯复合受力状态下的正截面承载力计算方法。将正截面承载力分为混凝土部分、钢筋部分和型钢部分,分析得出各部分的承载力方程,采用叠加强度法建立了T型配钢型钢混凝土构件的N-M相关曲线,并给出了相应计算公式。进行了5个1/2比例T形配钢型钢混凝土柱的低周反复加载试验,对是否配置拉结筋、不同配箍率和不同轴压力下的受力特点、破坏形态、承载能力进行了研究,其中4个试件发生了正截面受弯破坏,部分计算结果与试验数据符合较好。结果表明,所提出的计算方法简单易行,可供实际工程设计参考。     

基于简化拉-压杆模型的钢筋活性粉末混凝土框架边节点受剪承载力研究

对5个中间层钢筋活性粉末混凝土框架边节点试件进行了拟静力加载试验,得到了此类节点的破坏过程和破坏特点,明确了各阶段剪力的传递和分配。在试验研究的基础上,采用简化拉-压杆模型并考虑纤维抗拉拔阻力的有利作用,建立了钢筋活性粉末混凝土框架边节点在复合作用下的受剪承载力计算模型,并通过试验验证了此模型的可行性。结果表明:按照此模型计算得到的节点核心区受剪承载力与试验实测值吻合较好,离散度较小,其值与试验实测值的平均比值为1.05,变异系数为0.11;而且此模型亦能较合理地反映轴压比、配箍率及纵筋强度对节点受剪承载力的影响。     

钢筋再生混凝土柱的承压性能及强度计算

为了研究钢筋再生混凝土柱的承压性能及其强度计算方法,以有限元软件ABAQUS分析为主要研究手段,结合6个试件的实测数据,并拓展了36个试件的数值模拟分析,综合探讨了再生粗骨料取代率、体积配箍率、柱截面纵筋配筋率、长细比以及相对偏心距等变化参数对钢筋再生混凝土柱承压性能的影响规律,分别研究了钢筋再生混凝土轴心受压柱和偏心受压柱的极限承载力计算方法,并提出实用设计公式。研究结果表明:随着再生粗骨料取代率的增大,钢筋再生混凝土柱的受压承载力呈现波动性变化,但其变化幅度在15%以内;随着体积配箍率的增大,其极限承载力有小幅提高;随着截面纵筋配筋率的增大而有明显提高;而随着相对偏心距的增大,其极限承载力则明显降低;在一定范围内,随着长细比的增大,极限承载力显著变小。提出考虑取代率影响系数的钢筋再生混凝土柱极限承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。     

CFRP网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁抗剪承载力计算方法

为揭示碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)网格-聚合物水泥砂浆(Polymer cement mortar,PCM)抗剪加固钢筋混凝土(RC)梁的受剪机制并建立其承载力计算方法,对RC梁进行了四点弯曲试验和有限元模拟,重点分析了CFRP网格对RC加固梁的抗剪贡献,建立了基于改进的桁架拱模型的抗剪承载力计算方法。结果表明：RC梁侧粘贴CFRP网格-PCM加固层不仅可以抑制斜裂缝的发展,而且还提高了抗剪承载力;CFRP网格与钢筋之间具有良好的协同工作性能,其中,横向CFRP网格筋分担了约16%的箍筋应变;回归分析指出纵向CFRP网格筋的应变约为横向CFRP网格筋应变的0.29倍;综合考虑纵向CFRP网格的销栓作用和横向CFRP网格分担的箍筋应变,提出了基于改进桁架-拱模型的承载力计算方法,具有更好的适用性和准确性,能够满足设计要求。     

部分预制装配型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

为了充分发挥预制装配结构在施工性能及型钢混凝土结构在抗震性能方面的优势,提出了部分预制装配型钢混凝土柱(PPSRC柱)及预制装配型钢混凝土空心柱(HPSRC柱)。PPSRC柱由高性能混凝土预制部分与普通强度混凝土现浇部分组成;为进一步减轻柱自重,HPSRC柱保持柱横截面空心。结合2个系列10个试件的拟静力试验,对PPSRC短柱与HPSRC短柱的抗震性能进行了研究。通过对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、变形及耗能能力的研究,对柱截面形式、现浇混凝土强度、轴压力、配筋率及配箍率对PPSRC短柱和HPSRC短柱滞回性能的影响进行了分析。研究结果表明:配筋率较低的PPSRC短柱与HPSRC短柱的最终破坏形态为弯剪破坏,其余配筋率较高的试件均发生剪切破坏;所提出的预制高性能混凝土外壳、型钢及现浇混凝土能较好地协同工作,试件柱身未发现明显的纵向黏结裂缝;由于柱芯混凝土的存在,PPSRC短柱比HPSRC短柱表现出更好的耗能及变形能力;轴压力较低、配箍率较大、现浇混凝土强度较高的试件表现出更好的耗能及变形能力。基于试验结果和现行规范,提出了PPSRC短柱与HPSRC短柱的受剪承载力计算式,其计算值与试验值吻合较好。     

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。      

HPFL加固负载下有震损RC圆柱抗震性能的有限元分析

基于采用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层(HPFL)加固4根钢筋混凝土足尺圆柱在不变轴力和周期水平荷载作用下抗震性能的试验研究结果,该文对试件进行了数值模拟分析,研究被加固柱的抗震承载力、延性、刚度、耗能能力等的性能特征。同时,还提出了可用于负载下有震损RC柱的加固方法和该类结构的抗弯承载力简化计算方法。在此基础上,利用新加固方法和有限元分析手段,研究影响负载下有震损RC柱抗震性能的主要因素,包括轴压比、剪跨比、横向网筋配箍率和配筋形式,研究表明:有限元模拟值、理论值和试验值吻合良好;采用HPFL加固后,构件的承载力、延性、耗能能力均有明显改善,刚度的退化速率明显减小,加固层纵筋锚入基座后,抗震性能的提升改善更加优越;随着轴压比的增加,承载力有较大的增长,延性发挥不足;剪跨比增大时,试件的承载力和延性降低;负载级差越大,后期变形能力明显越弱;采取螺旋配筋形式与采取环形配筋形式相比,两者初始刚度相当,前者延性更好,后者承载能力更高。     

高强箍筋高强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为研究高混凝土梁柱节点的抗震性能,进行了4个高强箍筋混凝土节点和1个普通箍筋混凝土节点的低周往复荷载加载试验,研究了高强混凝土节点的破坏形态、滞回特性、耗能能力、受剪性能及箍筋的应力水平,分析了箍筋强度、体积配箍率和箍筋形式对节点承载力、延性、耗能和剪切变形的影响。结果表明:高强箍筋节点的破坏过程与普通箍筋节点类似;提高箍筋屈服强度对节点的承载力提高效果有限,但可有效提高位移延性和耗能能力,同时限制了节点核心区的剪切变形;试件达到极限位移时,普通箍筋试件箍筋已屈服,复合高强箍筋试件箍筋强度发挥比较充分,表现出较好的抗震性能。