高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土圆形截面柱受力性能试验研究

为研究高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土柱的受力性能,设计了32个约束混凝土柱,对其进行轴心受压试验。试件主要设计参数包括混凝土强度等级为C50、C60、C70、C80,高强钢棒抗拉强度标准值为800、970MPa,体积配箍率为0.9%、1.2%、1.6%、2.0%。试验结果表明：约束混凝土柱在轴向荷载作用下呈腰鼓形破坏或单折剪切破坏,对于确定的非约束混凝土抗压强度和箍筋抗拉强度,约束箍筋体积配箍率较小时发生单折剪切破坏,体积配箍率较大时发生腰鼓形破坏;约束箍筋拉应变随混凝土弹性模量与非约束混凝土抗压强度比值增大而增大,随箍筋体积配箍率增大而减小;约束混凝土柱的体积配箍率大于某一量值时,会出现约束混凝土达到抗压强度时箍筋拉应变小于其屈服应变的情况。基于试验结果,建立了用于判别腰鼓形破坏和单折剪切形破坏的界限,并给出了相应的计算式;建立了约束混凝土柱发生轴压破坏时约束箍筋拉应变计算公式及箍筋受拉屈服对应的最大体积配箍率计算公式,为合理设计高强钢棒螺旋箍筋约束混凝土圆形截面柱提供参考。     

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.     

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。     

偏心受压箍筋约束混凝土柱正截面承载力计算方法

为考察约束混凝土柱偏心受压性能,收集了16个该类柱的试验结果。这16个试件的混凝土抗压强度为45.1MPa～84.2MPa,箍筋屈服强度为323MPa～1120MPa,箍筋直径为6mm～8mm,箍筋间距为40mm～75mm,体积配箍率为1.81%～3.1%。发现约束混凝土偏心受压承载力试验值较不考虑箍筋约束效应影响的计算值高,且高出幅度随体积配箍率的增大而增大。发现基于高于峰值压应变后认为压应力水平不变的约束混凝土受压应力-应变关系,按《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)所得约束混凝土柱偏心受压承载力计算值与试验值吻合良好。     

约束高强混凝土的基本关系研究

基于83个约束高强混凝土试件的试验数据,分别分析了箍筋间距、体积配箍率、箍筋强度、混凝土强度对约束高强混凝土的峰值应力、峰值应变和极限应变的影响。结果表明,配箍特征值综合反映了上述因素的影响,是最主要的影响因素。建立了约束高强混凝土的峰值应力、峰值应变、极限应变与配箍特征值之间的关系。     

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。     

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。     

再生粗骨料取代率对约束再生混凝土动态力学行为的影响

通过箍筋约束再生混凝土棱柱体动态力学性能试验,获取不同再生粗骨料取代率下约束再生混凝土单轴受压动态应力-应变关系全曲线|研究取代率对约束再生混凝土力学和变形性能的影响规律。不同再生粗骨料取代率、体积配箍率或应变率下约束再生混凝土应力-应变曲线形状无明显区别,曲线的上升段基本一致,而下降段差异较为明显。随着再生粗骨料取代率的增加或应变率的提高,下降段曲线随之变陡|箍筋约束在很大程度上可以改善再生混凝土的脆性,随着体积配箍率的提高,下降段曲线明显随之趋于平缓。再生粗骨料取代率对受压峰值应力和极限应变的影响规律不明显|随着再生粗骨料取代率、加载速率或箍筋约束的提高,约束再生混凝土受压峰值应变均随之增大。初步提出受压峰值应变的再生粗骨料取代率影响因子模型。根据初始弹性模量变化规律,提出不同取代率下约束再生混凝土受压初始弹性模量计算公式。     

500MPa级细晶粒钢筋混凝土构件轴压试验研究

通过对8根采用500 MPa级细晶粒钢筋作为受力纵筋和1根采用HRB400级钢筋作为受力纵筋的混凝土轴心受压构件受力性能的试验,得到了纵向受压构件荷载-应变曲线,分析了混凝土强度、箍筋体积配箍率及纵筋配筋率对混凝土受压峰值应变的影响.研究结果表明,随着混凝土强度、箍筋体积配箍率的提高,混凝土的受压峰值应变也会提高.根据试验结果,为了简化计算,建议500 MPa级细晶粒钢筋的抗压强度设计值f′y=420 MPa.     

芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱的轴压比限值分析

基于约束混凝土的本构关系理论,对芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱的受力特性进行分析,推导出芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱截面在大、小偏心受压界限破坏条件下的轴压比,研究了纵筋等级、箍筋体积配箍率和芳纶纤维布体积配箍率对柱轴压比限值的影响,研究结果表明:芳纶纤维布和箍筋约束可明显提高混凝土的峰值应力与极限压应变,改善混凝土的受力性能;芳纶纤维布约束钢筋混凝土框架柱可明显提高其轴压比限值,芳纶纤维布和箍筋的体积配箍率越大,界限轴压比越大;抗震设计时,为了提高框架柱的延性,除了增大箍筋的配置外,尚应合理选用纵筋的直径和等级。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压应力-应变全曲线研究

为研究高强箍筋约束高强混凝土的受压力学性能,进行了高强箍筋约束高强混凝土棱柱体试件的轴心受压试验,分析了配箍率、箍筋屈服强度和箍筋形式对约束高强混凝土应力-应变曲线的影响。结果表明：高强箍筋在约束混凝达到其峰值应力时并未屈服,根据其受力机理提出了有效侧向应力和相应的高强箍筋应力的计算方法;高强箍筋可在约束混凝土应力-应变曲线下降段提供更有效的侧向约束,曲线下降较为平缓。在试验研究和理论分析的基础上,提出了约束高强混凝土的强度和变形的计算式,建议了高强箍筋约束高强混凝土的应力-应变全曲线方程,理论曲线与实测曲线吻合较好。     

箍筋约束ECC矩形截面短柱轴心受压试验研究

通过箍筋约束ECC矩形截面短柱的轴心受压试验,研究了箍筋约束作用对ECC应力-应变曲线的影响。研究结果表明:接近峰值荷载前,箍筋应变增长较快,试件达到峰值荷载时箍筋均已屈服,约束效果明显;体积配箍率较高、箍筋间距与直径较小及截面高宽比较小的ECC试件,箍筋的约束效果好,试件破坏后整体性较好;箍筋约束作用对ECC峰值应力与峰值应变的提高幅度不大,但约束ECC应力-应变曲线的下降段更为平缓,试件延性明显改善。     

不同加载速率下箍筋约束混凝土力学性能试验研究

为了研究箍筋约束效应和率相关效应对混凝土单轴受压性能的影响,采用MTS815试验机对一批设计强度等级为C30、C70混凝土的普通箍筋约束试件进行了单轴受压试验。选取4种不同的配箍等级,对每一种配箍等级试件分别进行加载应变率为10^-5、10^-2/s的试验,得到了相应的应力-应变全曲线。研究发现：混凝土单轴受压性能会受到配箍率、应变率和混凝土强度等级三者的共同影响;增大配箍率提高了约束混凝土试件的峰值应力、峰值应力对应应变和延性系数,当配箍率达到3.4%时,最大提高幅值比例约为1∶2∶4,但其弹性模量受到的影响可以忽略不计;增大加载应变率提高了约束混凝土试件的弹性模量、峰值应力和峰值应力对应应变,但其延性系数有所降低,当应变率达到10^-2/s时,上述特征值最大提高或降低幅值比例约为1∶5∶4∶4;箍筋约束效应与率相关效应相互耦合,当二者共同存在时,会削弱彼此对约束混凝土试件峰值应力、峰值应力对应应变和延性系数的提高或降低作用,当配箍率为0%~3.4%、应变率为10^-5~10^-2/s时,削弱幅值不超过60%,提高混凝土强度等级会增强该削弱作用,弹性模量受耦合效应的影响可以忽略不计。     

人工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土本构关系

为研究人工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变关系,对36个尺寸为150 mm×150mm×450 mm,配箍特征值分别为0.233,0.175,0.306,0.195,0.146,0.225,0.167,0.125,0.219的箍筋约束混凝土棱柱体试件进行了盐雾腐蚀箱加速锈蚀和轴压加载试验,得到了不同混凝土强度、不同配箍特征值、不同箍筋锈蚀率下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变全曲线.结果表明:人工盐雾环境下锈蚀箍筋约束混凝土应力-应变曲线随着锈蚀时间的延长而渐趋扁平,上升段向右下方偏移,峰值应力呈线性下降,峰值应变增加;在相同锈蚀时间下,高强度混凝土的峰值应力降低程度和峰值应变增大程度均比低强度混凝土小.     

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。     

与构件尺寸相关的方形箍筋约束混凝土轴压强度解析模型

为深入研究素混凝土及约束混凝土轴心抗压强度的尺寸效应问题,基于内部屈曲理论构建了素混凝土棱柱体轴压破坏的三维失效模型。在此基础上,利用侧向压应力能提高平面内受压简支薄板临界失稳应力的原理,诠释了箍筋约束对混凝土峰值强度的提高作用,并推导出方形箍筋约束混凝土棱柱体峰值强度的解析解,该解析解考虑了箍筋对混凝土约束不均匀的特性。之后结合试验数据,对所得解析解中的未知参数进行了数值逼近求解。最后,将模型预测值与试验值进行比较,发现解析模型能在一定程度上反映箍筋约束混凝土抗压强度随构件尺寸增大而减小的现象,但却高估了试件尺寸对峰值强度的调节能力。     

高强箍筋约束高强混凝土短柱抗震性能试验研究

通过6个复合箍筋约束高强混凝土短柱在高轴压比下的低周往复水平加载试验,研究了其破坏过程、破坏形态、抗剪性能以及各个受力阶段箍筋应力的变化,并通过与普通强度箍筋混凝土短柱试件对比,分析了箍筋强度、箍筋间距、配箍率等因素对短柱受剪承载力、滞回特性、耗能能力及延性性能的影响。结果表明:配置高强箍筋对短柱受剪承载力的影响不显著,但明显提高和改善了其耗能能力和延性性能;高强箍筋混凝土短柱具有较普通箍筋混凝土短柱的滞回曲线"饱满",循环次数多,刚度衰减慢等特点;在配箍率等条件相同的情况下,高强箍筋混凝土短柱的延性和耗能能力均明显优于普通箍筋混凝土短柱;达到峰值水平荷载时,普通箍筋达到或接近于屈服,而高强箍筋仍具有较高的应力储备,当达到极限水平荷载时,部分高强箍筋接近于屈服。     

高强箍筋约束混凝土柱抗震性能和累积损伤分析

损伤指标可以量化结构或构件在地震作用下的损伤程度,为震后结构损伤评估及结构抗震设计提供重要的理论依据。因此,开展了15个配置高强箍筋的约束混凝土柱抗震性能试验研究和累积损伤分析。试验结果表明：达到峰值点时,约束箍筋尚未屈服,约束箍筋拉应力为屈服强度的56%～91%,达到极限位移时,约束箍筋屈服但仍未被拉断;配置高强箍筋的约束混凝土在整个受力过程中展现出良好的承载力和变形能力。针对混凝土强度等级为C50、配置HRB500纵筋的高强箍筋约束混凝土柱,不同损伤模型的计算结果与试验结果表明：Chai模型能够较为准确地预测损伤程度。对于剪跨比为3、配筋率和配箍率较大的试件,在轻微破坏和中等破坏阶段,Kunnath模型计算的损伤指数稍微偏小。付国模型在各阶段均能较好地预测损伤程度,但损伤指数计算值大于1,计算结果不收敛。剪跨比较大的约束混凝土柱会降低其损伤发展速度,轴压比的增加会加剧约束混凝土的损伤程度。高配筋率和高体积配箍率的约束混凝土柱损伤发展速度较慢,相同循环次数下,损伤程度较低。在约束混凝土柱设计中,可通过合理配置纵向钢筋和约束箍筋,降低和延缓约束混凝土柱的累积损伤。     

高强箍筋约束高强混凝土柱的抗轴压性能

为了研究高强箍筋约束高强混凝土柱的抗轴压性能,定量分析该类型柱的强度和变形提高程度,进行了31根高强箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验。在试验的基础上,分析箍筋强度、箍筋间距和箍筋形式对其强度和变形性能的影响;结合国内外试验数据,通过回归分析提出高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。     

约束作用下箍筋锈蚀对再生混凝土抗压强度的影响研究

通过加速锈蚀箍筋约束再生混凝土试件的单轴受压试验,研究了配箍形式、箍筋锈蚀率等因素对抗压强度和破坏形态的影响。并结合再生混凝土的极限强度面和破坏准则,建立了锈蚀箍筋约束再生混凝土的抗压强度模型,验证了模型的有效性。结果表明：随着箍筋锈蚀率的增加,试件的抗压强度减小;当配箍形式相同时,箍筋间距越大,箍筋锈蚀率对抗压强度的影响越显著;当箍筋间距相同时,箍筋锈蚀率对配置方形箍试件的抗压强度影响程度比配置棱形箍试件的影响大;在锈蚀箍筋试件的轴压破坏位置处,箍筋是否发生断裂与配箍形式和箍筋锈蚀率有关;所建立的锈蚀箍筋约束再生混凝土的抗压强度模型考虑了配箍形式、箍筋间距、箍筋锈蚀率等重要因素的影响,适用于各种截面,经试验验证,具有良好的计算精度和适用性。