螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土轴压短柱试验研究

为了研究螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱的受力性能,设计了20个试件进行轴压试验,包含12个螺旋箍筋PVC管联合约束短柱试件、7个单纯PVC管约束短柱试件和1个普通钢筋混凝土短柱对比试件。试验考虑了约束核心区面积比、螺旋箍筋直径和间距、纵向钢筋直径以及方形箍筋间距等变化参数。通过试验观察了试件的受力过程与形态,获取其轴向荷载-位移曲线、极限承载力、延性系数、耗能因子等数据,并分析了核心区面积比、螺旋箍筋直径及间距、纵向钢筋直径、方形箍筋间距等参数对试件轴压性能的影响规律。研究结果表明:单纯PVC管约束混凝土短柱及螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱的破坏过程和形态与普通钢筋混凝土短柱相似。与普通钢筋混凝土短柱相比,单纯PVC管约束的混凝土短柱的极限承载力更低,但延性及耗能能力有所增加。对于螺旋箍筋PVC管联合约束混凝土短柱而言,加密螺旋箍筋间距可以显著提高其极限承载力,但会削弱试件的延性及耗能能力;增大螺旋箍筋直径,能够略微提高试件延性及耗能能力,对极限承载力影响不大;增大螺旋箍筋PVC管核心区面积比,可以增大试件的极限承载力,但会降低其延性及耗能能力;与普通钢筋混凝土相似,增大纵向钢筋直径或加密方形箍筋间距,均能提高试件的承载能力、延性及耗能能力。     

Restraint mechanism and bearing capacity calculation of steel- concrete composite square columns with internal spiral bars

为揭示钢-混凝土组合方形截面柱（简称“方柱”）内置螺旋筋的约束增强机理，明确螺旋筋间距、螺旋筋直径以及螺旋筋径宽比等设计参数对组合柱的约束增强效果的影响规律，设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的轴心受压试验，观察了方柱的破坏过程，揭示了其约束增强机理，对比分析了各变化参数对方柱轴压性能指标的影响规律，提出了具有统一形式的组合柱轴压承载力计算公式。试验结果表明：内置螺旋筋可有效改善方形角钢骨架或钢管对核心混凝土存在的约束“拱效应”，提升组合柱的承载力和变形性能，但对轴压刚度无明显增益效果；增大螺旋筋的体积配筋率可进一步提高组合柱的轴压延性，且增大螺旋筋径宽比时单位体积用钢量获得的承载力性能提升效果最为显著，其次是减小螺旋筋间距，再次是增大螺旋筋直径；组合柱承载力的提高程度随着螺旋筋用量的增大有所减缓，且内置螺旋筋对角钢混凝土柱承载力的提高效果显著优于钢管混凝土柱；结合所提的约束模型和Mander约束混凝土理论建立的轴压承载力计算式可较精确地计算螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱的轴压承载力。     

多重螺旋筋复合约束钢筋混凝土圆形截面短柱轴压性能试验研究

为研究多重螺旋筋复合约束钢筋混凝土圆形截面短柱的轴压力学性能,以螺旋筋间距、钢筋笼间距、螺旋筋重数为变化参数,对8个短柱试件进行轴心受压试验。观察试件的破坏过程及形态,获得了其荷载-变形曲线、峰值荷载和峰值变形等力学性能指标,并分析不同变化参数对试件轴压力学性能的影响。研究结果表明:三重螺旋筋复合约束钢筋混凝土短柱的破坏过程及形态与两重螺旋筋复合约束钢筋混凝土短柱相似,但具有更大的初始压缩刚度和更好的延性和耗能能力,用钢量的增加并没有有效提高其承载力;增大螺旋筋间距,减少用钢量的同时并没有显著降低承载力,而峰值变形、初始压缩刚度、延性及耗能系数逐渐减小;增大钢筋笼间距,用钢量的减少幅度大于承载力的降低幅度,其延性及耗能能力得到提高,而峰值变形和初始压缩刚度没有表现出明显的规律。     

螺旋筋增强方钢管混凝土柱的轴压性能及参数分析

为研究螺旋筋增强方钢管混凝土(SRCFSST)柱的轴压性能,以螺旋筋间距、螺旋筋直径、螺旋圈与方钢管的径宽比、方钢管壁厚、混凝土强度等级、纵筋为变化参数,对23个短柱试件进行了轴心受压破坏试验。基于试验实测数据,就各变化参数对SRCFSST轴压性能的影响规律进行了深入的参数分析,其中在延性分析部分引入了基于耗能的延性系数。研究结果表明：SRCFSST试件的表观破坏形态与普通方钢管混凝土的相似;当螺旋筋配筋率≥1.5%时,荷载位移曲线由下降型转化为强化型,并出现四个关键特征点,破坏前预兆明显;在增加相同用钢量的条件下,增加螺旋筋的含钢量时承载力、峰值应变及延性均大幅提高,而增加方钢管和纵筋的含钢量时仅承载力有小幅提高,峰值应变、延性均无明显变化;基于参数分析的结果,对采用SRCFSST的轴压构件的最优配钢方式提出了设计建议。     

锈蚀低矮钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

模拟近海大气环境对5榀不同设计参数的低矮RC剪力墙试件进行加速锈蚀试验，达到预期锈蚀目标后，对锈蚀试件进行拟静力试验，旨在研究不同水平分布筋间距和不同暗柱纵筋直径对锈蚀低矮RC剪力墙承载力、变形能力及剪切滞回特性等抗震性能的影响。结果表明:沿暗柱纵筋的锈胀裂缝较沿水平分布筋和暗柱箍筋的宽，而水平分布筋和暗柱箍筋的锈蚀率则比暗柱纵筋的大；随着水平分布筋间距的减小，锈蚀试件剪切破坏程度降低，剪切变形减小，而试件承载力、延性和耗能分别有不同程度的提高，其中以延性提高幅度最大；随着暗柱纵筋直径的增大，锈蚀试件受弯能力得到较大提升，剪切破坏程度增加，剪切变形增大，试件承载力、延性和耗能亦分别有不同程度的提高，其中承载力提高最多，延性和耗能提高相对较少。     

加固钢筋混凝土柱抗震性能参数影响分析

为研究轴压比、新增纵向钢筋配筋率、新增箍筋的直径及间距对增大截面加固钢筋混凝土柱抗震性能的影响,建立了加固钢筋混凝土柱有限元模型,通过与加固柱在往复荷载作用下的试验滞回曲线进行比较,验证了模型的有效性,并将模型应用于加固柱的抗震性能分析中。参数分析结果表明:增大截面加固钢筋混凝土柱随轴压比的增加滞回曲线饱满程度降低,屈服后位移循环次数减少,不利于抗震;加固柱的水平承载力和刚度随着新增纵筋配筋率的增加而大幅提升;减小加密区的箍筋间距、增加新增箍筋的直径改善增大截面加固柱的延性性能效果显著。     

钢-混凝土组合方形截面柱内置螺旋筋约束增强机理及承载力计算

为揭示钢-混凝土组合方形截面柱(简称“方柱”)内置螺旋筋的约束增强机理,明确螺旋筋间距、螺旋筋直径以及螺旋筋径宽比等设计参数对组合柱的约束增强效果的影响规律,设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的轴心受压试验,观察了方柱的破坏过程,揭示了其约束增强机理,对比分析了各变化参数对方柱轴压性能指标的影响规律,提出了具有统一形式的组合柱轴压承载力计算公式。试验结果表明：内置螺旋筋可有效改善方形角钢骨架或钢管对核心混凝土存在的约束“拱效应”,提升组合柱的承载力和变形性能,但对轴压刚度无明显增益效果;增大螺旋筋的体积配筋率可进一步提高组合柱的轴压延性,且增大螺旋筋径宽比时单位体积用钢量获得的承载力性能提升效果最为显著,其次是减小螺旋筋间距,再次是增大螺旋筋直径;组合柱承载力的提高程度随着螺旋筋用量的增大有所减缓,且内置螺旋筋对角钢混凝土柱承载力的提高效果显著优于钢管混凝土柱;结合所提的约束模型和Mander约束混凝土理论建立的轴压承载力计算式可较精确地计算螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱的轴压承载力。     

高强混凝土加芯柱抗震性能试验研究

进行了高轴压比下7根高强混凝土加芯柱的低周往复加载试验,阐述了其主要试验现象及破坏形态,对各试件的滞回性能、延性、承载力、强度及刚度退化、耗能性能等试验结果进行研究,并分析了其主要影响因素：核心区面积、纵筋配筋率和箍筋配箍率,对其抗震性能的影响规律。结果表明：通过在普通高强混凝土柱中部配置纵向钢筋及复合箍筋,所形成的加芯柱具有良好的滞回延性和稳定的后期强度,等效粘滞阻尼系数符合弯曲破坏混凝土柱0.1～0.2的范围。在设计轴压比高达0.85时极限位移角仍不小于1/50;核心区面积较大、核心纵筋配筋率高、箍筋间距小的柱承载力高、延性好;核心纵筋配筋率高、核心区面积小、箍筋间距小的柱耗能能力强;各试件在加载初期刚度退化较快,后期较慢。     

CFRP-PVC管内置螺旋筋混凝土柱抗震性能试验研究

聚氯乙烯(PVC耐腐蚀)、碳纤维(CFRP轻质高强)和螺旋筋(强塑性)进行组合可以使材料特性充分互补从而为混凝土提供约束，有效改善钢筋混凝土的力学性能。为研究CFRP-PVC管内置螺旋筋混凝土柱的抗震性能，以螺旋筋直径、螺旋筋间距和剪跨比为变化参数，完成9个试件的低周反复加载试验。结果表明：绝大部分试件发生了CFRP-PVC复合管断裂的压弯破坏，螺旋筋在达到极限荷载后在受压区提供明显约束作用，从而提高抗震性能；所有试件破坏延性在2.76～4.35之间，极限层间位移角均大于1/30,满足规范要求；螺旋箍筋直径的减小、螺旋筋间距的增加和剪跨比的增大均使试件的抗剪承载力和延性降低，但对刚度退化影响不大。基于ABAQUS软件建立的精细有限元模型能较准确地预测CFRP-PVC螺旋筋复合约束混凝土柱在恒定轴力和反复水平力下的承载力和内部混凝土开裂行为，参数分析表明：轴压比、混凝土强度显著影响试件的承载力和变形能力，纵筋强度和直径对试件承载力和屈服后的刚度影响较大，并提出混凝土强度与轴压比限值的匹配关系。所提出的压弯承载力计算方法在较低轴压比和使用普通强度等级混凝土时具有良好的适用性。     

不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱轴压受力性能研究

为研究不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱受压力学性能，进行了6个圆形和6个方形截面轴压短柱的试验研究，主要研究参数为不锈钢管厚度(1.4、1.9 mm)、再生砖骨料掺量(0%、50%、100%)和柱类型(不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱、不锈钢管钢筋再生混凝土短柱和钢筋再生混凝土短柱),获得了破坏形态、荷载-应变关系、极限荷载、刚度和延性等性能。结果表明：不锈钢管的约束作用提高了短柱的承载力和延性，承载力随再生砖骨料掺量增加而减小，再生砖骨料掺量100%时圆形和方形截面短柱承载力比无掺入情况分别下降23.6%和39.5%;再生砖骨料掺量越大，短柱的轴压刚度越小，不锈钢管壁厚从1.4 mm变化到1.9 mm对轴压刚度影响不大；再生砖骨料高掺量情况或增加不锈钢管厚度可显著提高短柱延性。同时，修正了现有圆形截面的约束混凝土本构模型，建立了不锈钢管约束钢筋再生混凝土短柱的有限元模型进行轴压性能分析，有限元计算结果和试验结果吻合良好。对114个不同参数下短柱模型进行计算，提出了圆形和方形截面不锈钢管约束再生混凝土短柱轴压承载力和刚度设计方法。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土柱抗震性能与损伤评价

为了研究海水珊瑚混凝土柱的抗震性能,以混凝土类型、纵筋配筋率、配箍率和轴压比为主要参数,开展了6个环氧涂层钢筋混凝土柱低周反复荷载试验,分析了柱的破坏形态、承载力、延性和滞回耗能等变化。研究结果表明：环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土具有良好的抗震性能,海水珊瑚混凝土对柱延性、刚度退化有明显影响,而对承载力与耗能能力影响较小;海水珊瑚混凝土柱位移延性系数和承载力较普通混凝土柱降低19.25%与6.67%,而屈服荷载和峰值位移分别提高5.94%、25.90%;环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土柱耗能能力和滞回特性随纵筋配筋率和轴压比的变化而显著改变;增大配箍率可提高其延性。针对环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土柱提出了骨架曲线模型与抗震损伤评估模型。分析表明,侧移达到弹塑性层间位移角限值时,海水珊瑚混凝土柱纵筋配筋率或配箍率宜分别提高10%、16%,可以使其震损水平与普通混凝土柱相近。     

强化再生混凝土柱的抗震性能有限元分析

为研究粗骨料强化的再生混凝土柱的抗震性能,建立了ABAQUS精细化有限元模型,在验证模型的基础上分析了轴压比、长细比、纵筋配筋率和箍筋间距对强化再生混凝土柱抗震性能的影响。研究结果表明：轴压比和长细比对构件的抗震性能有较大的影响,轴压比控制在0.6以下,强化再生混凝土柱能够发生较好的延性破坏;长细比对构件的初始刚度和承载力影响较大,长细比越大,构件的承载力越差,位移延性系数越小;纵筋配筋率会影响试件的承载力和延性,箍筋间距对承载力影响不大,但箍筋密度增加,会提高构件的延性。     

GFRP套管钢筋混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究GFRP套管钢筋混凝土短柱的轴压力学性能,进行了22个GFRP套管钢筋混凝土短柱和6个无GFRP套管约束的钢筋混凝土短柱对比试验。研究了影响GFRP套管钢筋混凝土组合短柱轴压力学性能的主要因素,包括GFRP套管不同的受力方式、混凝土强度、纵筋配筋率等。试验结果表明:由于GFRP套管的约束,提高了核心混凝土的强度,增大了核心混凝土的变形能力;GFRP套管在不同的受力方式下,组合短柱的轴压承载力和变形基本相同;GFRP套管内配置纵筋可提高GFRP套管混凝土短柱的轴压承载力,适当提高纵筋配筋率可改善短柱的延性。根据试验结果及现有FRP管约束混凝土轴心抗压强度计算公式,建议了GFRP套管钢筋混凝土短柱承载力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。     

外方内双圆箍筋约束高强混凝土柱抗震性能试验研究

以兰州地铁1号线东岗车辆基地运用库框架柱为原型,制作并完成了4个1/4比例高强混凝土多重复合芯柱的低周反复荷载试验,分析了该类芯柱的破坏形态、刚度退化和滞回耗能等力学性能,研究了轴压比、箍筋间距、配箍形式等参数对该类新型柱抗震性能的影响。研究结果表明:高强混凝土多重复合芯柱主要发生了弯剪破坏,柱脚塑性铰区混凝土由于研磨效应而发生剥落,试件破坏时纵筋被压屈,呈灯笼状;复合芯柱的滞回曲线呈十分饱满的弓形,耗能能力强,表明该类芯柱的抗震性能优异;增加轴压比后芯柱发生剪切破坏,延性和耗能能力降低;增加箍筋间距使得试件后期承载力下降迅速,延性降低;双重复合芯柱比单芯柱的承载力高、耗能好,该类芯柱的抗震性能显著优于单芯柱的抗震性能。     

角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱轴压性能及承载力计算

为研究角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压力学性能,对26个该类组合柱试件及3个角钢约束混凝土柱对比试件进行了单调静力轴心受压试验。观察试件的破坏形态,得到试件的承载力和荷载-变形曲线。通过试件受力全过程的破坏形态、损伤演化、荷载-变形曲线、截面约束应力分布等分析角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的复合约束机理和失效性态。基于Mander本构模型,通过划分不同的混凝土约束区,提出该类组合柱的轴压承载力计算方法。研究结果表明：角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压破坏过程及形态与角钢约束混凝土柱相似,但是其裂缝发展、混凝土剥落的过程更为缓慢;荷载-变形曲线更为饱满,损伤发展也更慢;承载力、延性和耗能能力都有显著提高;所提出轴压承载力计算方法的计算结果与试验结果吻合较好。     

内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱轴压性能研究

为研究内置型钢圆形截面不锈钢管混凝土短柱的轴压性能，进行了10根内置型钢的圆形截面不锈钢管混凝土短柱和2根圆形不锈钢管混凝土短柱的轴压试验，并建立其有限元模型，开展了受力机理分析和参数分析。试验和受力机理分析结果表明：设置型钢后圆形截面不锈钢管混凝土短柱的承载力和延性系数分别平均提高了24%和80.3%;峰值荷载作用时，型钢的最大约束应力超过不锈钢管。参数分析结果表明：该类组合柱的承载力随材料强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为36.1%～81.94%;峰值应变随钢材强度或钢管含钢率的增大而增大，最大提高幅度为28.33%～136.09%;轴压刚度随混凝土强度、钢管含钢率和型钢含钢率的增大而增大，最大提高幅度为27.89%～49.1%。提出该类组合柱的轴压承载力、峰值应变和组合刚度的简化模型，简化模型计算值与有限元计算结果及实测结果吻合较好。     

配置大间距高强纵筋的钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为了解轴压比和纵向构造钢筋对配置大间距高强纵筋柱的抗震性能的影响,对6个配置■40大间距高强纵筋和1个普通配筋钢筋混凝土柱进行了低周反复加载试验。试验结果表明:当试验轴压比介于0.13~0.21时,与纵筋沿截面周边均匀配置的普通柱相比,仅在截面4个角部配置■40受力纵筋的混凝土柱,其水平荷载-位移滞回曲线的饱满度和耗能能力略低,屈服荷载和峰值荷载与普通配筋柱相当;轴压比为0.20~0.21的试件的极限荷载较高,但延性差;由于受力纵筋直径较大,采用■40纵筋的试件在试验轴压比范围内都会出现沿纵筋开展的黏结滑移裂缝;配置在柱根截面截断的纵向构造钢筋会在柱根形成受力薄弱面,对滞回性能和耗能能力略有影响。研究结果表明配置大间距高强纵筋柱的承载力可采用GB50010—2010《混凝土结构设计规范》中相关公式进行计算。     

锈蚀低矮钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

模拟近海大气环境对5榀不同设计参数的低矮RC剪力墙试件进行加速锈蚀试验,达到预期锈蚀目标后,对锈蚀试件进行拟静力试验,旨在研究不同水平分布筋间距和不同暗柱纵筋直径对锈蚀低矮RC剪力墙承载力、变形能力及剪切滞回特性等抗震性能的影响。结果表明:沿暗柱纵筋的锈胀裂缝较沿水平分布筋和暗柱箍筋的宽,而水平分布筋和暗柱箍筋的锈蚀率则比暗柱纵筋的大;随着水平分布筋间距的减小,锈蚀试件剪切破坏程度降低,剪切变形减小,而试件承载力、延性和耗能分别有不同程度的提高,其中以延性提高幅度最大;随着暗柱纵筋直径的增大,锈蚀试件受弯能力得到较大提升,剪切破坏程度增加,剪切变形增大,试件承载力、延性和耗能亦分别有不同程度的提高,其中承载力提高最多,延性和耗能提高相对较少。     

配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能试验研究

通过7根配筋圆钢管自密实混凝土柱和1根圆钢管自密实混凝土对比柱的低周反复荷载试验,研究了纵筋配筋率、轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱的承载力、延性、耗能能力和性能退化规律的影响。试验结果表明:配筋圆钢管自密实混凝土试件的滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能,在加载中后期,配筋试件的纵筋屈服,强度得到发挥,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性较普通圆钢管自密实混凝土试件均有不同程度提高,同时,耗能性能提高,且纵筋配筋率越大,配筋圆钢管自密实混凝土试件的承载力和延性也越大。轴压比和钢管壁厚对配筋圆钢管自密实混凝土柱抗震性能的影响规律与普通圆钢管混凝土柱相同。