约束屈曲纵筋摇摆柱滞回性能研究∗

提出了一种新型约束屈曲纵筋摇摆柱构造,即在传统钢筋混凝土柱中采用约束屈曲纵筋代替普通钢筋并放松柱与基础的约束而形成的一种新型摇摆柱,并提出了相应的恢复力模型。对约束屈曲纵筋进行了单调受压试验和数值模拟,验证了约束屈曲装置对纵筋的约束功能并研究了钢筋直径、约束屈曲装置与钢筋间空隙对其约束功能的影响;对约束屈曲纵筋摇摆柱进行了数值模拟,研究纵筋直径以及轴压比对其滞回性能的影响。结果表明:约束屈曲纵筋摇摆柱的滞回曲线为典型旗帜型,其强度为混凝土部分强度和纵筋部分强度叠加,柱的摇摆发生在受拉侧纵筋屈服之后。通过设计可使结构在小震阶段不摇摆,中震阶段柱纵筋屈服结构发生摇摆。轴压比以及纵筋直径的增加都可以在不同程度增加约束屈曲纵筋摇摆柱的侧向承载能力。     

多层钢筋混凝土平面框架拟动力抗震性能有限元分析

利用ABAQUS软件对3层2跨钢筋混凝土平面框架拟动力试验进行建模分析，建模时充分考虑了混凝土与纵筋、箍筋及型钢的约束关系、合理的地震波输入机制及平面框架的结构阻尼。通过对比有限元中的位移、加速度时程结果与试验结果，两者差异较小，表明建模方法的合理性，并进一步深入分析了该平面框架震后梁柱混凝土的结构损伤、各部件的应力-应变关系、梁柱控制点处的弹塑性状态以及塑性耗能机理与塑性耗能分配机制。结果表明：7种幅值El Centro波作用下，框架梁、柱混凝土均已开裂，柱底混凝土被压碎，纵筋、箍筋、型钢都进入塑性状态；按构件区分，框架梁的塑性耗能占比大于框架柱；按材料区分，梁、柱钢筋是平面框架的主要耗能部件，混凝土次之，型钢耗能占比较小；采用的建模方法可高效准确地模拟平面框架的拟动力性能，可为后续的实际工程作参考。     

钢纤维全再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究∗

混凝土梁良好的抗弯性能是影响建筑结构安全性的重要因素。为研究加入钢纤维的全再生粗骨料钢筋混凝土梁抗弯力学性能,设计了 4 根全再生粗骨料混凝土梁和 1 根天然粗骨料混凝土梁,主要设计参数为全再生粗骨料取代率,钢纤维体积分数,预损程度以及碳纤维布(CFRP)加固。通过单调加载试验对 5 根梁的破坏形态、荷载- 跨中挠度曲线、钢筋应变变化特征等抗弯性能进行了研究,采用 ABAQUS 有限元软件对各试件的加载过程进行了建模分析,基于现有规范和试验数据对各试件的峰值承载力计算方法进行了研究。研究结果表明,各试件梁均发生典型受弯破坏,掺加纤维后梁的受压区混凝土破碎脱落范围减小;全再生粗骨料混凝土梁的抗弯承载能力较普通混凝土梁降低约 6%,掺加钢纤维后梁的抗弯承载力较未掺加钢纤维的全再生粗骨料混凝土梁提高约 5%,钢纤维的掺入亦可改善混凝土梁的变形能力;采用碳纤维布直接加固后的梁承载力提高约 20%,先预损后进行碳纤维布加固后的梁承载力可提高约 14%,碳纤维布还可显著提高试验梁的整体刚度;ABAQUS 有限元软件分析结果与试验结果吻合较好,可较为准确地模拟梁的破坏形态和抗弯性能;现有规范公式及文中修正方法得到的抗弯承载力计算值与试验值相比误差较小,二者均可用于钢纤维全再生粗骨料混凝土梁的设计。     

钢管再生混凝土柱的耐火极限

介绍了考虑再生混凝土粗骨料取代率影响的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系,采用有限元软件ABAQUS对钢管再生混凝土柱进行实体单元建模,模拟火灾作用下该组合柱的力学特性与耐火极限,通过与试验结果的比较验证有限元模型的合理性,并在系统分析各主要参数影响规律的基础上提出钢管再生混凝土柱耐火极限的简化公式。研究结果表明:(1)有限元模拟钢管再生混凝土柱的温度场和耐火极限与实测结果总体符合,验证了提出的再生混凝土热工参数模型和热-力本构关系的正确性;(2)截面尺寸和长细比是影响钢管再生混凝土柱耐火极限的主要因素;(3)简化公式计算钢管再生混凝土柱的耐火极限与试验结果吻合较好。     

套箍法加固钢筋混凝土轴压柱的设计参数研究

采用ANSYS建立有限元计算模型,对套箍法加固RC轴压柱的极限承载力影响参数进行了研究。先利用4根加固柱的试验资料对有限元模型进行了验证分析,结果表明:对于加固柱的极限承载力,有限元计算结果和试验结果吻合较好。然后结合工程实际选取其中一根试验柱为基本柱,通过变换参数取值,总共计算了43根柱的极限承载力,从而对核心柱初始应力水平、套箍层配筋率、套箍层纵筋强度、套箍层配箍率、套箍层厚度和套箍层混凝土强度这6种可控设计参数进行了研究,揭示了每种参数对加固柱极限承载力的影响规律,并对后5种参数的影响程度进行了分析。根据计算分析结果,给出了几点加固设计建议。     

足尺再生混凝土柱偏压受力性能计算分析

为研究再生混凝土柱的受力性能,进行了系列足尺再生混凝土柱偏压性能试验。在4根足尺再生混凝土柱和2根足尺普通混凝土柱的偏压性能试验基础上,利用ABAQUS软件进行了非线性有限元分析,通过与试验结果对比验证了有限元模型的适用性,并深化研究了再生混凝土强度、配筋率、配箍率设计参数及受压偏心率对试件偏压性能的影响。结果表明:随着再生混凝土强度的提高,试件的刚度、承载力均相应提高;随着配筋率的提高,试件的承载力有明显提高;随着配箍率的提高,试件延性提高,承载力变化不明显;偏心率对试件受力性能影响相对较大,随着偏心率的增大,试件承载力降低、延性提高。     

锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压试验与本构关系模型∗

为了研究揭示锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压特性,基于36组锈蚀箍筋约束混凝土试件的单轴受压试验,获得了不同锈蚀程度箍筋约束混凝土的应力—应变曲线试验数据,分析了箍筋质量锈损率对约束混凝土的峰值应力、峰值点应变、极限应变以及破坏形态的影响规律,并分别建立相应的计算模型,进而研究提出了锈蚀箍筋约束混凝土的单轴受压本构关系模型。结果表明:随着箍筋质量锈损率的增加,约束混凝土的峰值应力、峰值点应变和极限应变逐渐降低;箍筋体积配箍率越小,箍筋质量锈损率对峰值应力和极限应变的影响越显著;当箍筋质量锈损率分别超过15%、10%和30%左右时,大部分方形箍、棱形箍和螺旋箍在试件轴压破坏位置处发生断裂;锈蚀箍筋约束混凝土单轴受压本构关系模型的计算值与试验数据吻合较好,说明该模型能够合理描述箍筋锈蚀程度对约束混凝土单轴受压应力—应变曲线的影响规律。     

带防屈曲支撑的钢管混凝土框架抗震性能参数分析

设置防屈曲支撑的钢管混凝土框架是一种新型钢管混凝土减震结构。采用有限元软件Opensees对设置防屈曲支撑的单层单跨钢管混凝土减震框架进行数值模拟,研究了框架梁柱线刚度比、防屈曲支撑初始刚度以及钢管混凝土柱轴压比等设计参数对该减震结构抗震性能的影响。研究结果表明:1数值模拟和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性;2梁柱线刚度比在0.1~0.3之间变化时,钢管混凝土减震框架的抗震性能较好;3BRB耗能支撑的初始刚度K1在40~80kN/mm变化时,减震框架的耗能减震效应较明显;4在合理的钢管混凝土柱轴压比范围内,当轴压比较大时,在钢管混凝土框架中设置防屈曲支撑能明显地提高结构的耗能能力和改善结构的强度退化现象。     

剪跨比和箍筋率对钢筋混凝土框架柱动态特性的影响效应

基于通用有限元软件ABAQUS,分别在准静态和动态加载条件下,对不同剪跨比和箍筋率的钢筋混凝土柱进行了数值模拟。对比现有试验结果发现,ABAQUS的模拟效果与试验结果吻合较好;加载速率的影响随着剪跨比和箍筋率的增大而降低;钢筋混凝土柱的峰值承载力随着加载速率增大而增大的趋势明显,刚度无明显变化,延性比趋于稳定。因此,在进行地震作用下钢筋混凝土结构的抗震分析时,对加载速率的影响效应要给予足够的考虑。     

侧向冲击荷载作用下钢骨混凝土柱抗冲击性能研究

为研究侧向冲击作用下钢骨混凝土柱抗冲击性能,基于非线性有限元软件MSC.MARC建立了钢骨混凝土柱抗冲击数值模型。对钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱在落锤冲击作用下的抗冲击试验进行了有限元模拟,分析表明该数值模型可以较好的模拟钢管混凝土柱和钢筋混凝土柱抗冲击性能。基于此数值模型研究了侧向冲击作用下钢骨混凝土柱的抗冲击性能,并探讨了冲击质量、冲击高度、冲击位置、轴压比、钢筋及H型钢强度和混凝土强度对钢骨混凝土柱抗冲击性能影响。最后对比分析了钢筋混凝土柱、钢骨混凝土柱和内插双H型钢钢管混凝土柱的抗冲击性能。结果表明:所探讨的影响因素对钢骨混凝土柱的冲击力峰值、平台值、持时和挠度都有各自影响的规律,可以为其他构件抗冲击性能分析提供依据。在相同尺寸和试验条件下,钢骨混凝土柱的抗冲击性能优于钢筋混凝土柱,但差于内插双H型钢钢管混凝土柱。     

钢管混凝土叠合柱温度场试验研究

研究了ISO-834标准火灾作用下钢管混凝土叠合柱的温度场。完成了8根叠合柱的火灾试验,考虑因素包括试件截面尺寸、截面类型和含管率。建立了有限元模型,并对试验结果进行参数分析。以方形截面叠合柱为例,分析了火灾时间、受火方式、截面尺寸、长细比、含管率、纵筋配筋率等参数变化对截面温度场的影响规律。火灾时间相同情况下,试验结果表明:(1)含管率相同时,截面尺寸越大,柱内温度越低;(2)截面尺寸相同时,含管率的变化对柱内温度场影响较小;(3)方形截面柱的边长和圆形截面柱的直径相同时,方形截面柱内温度低于圆形截面柱内温度。有限元模型模拟结果表明:火灾时间、截面尺寸和受火方式是影响叠合柱温度场分布的主要因素。     

强腐蚀圆钢管再生混凝土柱受压性能研究

为研究氯盐强腐蚀环境下圆钢管再生混凝土柱的轴压性能,以腐蚀程度、核心混凝土强度、钢管壁厚为试验参数,完成了12根圆形钢管再生混凝土柱的轴心受压试验,分析了各试件在不同设计参数下的破坏形态、承载和位移特性、应变变化等。研究结果表明：各试件中钢管纵向受压,横向受拉,荷载-应变曲线均是先升后降再升再降,其受力过程包括弹性段、弹塑性段和破坏阶段;强腐蚀试件受压后中部鼓曲明显,鼓曲位置随腐蚀程度提高,逐渐向柱端偏移;增大钢管壁厚和再生混凝土强度可以提高试件的承载力和延性,随着腐蚀程度的增高,试件的承载力和延性均下降。     

FRP约束钢骨高强混凝土短柱抗剪承载力计算

主要研究FRP(纤维增强复合材料)约束SRHC(钢骨钢筋高强混凝土)构件的受剪承载力计算方法。在已有SRHC构件试验结果分析的基础上,进一步研究了CFS(碳纤维布)约束后SRHC构件斜截面的受力特点及其影响因素;根据CFS与箍筋类似的受力分析,给出了CFS约束SRHC柱斜截面受剪承载力计算公式。计算结果表明,CFS约束SRHC柱的受剪承载力比SRHC柱的受剪承载力有所提高。由于CFS的作用相当于箍筋,而其应变略大于钢筋的应变,所以对内部混凝土的约束效果较好,因此本文该简化计算方法偏于安全,可供今进一步研究以及工程设计参考。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土组合柱的偏压力学性能,进行了14个组合柱强轴单调偏心受压试验,观察了试件的偏心受压破坏过程及破坏形态,分析了设计参数对试件荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、侧向挠度及承载力等偏压性能指标的影响规律。结果表明,组合柱偏心受压破坏始于受压侧中部型钢屈服,随后钢管受压侧达到屈服强度,进而核心再生混凝土被压碎,钢管中部出现局部明显鼓曲,最终导致试件丧失承载力;组合柱的偏压承载力分别随着再生粗骨料取代率和钢管径厚比的增加而逐渐降低;适当增大型钢配钢率可有效提高试件的偏压承载力和变形能力;增大偏心距和长细比对于组合柱的偏压承载力是明显不利的;总体上,圆钢管型钢再生混凝土组合柱具有较高的偏压承载力和良好的变形能力。     

高强再生混凝土柱大偏压性能试验研究

为了解再生粗骨料高强混凝土柱的压弯力学性能,进行了4根大尺寸钢筋混凝土柱大偏心受压重复荷载试验,包括方形与圆形两种截面柱,方形截面边长为600 mm×600 mm,圆形截面直径为675mm。研究变化参数为再生粗骨料取代率。在试验基础上,分析了其破坏特征、承载力、刚度及截面应变发展规律。结果表明,不同截面形式的再生粗骨料高强混凝土柱,其大偏压破坏过程、破坏形态、刚度退化、截面应变发展规律与普通混凝土柱的没有明显区别。参照现行混凝土结构设计规范的相关设计公式计算其极限承载力,计算结果与试验结果符合良好,计算精度能够满足工程要求。     

内置芯柱保温夹层组合砖砌体受压性能试验研究

提出了内置芯柱保温夹层组合砖砌体,为研究其抗压性能,进行了4组不同材料和不同构造措施的保温夹层砖砌体受压性能试验研究。第一组为粘土砖试件,第二组为再生混凝土砖试件,第三组为粘土砖夹砌粉煤灰砌块试件,第四组为再生混凝土砖夹砌粉煤灰砌块试件;每组4个试件,分别为普通砌体、内置方木芯柱砌体、内置方钢管混凝土芯柱砌体、内置圆钢管混凝土芯柱砌体;共计16个试件。基于试验,研究了不同构造作法对保温夹层砖砌体受压性能的影响,对比分析了各试件的承载力、损伤破坏特征和受压变形过程,给出了内置芯柱保温夹层砖砌体受压承载力计算公式。研究表明,内置芯柱保温夹层砖砌体与普通砌体相比,受压承载力和延性均明显提高。     

震损钢筋混凝土框架柱加固修复试验研究

以地震损伤钢筋混凝土框架柱为研究对象,重点研究了损伤、加固后的钢筋混凝土框架柱的抗弯、抗震性能及加固措施。设计并制作了6根钢筋混凝土柱试件。第一步,对原试件进行损伤试验;第二步,对损伤柱试件进行碳纤维加固和钢板加固,试验分析加固试件的抗震性能。考虑了不同轴压比与加固方式等参数的影响,对比研究不同轴压比作用下,采用不同加固方式柱试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能、延性及破坏形态等抗震性能,并对不同加固方案的效果进行分析比较,揭示了不同变化参数对加固后柱的抗震性能等指标的影响规律与程度,为我国建筑抗震设计规范和混凝土结构加固规范的修订提供试验和理论参考。     

侧向冲击下CFRP缠绕加固RC悬臂柱动态响应的有限元分析

文中基于LS-DYNA软件对侧向冲击下碳纤维增强复合材料(CFRP)缠绕加固钢筋混凝土(RC)悬臂柱进行了有限元模拟,在与文献试验结果对比验证基础上开展了参数化分析,重点考察了柱轴压比、CFRP层数、冲击速度及冲击质量等参数对柱动态响应的影响规律。研究结果表明：(1)低轴压比0～0.2对CFRP加固柱的损伤形态、冲击力第一峰值和侧向位移的影响较小;(2)增加CFRP层数可减小RC柱的剪切损伤程度和侧向位移;(3)相比冲击质量,冲击速度对CFRP加固柱的冲击力第一峰值和侧向位移的影响更大;(4)在相同冲击能量下,增加冲击质量会引起侧向位移的增加与冲击力第一峰值的下降。     

再生粗骨料混凝土柱耐火性能试验与理论分析

为研究再生粗骨料混凝土柱的耐火性能,进行了1个足尺的再生粗骨料混凝土柱和足尺的1个普通混凝土柱在竖向恒定荷载和温度场耦合作用下的耐火性能试验研究,2个试件的混凝土设计强度均为C30,2个柱采用相同的轴压比施加竖向荷载。在试验研究基础上,比较分析了2个试件的耐火极限以及各个测点的温度变化、侧向挠度、轴向变形和破坏过程;用有限元软件ABAQUS对试件截面温度场进行了模拟分析,测点温度增量模拟结果与实测温度增量符合较好。研究表明:相同初始轴压比条件下,混凝土强度接近的再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱升温速度慢,具有相对较好的隔热性能;再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱的抗爆裂性能好,耐火极限长;因再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱的孔隙率相对较高,在高温作用下其内部蒸汽应力可得到一定释放,由此引起的柱子轴向压缩变形相应也较大;一定条件下的再生粗骨料混凝土柱可用于建筑工程。