基于损伤和能量耗散的钢筋混凝土柱抗震性能研究

从PEER数据库中选取7根钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的试验数据,在分析了不同轴压比和配箍率下各试件的滞回特性、延性指标和割线刚度退化等的基础上,基于钢筋混凝土构件的Park-Ang双参数破坏准则,研究了构件损伤与耗能的关系、轴压比和配箍率对滞回耗能和损伤演化的影响。结果表明,轴压比较小和配箍率较高的试件,滞回曲线较为饱满,具有较好的延性性能;在一定范围内,增大轴压比或配箍率可以提高试件的屈服位移、屈服荷载和峰值荷载;加载前期,试件的损伤主要由位移首次超越引起,累积耗能对试件损伤影响相对较小,随着位移幅值的增大,累积耗能对试件损伤的贡献逐渐加大;配箍率相同的情况下,减小箍筋的间距对改善钢筋混凝土抗震性能有显著作用。     

Advance in Researches on Bond Behavior for Steel-Corroded Concrete Members

Introduction Concrete and reinforced concrete ( RC) havebecome the most widely used construction materials inthe world as they are easily acquired and lowerpriced. Normally, cover concrete acts as a physicalbarrier to the ingress of aggressive agents and …     

锈蚀RC梁抗弯承载力计算方法研究

工程中钢筋混凝土梁纵向受力钢筋锈蚀情况复杂，梁上作用荷载形式多变. 为获取锈蚀RC （reinforced concrete）梁的抗弯承载能力，以锈蚀钢筋混凝土简支梁为研究对象，将锈蚀RC梁视为由混凝土和锈蚀底部纵筋组成的存在粘结-滑移的组合梁，依据混凝土与锈蚀钢筋之间的变形协调条件，给出了以挠度表达的锈蚀RC简支梁平衡微分方程；将平衡微分方程的齐次解作为单元形函数，推导出了锈蚀钢筋混凝土梁的单元刚度矩阵、等效节点荷载列阵以及每一荷载步锈蚀梁的内力计算公式；建立了能准确反应简支梁上荷载作用形式以及钢筋锈蚀状况的锈蚀RC梁抗弯承载力计算模型；最后通过17根锈蚀RC简支梁的试验数据对建议计算方法进行验证. 验证结果表明，抗弯承载力试验值与计算值之比的平均值为1.06，方差为0.012，二者吻合良好，该计算方法准确.      

矩形混凝土空心墩延性抗震性能试验研究

为深入认识混凝土空心墩地震损伤机理并评估其延性能力,对不同剪跨比、纵筋率及配箍率的方形和矩形空心墩试件开展拟静力加载试验. 观测各墩裂缝分布和损伤情况,分析桥墩的滞回性能、曲率及位移延性,并结合文献试验数据探讨既有塑性铰公式对空心墩顶部位移能力计算的适用性. 研究结果表明:各空心墩试件呈弯曲破坏特征,延性系数均在5.0以上,抗震性能良好;相同剪跨比下空心墩抗剪性能弱于相同外尺寸实心墩;增加纵向率能够适当提升空心墩侧向承载力和极限位移;在低轴压比下,纵筋率和箍筋用量对空心墩位移延性系数的影响规律不明显;空心墩塑性铰长度随剪跨比、纵筋强度或直径、轴压比的增加而提高,随混凝土强度的增加而降低,而配箍率的影响不显著;Mander、孙治国和JRA塑性铰模型预测值与试验值误差不超过5%,其中Mander公式计算效果最佳,可用于评估空心墩等效塑性铰长度;规范中较多采用的Paulay-Priestley模型高估了空心墩塑性铰长度,会使得桥墩抗震设计偏于不安全.      

Finite Element Calculation of the Flexural Stiffness of Corroded RC Eccentric Compressive Members

A finite element calculation model of corroded RC eccentric compressive members was build using finite element software ANSYS. The model considers the decline of mechanical properties and the effective section of a corroded steel bar, as well as the deterioration of bond character between corroded reinforcement and concrete. The reliability of the finite element model was evaluated by comparing the results of the finite element calculation with the data from experiments. Based on the finite element analysis results, the influence of corrosion degree, the diameter change of the longitudinal reinforcing bars and the spacing change of stirrups on the flexural stiffness were calculated and analyzed.     

再生混凝土骨料包裹桩承载特性试验研究

采用再生混凝土骨料替换包裹碎石桩碎石芯料，形成一种新型地基处理方式——再生混凝土骨料包裹桩，以改善采用包裹碎石桩处理液化及软弱土地基时碎石强度未能充分发挥的问题.开展了模型试验，研究包裹长度、刚度及长径比对再生混凝土骨料包裹桩单桩承载特性和骨料破碎度的影响.研究结果表明：包裹长度为1倍～6倍桩径时，延长包裹长度可显著提高桩体承载力，包裹长度小于1倍或大于6倍桩径时，包裹长度对承载力改善不明显；包裹材料的临界刚度约为100 kN/m，当小于临界刚度时，增加包裹刚度能显著提高桩体承载力，大于临界刚度时，增加包裹刚度不再明显改善桩体承载力；再生混凝土骨料包裹桩桩长不变时，长径比大于10的桩体承载力较低，桩体主要在10～30 cm深度内产生不同程度的局部弯曲，长径比小于7的桩体承载力较高，桩体主要发生轻微鼓胀变形，无局部弯曲；混凝土骨料的破碎度与桩体能承受的极限荷载呈正相关，增加包裹长度、刚度及桩径均会增加芯料的破碎度.因此，进行再生混凝土骨料包裹桩单桩设计时应充分考虑包裹长度、刚度和长径比与芯料破碎度之间的关系，以获取最优设计方案.     

含水率和腐蚀因素对钢筋混凝土柱抗震性能的影响

通过分析混凝土试块浸泡在水中和不同浓度腐蚀溶液中力学性能变化的试验结果,回归出混凝土抗压强度和弹性模量随含水率或腐蚀时间变化的计算模型,并通过纤维模型有限元程序OpenSees,对不同含水率或不同腐蚀程度的钢筋混凝土模型柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行了模拟.结果表明：随着含水率的增加,两种养护条件下,构件抗震性能降低的程度较小,但随着腐蚀程度的增大,构件耗能能力和延性的降低及承载力和刚度的衰减比较显著.     

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer under cyclic loading

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) under cyclic loading is experimentally investigated. An electrolyte corrosion technique is used to accelerate the corrosion of the steel bar in cylindrical concrete specimens. Wrapped specimens are strengthened with one layer of CFRP after the reinforcements are corroded. The experimental parameters investigated include: corrosion level, CFRP wrapped and number of loading cycles. Test results indicate that bond strength and area of hysteretic curve of CFRP wrapped specimens are larger than those of the unwrapped specimens. With increasing the number of loading cycles, the bond strength and area of hysteretic curve decrease gradually, especially at the 1st cyclic loading. The CFRP wrapping reduces the bond degradation rate effectively and prevents the bond-splitting failure of the corroded concrete specimens.     

钢筋混凝土偏心受压柱长期变形随机分析

混凝土收缩徐变具有显著的不确定性,需要采用随机方法进行有概率保证意义的长期变形分析.采用基于响应面的蒙特卡洛抽样技术,将GL2000模型中影响混凝土结构长期变形的因素作为随机变量,建立了混凝土结构的长期变形随机性分析模型.利用该模型进行了钢筋混凝土偏心受压柱长期变形随机分析,并考察了混凝土抗拉强度对长期变形的影响.在算例中,当偏心率接近1.0时,抗拉强度的敏感性系数达到峰值0.6,然后逐渐降低;当偏心率为1.6时,抗拉强度的敏感性系数基本为0.分析结果表明,钢筋混凝土柱开裂前,混凝土抗拉强度对其长期变形没有影响;随着偏心率的增大,混凝土开裂程度加深,其对长期变形的影响逐渐增大至峰值而后逐渐减小.      

锈蚀钢筋混凝土梁开裂的分形特征

基于电化学快速锈蚀混凝土梁的静载试验,分析了相同类型5片锈蚀钢筋混凝土梁在各级荷载下的裂缝特征,证明了构件裂缝分布具有分形特性,在此基础上,利用分形理论研究了锈蚀钢筋混凝土梁开裂及破坏过程,讨论了裂缝分维数与荷载、跨中挠度及钢筋锈蚀率的关系．试验结果表明：随着试验梁上作用荷载的增加,构件裂缝的分维数逐渐增大;极限荷载下锈蚀钢筋混凝土梁裂缝的分维数随着钢筋锈蚀率的增加而减小．     

新型五螺箍矩形短柱轴压承载力计算分析

螺旋箍筋应用于钢筋混凝土柱能明显提高柱的承载力及延性,为了研究五螺箍矩形混凝土短柱在轴心受压荷载作用下的力学性能和轴压承载力计算方法,首先,结合已有文献中的试验建立有限元模型,并将有限元分析结果与试验结果进行对比,以验证有限元模型的正确性;其次,基于材料用量相等的原则,设计了4种不同配箍形式的矩形截面柱,基于已验证了的有限元模型开展了不同混凝土强度对上述4种柱的轴压承载力和延性的影响研究;最后,通过对五螺箍柱进行参数分析,提出了基于体积配箍率的轴压承载力计算方法. 研究结果表明:五螺箍较五环箍、矩形箍和矩形螺旋箍柱构件承载力均值分别提高0.78%、6.70%和13.73%,延性系数均值分别提高2.00%、10.32%和10.41%,说明五螺箍柱有较高的承载力和延性;与各国规范提出的公式进行对比,本文建议的轴压承载力计算方法较为简便,且与试验值的误差均值仅为2.83%.      

预应力撑杆加固柱弯矩与轴力的关系

在预应力撑杆加固普通钢筋混凝土柱极限承载能力基本计算公式的基础上，讨论了加固柱的弯矩M和轴力N的关系，获得了M-N关系曲线，将其与未加固柱的M-N关系曲线进行比较，结果表明，对普通钢筋混凝土柱进行预应力撑杆加固有一定适用范围．     

钢管混凝土柱徐变稳定性分析

为了探讨混凝土徐变对钢管混凝土柱轴向荷载作用下长期稳定性的影响,基于能量法和按照龄期调整的有效模量法,应用失稳准则,推导了考虑徐变和屈曲前变形的两端铰接、一端固定一端铰接和悬臂柱3种边界条件下的钢管混凝土柱长期稳定临界力计算公式,研究了该类柱徐变稳定临界力与核心混凝土强度的影响规律,并将规范取值与该临界力进行了对比. 研究结果表明:考虑徐变的钢管混凝土柱稳定临界力与徐变系数有关,相同计算长度但不同边界条件的该类柱徐变稳定临界力一致;核心混凝土强度的提高,会减小徐变对构件稳定临界力的影响;当按现行混凝土结构设计规范对核心混凝土强度等级低于C45的钢管混凝土柱进行设计时,应注意徐变失稳问题;钢管混凝土柱的徐变稳定承载力在前60 d下降明显且占总下降量约80%,在100 d后承载力逐渐趋于稳定.      

长期负载下CFRP约束混凝土圆柱轴压试验研究

为探讨长期负载下混凝土的收缩徐变和CFRP（碳纤维布）徐变对CFRP约束混凝土柱轴向受压性能的影响,在3种不同加载模式下对12个圆柱进行了长期负载轴压试验,研究了在不同加载模式和不同负载水平下试件的破坏特征及长期荷载对约束柱变形、峰值点应力和应变的影响。试验结果表明:CFRP包裹后的试件均是由于纤维环向拉断导致柱子最终丧失承载力,且CFRP拉断位置一般集中分布在试件的中部附近;在长期荷载作用下,CFRP包裹后的试件比未包裹试件的长期变形要小,并随负载水平的提高,试件的长期变形增大;在不同加载模式下,长期负载对峰值点应力、应变的影响各不相同;初始负载对峰值点应力、应变的影响随负载水平的提高而增大,在负载水平较高时,峰值点应力降低约13%,峰值点应变降低约6%。      

轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱耐火性能

为探讨轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱的耐火性能,对4根轴心受压方形截面钢管混凝土叠合柱进行了试验研究,并对火灾荷载比、截面含管率和截面边长等对耐火性能的影响进行了有限元分析.研究结果表明:当火灾荷载比减小、截面含管率和截面边长增大时,火灾作用下试件的轴向膨胀变形增大,轴向压缩变形减小;在相同的升温曲线和火灾时间作用下,截面边长增大时,柱内温度降低;含管率变化对柱内温度场影响较小.火灾荷载比、截面边长和长细比是影响轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的主要因素;含管率、纵筋配筋率和材料强度变化对轴心受压方形截面叠合柱耐火性能的影响较小.      

有初应力的钢管混凝土偏压构件极限承载力计算

应用有限元方法对有初应力的钢管混凝土偏压试件进行了非线性分析,算例计算结果与试验结果吻合良好．应用该方法,以长细比、偏心率和初应力度为主要参数对有初应力的钢管混凝土偏压构件进行了受力性能分析．分析结果表明,初应力度对于偏压短柱受力的影响与初应力对轴压柱的影响基本相同;对于偏压长柱,稳定极限承载力随着初应力增大呈非线性下降趋势,最大下降幅度可达20％,同时稳定极限荷载所对应的挠度也相应增大．增加钢号等参数,对大量进行了有限元计算,给出了极限承载力的初应力度影响系数（有初应力构件的极限承载力与无初应力构件的极限承载力之比）的简化计算公式．最后,以表格的形式给出仅含两个主要参数（长细比和初应力度）的初应力度影响系数,以供工程中更加简便、偏安全的应用．     

高恢复性钢筋混凝土圆柱的抗震试验研究

为了使钢筋混凝土圆柱在遭遇超过现行规范设定水准的巨大地震时仍能保持正刚性且残余变形足够小，提出了采用高强低粘结的无预应力钢绞线作为柱纵筋的办法. 为了验证这种方法的有效性，进行了4根钢筋混凝土圆柱的常轴压低周水平往复试验，其中3根采用钢绞线纵筋，1根采用普通钢筋作纵筋，研究了剪跨比和塑性铰区横向约束方式对钢绞线混凝土柱抗震性能的影响. 试验结果表明:剪跨比为3和4的配置钢绞线为纵筋的钢筋混凝土圆柱位移角达6%时，仍保持正刚性，且残余位移角在2%以内；和普通钢筋混凝土圆柱相比，当位移角为6%时，钢绞线混凝土圆柱的侧向承载力提高了90%，残余变形降低了73%；在柱的塑性铰区（1.5D，D为截面直径）采用螺栓连接的钢板进行横向约束可将柱的侧向承载力进一步提高15%，残余变形进一步降低21%；由于钢绞线存在明显的粘结-滑移效应，基于平截面假定的分析方法不适用于采用钢绞线的钢筋混凝土柱侧向承载力的评估.      

模拟酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能研究综述

为深化对酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能演变机制的认识,论述了酸雨侵蚀作用下混凝土材料腐蚀机理、侵蚀模型和物理力学性能时变过程;分析了酸雨锈蚀钢筋的溶液腐蚀机理和大气动态冲刷机制,总结了锈蚀钢筋形貌表征与锈蚀率指标定量化研究成果,归纳了已有锈蚀钢筋力学性能退化模型和本构模型,概述了钢混界面黏结性能演变规律和黏结-滑移本构关系模型;梳理了梁、柱构件及结构静、动力学性能演变规律的室内试验结果、理论计算方法和数值仿真结果的最新研究进展与不足,并展望了未来的研究方向与重点。研究结果表明:酸雨腐蚀混凝土可归因于酸雨离子成分的交互作用,亟需适用性较强的理论模型以揭示腐蚀和扩散机制;室内加速试验揭示了酸雨侵蚀作用下混凝土物理力学性能时变规律,应完善室内加速试验制度,搭建耦合宏细观层次关键指标的混凝土损伤评价体系和预估模型;酸雨加速锈蚀钢筋试验多基于均匀锈蚀,钢筋腐蚀方法和形貌表征逐渐向不均匀锈蚀发展,应进一步发展高精度扫描技术,借助统计分析理论建立钢筋不均匀锈蚀特征参数,优化钢筋力学性能退化模型;通电锈蚀试验和拉拔试验演绎了钢混界面黏结性能演化规律,并建立了黏结-滑移本构关系,但忽略了实际钢筋混凝土结构的受力特点,且锈蚀过程显著区别于自然锈蚀,应考虑酸雨环境与材料特性复杂多变的特点,研究细微观钢混界面损伤行为,揭示酸雨环境、材料特性与黏结性能的内在关系;酸雨侵蚀钢筋混凝土结构时效性能研究多集中在试件层次,且采用腐蚀试验与承载力试验分阶段进行,忽略了荷载-环境的耦合作用,试验所设环境较为单一,试验制度与方法亦未统一,应对标实际工程,考虑实际结构承载和环境工况,搭建长期荷载-酸雨侵蚀耦合作用试验系统,探索荷载-环境-材料多场关联机制,完善理论计算方法与数值仿真手段,揭示结构长期性能演变过程,并推动现场暴露试验发展,量化室内-现场映射关系,指导工程实际。      

钢套管再生混凝土加固柱轴压试验

为实现建筑业节能减排的目标,提出了钢套管再生混凝土加固柱的新加固方法,对1个未加固柱、12个钢套管再生混凝土加固柱以及2个钢管混凝土柱进行轴压试验,并对试件的承载力和变形特点进行分析,并讨论了该加固柱的承载力计算方法.研究结果表明:加固后试件的承载力提高2.19～3.98倍,且加固柱的刚度、延性均比原柱有明显提高;钢套管再生混凝土加固柱的承载力为钢套管普通混凝土加固柱承载力的91.8%～97.0%;当填充再生混凝土强度由27.0 MPa增加到32.9 MPa时,加固柱的承载力仅提高2.67%;对于再生粗骨料取代率为50%的试件,当钢套管厚度由1.81 mm增加到3.84 mm和5.84 mm时,承载力分别提高了34.0%和77.8%;考虑原柱初始应力后,试件峰值应变减小47.1%～59.3%;钢套管加固柱与钢管混凝土柱具有类似的受力性能.采用不同规范计算试件的承载力,结果表明EC4规范公式的计算精度最高,稳定性最佳.      

路堤荷载下刚柔长短桩复合地基承载特性研究

为研究路堤荷载下刚柔长短桩复合地基的承载特性,结合某桥头过渡段带帽薄壁管桩（pre-stressed thin-wall concrete,PTC）联合水泥土搅拌桩（cement deep mixed,CDM）的软基处理工程,开展了PTC-CDM组合式长短桩复合地基承载特性现场试验,对路堤填筑过程中桩土应力比、荷载分担比以及桩土沉降差的变化规律进行了分析,并进一步采用有限元对刚柔长短桩复合地基的路堤荷载传递规律进行了数值模拟.试验与计算结果表明:CDM桩顶与桩间土应力增长缓慢,PTC桩帽上应力增长相对较快;填土达到一定高度土拱完全形成后,大量的路堤荷载转移至刚性长桩;刚性长桩和柔性短桩的桩土应力比分别达到7.5和2.1;短桩的存在减少了长桩桩顶荷载和上部桩身出现负摩阻力的深度,中性点位置上移;短桩达到一定桩长时再增加其长度,对路基总沉降影响不明显,因此,短桩桩长可根据承载力要求的临界桩长来设计.