内置GFRP管-钢管混凝土组合柱的轴压力学性能分析

在数值计算本构模型的基础之上,对内置GFRP管-钢管混凝土组合柱的轴压力学性能展开深入的数值模拟计算分析。研究结果表明,组合柱的最大轴压荷载随着GFRP管直径的增大而增大,极限承载力随着壁厚的增加而增大,且基本呈线性增长关系;在弹性阶段,GFRP管纤维缠绕角度不起作用;在弹塑性阶段,随着纤维缠绕角度的增大仅限承载力先减小后增加,且呈开口向上的二次抛物线型,缠绕角度为0°比45°的组合柱所能承受的荷载增加15.7%;组合柱外侧钢管的厚度大小对组合柱的轴压力学性能影响较为明显,且组合柱的极限承载力与钢管壁厚呈线性增长关系;组合柱的极限承载力随着混凝土强度等级的增加基本呈线性增加。     

GFRP筋混凝土柱抗震性能试验

为了掌握GFRP筋混凝土柱的抗震性能,通过5根全GFRP筋混凝土柱和1根混合配筋混凝土柱的低周反复加载试验,研究了体积配箍率、轴压比对GFRP筋混凝土柱抗震性能的影响,分析了混凝土柱抗震破坏形态和过程、滞回特性、变形与耗能能力、强度退化和刚度退化等特征。分别采用延性系数和综合性能指标2种延性评价方法评价其抗震性能,并进行对比。将抗弯承载力试验值与加拿大CAN/CSA-S806-12、美国ACI 440.1R-15和中国GB 50608—2010规范计算值进行了对比。在已有研究成果基础上,结合试验得出的骨架曲线进行分析,提出了全FRP筋混凝土柱理论骨架曲线的计算方法。研究结果表明:全GFRP筋混凝土柱最终因混凝土压碎和GFRP纵筋断裂而破坏,混合配筋混凝土柱因混凝土压碎和钢筋纵筋屈服而破坏,所有试件均未发生GFRP箍筋破坏且GFRP箍筋能够在试验过程中一直对混凝土提供有效约束;全GFRP筋混凝土柱的滞回曲线捏缩效应更加明显,且耗能能力稍低于混合配筋混凝土柱;采用传统的延性系数方法评价GFRP筋混凝土柱的抗震性能存在一定的局限性,而综合性能指标可全面反映GFRP筋混凝土柱较高的承载力和变形性能,且综合性能指标随体积配箍率增大、轴压比减小而逐渐增大;3种规范的抗弯承载力计算值均小于试验值,美国ACI 440.1R-15规范计算值安全储备最高。所建立的理论骨架曲线与试验骨架曲线总体上较为吻合。     

轴心受压钢骨-钢管混凝土组合短柱力学性能研究

为适应建筑结构高耸、大跨的发展,提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨—钢管混凝土组合柱,该组合柱是在钢管混凝土内埋设钢骨。通过12根组合短柱的轴心受压试验,研究了钢骨—钢管混凝土组合短柱的力学性能,讨论了影响这种新型钢—混凝土组合柱性能的主要因素,包括混凝土强度、套箍指标和配骨指标等,给出了该种组合柱的承载力计算公式。研究结果表明:由于钢管、钢骨和混凝土的协同工作,该种组合柱不但具有很高的承载力,而且具有很好的延性,可大大提高建筑物的防倒塌能力;由所给组合柱承载力计算公式计算的结果与实测值吻合良好。     

CFRP/GFRP层间混杂约束混凝土圆柱强度和延性性能试验研究

设计了不同铺层方式、铺层厚度的CFRP/GFRP约束混凝土圆柱,采用单轴压缩试验研究约束柱的强度和延性性能,给出了约束柱的强度公式。研究表明,CFRP/GFRP约束混凝土柱改变了单一FRP约束混凝土柱破坏时的脆性特征,约束柱的强度和延性显著改善。     

螺旋箍筋约束高强混凝土柱轴心受压性能试验研究

为探究螺旋箍筋约束高强混凝土柱的轴心受压性能,开展了42根螺旋箍筋约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了混凝土标准立方体抗压强度(58.0~90.6 MPa)、箍筋屈服强度(480~1 219 MPa)、体积配箍率(1.00%~1.60%)与箍筋间距(45~80 mm)对螺旋箍筋约束混凝土柱受压承载力和变形能力的影响。试验结果表明:箍筋约束混凝土在达到峰值压应力时,约束箍筋可能达不到屈服;约束箍筋的强度和体积配箍率相同时,随着高强混凝土强度的增高,约束混凝土达到峰值压应力时箍筋的拉应变减小;混凝土轴心抗压强度、箍筋屈服强度相同时,随着体积配箍率的提高,约束混凝土峰值压应变增大,相应的横向应变也随之增大,箍筋拉应变也增大。基于试验结果,考察了峰值压应力下箍筋拉应变与体积配箍率、混凝土强度、箍筋屈服强度和箍筋间距之间的关系,建立了峰值压应力下约束箍筋拉应变计算公式。拟合得到了约束混凝土峰值压应力f_cc、峰值压应变ε_cc、下降段曲线的特征参数(峰值压应力后85%峰值应力下的轴向压应变ε_c85、50%峰值压应力的轴向压应变ε_c50)的计算公式。给出了考虑体积配箍率、混凝土轴心抗压强度、箍筋间距和箍筋屈服强度影响的箍筋约束高强混凝土的轴心受压应力-应变关系模型。     

部分预应力高强混凝土梁无粘结筋极限应力及承载力的计算方法

通过１５根单调荷载和１１根低周重复荷载作用的无粘结部分预应力高强混凝土梁的试验研究，探讨了综合配筋指标、跨高比、荷载作用方式对预应力筋应力增量和极限承载力的影响，建立了无粘结预应力筋应力增量与综合配筋指标，混凝土相对受压区高度与综合配筋指标的关系式，对受压区混凝土应力等效模式进行了探讨，给出了两种无粘结部分预应力高强混凝土梁正藿面极限承载力的计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。     

矩形钢管钢纤维混凝土组合柱轴压承载力有限元分析

为探明钢纤维混凝土(SFRC)强度、钢纤维体积掺量、钢材强度和长径比等对矩形钢管SFRC组合柱轴压承载力的影响规律，根据正交试验设计32根柱，开展非线性有限元分析，得到荷载位移关系曲线。研究表明：矩形钢管SFRC轴压柱承载力受钢材强度、SFRC强度和钢纤维体积掺量影响显著，其中与钢纤维体积掺量呈近似直线变化，随着钢材强度增加承载力增速有所放缓。提出了矩形钢管SFRC轴压柱的承载力计算式，与相关文献试验值吻合良好。     

基于极限状态钢管混凝土墩柱轴压承载力计算

为了探求钢管混凝土墩柱轴压承载力的新计算方法,基于极限状态下钢管和混凝土的受力特点,通过对国内外354个钢管混凝土轴压短柱试验数据的回归分析,得出了适用于普通钢管混凝土墩柱和钢管高强混凝土墩柱的侧压系数k值,给出了一个新的计算公式。该公式得到的普通钢管混凝土短柱轴压承载力计算值与试验值之比的平均值为0.969,均方差为0.101,钢管高强混凝土短柱轴压承载力计算值与试验值之比的平均值为0.971,均方差为0.116,可见计算结果与试验结果吻合良好,且略偏于保守。同时给出了轴压长柱的稳定承载力计算公式,对108个试件的数据分析表明:计算结果与试验结果总体上吻合良好。     

Experimental and Theoretical Study on Bearing Capacity of Cross-section of Hollow Slab with Tubular Cavities Considering Function of Tubes

为深入掌握内置GBF高强薄壁管的圆管式空心板结构性能,研究了这类结构中GBF高强薄壁管是否参与结构受力的问题.首先通过试验实测了圆管式空心板截面承载力,然后根据薄壁管的实际受力状况对截面承载力进行了较精确地理论分析,推导了考虑管参与受力的截面承载力计算公式.研究表明:在承载力极限状态下当混凝土受压区高度满足一定条件时,GBF高强薄壁管将参与结构受力从而一定程度上提高了结构的截面承载力;根据截面受力状况的不同,该类空心板截面承载力的准确计算需要分2种情形考虑;在设计中仅将CBF高强薄壁管视为成孔内模是不当的,应充分考虑其对结构极限承载力的影响.     

长期荷载作用对方钢筋混凝土柱承载力的影响

考虑长期荷载作用效应的影响，进行了6个方钢筋混凝土轴心受压构件承载力的试验研究，提出轴心受压时方钢筋混凝土的核心混凝土的应力－应变关系模型，在此基础上，利用数值方法成功地计算出考虑长期荷载作用影响时方钢筋混凝土构件的荷载－变形全过程关系曲线，理论计算结果和试验结果吻俣良好。最好，在系统分析长细比、载面含钢率、钢材和混凝土强度等因素影响的基础上，提出长期荷载作用对方钢筋混凝土柱承载力的影响系数。     

FRP管混凝土悬带拱桥试设计研究

FRP管轻质高强、耐久性好、易于维护,为了解FRP管应用于悬带拱桥体系时,桥梁的力学性能,以某大学中轴线景观人行桥——钢管混凝土悬带拱桥为背景,进行FRP管和混凝土的组合结构替代钢管混凝土结构的试设计研究。FRP种类较多,试设计时将拱肋调整为GFRP圆管混凝土,吊杆更换为GFRP变截面矩形方管,横梁更换为GFRP圆管混凝土,2条悬带增加为3条,悬带更换为可更换式的CFRP索。采用有限元软件建立试设计桥有限元模型,对试设计桥静力性能、弹性稳定性及自振频率进行验算,并比较不同阶段下FRP管混凝土悬带拱桥与钢管混凝土悬带拱桥静力性能。研究结果表明:FRP管混凝土悬带拱桥的静力性能和动力性能均可满足国内外现行的规范要求,FRP管混凝土悬带拱桥在施工阶段和正常使用阶段的内力均小于钢管混凝土悬带拱桥的内力。     

型钢外包活性粉末混凝土柱受力性能和裂缝宽度及变形研究

对6根型钢外包活性粉末混凝土柱分别进行轴心受压和偏心受压试验,得出了型钢外包活性粉末混凝土柱在轴心受压与偏心受压状态下裂缝的开展规律及变形特征;对不同强度等级的试验柱的试验结果进行对比分析,研究了各级荷载作用下试验柱的受力性能。并采用有限元软件对试验进行模拟,得出试件的裂缝云图及荷载变形曲线,与试验结果对比,吻合度较高,说明上述研究可为型钢活性粉末混凝土柱工程应用提供理论依据。     

FRP-混凝土轴压短柱的极限承载力研究

在线性Mohr-Coulomb强度准则的基础上,提出FRP-混凝土轴压短柱极限承载力计算时的基本假定,利用极限平衡法推导了FRP-混凝土轴压短柱的极限承载力公式,并通过与文献试验结果的比较,验证了理论公式的正确性。该结果为FRP-混凝土轴压短柱的极限承载力分析提供了一定的准则依据,对实际工程设计有一定的参考价值。     

FRP-PVC混凝土短柱的极限承载力及验证

本文分析FRP-PVC混凝土短柱的破坏机理,并提出极限承载力计算的基本假定。在统一强度理论的基础上,考虑FRP条带的承载力增强作用,利用极限平衡法推导了FRP-PVC混凝土短柱的极限承载力公式。通过与参考文献试验结果的比较,验证了理论公式的正确性。该结果为FRP-PVC混凝土柱的推广应用和极限承载力分析提供了理论依据。     

长期荷载作用对方钢管混凝土柱承载力的影响

考虑长期荷载作用效应的影响，进行了6个方钢管混凝土轴心受压构件承载力的试验研究，提出轴心受压时方钢管混凝土的核心混凝土的应力-应变关系模型，在此基础上，利用数值方法成功地计算出考虑长期荷载作用影响时方钢管混凝土构件的荷载-变形全过程关系曲线，理论计算结果和试验结果吻合良好。最后，在系统分析长细比、截面含钢率、钢材和混凝土强度等因素影响的基础上，提出长期荷载作用对方钢管混凝土柱承栽力的影响系数。     

铝合金/GFRP筋近表面嵌入式增强钢筋混凝土梁抗弯性能试验

为研究铝合金/玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋近表面嵌入式加固混凝土梁的抗弯性能，以加固方式、加固筋类型和加固量为变量，设计了5根钢筋混凝土梁试件进行单调静载试验，重点分析了混凝土加固梁的破坏模式和破坏特征。研究结果表明：采用铝合金筋或GFRP筋嵌入式加固后混凝土梁的受弯承载力均显著提高；加固量相同时，GFRP筋加固梁、铝合金/GFRP筋混合加固梁和铝合金筋加固梁的极限荷载比未加固梁分别提高了105.8%、45.7%和17.5%，但混凝土梁采用GFRP筋加固后延性降低、脆性突出，而采用铝合金/GFRP筋混合加固或铝合金加固后混凝土梁的延性则与对比梁相当；GFRP筋嵌入式加固梁和铝合金筋嵌入式加固梁分别发生了混凝土保护层剥落破坏和加固筋屈服后混凝土压溃破坏，而铝合金/GFRP筋混合加固梁则先是GFRP筋与混凝土保护层发生剥离，之后随着作用跨中位移的持续增大，受压区混凝土发生压溃，破坏过程有两重防线。在试验研究基础上，采用截面分析法给出了嵌入式加固梁抗弯强度的理论计算模型与工程实用模型，计算结果表明：加固梁极限弯矩的试验值与理论预测值之比及与实用模型计算值之比的平均值分别为1.081和1.063，方差分别为0.003和0.005，吻合较好。     

500MPa级钢筋混凝土柱受压性能试验研究

500MPa级钢筋是我国冶金行业研究开发的新型高强热轧带肋钢筋,本文通过12根采用500MPa级钢筋作为受力钢筋的混凝土轴心和偏心受压柱的受力性能试验,分析了这种新型钢筋混凝土柱的受力特点,提出了受压承载力的计算方法和500MPa级钢筋抗压强度设计取值的建议,为将500MPa级钢筋列入我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)提供了依据。     

高强钢筋活性粉末混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究高强钢筋活性粉末混凝土(RPC)梁在弯矩作用下的受力特性和其抗弯性能的影响因素,设计制作20根高强钢筋RPC矩形梁进行抗弯承载力试验,分析梁的破坏形态、荷载~挠度曲线、裂缝的发展和分布,研究配筋率和钢筋强度对抗弯性能的影响规律。结果表明:RPC适筋梁的正截面破坏过程与普通混凝土梁相似,表现出良好的延性,少筋梁和无筋梁具有一定的延性;相同钢筋强度RPC梁的开裂弯矩和极限承载力随配筋率增加而增大;相同配筋率时,RPC梁的极限承载力随钢筋强度增加而增大,但钢筋强度对开裂弯矩影响不大;试验过程中,梁的截面应变符合平截面假定;根据简化理论计算的RPC梁极限弯矩值和试验值吻合良好。     

横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴压力学性能

横肋波纹板-方钢管(CPST)约束混凝土柱是由横肋波纹板与四角钢管焊接而成,并在腔内浇注混凝土形成的横肋波纹板约束核心混凝土、方钢管与混凝土共同承担轴向荷载构件。为了研究横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱的轴压性能,开展了3根横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴心受压试验。由于横肋波纹板具有较高的侧向刚度,核心混凝土能够得到较好的约束,但波纹板基本不承担轴向荷载,试件最终的破坏形式依次为方钢管局部屈曲、横肋波纹板向外鼓曲、方钢管内混凝土及核心混凝土均被压碎。在此基础上,利用ABAQUS分析了6类关键参数:混凝土的强度、正方形钢管/横肋波纹板的壁厚和抗压强度、钢管的截面尺寸。研究结果表明:如果提高混凝土强度,则抗压承载力提高,而延性降低;方钢管的厚度增加对柱的承载力和延性均有提升;方钢管的强度变高,承载力也随之提高;如果增加横肋波纹板的厚度,则承载力、延性都提高;横肋波纹板强度的变化对承载力影响不大,对延性有所提升;随着方钢管外截面尺寸变大,承载力呈现出提高的趋势。最后,基于Mander等提出的约束混凝土抗压承载力计算公式,通过引入综合影响变量,提出了计算横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱抗压强度的公式,期望为工程实践提供指引。     

氯盐干湿循环下TRC加固钢筋混凝土柱轴心受压性能

为进一步探究纤维编织网增强混凝土(TRC)修复加固钢筋混凝土柱在氯盐侵蚀环境下的受压性能,对12根TRC加固钢筋混凝土柱进行轴心受压性能试验研究,分析了不同干湿循环次数(0,60,90和120)、不同持续荷载比(0,0.1,0.2和0.4)、氯盐干湿循环与持续荷载耦合作用以及短切纤维改性高性能混凝土对TRC加固效果的影响。研究结果表明:干湿循环作用后TRC加固柱的极限承载力及变形性能有下降趋势,在干湿循环作用次数达到120次后,TRC加固柱的极限承载力降低6.71%;相比于单一的干湿循环作用,在氯盐干湿循环与持续荷载耦合作用下,TRC加固柱的变形和承载力下降更多;在干湿循环(90次)不变时,持续荷载比的增加会降低TRC的加固效果;干湿循环与持续荷载耦合作用的增加会改变TRC加固柱的破坏形态;使用短切PVA纤维改性高性能混凝土作为TRC基体加固钢筋混凝土柱会使其耐久性能稍有提高;给出了氯盐干湿循环作用下TRC加固RC柱的轴心受压极限承载力简化计算公式,计算值与试验值吻合较好。