钢护筒与钢筋混凝土结构承载力试验研究

为了研究钢护筒与内部钢筋混凝土(RCFST)联合受力的机理和破坏模式,以果园港二期工程桩基为原型,开展钢结构与钢筋混凝土结构协同受力机理及其设计优化技术的研究。以钢护筒厚度、配筋率、配箍率为变量,进行RCFST结构短柱轴压试验。根据不同参数构件的试验结果,分析RCFST结构的破坏模式及受力机理。试验结果表明:RCFST短柱结构中,钢护筒与箍筋对核心混凝土均有约束作用,且双重约束效应明显,钢护筒与箍筋对核心混凝土的约束效应可以有效地抑制混凝土裂缝开展,使得钢护筒较传统的钢管混凝土结构具有更高的承载力以及更好的塑性和韧性;在钢护筒具有足够的约束效应时,钢护筒、混凝土及纵筋均在试件破坏时达到屈服,材料性能得以充分利用。     

基于剥离分析的钢护筒与钢筋混凝土结构轴压性能分析与设计方法

针对钢护筒与钢筋混凝土(RCFST)结构轴压受力性能、分布规律及设计方法的问题,以重庆果园港二期桩基为原型,钢护筒厚度、配筋率、配箍率为变量,取长细比4∶1进行RCFST结构短柱轴压试验。考虑钢护筒和箍筋对核心混凝土的双重约束作用,采用剥离分析方法研究RCFST结构的受力机理、应力应变规律及内力分配规律,推导并验证RCFST短柱的轴压承载力公式。该公式基于模型试验分析结果,结合相关规范给出RCFST结构合理径厚比的选择设计方法。结论是:RCFST结构在轴压荷载作用下,处于纵向压力双应力状态,其峰值应力小于钢护筒的屈服应力;基于"统一理论"的轴压承载力计算结果更接近RCFST结构短柱的室内物理模型试验值。     

考虑耦合约束效应的钢护筒钢筋混凝土结构徐变特性试验研究

大尺度钢护筒钢筋混凝土组合构件核心混凝土徐变及其对组合构件力学性能的影响,是这类结构长期工作性能充分发挥的关键。通过设计考虑不同钢护筒厚度和核心混凝土配筋率的3类试件,对试件进行长期单一竖向载荷作用测试,并通过徐变数值换算得到试件不同时刻的徐变系数。试验结果表明,钢护筒-钢筋混凝土构件破坏形式呈现明显延性,试件塑性和韧性能力显著提升,轴向极限承载能力加强;钢护筒厚度的增加可增强对核心混凝土的约束能力,同期应变系数越低;量化了钢护筒和钢筋对核心混凝土的耦合约束效应,为钢护筒-钢管混凝土组合试件长期性能的设计提供数据基础。     

钢护筒-钢筋混凝土结构抗拉弯性能试验研究

对于大尺度(几何尺寸大于1.5m)钢护筒-钢筋混凝土组合结构,钢护筒-钢筋笼-混凝土之间的工作机理对其结构力学性能的影响极大,特别是横向荷载下组合结构的抗弯性能。为探索和计算这类组合结构抗拉弯性能,按几何比例1:13对C30混凝土制成的钢筋混凝土试件和不同钢护筒厚度的钢护筒-钢筋混凝土组合试件开展模型试验研究,获得不同横向荷载时试件的抗拉弯承载力变化规律,及其试件应力分布和挠度变化规律。     

钢护筒钢筋混凝土组合结构约束效应试验研究

针对钢护筒钢筋混凝土组合结构的竖向承载性能,本文进行了系统的轴向受压力学实验。试验采用钢护筒的厚度以及钢筋配筋率作为试验变量,共浇筑6个试件。基于试验结果分析了组合结构的典型破坏特征和破坏模式、钢护筒的约束效应以及钢筋的约束效应对组合结构承载性能的影响。研究结果为钢护筒钢筋混凝土组合结构的设计和应用提供数据基础。     

钢护筒与混凝土桩水平受力机理数值分析与模型验证*

大直径钢护筒与钢筋混凝土水平受力桩基由于桩身刚度不连续,导致桩基与基岩结合部、钢护筒与基岩结构部出现较复杂的应力状态,需要提出科学评判依据来确定这类桩基的有效嵌固深度。建立考虑钢护筒与混凝土桩水平受力的室内物理模型和数值模型,通过大量变动参数的数值模拟和对比测试研究,探讨研究影响钢护筒与混凝土桩水平承载性能的各种因素,得到钢护筒与桩基共同作用下地基基础的力学性状规律。     

考虑损伤滑移效应的钢护筒-混凝土模型界面研究

针对钢护筒钢筋混凝土组合结构的界面力学特征,开发了考虑损伤滑移效应的钢护筒-混凝土界面模型。在分析钢筋混凝土结构受力机理的基础上,对钢护筒和混凝土在三维尺度上的相对运动进行分解,进而建立钢护筒-混凝土界面模型的三维本构关系。选取混凝土的压缩应变作表征混凝土损伤程度的定量指标,并提出量化的计算方法来考虑混凝土的局部受压和滑移的耦合效应对界面荷载传递性能的影响。进行钢护筒-钢筋混凝土组合构件的受压性能试验,通过对比试验结果和模拟结果验证模型的适用性。     

构件预制+UHPC后浇节点装配式钢筋混凝土框架抗震性能研究

为研究以超高性能混凝土(UHPC材料)后浇节点连接的预制装配式钢筋混凝土框架结构的抗震性能,对一榀缩尺比例为1:2的2层2跨预制装配式混凝土框架试件进行了低周往复荷载试验,并分析试件的破坏形态、承载力、位移延性、刚度退化、滞回耗能能力以及节点核心区箍筋应变。试验结果表明:装配式框架节点受力钢筋采用短连接搭接的连接形式安全可靠,节点核心区混凝土基本无裂缝;试件具有良好的的承载力、位移延性及耗能能力;反映出以UHPC材料后浇连接节点的预制装配式框架具有良好的抗震性能。     

钢护筒钢筋混凝土组合构件徐变特性试验研究

针对钢护筒钢筋混凝土组合结构的长期变形特性,本文进行了系统的不同参数试件的徐变特性试验。试验采用钢护筒的厚度以及钢筋配筋率作为试验变量,共浇筑4个试件。基于120d的受压徐变试验结果量化了钢护筒和钢筋的约束效应对组合构件长期变形性能的影响。研究结果为钢护筒钢筋混凝土组合构件长期性能的设计提供数据基础。     

薄壁钢护筒-钢筋混凝土柱偏心受压破坏机理研究

薄壁钢护筒与钢筋混凝土联合受力架空直立式作为一种新的码头结构形式逐渐被应用到实际工程中,然而绝大多数的组合构件处于偏心受压状态。目前对应用于码头结构的薄壁钢护筒-钢筋混凝土组合结构偏心受压承载性能的研究较少,还未有定论。对薄壁钢护筒-钢筋混凝土柱进行单向偏心受压承载性能试验,通过各试件的破坏状态和试验数据,得到荷载-应变曲线,分析其破坏机理。结果表明:钢护筒壁厚的增大和偏心率的减小对结构承载性能提升有直接影响,可为实际工程中的结构设计提供参考。     

圆钢管混凝土柱低周反复加载试验研究

为了研究钢管混凝土柱在低周反复荷载作用下组合材料横截面刚度对其性能的影响,以果园港二期工程上的钢管混凝土柱为原型,对3根钢管混凝土柱进行低周反复加载试验。通过控制试件钢管厚度进行物理模型试验,研究钢管厚度对钢管混凝土柱耗能性能、承载性能、强度退化、刚度退化、延性和变形能力的影响。试验结果表明:随着试件钢管厚度的增加,试件的能量耗散系数与等效黏滞阻尼系数均随之减小,试件的耗能能力随之变弱;钢管厚度越小,钢管混凝土柱试件的耗能性能越好。钢管越厚,对核心混凝土的约束作用就越强,强度退化就越弱,试件塑性变形能力就越好。钢管越厚,外包钢管对核心混凝土约束作用就越强,水平承载能力越高。     

往复荷载作用下的钢管混凝土柱耗能和塑性变形性能

以果园港二期工程桩基为原型,对钢管混凝土柱进行低周反复加载试验。基于ABAQUS有限元软件,以不同的核心混凝土配筋率、混凝土强度为参数进行分析。结果表明,钢管混凝土柱的钢管在柱底位置易发生屈曲变形甚至屈鼓;钢管混凝土结构中钢管的厚度增加,使钢管混凝土结构的塑性变形能力增强,具有承载能力高、延性良好等优点;配筋率的增加增强了钢管混凝土柱模型的塑性变形和耗能性能;而混凝土强度的增加对钢管混凝土柱塑性变形和耗能性能影响比较有限。     

Axial compressive behavior of stainless steel tube confined concrete column piers

The steel tube confined concrete (STCC) column piers of marine structures have been proposed in recent years. The main advantages of STCC piers include the convenient construction process and improved core concrete strength. This research presents an experimental investigation on stainless steel tube confined concrete (SSTCC) column piers subjected to axial loading. Thirty two specimens were prepared and tested. Test variables included section shape, steel tube thickness, and concrete strength. Failure modes, axial ultimate compressive strength, strain characteristics, rigidity, confinement effect, and ductility were comprehensively investigated. Test results demonstrated that the main failure modes for circular and square specimens were concrete shear failure and steel tube fracture caused by concrete deformation, respectively. The axial compressive ultimate strength was affected by the tube thickness and concrete strength. The ultimate strength increased with the increase in the confinement factor, and the increasing ratio of the circular specimens was five times to that of square specimens. The differences in axial ultimate compressive strength of SSTCC column piers, carbon steel tube confined concrete column piers, and concrete filled steel tube column piers were also analyzed. Increasing tube thickness could increase the ductility and rigidity of the specimens. Moreover, axial ultimate compressive strengths were calculated and discussed based on different calculation models.     

锈蚀钢筋混凝土大偏心受压柱的数值模拟

基于锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件承载力试验研究结果,运用ANSYS有限元分析软件,对锈蚀钢筋混凝土大偏心构件进行分析,通过温度场模拟钢筋锈蚀作用,得到锈蚀构件破坏特征及承载力随锈蚀程度的变化规律。经对比试验结果,该有限元模型数值计算与试验结果能较好吻合,温度场模拟钢筋锈蚀较理想。对不同直径钢筋影响受压柱承载力和裂缝分布规律进一步分析,结果表明:同等条件下,随着钢筋直径增加,钢筋锈胀力减小,裂缝开裂分布区域发生变化。     

Bond-slip behaviour of concrete filled double skin steel tubular (CFDST) columns

This paper provides novel results and key findings for the bond-slip field since there is no single study available in the literature conducted on the bond-slip behaviour of concrete filled double skin steel tubular (CFDST) columns. Likewise, no studies have been focused on the contribution of welded reinforcing bars on the bond behaviour of composite columns. A series of push-out tests on sixteen specimens of CFDST columns are presented to explore the bond-slip behaviour between the cross-sectional elements (the inner steel tube, outer steel tube and the shell concrete). The primary test parameters involve (a) interface type (normal interface, interface with an internal ring, with reinforcing bars, and with shear studs); (b) concrete strength (high strength concrete and normal strength concrete); (c) push-out type (push-out of the shell concrete and push-out of the inner tube). The results demonstrated that greater benefits arose on the bond strength, once the reinforcing bars or internal rings were welded onto the inner steel tube of CFDST columns. Moreover, in addition to remarkably improving the bond strength, the welded reinforcement bars would significantly improve the compressive strength of CFDST columns and eliminate the local buckling of the inner steel tube. On the other hand, the embedded shear studs (bolts) onto inner steel tubes are capable of improving the bond strength with less degree of the shear resistance in comparison with the other interface types. What's more, the current paper is also adapted to explore the influence of concrete grade (normal and high strength) on the bond performance of CFDST columns and it is showed that the bond strength increases considerably as the strength of the shell concrete is increased. Finally, the bond improvement ratio (BIR) is studied which could be a representative index in comparing the performances of the parameters on the bond behaviour.     

港口工程高强钢筋混凝土梁受剪极限状态分析

通过对配置HRBF500高强钢筋的混凝土梁在集中荷载作用下的受剪试验,并依据《水运工程混凝土结构设计规范》条文规定,研究该高强钢筋在港口工程混凝土受剪构件中的应用。试验观测构件斜裂缝开展规律及破坏形态,采集构件不同状态时的荷载数据。依据《港口工程荷载规范》条文规定,并引入荷载长期影响系数,分析构件斜截面极限承载力及正常使用极限状态斜裂缝宽度。研究结果表明,配置高强钢筋的混凝土梁斜向开裂规律与普通梁基本相同,其钢筋强度可以被充分利用,基于水运规范所得极限承载力和考虑荷载长期影响的正常使用阶段斜裂缝宽度满足要求,且有较好的安全储备。     

FRP加固负载混凝土柱轴压性能有限元分析

采用有限元方法对不同负载应力水平下短期加载的纤维增强塑料(FRP)布约束混凝土柱轴压性能进行分析,并与已有试验结果做了比较。分析表明:选择合理的分析模型,可以较好地预测FRP布约束混凝土柱轴心受压性能。在此基础上,分析了不同带载应力水平下配筋率、混凝土强度、FRP约束刚度等参数对FRP约束混凝土柱承载力和变形的影响。     

大管桩现场取样分析与耐久性研究

采用现场取样与室内化学分析相结合的方法,研究海洋环境下大管桩的耐久性能。通过对深圳、连云港和宁波3个地区服役1~17 a的大管桩展开耐久性调查,同时在潮差区和浪溅区的桩身混凝土钻芯取样,采用化学分析的方法测试不同深度混凝土中的氯离子含量,计算混凝土氯离子扩散系数,进而经统计分析得出桩身混凝土的腐蚀参数。通过对比研究桩身混凝土与桩帽节点混凝土的抗氯离子渗透性能的差异,研究裂缝对氯离子渗透的影响及大管桩接头处FRP包覆层对接头耐久性的影响。取样研究过程中未发现任何箍筋和主筋锈蚀的现象,服役10~15 a的大管桩箍筋表面氯离子浓度在0.1%~0.2%,箍筋表面光洁如新。     

一种连接装配式横梁的新型桩顶结构设计

装配式高桩码头采用整体预制横梁与桩基直接连接时,桩顶结构设计是技术方案的重难点,在确保横梁、桩芯与桩基三者可靠连接的同时,还要保证桩芯结构有足够的承载力。依托实际工程,提出一种适用于整体装配式横梁的新型桩顶结构,并对其进行计算分析。结果表明：整体预制装配式开孔横梁预留空腔内模可采用免拆除的波纹钢管提高新老混凝土的结合能力;桩芯结构采用型钢组替代钢筋笼是可行的技术方案;鉴于型钢与混凝土的黏结力不同于钢筋与混凝土的黏结力,型钢结构桩芯应进行在装配式横梁预留空腔内的锚固计算。