预应力型钢超高强混凝土梁抗弯性能试验研究

预应力型钢超高强混凝土梁是融合了超高强混凝土材料、钢结构和预应力技术所形成的一种新型组合构件。为了研究预应力型钢超高强混凝土梁的抗弯性能,进行了14根预应力型钢超高强混凝土简支梁在竖向静力荷载作用下的受弯性能试验,分析了试件受力过程、破坏形态、裂缝开展与分布规律等相关试验数据。结果表明:超高强混凝土脆性破坏显著,导致预应力型钢超高强混凝土梁极限状态后承载力骤降,但内置型钢有效提高了试验梁极限状态后的持载能力;预应力型钢超高强混凝土梁以普通受拉纵筋屈服作为试验梁进入屈服阶段的标志,以受压区混凝土崩裂作为试验梁达到极限状态的标志;荷载达到0.9t up之前,试验梁跨中控制截面基本符合平截面假定。在不考虑型钢与混凝土粘结滑移的基础上,采用ANSYS有限元程序对预应力型钢超高强混凝土梁进行数值模拟计算,试验梁开裂荷载、屈服荷载以及极限荷载的计算值与试验值吻合较好,验证了有限元模型的正确性。     

火灾下钢筋混凝土梁非线性分析与寿命预测

火灾会导致钢筋混凝土性能退化,该文基于元胞自动机(Cellular Automata,CA)与纤维模型提出了一种用于火灾下钢筋混凝土梁非线性分析的方法。建立CA模型模拟了火灾中梁截面温度扩散演化过程,得到不同升温时间下截面各处的温度;引入损伤模型得到钢筋损伤因子-升温时间变化关系;将元胞自动机模型与纤维模型结合,对火灾下钢筋混凝土连续梁进行时变非线性分析。结果表明:CA模型能够有效模拟钢筋混凝土梁截面的温度扩散过程;引入的损伤模型可有效将钢筋损伤进行量化;编制的MATLAB计算程序可有效用于高温损伤后钢筋混凝土梁的非线性分析;CA模型与纤维模型的有效结合可分析钢筋混凝土梁的变形与承载力时变演化过程,并对其耐火寿命进行评估。该方法可为火灾下钢筋混凝土结构的耐火寿命预测与评估提供理论工具。     

HPFL加固受火RC梁抗剪性能研究

 对高性能复合砂浆钢筋混凝土加固受火RC梁的抗剪承载力进行理论推导,并结合实验数据和工程实例验证理论公式的合理性．结合国内外对火灾后钢筋混凝土结构中混凝土和钢筋强度变化的研究,考虑火灾和火灾后冷却条件对混凝土和钢筋强度及性能的影响,提出计算模型．假定钢筋和混凝土之间无相对滑移,忽略混凝土的抗拉强度,不考虑温度—应力的耦合作用,采用等效截面法得到等效截面为T形截面,以桁架 拱模型和软化桁架理论为基础,结合极限平衡原理,考虑拉应变存在条件下混凝土抗压强度的软化．分析结果表明,推导所得的计算公式与试验数据比较吻合,高性能复合砂浆钢筋网加固方法能使梁的抗剪承载力得到显著提高,能满足实际工程的应用．     

高温后型钢再生混凝土梁受弯研究

为了研究型钢再生混凝土(SRRAC)梁高温之后受弯的力学性能,通过利用ABAQUS有限元分析软件建立了高温作用后型钢再生混凝土梁受弯的有限元模拟模型,对截面温度场及剩余承载力进行分析,并和现有的有关实验数据进行对比验证。分析了受火时温度、再生粗骨料取代率、混凝土强度、型钢屈服强度、截面含钢率对剩余承载力的影响。在模型正确的基础上进行了梁工作性能,破坏模态的机理分析。结果表明:型钢再生混凝土的取代率对型钢再生混凝土的承载力有部分影响,取代率的增加可以提升再生混凝土的承载力,构件的承载力主要跟受火温度有关,受火200℃的构件承载力减低了10%~15%,受火600℃的构件承载力降低了20%~25%。该文的研究结果对高温后型钢再生混凝土的工作机理有了更深的研究。根据取代率和受火温度可以判断型钢再生混凝土梁的极限承载力的变化情况。     

钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能的参数研究

该文建立了局部火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能分析的有限元计算模型, 计算结果与实测结果吻合较好. 考虑火灾发生位置及蔓延范围、钢梁高度、钢梁加劲肋的设置、梁荷载大小、柱轴压比等参数变化, 对钢管混凝土框架结构的变形和内力重分布规律、破坏形态、破坏机理和耐火极限进行了详细的参数研究. 研究表明:火灾作用位置对框架耐火极限有影响, 梁荷载对框架耐火极限影响较大, 而轴压比对框架耐火极限影响 不大.     

HRB500钢筋混凝土梁静动态受弯承载力试验研究

为研究HRB500钢筋混凝土简支梁的受弯承载力,进行7组21根适筋梁的静、动态三分点弯曲加载试验,分别采用0.6%、1.0%两种配筋率,C40、C60两种强度等级的混凝土,3种加载速度,获得梁的截面应变分布曲线,以及开裂载荷、屈服载荷、极限载荷和延性比等参数。通过对比分析试验结果,认为在动态载荷作用下,平截面假定依然成立,梁的开裂载荷可提升1倍以上,屈服载荷和极限载荷有小幅提升。动态屈服载荷可采用静载时的计算方法进行计算,但需要将钢筋和混凝土的静态强度替换为动态强度。梁的延性比基本不受加载速度的影响,配筋率越高的梁延性比越低。     

火灾下型钢混凝土平面框架的破坏机理

该文利用梁单元建立了型钢混凝土平面框架耐火性能分析的有限元计算模型,有限元模型得到了构件试验结果的验证。利用建立的有限元模型,对局部火灾下型钢混凝土平面框架的破坏机理和破坏形态进行了分析。研究表明:火灾下型钢混凝土平面框架出现了三种典型的破坏形态,即内柱破坏导致的框架破坏、边柱破坏导致的框架破坏以及混合破坏形态;火灾分布位置及破坏时梁内轴力是影响框架破坏形式的关键因素。     

基于塑性理论的钢筋砼简支深梁的抗剪强度研究(一)

根据混凝土的塑性理论及极限分析的上限方法,探讨了求解钢筋混凝土简支深梁的抗剪强度的数值计算方法。材料性质采用理想的刚塑性模型,混凝土屈服准则采用不考虑混凝土拉应力的修正的库伦屈服准则。分析了钢筋混凝土简支深梁发生塑性剪切破坏时屈服线的形状以及屈服线上混凝土和钢筋的能量耗散情况。最后从能量守恒的原理出发,即屈服线上的混凝土和钢筋消耗能量等于外荷载所做的功,导出了深梁剪切破坏荷载比例因子的隐函数表达式,对此隐函数进行优化求解,得到了深梁发生塑性剪切破坏的极限荷载。     

配角钢骨架型钢混凝土梁的纯扭性能及强度计算方法研究

为了研究配角钢骨架型钢混凝土梁的纯扭性能,设计了7个试件进行纯扭试验,考虑了型钢配钢形式、型钢保护层厚度和混凝土强度等级3个变化参数。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了试件受力全过程曲线、开裂扭矩和极限扭矩等重要数据,并分析各变化参数对型钢混凝土梁抗扭性能的影响。试验结果表明:配角钢骨架型钢混凝土纯扭梁破坏时型钢受拉屈服、棱角处混凝土被压碎,具有良好的抗扭性能,适当增加型钢体积配钢率和混凝土强度等级均能有效提高型钢混凝土梁的开裂扭矩和极限扭矩,增加型钢保护层厚度则恰好相反。在试验的基础上,该文提出了配角钢骨架型钢混凝土梁的纯扭强度计算公式,其计算结果与试验实测结果基本吻合。研究结果可供型钢混凝土组合结构的进一步科学研究和工程应用参考。     

火灾后型钢混凝土柱剩余承载力数值模拟分析

利用MSC.MARC软件对火灾后型钢混凝土柱的截面温度场及剩余承载力进行了模拟分析,数值分析结果得到了试验验证。考虑混凝土强度、长细比、含钢率、荷载偏心率、受火时间等参数,利用MSC.MARC软件对ISO834标准火灾作用后型钢混凝土柱剩余承载力进行了进一步计算。计算结果表明,经历ISO834标准火灾作用后,型钢混凝土柱的极限承载力显著降低,在该文参数范围内,承载力降低幅度在8.5%~45.3%变化。定义火灾作用后型钢混凝土柱剩余承载力与常温下型钢混凝土柱极限承载力的比值k为火灾后型钢混凝土柱剩余承载力影响系数。数值模拟分析结果表明,混凝土强度、截面含钢率、受火时间对k值的影响较大,而长细比、偏心率对k值的影响相对较小。在数值计算结果基础上,通过回归分析的方法得到了火灾后型钢混凝土柱剩余承载力影响系数k的简化计算公式,公式计算结果与数值模拟分析结果符合较好。     

混合配筋钢纤维增强混凝土梁受弯承载力试验及理论计算

为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)筋与普通钢筋混合配筋钢纤维增强混凝土(SF/混凝土)梁的受弯性能及其受弯承载力计算方法,在考虑受拉区混凝土抗拉强度的基础上,给出混合配筋SF/混凝土梁的界限配筋率及受弯承载力计算公式;在此基础上设计制作了三种配筋方式的SF/混凝土梁,重点探讨了混合配筋率及筋材面积比(A_f/A_s)对试验梁失效模式和受弯承载力的影响;同时,借助已有相关试验结果,对比分析了混凝土强度对混合配筋SF/混凝土梁受弯性能的影响。试验和对比分析结果表明:混合配筋SF/混凝土梁正截面应变仍符合平截面假定;相同配筋形式下,混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力和跨中挠度随筋材面积比A_f/A_s的增加而增大;单层配筋梁的受弯承载力比双层配筋梁大;合理提高混凝土强度可在充分发挥GFRP筋抗拉作用的同时进一步提高混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力;采用本文给出的界限配筋率公式能有效预测混合配筋SF/混凝土梁的失效模式;梁受弯承载力建议公式的预测值与试验值吻合较好,具有良好的适用性。      

配筋超高性能混凝土梁受弯性能及承载力研究

对4根跨高比为16的配筋超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete,简称UHPC）简支梁进行了受弯性能试验及受弯承载力分析,试件变化参数为钢纤维体积掺量和纵向受拉钢筋配筋率。试验结果表明:钢纤维体积掺量从3%提高到5%时,试件的开裂荷载提高了6.0%~11%,极限荷载仅提高了1.4%~2.5%;纵筋配筋率为3.21%的梁发生适筋破坏,配筋率为6.74%的梁发生部分超筋破坏;增加纵筋配筋率可显著提高UHPC梁的受弯承载力（提高34.9%~36.5%）。基于截面平衡条件、平截面假定以及UHPC和钢筋材料本构关系,建立了UHPC梁受弯承载力计算模型,受弯承载力计算值与试验值吻合较好。     

BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力试验与理论

通过11根玄武岩纤维增强聚合物复合材料（BFRP）筋钢纤维高强混凝土梁的受弯性能试验,研究了钢纤维混凝土层厚度、钢纤维体积分数和BFRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯破坏形态及其承载力的影响。结果表明,BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的破坏模式可分为受压破坏、受拉破坏和平衡破坏3种;钢纤维混凝土层厚度和钢纤维体积分数的变化对于BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力具有一定程度的影响,当BFRP筋配筋率为0.77%时,掺加体积分数为1.0%钢纤维的梁受弯承载力较无钢纤维梁提高了22.7%,在受拉区0.57倍截面高度内掺加1.0vol%钢纤维的梁受弯承载力达到全截面钢纤维混凝土梁受弯承载力的86.7%;增大BFRP筋配筋量可显著提高BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯承载力,BFRP筋配筋率为1.65%的试验梁受弯承载力较配筋率为0.56%的试验梁提高了39.4%。针对不同的破坏模式,提出了BFRP筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力和平衡配筋率的计算方法,并结合安全配筋率的概念对试验梁的破坏模式进行了预测,试验结果与分析结果吻合良好。     

Response of steel fiber reinforced high strength concrete beams: Experiments and code predictions

The shear-flexure response of steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams was investigated.Thirty-six reinforced concrete beams with and without conventional shear reinforcement (stirrups) were tested under a four-point bending configuration to study the effectiveness of steel fibers on shear and flexural strengths, failure mechanisms, crack control, and ductility.The major factors considered were compressive strength (normal strength and high strength concrete up to 100 MPa), shear span-effective depth ratio (a/d = 1.5, 2.5, 3.5), and web reinforcement (none, stirrups and/or steel fibers).The response of RC beams was evaluated based on the results of crack patterns, load at first cracking, ultimate shear capacity, and failure modes.The experimental evidence showed that the addition of steel fibers improves the mechanical response, i.e., flexural and shear strengths and the ductility of the flexural members.Finally, the most recent code-based shear resistance predictions for SFRC beams were considered to discuss their reliability with respect to the experimental findings. The crack pattern predictions are also reviewed based on the major factors that affect the results.     

Revisiting the shear design equations for concrete beams reinforced with FRP rebar and stirrup

Current design guidelines and codes use modified shear equations for calculating the shear strength contribution of fiber reinforced polymer (FRP) transverse reinforcement (stirrup) in concrete beams reinforced with longitudinal steel or FRP rebar. These equations, originally developed for steel as longitudinal and transverse reinforcement, are semi-empirical in nature and were developed with a core analytical equation where the coefficients were determined from regression analysis. Here, a comparative study among various code equations was conducted to predict the shear strength of FRP reinforced concrete beams. To facilitate this comparison a database was established from the published literature, which was composed of slender concrete beams (shear span to depth ratio, a/d >2.5) with FRP longitudinal and transverse reinforcement. The database contained 114 beams without transverse reinforcement and 46 beams with transverse reinforcement. The guidelines, codes and models that were implemented and compared in this study consisted of ACI 440.1R-06, JSCE 1997, CNR-DT 203, CSA S806-02, CSA S6-06, unpublished CSA S6-06 Addendum, ISIS-M03-01, simplified Modified Compression Field Theory, cracked section analysis model and modified Zsutty equations. It was observed from the statistical analysis that the CSA S806-02 produced greater coefficients of variation than the CSA S6-09. The ACI 440.1R-06 and JSCE 1997 produced more conservative results in calculating the transverse shear strength. The CSA S6-09 Addendum exhibited the best all-around performance in predicting the shear contribution of FRP reinforced beams compared to that of other design codes and guidelines.     

钢筋砼十字形柱的耐火极限研究

利用数值模拟程序RCSSCF分析了荷载比、柱计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等参数对ISO834标准升温作用下钢筋砼等肢十字形柱耐火极限的影响规律。针对不同荷载比、柱计算长度、截面尺寸、荷载偏心率和配筋率共1080种工况进行了四周受火时钢筋砼等肢十字形柱的高温反应分析。在此基础上,定量给出了该类构件耐火极限的实用计算方法。研究表明:荷载角对十字形柱耐火极限影响较小;严格控制荷载比是提高十字形柱耐火极限的有效措施。     

Fracture stability and residual strength assessment of reinforced concrete beams

In conventional analysis and design procedures of reinforced concrete structures, the ability of concrete to resist tension is neglected. Under cyclic loading, the tension-softening behavior of concrete influences its residual strength and subsequent crack propagation. The stability and the residual strength of a cracked reinforced concrete member under fatigue loading, depends on a number of factors such as, reinforcement ratio, specimen size, grade of concrete, fracture properties, and on the tension-softening behavior of concrete. In this work, a method is proposed to assess the residual strength of reinforced concrete beams subjected to cyclic loading. The crack extension resistance based approach is used for determining the condition for unstable crack propagation. The effect of reinforcement is modeled as a closing force counteracting the effect of crack opening produced by the external moment. The effect of percentage reinforcement and specimen size on the failure of reinforced beams is studied. Finally, the residual strength of the beams are computed by including the softening behavior of concrete.     

钢筋混凝土楼板火灾反应数值计算模型

基于退化壳原理,考虑火灾下板壳截面的不均匀温度场分布而引入分层模型,同时在每分层上考虑材料在不同温度下的热力弹塑性本构关系,建立了火灾下钢筋混凝土板壳结构的有限元数值计算模型。另外,通过全拉格朗日方法考虑了大位移的几何非线性影响。最后通过一钢筋混凝土板在高温下的试验进行了验证,并分析了配筋率和保护层厚度的影响。结果表明:提出的火灾下钢筋混凝土壳单元数值计算模型的计算结果与试验结果吻合较好,可以用来分析火灾下钢筋混凝土框架结构楼板的反应。     

CFRP布加固方案对RC梁剪切性能及尺寸效应影响分析EI北大核心CSCD

采用同时考虑混凝土材料非均质性、钢筋与混凝土之间的相互作用以及CFRP布与混凝土之间的相互作用影响的三维细观数值模拟方法,建立了CFRP布加固RC梁剪切破坏力学分析模型。在验证了细观数值方法合理性的基础上,设计并建立了12根CFRP布加固RC梁细观模型,探究相同CFRP配纤率(用布量)前提下,不同CFRP布加固方案对单调荷载作用下RC梁的剪切性能及尺寸效应的影响。结果表明:CFRP布应变分布与裂缝位置紧密相关,越靠近裂缝位置的CFRP布应变越大,提供的抗剪贡献越多;在CFRP配纤率一致的前提下,CFRP布宽度大厚度小的加固方案优于CFRP布厚度大宽度小的加固方案;CFRP布U型加固RC梁剪切强度存在尺寸效应现象,但相同CFRP配纤率下,不同CFRP布加固方案对名义抗剪强度尺寸效应的影响较小,可以忽略。