考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴压本构模型

已有箍筋约束混凝土轴压本构关系模型大多未考虑尺寸效应的影响,或通过采用强度折减系数法来粗糙反映尺寸的影响。为研究大尺寸箍筋约束混凝土柱轴心受压性能及尺寸效应规律,根据已有箍筋约束混凝土圆柱和方柱轴压破坏试验结果,分析了体积配箍率、箍筋形式（方箍及圆箍）及试件尺寸对箍筋约束混凝土应力-应变曲线的影响。考虑体积配箍率及箍筋形式的影响,建立了箍筋约束混凝土峰值应变尺寸效应公式,并结合前期箍筋约束混凝土名义轴压强度（峰值应力）尺寸效应公式,提出了可考虑尺寸影响的箍筋约束混凝土轴向压缩全应力-应变关系模型。与试验及模拟结果进行对比发现,建立的可考虑强度和峰值应变尺寸效应的本构关系与已有试验结果吻合较好,模型计算曲线与试验曲线接近。     

约束混凝土受压应力-应变曲线统一方程

为改善已有约束混凝土本构关系模型的局限性,收集了混凝土强度为19.6～158 MPa,体积配箍率为0.5%～7.27%,箍筋屈服强度为296～1 318 MPa,纵筋配筋率为0%～5.87%的约束混凝土轴压试验数据,建立数据库。分析了7个关键参数对约束混凝土强度增强系数(K_c=f_(cc)/f_c)和变形增强系数(K_ε=ε_(cc)/ε_c)的影响规律。对数据库中试验数据进行统一处理,采用回归分析的方法,提出了峰值压应变及峰值压应力计算公式,约束混凝土受压应力-应变曲线统一方程。对比分析本文统一方程和已有的本构模型对本课题组试验的预测效果,本文提出的统一方程得到的应力-应变曲线与试验曲线吻合程度更高,本文提出的峰值压应变及峰值压应力公式预测效果好,本文模型精确度高且适用范围广。     

高强混凝土方柱不同强度网格箍筋约束效果

GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中给出了螺旋箍筋和焊接环式箍筋作约束箍筋的约束混凝土圆柱轴心受压承载力计算公式,认为柱达到受压承载力时约束箍筋一定屈服,而事实上只有体积配箍率超过某个限值时箍筋才能屈服,同时规范未涉及网格箍筋约束混凝土方柱。为考察网格箍筋约束混凝土方柱达到轴心受压承载力时箍筋的拉应力水平,完成了混凝土轴心抗压强度为50.0~68.0 MPa,箍筋分别采用HRB400、HRB500、HRB600、PC800、PC1 270、抗拉强度标准值为1 570 MPa钢丝的42根网格箍筋约束高强混凝土方柱的轴心受压试验。试验结果表明:在约束混凝土柱达到轴心受压承载力时,存在箍筋不屈服的现象,混凝土轴心抗压强度、体积配箍率和箍筋间距对箍筋应力水平的发挥有较大影响。基于峰值受压荷载下箍筋未屈服的试验数据,建立了峰值受压荷载下箍筋实际拉应变计算公式,提出了峰值受压荷载下箍筋能够屈服的体积配箍率下限值计算方法。通过考虑箍筋实际拉应力对约束混凝土峰值压应力和压应变的影响,建立了网格箍筋约束高强混凝土受压应力-应变关系全曲线方程,为网格箍筋约束混凝土方柱的工程应用及计算方法的完善提供了参考。     

约束再生混凝土足尺试件受压应力-应变全曲线试验研究

为研究箍筋约束再生混凝土的单轴受压应力-应变全曲线,对9个直径为500mm、高度为1500mm的再生混凝土圆形柱进行试验,采用20000kN伺服液压试验机进行位移控制加载。试验参数主要为纵筋率、箍筋间距与直径、加载应变速率。试验结果表明,箍筋间距、配箍率对试件延性影响较大。当加载应变速率由0.000003/s增大到0.0033/s时,试件的峰值应力增大1.14倍。分析表明,再生混凝土应力-应变全曲线与普通混凝土类似,但下降段较普通混凝土陡峭,脆性更为明显。     

GFRP筋纤维混凝土圆柱轴压性能研究

为研究配筋种类、纵筋配筋率、箍筋间距和箍筋直径对纤维混凝土柱轴压性能的影响,对7个玻璃纤维增强聚合物、筋聚乙烯醇纤维混凝土柱、1个钢筋PVA纤维混凝土柱和1个未配筋PVA纤维混凝土柱进行轴压试验。通过研究试件的破坏过程和破坏形态,建立了轴压承载力、峰值强度、峰值应变计算公式,得到适合GFRP筋约束纤维混凝土的轴压应力-应变本构模型。研究结果表明:GFRP筋纤维混凝土柱和钢筋纤维混凝土柱破坏过程和破坏形态相似;提高GFRP纵筋配筋率能显著提高试件轴压承载力;减小箍筋间距或保持配箍率不变时减小箍筋直径能显著提高试件延性,但对约束效率的提高作用较小。     

轻集料混凝土局部受压试验及动力本构分析

为探究轻集料混凝土单轴局部受压动力特性,采用试验机对轻集料混凝土单轴局部受压本构关系进行相关试验研究.考虑了5种不同加载应变率和4种不同加载面积,在位移控制下,得到轻集料混凝土单轴局部受压应力-应变曲线.根据应力-应变曲线特征点的峰值应力、峰值应变和弹性模量,分析不同加载应变率与加载面积对特征点的影响.同时根据混凝土黏弹塑性损伤本构模型,考虑不同加载应变率和加载面积的影响修正模型参数,并通过试验数据验证理论模型的合理性.研究结果表明:加载应变率和加载面积对轻集料混凝土应力-应变曲线影响明显;不同加载面积对轻集料混凝土弹性模量、峰值应力及峰值应变有较大影响;所提出的理论模型能够准确描述轻集料混凝土材料局部动力荷载作用下的应变率效应和非线性行为.     

混凝土T形柱中约束混凝土的强度和变形特性

为了确定T形柱在轴心受压下约束混凝土的强度和变形特性,通过轴心受压试验,建立了约束混凝土的应力-应变曲线,提出了T形柱约束混凝土的峰值强度和峰值应变相对增大值与配箍特征值的关系表达式,并对T形柱约束混凝土的应力-应变曲线下降段进行研究,建立了约束混凝土应变延性系数和混凝土的配箍特征值变化关系式.研究结果为T形柱的结构设计和变形计算提供参考.     

受约束高强度混凝土应力-应变关系的探讨

介绍了高强混凝土的特点和在实际应用中存在的问题及解决这些问题的方法，分析了影响高强混凝土极限压应变的主要因素，提出了在综合考虑轴压比和配箍率的情况下计算高强混凝土极限压应变的公式，在考虑箍筋的影响后，讨论了高强混凝土的本构关系，箍筋的影响主要体现在本构关系的下降段上，并提出了约束高强混凝土本构关系模型，从这个模型可以看出，高强混凝土的本构关系的下降段与配箍率的比较，随着配箍率的增大，高强混凝土的延性有很大的提高。     

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型及数值模拟应用

为研究纵筋与箍筋共同锈蚀对钢筋混凝土黏结性能的影响,采用电渗—恒电流—干湿循环的加速锈蚀方法对25个钢筋混凝土（RC）试件进行锈蚀,进而对其进行拉拔试验,研究了纵筋锈蚀、箍筋锈蚀、保护层厚度和箍筋间距等参数对黏结性能的影响规律。分析了锈蚀对混凝土与钢筋界面间黏结力的影响,将黏结性能退化归因于材料性能退化和约束效应退化,基于试验数据,建立并验证了一个考虑设计参数、纵筋及箍筋共同锈蚀的修正黏结滑移本构模型。结合所提本构模型及微元算法建立了锈蚀纵筋应力-滑移模型,基于OpenSees平台,将所建模型应用于零长度截面单元中,通过串联纤维梁柱单元与零长度截面单元建立了考虑黏结滑移变形的锈蚀RC构件数值模型,根据锈蚀RC柱拟静力试验数据对该模型的准确性进行验证,并采用仅考虑锈蚀损伤的纤维模型进行辅助验证。结果表明:混凝土与钢筋界面间黏结力随锈蚀程度的增加呈先上升后下降的趋势,增加保护层厚度可略微增加黏结强度,而箍筋加密对黏结强度提升明显;与纤维模型相比,所建锈蚀RC纤维模型承载力、累计耗能和极限位移误差分别降低12.8%、23.5%和14.2%,表明所建模型可合理计算钢筋滑移的贡献且准确预测锈蚀RC柱地震整体响应。     

锈蚀RC框架柱性能劣化的模拟与评估

为研究钢筋的不均匀锈蚀对RC框架柱性能的影响。推导了钢筋锈蚀过程中混凝土裂缝扩展规律以及锈蚀产物沿钢筋环向的分布规律,建立了基于表观裂缝宽度的纵筋锈蚀程度评估模型。通过引入锈蚀影响系数提出了考虑不均匀锈蚀分布的锈蚀纵筋等效强度模型。基于已有试验结果分析了纵筋锈蚀和箍筋锈蚀的关系,建立了箍筋和纵筋锈蚀程度的关联模型。基于Mander的约束混凝土模型建立了锈蚀箍筋约束的混凝土模型。模型计算结果表明:钢筋锈蚀导致混凝土、钢筋强度显著降低,钢筋的不均匀锈蚀会对钢筋力学性能产生影响。基于OPENSEES平台和所提出的材料模型,建立了锈蚀RC框架柱的数值模型。根据已有试验资料,先后对本文所提出的纵筋锈蚀程度评估模型,箍筋和纵筋锈蚀程度关系模型,锈蚀箍筋约束混凝土模型,以及锈蚀RC柱的数值模型进行了验证。结果表明,本文模型具有较好的精度,锈蚀程度评估模型能够体现主要因素的影响,研究结果可用于既有混凝土结构的性能评估。     

Stress-strain model of corroded concrete under uniaxial compressive loading

The prism specimens of corroded concrete were subjected to uniaxial compressive load to develop the stress-strain model. Compared to the un-corroded concrete, the mechanical properties of corroded concrete, such as peak strength, Young’s modulus, and residual deformation, et al are degraded. The concrete, which were subjected to the aggressive media in the environment, were resulted in randomly distributed pre-loading flaws and defects. The propagation of these corrosion flaws during the procedure of loading was the main reason of degradation of corroded concrete properties. By the application of the statistic theory of continuum damage, the compressive stress-strain curve of corroded concrete was simulated. The initial damage factor was introduced to represent the corrosive effects of different media. The present damage constitutive model agreed well with the test results.     

锈蚀钢筋与混凝土间粘结力和滑移量静力分析

建立了锈蚀钢筋与混凝土间粘结力和滑移量静力分析模型,利用复势函数方法和线性本构滑移模型,获得了反平面剪切载荷作用下锈蚀钢筋混凝土界面上,不同点的粘结力和滑移量封闭形式解析解。研究了钢筋锈蚀率、钢筋直径、混凝土保护层厚度、反平面剪切载荷、箍筋间距和箍筋直径对锈蚀钢筋与混凝土间粘结力和滑移量的影响,为进一步研究锈蚀后钢筋混凝土结构的力学性能提供理论依据。     

冻融损伤混凝土重复受压本构关系

为研究冻融损伤对混凝土重复受压力学性能的影响,完成了两种强度等级混凝土试块的快速冻融及重复受压试验.结果表明,冻融损伤混凝土重复受压力学性能显著降低,动力本构特征曲线也发生改变,包络线及再加载曲线在峰值应力之前因存在明显压实效应而表现出下凹形态,卸载曲线应变滞后现象严重且曲线逐渐趋于重合.在试验研究基础上,探讨了冻融循环次数、混凝土强度等级与冻融后混凝土力学性能参数及本构模型参数之间的关系,建立了冻融损伤混凝土动力本构模型.     

反复荷载作用下碳化混凝土应力-应变关系试验

为研究碳化对混凝土反复受压力学性能的影响,对两种强度等级混凝土棱柱体试件进行了快速碳化与反复加卸载试验.结果表明:随着混凝土碳化深度增大,试件破坏脆性越明显,混凝土初始弹性模量、割线模量以及峰值应力均有不同程度增长,而其峰值应变却明显降低,共同点轨迹线越发偏离包络线,包络线下降段明显变陡,卸载曲线越发凹曲,再加载曲线更为平缓,变形恢复滞后现象越来越明显.在试验研究基础上,提出反复荷载作用下碳化混凝土应力-应变关系数学函数模型.     

Property of corroded concrete under compressive uniaxial loads

In order to study the compressive property of corroded concrete, accelerated corrosion test were performed on concrete C30.6 corrosive solutions, including hydraulic acid solution （pH=2）, hydraulic acid solution （pH=3） were applied as the corrosive medium. 6 series of corrosion tests, including 111 specimens, were carried out. Mechanical properties of all the corroded specimens were tested respectively. Compressive properties of the corroded specimens （e.g. compressive strength, stress-strain relation, elastic modulus etc.） were achieved. Taking the strength degradation ratio and strain energy loss as damage index, effects of the corrosion solution on the compressive property of corroded concrete were discussed in detail. Relationship between the damage index and corrosion state of specimens were achieved.     

混凝土SHPB试验的数值模拟

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,运用HJC本构模型,对混凝土试件的SHPB试验进行数值模拟,重构了混凝土在低、中、中高以及高应变率下的应力应变曲线,并且对试件的破坏形态进行了模拟。研究表明,HJC模型可以很好地模拟混凝土材料的力学性能,重构的应力应变曲线在曲线形态和峰值应力上均与SHPB试验拟合良好,数值模拟得到的混凝土的破坏形态也与SHPB试验一致,确定该强度混凝土材料HJC本构模型材料参数的方法具有通用性。