高温后钢筋再生混凝土偏压柱受力性能试验研究及承载力计算

为研究高温后钢筋再生混凝土柱的偏压性能,以历经温度、再生粗骨料取代率和荷载偏心率为变化参数,设计9个钢筋混凝土柱试件(包括8个高温后试件和1个常温试件)进行静力单调加载试验,观察其表观变化和破坏形态,获取了荷载 变形曲线及截面应变,分析各变化参数对混凝土极限压应变、峰值荷载、抗弯刚度和位移延性系数的影响规律。采用ABAQUS有限元分析软件对截面温度场进行模拟,并基于模拟和试验结果对钢筋再生混凝土偏压柱的计算方法进行了研究。研究结果表明：随温度升高或偏心率增大,钢筋再生混凝土柱破坏形态表现为从大偏压向小偏压转变;混凝土极限压应变与历经温度、取代率以及偏心率呈正相关;峰值荷载和抗弯刚度随温度升高或偏心率增大而降低,在600℃时出现陡降,其中抗弯刚度衰减相对更快,而取代率影响相对较小;普通混凝土柱延性更好,而再生混凝土柱在600℃时延性最优,且偏心率越大延性越好;随截面深度增加,截面温度场呈指数函数递减,且取代率增大会加快衰减;最后,综合有限元模拟结果和试验结果提出了偏压柱承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。     

高温后圆钢管再生混凝土偏压柱力学性能研究

为研究高温后圆钢管再生混凝土柱偏压力学性能的退化规律,考虑温度作用场、再生粗骨料取代率2个变化参数,对9个设计的圆钢管再生混凝土柱试件进行高温后的偏心受压加载试验。观察其受力破坏过程及形态,获取受力全过程的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、极限承载力等数据,并分析温度和取代率对高温后圆钢管再生混凝土偏压柱承载力、刚度退化、位移延性、耗能等力学性能指标的影响。结果表明:高温后钢管再生混凝土偏压柱的破坏过程和形态与常温试件相似,具有承载力高、变形性能好的特征;随着温度的升高,钢管再生混凝土偏压柱的极限承载力和初始刚度显著降低,随着取代率的变化,钢管再生混凝土偏压柱的承载力、刚度、位移延性、能量耗散等力学性能指标变化不大。     

高温后方钢管再生混凝土偏压柱受力性能试验

对9个方钢管再生混凝土偏压柱在火灾(高温)处理后再进行静力单调加载试验,考察再生粗骨料取代率、最高恒温温度2个变化参数,对试件极限承载力、刚度、位移延性和耗能能力的影响,得到试件受力的全过程和试件破坏形态,获取了极限承载力、荷载-变形曲线、截面应变分布等数据。研究结果表明:高温后方钢管再生混凝土偏压柱受力破坏过程和形态与普通钢管混凝土相似,均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段;温度对方钢管再生混凝土偏压柱的力学性能有显著影响,随着温度的升高,试件的极限承载力、抗压刚度明显降低;而再生粗骨料取代率的变化对试件的力学性能影响不大。     

高温后型钢再生混凝土梁的受力性能及承载力计算

为了研究高温后型钢再生混凝土梁的受力性能,以温度、再生粗骨料取代率和剪跨比为变化参数,设计32个试件进行高温后的静力加载试验,观察了高温后试件的外观变化和受力破坏形态,获取其荷载-挠度曲线、截面应变分布和极限承载力等重要参数,分析了各变化参数对高温后型钢再生混凝土梁力学性能的影响,并探讨了其极限承载力计算方法。研究结果表明：高温后型钢再生混凝土梁的表面颜色由灰色变暗黄、表面龟裂,受力破坏形态与常温下基本相同;随温度的升高,试件的极限承载力和刚度逐渐降低,延性变差;再生粗骨料取代率的变化对试件的承载力和刚度影响不大,但对延性有一定的影响;随着剪跨比的增大,试件的承载力和刚度降低,延性却更好。     

型钢再生混凝土构件高温损伤分析

以课题组前期进行的再生粗骨料取代率、经历温度为主要变化参数完成的120个棱柱体试块、24根型钢再生混凝土短柱和32根型钢再生混凝土梁的高温后受力性能试验为基础,分析了再生混凝土试块、型钢再生混凝土构件的高温损伤和承载力、刚度退化等力学性能变化规律。研究结果表明:高温作用后,再生混凝土试块及型钢再生混凝土构件发生了表观颜色由青灰色向灰白转变、表面皲裂和质量变轻等物理现象;随着经历温度的升高,再生混凝土的强度与弹性模量以及型钢再生混凝土构件的轴压、受弯和受剪承载力、刚度均出现大幅退化,而型钢再生混凝土构件的延性和耗能性能受经历温度影响不大;随着再生粗骨料取代率的增大,试件质量烧失率、峰值变形及承载力呈现出小幅增大趋势,而刚度、延性及耗能系数波动较大,未呈现明显规律。     

钢管加固钢筋混凝土短柱的偏压性能试验和计算方法研究

为获悉钢管加固钢筋混凝土柱(RCSST)的偏压性能与受力机理,对10根RCSST短柱开展了偏压性能试验,研究了短边偏心率、长边偏心率和芯柱混凝土面积占比等参数对其偏压性能的影响,得到了典型的试验现象、破坏模式、极限承载力、位移延性系数和强度提高系数的变化规律,通过荷载-位移曲线和荷载-应变曲线的发展规律揭示了RCSST短柱在偏心受压作用下的受力机理,提出了RCSST短柱的偏压承载力计算方法。研究结果表明:RCSST短柱偏压试件的主要破坏模式包括后置钢管局部屈曲、钢管焊缝处发生部分撕裂、内部高强灌浆料压溃和纵筋屈曲;其偏压极限承载力随着偏心率和芯柱混凝土面积占比的减小而增大;其延性随着偏心率和芯柱混凝土面积占比的增大有明显改善。     

水平荷载作用下型钢再生混凝土柱受力性能非线性分析

结合低周反复荷载作用下型钢再生混凝土柱抗震性能试验,在已有的再生混凝土本构关系模型和结构非线性分析理论的基础上,采用ABAQUS有限元软件对型钢再生混凝土柱在水平荷载作用下的受力性能进行了非线性分析,获取了型钢再生混凝土柱应力分布云图和荷载-位移骨架曲线,研究了型钢再生混凝土柱的应力分布规律,主要分析了再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率对型钢再生混凝土柱受力性能的影响。研究结果表明,再生粗骨料取代率对型钢再生混凝土柱的承载力及延性变形影响较小;随着轴压比的增大,型钢再生混凝土柱的延性变形降低幅度较大;提高体积配箍率对该柱的受力性能是有利的,合理设计的型钢再生混凝土柱可应用于实际工程中。     

高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的受力性能研究

为研究高温后方钢管再生混凝土短柱的轴心受压承载性能,以再生粗骨料取代率和温度为变化参数,设计了24个试件进行轴心受压加载试验,观察高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的受力过程及破坏形态,获取其应力-应变曲线、极限承载力等重要数据,并分析再生骨料取代率、温度对该类新型组合构件轴压性能的影响规律;最后对高温后方钢管再生混凝土轴压短柱的极限承载力计算方法予以探讨。试验结果表明:随温度的升高,高温后试件的极限承载力和弹性刚度整体上均呈降低之势,延性系数和耗能均先减后增;随再生骨料取代率的增大,高温后试件的极限承载力降低,弹性刚度先增后减,延性系数和耗能均呈增长之势。     

取代率对圆钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能影响研究

为研究再生粗骨料取代率对圆钢管型钢再生混凝土组合短柱轴压性能的影响,设计制作了5个组合短柱试件。通过轴心受压试验,观察组合短柱试件的受力全过程及破坏形态,获取了试件荷载-位移及荷载-应变曲线,分析再生粗骨料取代率对组合短柱承载力、刚度、延性、损伤及耗能等各项力学性能指标的影响。结果表明:在轴向荷载作用下,型钢首先发生屈服,组合短柱最终由于钢管外鼓屈曲而破坏;随着再生粗骨料取代率的增加,试件承载力逐渐降低,刚度退化较缓慢,损伤度呈现递增的趋势;延性及耗能能力增大,试件表现出较好的变形能力。综合分析建议再生粗骨料取代率取为70%。     

圆钢管地聚物砖骨料再生混凝土长柱偏压受力性能研究

为研究圆钢管地聚物砖骨料再生混凝土长柱在偏压荷载作用下的受力性能,以砖骨料取代率、长细比和偏心率为主要参数,设计了10根圆钢管地聚物砖骨料再生混凝土长柱并进行偏心受压试验,分析柱的失效模态、荷载-位移关系、荷载-应变关系、侧向变形、延性等;采用数值模拟开展偏压荷载作用下圆钢管地聚物砖骨料再生混凝土长柱的受力全过程分析,对压弯相关曲线进行参数化分析,提出一种简化的偏心受压承载力计算方法。研究表明：圆钢管地聚物砖骨料再生混凝土偏压长柱的破坏过程和破坏模态与普通钢管混凝土偏压长柱相似;长柱具有较高的承载力,且其承载力随着砖骨料取代率、偏心率和长细比的增加而降低,其中偏心率对承载力的影响最大;相比无砖骨料取代的长柱,当砖骨料取代率为100%时,长柱承载力下降7.91%,当砖骨料取代率在70%以内时,承载力仅下降1.76%,说明砖骨料取代率对长柱承载力的影响较小。利用所提承载力计算方法得到的计算结果与试验结果相差小于10%,说明该方法可较准确地预测圆钢管地聚物砖骨料再生混凝土长柱的偏压承载力。     

高温喷水冷却后混凝土柱性能对比分析

为对比分析高温喷水冷却后3种约束再生混凝土柱（即螺旋筋再生混凝土柱、方钢管再生混凝土柱和圆钢管再生混凝土柱）的力学性能退化规律,以截面类型、历经温度和再生粗骨料取代率为变化参数,共设计了36个试件,进行高温喷水冷却后的轴心受压加载试验,观察了试件破坏全过程,并对比分析高温喷水冷却后这3种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性的差异。结果表明：随历经最高温度的增大,各种约束再生混凝土柱的极限承载力、初始轴压刚度和延性均出现了不同程度的退化,其中圆钢管再生混凝土柱退化幅度最小且较为稳定,方钢管再生混凝土柱的延性随温度升高出现了正增长;随再生粗骨料取代率的增加,方钢管和圆钢管试件的极限承载力、初始轴压刚度和延性呈现先减小后增大的变化趋势,其波动范围为-15.3%~2.3%,而螺旋筋约束混凝土柱试件受取代率影响则相对较小,其变化范围为0~12.9%。     

高温后型钢再生混凝土梁的受剪性能试验研究

为研究高温后型钢再生混凝土梁的受剪性能,考虑再生粗骨料取代率、温度、混凝土强度等级3个变化参数,设计了17个试件进行不同高温后的静力加载试验。通过试验测试到不同高温型钢再生混凝土梁的物理及力学性能指标,并观察了该类梁高温后的受力破坏过程及形态,获取了其极限承载力以及受力破坏全过程的荷载-挠度曲线等重要资料,并分析了各变化参数对高温型钢再生混凝土梁的初始刚度、峰值荷载、延性系数及能量耗散的力学性能指标的影响规律。研究结果表明:随着温度的升高,型钢再生混凝土梁的质量变轻、初始刚度和峰值荷载降低,延性系数、能量耗散值则先减小再增大。取代率对各力学性能指标影响不大。随着混凝土强度的增大,初始刚度和峰值荷载增大,延性系数变小,能量耗散值基本不变。     

废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱的受压性能

为研究废弃玻璃细骨料对混凝土柱受力性能的影响,对6个普通骨料钢筋混凝土柱和12个废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱进行了静力受压试验。考虑废弃玻璃细骨料取代率、长细比和偏心距3个因素,分析了不同废弃玻璃细骨料掺量对钢筋混凝土柱的破坏形态、极限承载力、轴向位移、跨中挠度、混凝土应变和钢筋应变的影响。不论是轴心受压还是偏心受压,废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱破坏机理均与普通钢筋混凝土柱相似。掺量100%的废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱的正截面承载力较高。废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱的正截面应变符合平截面假定,采用中国相关规范计算试件的极限承载力,并将理论值与试验值进行对比,证明可以采用现行的国家规范对废弃玻璃细骨料钢筋混凝土柱进行正截面承载力计算。研究表明,废弃玻璃细骨料可以100%替代混凝土柱中普通砂,且抗压性能可以满足使用要求。     

高温后型钢再生混凝土梁受弯试验及承载力计算

为揭示高温后型钢再生混凝土(SRRAC)梁的受弯破坏机理,以高温温度和再生粗骨料取代率为变化参数对12个试件进行不同温度作用后(20,200,400,600℃)的静力单调加载试验,观察并获得不同温度后试件的外观变化以及受力破坏过程和形态,获取了荷载-挠度曲线、截面应变分布和极限荷载等重要信息,然后对各变化参数对试件力学性能的影响进行分析。结果表明:高温后型钢再生混凝土梁的受弯破坏形态与常温下基本相同,表现为弯曲破坏、黏结破坏和斜压破坏三种。高温后型钢再生混凝土梁仍具有较好的后期变形性能,但600℃高温后,梁抗弯承载力下降明显,且全再生混凝土梁承载力下降幅度最大。最后给出了高温后型钢再生混凝土梁剩余抗弯承载力的计算方法。     

高温后钢筋再生混凝土梁受力性能试验及承载力计算

为了研究高温后钢筋再生混凝土梁的受力性能,以再生粗骨料取代率、历经最高温度、混凝土强度、剪跨比为变化参数,设计了34个试件（其中高温后试件26个,常温对比试件8个）进行静力加载试验。观察了试件的破坏过程及其破坏形态,得到了烧失率、荷载-挠度曲线、截面应变分布、峰值荷载、峰值挠度等受力性能指标,分析各参数对其承载能力、挠度、延性、损伤等的影响。同时,对高温后钢筋再生混凝土梁受弯及受剪承载力的计算公式进行了推导。研究结果表明：高温后钢筋再生混凝土梁的破坏形态与其在常温下的相似,根据剪跨比的不同,发生了剪切斜压破坏和弯曲破坏;高温后试件的烧失率在0.44%~8.95%之间,随着温度和取代率的提高,烧失率逐渐增大;高温后钢筋再生混凝土梁的剩余承载力、峰值挠度及延性均不低于高温后普通钢筋混凝土梁;随着取代率的增大,承载力和延性呈先提高后降低的趋势,峰值挠度和损伤则逐渐增大;温度越高,承载力、峰值挠度和延性越低,损伤越重;剪跨比的增大使其承载力降低,峰值挠度增大;提高混凝土强度,能有效提高高温后再生混凝土梁的承载力,减小其峰值挠度。     

高温后中空夹层钢管再生混凝土短柱的加固性能研究与分析

针对高温煅烧后的再生混凝土进行荷载特性研究,设计了三种再生骨料取代率(0%,50%和100%)的中空夹层钢管再生混凝土短柱,研究了高温后钢管再生混凝土短柱及其加固后的力学性能,比较了截面形式、再生骨料取代率以及玄武岩纤维对其承载力、应变和位移的影响。结果表明,截面形式对承载力的影响最大。最后,利用再生骨料取代率、温度对其抗压强度的影响关系,尝试建立中空夹层钢管再生混凝土轴压强度承载力关于截面形式、约束系数、温度、再生骨料取代率以及外加固纤维布约束面积等变量的相关关系式,并通过试验数据加以验证。