疲劳荷载作用下植筋混凝土梁构造优化研究

已有研究发现植筋混凝土梁疲劳破坏时存在植筋端头处产生受剪斜裂缝,导致脆性破坏的问题,针对此问题提出了在植筋端头设置箍筋这一构造优化措施。通过试验和数值模拟分析了7组不同植筋深度下构造改良前后植筋梁的极限承载力、挠度、植筋应变等力学性能。结果表明:在植筋混凝土梁的植筋端头设立箍筋可以有效提高植筋混凝土梁的极限承载力和极限变形能力。在保证原设计承载力和延性的基础上,实际施工中可以适当减小(2~3)d(d为植筋直径)的植筋深度使植筋端头位于原有构件箍筋处,从而减少植筋端头剪应力的产生,防止脆性破坏。     

疲劳荷载作用下植筋混凝土梁植筋端头受剪性能研究

为研究植筋端头受剪性能,本文设计6根植筋深度分别为L=625mm和L=500mm的试验梁,采用受拉主筋搭接区钢筋混凝土梁集中力加载的受弯试验方法,先进行预加载然后疲劳与静力交替加载,200万次疲劳后静载破坏。试验结果表明,植筋深度L=500mm的试验梁植筋端头最终发生脆性破坏,植筋深度L=625mm的试验梁植筋端头发生弯剪破坏,且不同植筋深度的试验梁主要破坏位置均为植筋端头处,得出植筋端头所处的截面属于薄弱面,存在因应力集中而导致的削切作用。从植筋端头箍筋的应力来看得到的最终结果是相同植筋深度不同加载频率低频加载对植筋端头的损伤要高于高频加载,由于疲劳荷载对钢筋混凝土梁植筋端头的累积损伤,使得端头箍筋剪切方向的应力呈非线性变化,走势随荷载的增加而减缓。     

植筋梁中植筋端头加设箍筋对梁受力性能的影响

为研究植筋梁中植筋端头加设箍筋对梁受力性能的影响,对3根植筋深度为20D、25D、30D(D为植筋的直径)的植筋端头未加设箍筋的植筋梁进行静载试验,对3根植筋深度为20D、25D、30D的未加设箍筋的植筋梁和3根植筋深度为20D、25D、30D的加设箍筋的植筋梁进行循环荷载试验,并用ANSYS模拟植筋深度为20D、25D、30D的植筋梁进行静力受弯力学性能的模拟分析,绘制跨中荷载挠度曲线,研究植筋随荷载的应力变化,进而反映有无加设箍筋对梁受力性能的影响,并整理了植筋端头加设箍筋的端头应变和未加设箍筋植筋端头应变的关系。循环荷载试验及有限元分析表明:在植筋端头加设箍筋可以缓解植筋端头应力集中现象,并提高植筋梁的延性、开裂荷载、极限荷载,降低了植筋应变、残余变形。     

锈蚀箍筋约束混凝土柱低周反复荷载试验研究

通过电化学方法对混凝土柱内箍筋进行实验室加速腐蚀试验,得到箍筋锈蚀程度不同的混凝土柱试件,进一步开展了箍筋锈蚀约束混凝土柱低周往复加载试验,研究了箍筋锈蚀造成的混凝土损伤、箍筋的锈蚀形态以及箍筋锈蚀对钢筋混凝土柱破坏过程和破坏形态的影响。试验结果表明：混凝土构件中箍筋在转角部位锈蚀严重,混凝土保护层的开裂是以构件角部顺纵筋开裂为主;箍筋锈蚀产物在混凝土内的扩散、堆积导致混凝土保护层提前脱落,使其对试件承载力的贡献减弱;箍筋锈蚀程度的不同导致试件破坏过程和最终破坏形态有所差异：随着箍筋锈蚀程度的增大,试件破坏形式由延性较好的弯曲破坏向剪切脆性破坏转变;箍筋轻微锈蚀构件中钢筋与混凝土间的粘结作用不受影响。     

箍筋锈蚀混凝土棱柱体试件轴心受压试验研究

通过电化学方法对方形箍筋约束混凝土棱柱体试件内箍筋进行了实验室加速腐蚀试验,得到了箍筋锈蚀程度不同的锈蚀试件,并进一步开展了箍筋锈蚀混凝土棱柱体试件的轴压试验,研究了箍筋锈蚀对混凝土棱柱体试件破坏形态的影响,分析了箍筋锈蚀造成的混凝土损伤。试验结果表明:箍筋在角部锈蚀严重,混凝土保护层锈胀裂缝在角部沿竖向发展,且随着锈蚀程度的增加,裂缝宽度加大;锈蚀产物在混凝土保护层与核心区混凝土界面上的堆积,降低了混凝土保护层对构件承载力的贡献;箍筋锈蚀程度对试件的裂缝发展速度、破坏形态均有影响,箍筋锈蚀越严重,裂缝发展越迅速,核心混凝土的破坏程度愈大,斜向破坏面愈明显,混凝土试件的破坏形式从延性破坏向脆性破坏转变。     

轴向荷载下双层箍筋混凝土柱的力学性能分析

为减小钢筋混凝土柱的截面尺寸并改善其延性,试验设计9根双层箍筋约束混凝土柱和3根单层箍筋柱。以箍筋约束混凝土柱为研究对象进行轴向加载试验,根据试验结果提出双层箍筋约束混凝土柱峰值荷载的理论计算公式;试验通过对比各组试件的荷载-应变曲线,定性地分析了配箍特征值对双层箍筋约束混凝土柱延性的影响,并得到构件的应变延性系数在1.24~2.70之间;通过分析横向变形系数与轴向应变的关系曲线,揭示了试件的破坏机理。     

受弯植筋梁疲劳损伤试验研究

受弯状态下植筋结构疲劳损伤影响其失效机理的研究相比于静载拉拔试验方面的研究明显不足。通过比较3组不同植筋深度的受弯植筋梁疲劳试验结果,分析了疲劳与静载试验现象的异同。疲劳试验采用的应力比为0.56,试件经200万次循环加载后静力加载至破坏。分析疲劳试件挠度与循环加载次数的关系,得出不同锚固深度试件的疲劳变形计算式。研究试件应力-循环加载次数曲线,得到不同锚固深度试件经疲劳加载后的应力计算式。结果表明:随植筋深度增加,疲劳加载对试件变形、应力的不利影响在逐渐减小;疲劳加载对植筋梁造成的损伤集中在前50万次循环加载。与静载试验相比,疲劳加载会使试件破坏形态发生改变,疲劳荷载使得植筋端头处成为新的薄弱位置。疲劳加载时,植筋深度达到25d时钢筋才会屈服,试件发生塑性破坏。     

植筋与开槽的新老混凝土结合面抗剪性能试验分析

新老混凝土能够作为整体共同工作是结构加固的关键问题。针对加固设计中经常出现植筋和开槽的技术比选问题,设计了12个试件,比较了植筋与开槽新老混凝土结合面的抗剪性能和破坏形式。试验结果表明:植筋试件破坏具有延性破坏的特征,而开槽试件破坏具有明显脆性破坏的特征,新混凝土在开槽位置被剪断;植筋试件的抗剪承载力明显高于开槽的处理方式。因此,在结构加固设计时建议采用植筋的处理方式,同时应控制植筋深度和植筋间距。     

箍筋锈蚀足尺混凝土构件抗震性能

为研究箍筋锈蚀对钢筋混凝土构件抗震性能的影响,通过对6个箍筋锈蚀率(质量分数)的大尺寸钢筋混凝土受弯构件进行低周反复荷载试验,得到各试件滞回曲线及骨架曲线,分析了箍筋锈蚀率对试件承载力、刚度、延性及耗能能力等的影响规律,并讨论了绣胀裂缝对试件受力性能的影响.结果表明:随箍筋锈蚀率的增大,试件滞回曲线捏拢现象显著,滞回环面积逐渐减小,刚度、延性和耗能能力逐步降低;当箍筋锈蚀率大于10.3%时,试件抗震性能降低更为显著.试验发现箍筋锈蚀导致混凝土约束作用减弱,试件达到极限荷载后呈现较明显的脆性性质,破坏形态逐渐向延性较差的剪切破坏转变.     

强化再生混凝土柱的抗震性能有限元分析

为研究粗骨料强化的再生混凝土柱的抗震性能,建立了ABAQUS精细化有限元模型,在验证模型的基础上分析了轴压比、长细比、纵筋配筋率和箍筋间距对强化再生混凝土柱抗震性能的影响。研究结果表明：轴压比和长细比对构件的抗震性能有较大的影响,轴压比控制在0.6以下,强化再生混凝土柱能够发生较好的延性破坏;长细比对构件的初始刚度和承载力影响较大,长细比越大,构件的承载力越差,位移延性系数越小;纵筋配筋率会影响试件的承载力和延性,箍筋间距对承载力影响不大,但箍筋密度增加,会提高构件的延性。     

不同植筋深度下的植筋梁疲劳试验研究

为了研究混凝土植筋构件在疲劳荷载作用下的受力性能,本文对3根植筋深度分别为15d、20d、25d(d为植筋的直径)混凝土植筋梁进行了疲劳荷载作用下的受弯试验研究。研究表明:梁的裂缝多出现在疲劳前的静载试验阶段,疲劳损伤主要发生在前50万次的疲劳加载过程中;疲劳荷载作用下产生的累积损伤使植筋端头部位成为结构破坏的另一易发位置;增大植筋深度能够减轻植筋梁的疲劳损伤,降低梁的疲劳变形,并能够有效改善梁的刚度退化性能。     

小剪跨比混凝土叠合框架梁梁端抗震性能试验研究

设计了8个剪跨比为1.42、配置HRB500高强纵筋的混凝土叠合框架梁梁端试件,对其进行了低周反复加载试验,研究了叠合梁的裂缝发展特征、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性等抗震性能以及极限承载能力,分析了配箍形式和结合面类型对叠合梁抗震性能的影响。试验结果表明:叠合试件的水平叠合面和结合面出现开裂和滑移,其滞回曲线出现捏拢,耗能和承载力均小于整浇试件,但其位移延性系数大于整浇试件;受弯破坏试件的位移延性系数为4.2~8.3,剪压破坏试件的位移延性系数为2.4~6.4;达到极限承载能力前,所有试件的高强纵筋均受拉屈服,剪压破坏试件的箍筋也受拉屈服;按规范GB 50010-2010计算的叠合试件承载力与试验值之比的平均值为0.82,受弯破坏的叠合试件与整浇试件的承载力之比的平均值为0.85;配箍形式对叠合试件的极限承载能力影响不大,配置复合式组合封闭箍筋的键槽结合面叠合试件未出现叠合面开裂,其抗震性能相对较高。     

新型组合封闭箍筋叠合梁抗震与受扭性能试验研究

通过2个足尺模型抗震试验和2个缩尺模型抗扭试验,对一种采用新型组合封闭箍筋叠合梁的受力性能进行了研究。研究表明,采用该种新型组合封闭箍筋的混凝土叠合梁不仅构造简单、便于施工,同时具有良好的抗震与抗扭性能。在低周反复荷载下,试件均表现为梁跨中纯弯段局部混凝土压碎、纵筋受压屈服并向外鼓出;在纯扭作用下,试件主裂缝均为约45°夹角的螺旋状,最终破坏均为纵筋及箍筋受拉屈服,混凝土压碎;新型组合封闭箍筋叠合梁的受弯承载力和受扭承载力较相应的现浇对比梁分别高约9.6%和5.2%;新型组合封闭箍筋叠合梁的受弯延性系数和扭转延性系数分别为6.37和11.98,较相应的现浇对比梁分别高约6.7%,9.7%。     

预应力约束混凝土梁的研究分析

《混凝土结构设计规范》中仅考虑梁箍筋的抗剪作用,但采取适当的构造措施后,便可使受压区混凝土在箍筋和纵筋的约束下成为约束混凝土,混凝土强度及延性得到提高.此时,即使在拉区配置大量的钢筋也不会出现超筋梁的脆性破坏特征,因此纵筋的配筋率可以远大于规范规定的极限配筋率.纵筋的增加提高了构件的抗弯刚度及承载力,可获得更大的建筑使用空间.对约束混凝土构件施加预应力,充分发挥约束混凝土的特性和预应力钢筋的高强性能,进一步提升构件性能.这一新型结构构件形式,可应用于结构工程各领域.     

锈蚀预应力筋混凝土梁受弯承载性能有限元分析

利用ANSYS建立了预应力混凝土梁分离式有限元模型,实现了预应力筋锈蚀后混凝土构件静力承载性能的模拟,分析了预应力筋锈蚀对预应力混凝土构件极限承载力、刚度和破坏形式的影响。结果表明:随着预应力筋锈蚀率的增加,构件的极限荷载和刚度降低,梁顶应变增加,塑性变形能力变差,破坏由延性向脆性发展。     

螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土本构关系模型

通过28个螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土圆柱轴压试验,研究了约束再生混凝土的本构关系模型。结果表明,螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土相比于素再生混凝土可以有效提高试件的强度和延性;混凝土强度和螺旋箍筋间距影响约束含砖骨料再生混凝土的承载力和延性。随着混凝土强度的提高,试件承载力增大,但延性变差,螺旋箍筋间距越小,试件承载力越高,延性越好;对试验数据进行回归分析,分别得到了螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土的峰值应力、峰值应变和极限应变的计算式,并提出了螺旋箍筋约束含砖骨料再生混凝土的本构关系模型,与试验曲线进行对比,结果表明吻合较好。     

钢筋混凝土旧柱新梁连接的新型环梁式节点及其抗震性能试验研究

为减小施工难度及减小新梁植筋对旧柱的损伤,提出了一种钢筋混凝土旧柱新梁连接的新型环梁式节点。通过1个采用新型环梁式节点连接的旧柱新梁试件、1个采用植筋连接的旧柱新梁试件和1个整体浇筑的梁柱试件的对比试验,分析了低周反复荷载作用下新型环梁式节点连接的有效性,测试了各试件节点的抗震承载力、延性、破坏形态及其滞回特性,讨论了节点处纵向钢筋的不同锚固方式对节点抗震性能的影响。结果表明:1)新型环梁式节点中的界面筋有效地传递了梁端剪力,梁端未出现新旧混凝土间的剪切破坏。2)新型环梁式节点中的环向纵筋有效地传递了梁端的拉力,环向纵筋屈服后梁端出现塑性铰,梁端发生延性破坏。3)采用新型环梁式节点的梁端极限承载力相比植筋连接节点及现浇节点显著提高。4)虽然采用新型环梁式节点的梁端延性系数相比植筋连接节点及现浇节点略小一些,但仍大于3,能够满足工程应用的需要。     

配置组合封闭箍筋的钢筋混凝土叠合梁受扭性能试验研究

进行了10个足尺钢筋混凝土叠合梁试件的单调扭转试验,研究了箍筋形式和配箍率对纯扭作用下叠合梁的变形特征、破坏模式、受扭承载力等的影响。研究结果表明:配置组合封闭箍筋叠合梁的受扭承载力与配置传统封闭箍筋叠合梁的基本相同;在达到峰值荷载之前,配置组合封闭箍筋叠合梁与配置传统封闭箍筋叠合梁的受扭性能基本相同;峰值荷载后,配置单钩组合封闭箍筋叠合梁的延性变差,配置双钩组合封闭箍筋叠合梁的延性与配置传统封闭箍筋叠合梁的基本相同。承受单向扭矩的叠合梁中可以配置双钩组合箍筋,并可以按照国家标准GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》方法计算其受扭承载力;不建议采用配置单钩组合箍筋的受扭叠合梁。     

配置组合封闭箍筋的钢筋混凝土叠合梁受扭性能试验研究

进行了10个足尺钢筋混凝土叠合梁试件的单调扭转试验,研究了箍筋形式和配箍率对纯扭作用下叠合梁的变形特征、破坏模式、受扭承载力等的影响。研究结果表明：配置组合封闭箍筋叠合梁的受扭承载力与配置传统封闭箍筋叠合梁的基本相同;在达到峰值荷载之前,配置组合封闭箍筋叠合梁与配置传统封闭箍筋叠合梁的受扭性能基本相同;峰值荷载后,配置单钩组合封闭箍筋叠合梁的延性变差,配置双钩组合封闭箍筋叠合梁的延性与配置传统封闭箍筋叠合梁的基本相同。承受单向扭矩的叠合梁中可以配置双钩组合箍筋,并可以按照国家标准GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》方法计算其受扭承载力;不建议采用配置单钩组合箍筋的受扭叠合梁。     

配置高强箍筋混凝土框架梁端抗震性能试验研究

进行15个框架梁端试件的低周反复加载试验,其中试件的剪跨比包括1.4、2.5和3.4,试件的受力纵筋为HRB500级钢筋,箍筋为970MPa级PC钢棒和HRB400级钢筋。研究配置高强纵筋和高强箍筋的混凝土框架梁端的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性和刚度退化等抗震性能和极限承载力,分析平均约束应力（ ）的影响,并利用试验结果对比分析了中国、美国和日本相关标准的受剪承载力计算公式。结果表明：提高 可限制试件裂缝开展,降低破坏程度,使试件滞回曲线饱满,并可提高其抗震性能与极限承载力,但对受弯破坏试件的承载力和位移延性的提高幅度不大,且过大的 会使梁身过强而出现梁端结合面破坏;达到极限承载力时,所有试件的受力纵筋均屈服,受剪破坏试件中PC钢棒箍筋的实测最大应变值为 ;当取 为钢筋实测屈服强度且 ≤3.5MPa时,按《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）和《高强箍筋混凝土结构技术规程》（CECS 356-2013）计算受剪承载力与试验值之比平均分别为0.91和0.87。