高轴压比PVA纤维超高强混凝土短柱延性的试验研究

试验旨在研究在较高轴压比条件下,高弹模PVA纤维对超高强混凝土短柱抗震延性的改善作用。制作剪跨比为2.0的短柱试件,强度为103.6～112.1MPa,PVA纤维的体积含纤率分别为0.17%、0.33%、0.5%。采用简支梁加载图式进行低周反复荷载试验。观测试件在荷载作用下的开裂和破坏的发展过程,研究不同PVA纤维含量短柱的破坏形态、滞回特性,得到短柱的开裂荷载和峰值荷载。试验结果表明:未掺PVA纤维的试件,在高轴压作用下,发生脆性特征明显的剪切破坏,延性很差。随着PVA纤维含量的增加,试件的破坏形态向具有一定延性特征的弯剪破坏转变,并且开裂荷载和峰值荷载得到大大提高,提高的幅度分别为12.8%～31.1%、13.2%～29.9%;同时抗震延性得到大大改善,位移延性和极限弹塑性位移角分别增加了19.5%～33.6%、42.3%～53.8%。最后给出满足一定位移延性和极限弹塑性位移角的抗震设计要求的最小PVA纤维体积含纤率的建议值。     

方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴压性能试验研究

以钢纤维体积掺量和截面含钢率为主要变化参数,对23个方钢管钢纤维再生混凝土短柱和2个未掺加钢纤维的方钢管再生混凝土短柱试件进行了轴心受压试验。通过试验,观察了试件受力全过程和破坏形态,获取了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,并分析了钢纤维体积掺量、截面含钢率对其承载和变形性能的影响。结果表明:方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴向受压破坏形态与方钢管普通混凝土构件相似,掺入钢纤维对其破坏形态几乎无影响;钢纤维的掺入对试件承载力的增益作用并不明显,当钢纤维体积掺量不超过1.5%时,试件轴压承载力较未掺加钢纤维构件有小幅提高,但当钢纤维体积掺量超过2%后,因钢纤维数量增多易出现分布不均匀而结团、混凝土界面薄弱区增多,试件承载力反而降低,且降幅随钢纤维体积掺量增大而增大;掺入钢纤维显著改善了试件延性,试件位移延性系数随钢纤维体积掺量的提高而增大;截面含钢率对试件承载性能影响明显,试件承载力和位移延性系数均随截面含钢率的增大而增大;为使试件既获得较高的承载力又具有良好的延性,建议钢纤维体积掺量取为1.0%～1.5%;利用基于统一强度理论提出的方钢管钢纤维再生混凝土短柱的轴压承载力计算公式所得结果与试验实测数据符合较好。     

钢骨超高强混凝土框架柱抗震性能的试验研究

通过试验,研究在较高轴压比条件下钢骨超高强混凝土柱的抗震性能。制作了13根剪跨比为2.75的钢骨超高强混凝土柱试件,其强度为94.9～105.4 MPa。设计时主要考虑轴压比、配箍率等因素对试件抗震性能的影响。在低周反复周期荷载作用下,试件的破坏形态是以弯曲破坏为主的弯剪破坏。根据采集的荷载、位移等数据,绘制出试件的滞回曲线和骨架曲线,并据此计算了试件的位移延性系数。试验表明,随着轴压比提高,试件的延性表现得越来越差;而较高配箍率可在一定程度上使延性得到改善。根据试验结果,提出了满足一定抗震位移延性要求的钢骨超高强混凝土柱轴压比限值和柱箍筋加密区最小配箍率的建议值,从而为工程设计提供参考。     

圆钢管钢纤维再生混凝土短柱轴压性能试验研究

以钢纤维体积掺量为主要考察参数,对圆钢管钢纤维再生混凝土短柱进行了轴心受压试验。观察了其受力全过程和破坏形态,得到了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,并研究了钢纤维体积掺量对其受力性能的影响。结果表明:圆钢管钢纤维再生混凝土短柱的轴压破坏形态呈斜剪压破坏,钢纤维的掺量对其破坏形态几乎没有影响;钢纤维的掺入对试件承载力的增强作用并不明显,当钢纤维体积掺量不超过1.5%时,试件承载力较未掺加钢纤维构件有小幅提高,但当体积掺量超过2%后,因钢纤维易结团、混凝土和易性变差,试件承载力反而出现降低,且钢纤维体积掺量越大,降幅也越大;掺入钢纤维后,试件延性显著改善,位移延性系数随钢纤维体积掺量的提高而增大;为使试件同时获得较高的承载力和延性,建议钢纤维的体积掺量取为1.0%~1.5%;CECS 28:2012推荐计算式能很好地评定圆钢管钢纤维再生混凝土短柱的承载力,建议设计时采用。研究结果可为工程应用提供参考。     

低周往复荷载下既有混凝土柱变形能力试验研究

基于我国89抗震规范中一、二、三(四)级混凝土框架柱的抗震措施,完成了以剪跨比、轴压比、加密区体积配箍率为基本设计参数的24个混凝土悬臂柱试件低周反复荷载(位移)试验。试验结果表明,高(一、二)抗震等级的试验柱表现为水平裂缝的形成和发展、最终压区混凝土压碎的弯曲型破坏,低(三、四)抗震等级的试验柱局部出现一定宽度的弯剪裂缝、最终为压区混凝土压碎的弯剪型破坏;试验柱的轴压比显著影响其滞回性能,侧向变形能力随轴压比的增大有降低趋势;轴压比和剪跨比相同时,柱位移延性系数随加密区体积配箍率的增大而增大;轴压比和配箍率相同时,大剪跨比(7.27)的试验柱位移延性总体上小于相对应的小剪跨比(5.0)柱位移延性;按Park能量法的屈服位移、承载力下降至85%的极限位移确定的位移延性系数,62.5%(15/24)的试件小于3.0,其最大值为3.86,最小值为2.27。对比已有试验结果发现,本文按89规范的加密区体积配箍率下限要求(0.6%~1.6%)的试验柱,位移延性系数偏小、极限变形能力不大。     

反复荷载下型钢再生混凝土柱抗震性能试验研究

为研究型钢再生混凝土柱的破坏形态和抗震性能,对10个不同剪跨比、再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率的型钢再生混凝土柱进行低周反复荷载试验,观察其受力过程及破坏形态,分析不同设计参数对荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、耗能能力及刚度退化等力学性能的影响。试验研究结果表明:型钢再生混凝土柱的主要破坏形态为剪切斜压破坏、弯剪破坏以及弯曲型破坏,破坏形态与剪跨比有关;滞回曲线大多呈梭形且较为饱满,说明型钢再生混凝土柱具有较好的延性及耗能能力;取代率对试件承载力影响不明显,延性及耗能能力随取代率的增加而有所降低;随着轴压比的增大,试件承载力有一定提高,但其衰减加快,且延性及耗能能力降低;增大体积配箍率时,试件承载力增大不明显,但延性及耗能能力显著提高。总体上看,型钢再生混凝土柱具有较好的抗震性能,可以通过合理的设计将其应用于抗震结构中。     

钢骨高强混凝土短柱抗震性能的试验研究

针对目前高层、大跨结构中广泛应用的高强混凝土所具有的"脆性"特点,本文拟通过在高强混凝土柱中内置钢骨,来改善高强混凝土的脆性,增加高强混凝土结构的抗震延性。本文开展了13根剪跨比为2.0的试件在低周反复荷载下的试验,对内置钢骨的高强混凝土短柱抗震性能进行了研究。分析了钢骨高强混凝土短柱的破坏特征、滞回特性以及骨架曲线,研究了轴压比和配箍率对钢骨高强混凝土短柱抗震延性的影响,并得出了轴压比和位移延性系数的关系以及配箍率和位移延性系数的关系。根据本文试验结果,提出了满足一定位移延性要求的钢骨高强混凝土短柱的轴压比限值和柱箍筋加密区最小体积配箍率,试验结果可为规范修订和工程设计提供参考。     

型钢高强混凝土框架柱抗震性能试验研究

基于16个型钢高强混凝土(SRHSC)框架柱试件的低周反复加载试验,对其抗震性能进行了研究。试件设计参数为剪跨比、轴压比、混凝土强度、含钢率和配箍率。对不同设计参数试件的受力特点、破坏形态、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、位移延性等主要抗震性能指标进行了分析,得到了试件耗能指标、位移延性与诸设计参数之间的关系曲线。试验结果表明：试件荷载-位移滞回曲线饱满,下降段较为平缓,其他各项抗震性能指标较为优异,总体上表现出良好的抗震性能;混凝土强度等级超过C100的SRHSC框架柱的承载力优势明显,但由于高强混凝土的脆性导致其耗能能力及延性较普通型钢混凝土框架柱稍差;试件剪跨比、含钢率以及配箍率的提高能够增强其抗震性能,而混凝土强度、轴压比的提高将降低其抗震性能。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

考虑纤维种类、轴压比、剪跨比、配筋率等因素,设计制作22根钢-聚丙烯混杂纤维混凝土框架柱试件,通过低周反复荷载试验研究柱的抗震性能。基于实测的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及破坏形态,探讨纤维种类等因素对试件耗能能力和延性的影响规律,建立钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱位移延性系数计算公式。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维在增强柱耗能能力方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,并随轴压比的增大,其发挥作用越明显;剪跨比、纵筋配筋率和配箍率对混杂纤维混凝土柱耗能能力和延性的影响与普通混凝土柱类似,随其增大而提高。     

开孔钢板加劲的矩形钢管钢纤维高强混凝土柱轴压试验研究

为探明加劲肋类型、开孔钢板（PBL）开孔间距、钢纤维体积掺量、混凝土强度等级等对矩形钢管钢纤维高强混凝土（SFRHC）柱轴压破坏模式的影响规律,对10根柱进行了轴压性能试验,得到了其荷载-压缩变形曲线、位移延性系数、耗能指标和破坏模式。研究结果表明：与PBL加劲试件相比,钢板加劲试件和未加劲试件的位移延性系数分别降低11.9%和10.4%,耗能指标分别降低8.3%和5.6%, PBL加劲肋能有效加强钢管与核心混凝土的组合作用。掺入体积率为0.8%钢纤维的PBL加劲试件,其位移延性系数和耗能指标分别提高12.5%和42.3%,钢纤维体积率为0.8%~1.2%时,试件位移延性系数和耗能指标明显提高。加劲SFRHC柱为肋间管壁局部外鼓破坏,PBL加劲柱的破坏位置均位于PBL开孔处,未加劲SFRHC柱为管壁外鼓破坏,对应钢板屈曲处核心混凝土表现为压碎破坏,钢纤维被整体拔出;加劲SFRHC柱沿高度方向破坏位置明显下移,钢板加劲肋和PBL加劲肋均能有效分担轴向荷载。     

低周反复荷载下型钢高强混凝土柱受力性能试验研究

通过20个混凝土强度为65.3～84.9MPa的型钢高强混凝土柱的低周反复加载试验,研究型钢高强混凝土柱在压、弯、剪共同作用下的破坏形态和抗震性能。试验中考虑剪跨比、轴压比、配箍率、混凝土强度4个参数的影响,由试验获得型钢高强混凝土柱的主要破坏形态和滞回曲线,分析各参数对构件延性、滞回特性、耗能性能以及承载力衰减的影响。结果表明,与型钢普通强度混凝土柱一样,在压、弯和反复剪力共同作用下,型钢高强混凝土柱的破坏形态主要为弯曲型破坏、剪切黏结破坏、剪切斜压破坏,破坏形态主要与剪跨比有关;箍筋能显著提高大剪跨比试件的延性和耗能能力,但对小剪跨比试件的延性与耗能性能改善有限;随着轴压比与混凝土强度的提高,试件的承载力衰减速度加快,后期变形能力减小,抗震性能越来越差;与钢筋混凝土柱相比,型钢高强混凝土柱的等效阻尼比远大于前者,耗能能力强,抗震性能好;提出型钢高强混凝土柱位移延性系数的计算公式,公式的计算结果与试验结果符合较好,可供工程设计应用参考。     

钢管混凝土边框钢纤维混凝土中高剪力墙受弯承载力计算方法

为改善中高剪力墙的抗震性能,提出钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙.通过8个剪跨比为1.5的钢管混凝土边框钢纤维混凝土中高剪力墙和1个剪跨比为1.5的钢管混凝土边框混凝土中高剪力墙的低周反复加载试验,研究钢管混凝土边框钢纤维混凝土中高剪力墙的受力机理及破坏模式,分析钢纤维体积率、钢纤维掺加高度、混凝土强度和轴压比对其抗震...     

圆钢管约束钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的圆钢管约束钢筋混凝土短柱和1个钢筋混凝土对比试件的拟静力试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明：钢筋混凝土短柱的破坏模式为剪切破坏,延性和变形能力很差;圆钢管约束钢筋混凝土短柱的破坏模式为弯曲破坏,延性和变形能力优越。外包钢管对核心混凝土的约束作用限制了核心混凝土的受剪开裂,改变了钢筋混凝土短柱的破坏模式,显著提高了钢筋混凝土短柱的受剪承载力、延性、变形能力和耗能性能。随轴压比的提高,圆钢管约束钢筋混凝土短柱的水平承载力提高,延性系数降低,但轴压比对圆钢管约束钢筋混凝土短柱的极限变形能力无明显影响。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,钢管并未受剪屈服。根据试验结果建立了圆钢管约束钢筋混凝土短柱的荷载-位移恢复力模型,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。图10表2参12     

方钢管约束型钢混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的方钢管约束型钢混凝土短柱和1个相同用钢量的型钢混凝土对比试件的拟静力试验研究,试件的主要变化参数为轴压比(0.3,0.4和0.5)。试验结果表明：轴压比为0.3的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为弯曲破坏,而轴压比为0.4和0.5的方钢管约束型钢混凝土柱的破坏模式为剪切破坏和粘结破坏相结合。相同用钢量条件下,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。随轴压比的增加,方钢管约束型钢混凝土短柱的受剪承载力提高,但延性和极限变形能力降低。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。图8表2参13     

SRC-RC转换柱抗震性能试验研究

以型钢延伸高度、配钢率、轴压比以及不同构造措施等为设计参数,对21个SRC-RC转换柱试件和1个钢筋混凝土柱对比试件采用“建研式”加载设备进行了低周反复荷载试验。研究SRC-RC转换柱的滞回曲线、骨架曲线、承载力、变形能力、位移延性系数及耗能能力等抗震性能。试验结果表明：SRC-RC转换柱的破坏形式有剪切破坏、弯曲破坏和粘结破坏,其中剪切破坏多发生于柱的顶部;21个转换柱试件的位移延性系数介于1.97与5.99之间,试件的延性受到型钢延伸高度、配钢率、轴压比及配箍率等诸多因素影响,抗震性能相差较大。采用箍筋加密措施并适当增加型钢延伸高度的SRC-RC转换柱试件的承载能力和变形能力均好于同条件下的钢筋混凝土柱,可以推广应用于高层建筑中。     

CFRP加固高强混凝土方柱的延性性能试验分析与计算

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固高强混凝土方柱的抗震性能,对13个高强混凝土方柱进行低周反复荷载试验,研究了试件破坏形态、滞回特性、骨架曲线、耗能能力和延性等抗震性能,探讨了轴压比、剪跨比、CFRP加固量对高强混凝土方柱延性性能的影响,给出了计算CFRP布有效约束系数和位移延性系数的公式。结果表明:随着轴压比增大、剪跨比减小,试件耗能能力和延性降低;横向包裹CFRP布可以显著改善高强混凝土方柱耗能能力和延性;与未加固试件相比,横向包裹CFRP布对轴压比较大或剪跨比较小试件的延性提高效果更为显著;随着加固量的增加,试件的耗能能力和延性增大,但增加幅度逐渐降低。     

钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算

通过5个钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙和1个钢管混凝土边框混凝土剪力墙的低周反复加载试验,研究钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的受力机理及破坏模式,分析钢纤维体积率和混凝土强度对其抗震性能的影响。结果表明：钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙的破坏模式为剪切破坏;墙体裂缝主要为典型的斜裂缝,钢纤维可有效限制剪力墙裂缝宽度,改善裂缝形态;随着钢纤维体积率的增大,剪力墙受剪承载力、延性和耗能能力明显提高;其他影响因素相同的条件下,钢纤维体积率为0.5%、1.0%和1.5%的剪力墙受剪承载力较未掺钢纤维剪力墙的分别提高了4.4%、12.7%和18.6%;随着混凝土强度的提高,剪力墙受剪承载力和耗能能力明显提高,但延性降低;其他影响因素相同的条件下,钢纤维混凝土强度等级为CF60、CF80剪力墙的受剪承载力较CF40剪力墙的分别提高了24%和37%。结合对文中及国内外相关文献试验数据的综合分析,提出了考虑钢纤维体积率和混凝土强度等影响的钢管混凝土边框钢纤维混凝土剪力墙受剪承载力计算方法,与试验结果吻合较好。