有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁抗弯承载力研究

纤维增强塑料筋(简称FRP 筋)是一种高强线弹性材料,非常适合用做侵蚀环境下的预应力筋,采用有粘结和无粘结相结合是提高预应力FRP 筋混凝土梁延性的一种新方法。对有粘结和无粘结相结合的预应力FRP 筋混凝土梁的抗弯承载力进行了理论分析和试验研究,基于平衡配筋率定义了有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁的破坏形态,推导了平衡配筋率和相应抗弯承载力的计算公式。为了验证公式的正确性,进行了9 根预应力FRP 筋混凝土梁的试验研究,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,在相同配筋的条件下,体内有粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最高,体内无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力其次,而无转向块的体外无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最低。采用体内有粘结和无粘结预应力相结合,可以改善预应力FRP筋混凝土梁的延性。     

不同无粘结长度新型混合装配式混凝土剪力墙抗震性能试验

新型混合装配式混凝土剪力墙综合应用预制墙肢中部设置的无粘结预应力筋及局部无粘结竖向浆锚钢筋,以进一步提高墙体抗裂性能、改善墙体变形恢复能力及延缓钢筋屈服,从而改善其抗震能力。为验证新型混合装配式剪力墙的抗震能力,制作足尺试件并进行拟静力抗震性能试验。试件设计考虑了3种浆锚钢筋无粘结长度,以探索无粘结长度设置对墙体抗震能力的影响。试验结果表明:相较现浇对比试件,新型混合装配式剪力墙试件抗裂性能、承载力、刚度均明显提高,位移延性性能接近,耗能能力有所降低;同时,随着无粘结长度增大,试件屈服强度增大,极限强度降低,开裂荷载与残余变形基本无影响。综合对比来看,无粘结长度为150 mm的装配式试件表现出相对较好的抗震性能。     

钢纤维掺量和轴压比对预应力扁梁框架力学性能的影响

利用ABAQUS非线性有限元分析研究钢钎维掺量和轴压比对无粘结预应力混凝土扁梁框架受力性能的影响。有限元模型中混凝土采用塑性损伤模型,考虑了钢纤维对混凝土本构关系的影响,同时采用弹簧单元模拟钢筋与混凝土间的粘结滑移作用。算例表明,采用本文的方法进行钢纤维预应力扁梁框架力学性能研究是可行的。在此基础上,分析不同钢纤维掺量和柱轴压比对无粘结预应力扁梁框架力学性能的影响。研究表明,较大的轴压比可以提高结构极限承载力,但降低结构延性和耗能,对于无粘结预应力扁梁框架,建议在抗震地区其轴压比限制不宜大于0.6。钢纤维可以有效提高预应力扁梁框架的极限承载力、延性和耗能,从而提高其抗震性能,其影响与轴压比的大小有关。     

无粘结预应力混凝土框架抗震性能试验研究

通过两榀两种类型的无粘结预应力混凝土框架模型在低周反复荷载作用下的试验，对强柱弱梁型框架的破坏形态、延性、强度、网度及耗能进行了分析研究，文中提出了构造措施方面的建议。     

预应力空腹式钢骨混凝土梁受弯性能研究

通过5根无粘结预应力空腹式钢骨混凝土梁和1根非预应力空腹式钢骨混凝土梁的受弯试验,分析梁截面应变分布、变形、预应力筋内力增量发展及裂缝分布规律。结果表明:在其它参数条件相同的情形下,对空腹式钢骨混凝土梁施加预应力,可显著提高梁的抗裂承载力;以受拉区混凝土开裂和受拉钢骨下边缘屈服为转折点,试验梁的荷载-变形曲线呈三直线特征;破坏形态与非预应力空腹式钢骨混凝土梁相比裂缝出现较迟,裂缝向上开展缓慢,主裂缝特征不明显;建立的无粘结预应力空腹式钢骨混凝土梁的抗裂承载力和极限承载力计算公式与试验结果吻合较好。     

形状记忆合金混凝土梁力学性能试验研究

将超弹性形状记忆合金(简称SMA)绞线作为主筋埋入到混凝土梁中,制成SMA混凝土梁。采用跨中单点加载试验对其进行力学性能测试,并利用同尺寸、同配筋率的钢筋混凝土梁作为参照,比较了各试验梁的承载力、残余变形和残余裂缝,分析了SMA的预应力及SMA与混凝土的粘结情况对试验梁力学性能的影响。结果表明,超弹性SMA绞线可以减小混凝土梁的残余变形和残余裂缝,提高混凝土梁的自修复能力。与普通钢筋混凝土梁相比,开裂后SMA混凝土梁的承载力增加的幅度更大,且粘结情况对梁的承载力有较大的影响。此外,对于无粘结SMA混凝土梁,对SMA绞线施加预应力可以提高混凝土梁的承载力和耗能能力。     

无粘结预应力混凝土梁的变形计算分析

从技术的角度分析了无粘结预应力混凝土梁的变形计算方法,并通过与《结构设计原理》中提供的变形方法对试验梁的数值计算结果和试验实测的结果对比分析,验证本文提出的计算方法正确性和计算精度,为无粘结预应力混凝土技术在公路桥梁中的推广应用奠定理论基础。     

CFRP筋-高强钢筋/高强混凝土柱的抗震性能

为了研究高强钢筋和碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)混合配筋/高强混凝土柱的抗震性能,对CFRP筋-高强钢筋混合配筋的高强混凝土柱进行了低周反复荷载试验和有限元分析,研究了CFRP筋的粘结条件、不同轴压比以及高强混凝土种类等参数对其抗震性能的影响。结果表明:所有的高强混合配筋高强混凝土柱均发生延性破坏;在相同条件下,高强混合配筋混凝土中分别添加了钢纤维活性粉末和钢纤维后,表现出更好的耗能能力和延性;有粘结CFRP筋混合配筋高强混凝土柱比无粘结CFRP筋混合配筋柱的变形能力和承载力分别提高了9.6%和17.1%,但是延性系数降低了22.5%;在延性破坏的条件下,随着轴压比的增加,CFRP筋-高强钢筋混合配筋柱的屈服强度和极限强度明显增大,极限位移和耗能能力也逐渐减小;高强钢筋和CFRP筋配筋率越高,高强混合配筋柱的极限承载力和变形能力越大。      

非预应力筋对无粘结预应力混凝土梁性能影响分析

为跟踪无粘结预应力混凝土梁的全过程响应,建立了一种基于法平面弧长算法的有限元模型。该算法能较好地处理梁加载过程的响应变化,可穿越梁破坏前可能出现的极值点问题。设计了7根含有不同非预应力筋配筋率的无粘结预应力混凝土梁,利用提出的数值模型对这些梁进行非线性全过程分析。分析结果表明,没有配置受拉区非预应力筋的无粘结预应力混凝土梁的弯曲性能非常不理想,在梁内配置少量的受拉区非预应力筋,能极大改善梁的性能;随着非预应力筋配筋率的提高,无粘结部分预应力混凝土梁的开裂刚度和极限承载能力有显著提高,而后弹性挠度以及无粘结预应力筋极限应力则明显降低。     

基于抽柱法的无粘结预应力装配式框架结构连续倒塌分析

为研究无粘结预应力装配式框架结构的防连续倒塌性能,首先采用有限元软件OpenSees中的梁柱节点单元模拟无粘结预应力梁柱节点,并与试验结果进行对比,然后采用抽柱法对一栋6层无粘结预应力装配式框架结构和现浇框架结构进行连续倒塌分析,得到了抽柱后关键构件的内力时程曲线和失效点的竖向位移时程曲线,最后模拟了无粘结预应力装配式框架结构和现浇框架结构的连续倒塌过程。研究结果表明:在抽除中柱后,无粘结预应力装配式框架结构的倒塌荷载极限值比现浇框架结构高24.2%;在抽除边柱后,无粘结预应力装配式框架结构的倒塌荷载极限值比现浇框架结构则高35.7%。在柱截面尺寸和配筋相同、梁截面尺寸和受弯承载力相同的情况下,无粘结预应力装配式框架结构防连续倒塌性能优于现浇框架结构。     

不锈钢和CFRP混合配筋预应力混凝土梁的延性和变形性能

由于FRP(fiber-reinforcedpolymer/Plastics)材料直到拉断还表现出线弹性的力学性能,使得采用FRP配筋的混凝土结构延性较差,且已成为这类结构应用中人们所关注的一个主要问题。研究了不锈钢和CFRP(Carbonfiber-reinforcedpolymer/Plastics)混合配筋部分粘结、部分预应力混凝土梁的延性和变形特性。分析时假定这类梁的截面在加载过程中具有3折线的弯矩-曲率关系,而在卸载过程中截面的弯矩-曲率关系假定为线性,据此提出了这类梁受力全过程的非线性分析方法,并以试验结果验证了其适用性。基于能量耗散的观点引入了反映这类梁延性特性的延性指标,并利用所提分析方法对这类梁的延性进行了参数分析。分析结果表明:增加混凝土极限压应变和预应力束的无粘结部分长度可以有效地增加这类梁的变形性能,但对延性的增加却很有限,而且这两个参数对梁延性和变形性能的影响程度还强烈依赖于梁的破坏形态。     

内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱抗震性能试验研究

结合6个内藏钢管超高强混凝土芯柱组合柱试件和2个普通钢筋混凝土柱试件的低周反复加载拟静力试验,对内藏钢管超高强混凝土芯柱的组合柱的破坏形态、破坏机理和抗震性能开展研究,重点对箍筋布置和预应力钢带布置对组合柱抗震性能的影响进行分析。通过分析实测荷载-侧移滞回曲线,对试件的延性性能、耗能性能、刚度退化和强度衰减等抗震性能指标进行了对比分析。研究结果表明,内藏钢管混凝土芯柱可以明显提高柱的延性性能及耗能性能,加密箍筋和采用预应力钢带可以对组合柱产生有效约束,进一步提高内藏钢管混凝土芯柱组合柱的延性性能、耗能性能,改善其刚度退化、强度衰减。     

塑性铰区采用高延性混凝土梁变形性能研究

为提高钢筋混凝土(RC)梁的变形能力,考虑在其塑性铰区采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土。共设计6个剪跨比为3.6的RC梁试件,包含5个塑性铰区采用HDC的试件和1个RC对比试件。考虑HDC区长度、纵筋配筋率以及配筋方式和梁端配箍率的影响,研究试件在低周反复荷载下的滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明:与RC梁相比,塑性铰区采用HDC后,试件的破坏形态由弯剪破坏向弯曲破坏转变,延性和耗能能力均得到显著提高;纵筋配筋率、配筋方式相同时,在梁端塑性铰区采用HDC,试件的位移延性系数和极限位移角分别提高30%和53%,而同时采用HDC和箍筋时分别相应提高33%和76%;梁端局部采用HDC替换混凝土可减少箍筋用量;梁端塑性铰区的HDC长度对试件延性的影响较小。分别计算塑性铰区采用HDC梁在开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载、极限荷载时的顶点位移,其计算值与试验值吻合较好。     

Seismic behavior of hybrid fiber reinforced cementitious composite beam–column joints

This paper presents the experimental results of six exterior beam–column joints with different concrete composites under cyclic loading. Engineered cementitious composite with polypropylene fiber and hybrid cementitious composites (HCC) using three different types of fiber namely hooked end steel fiber; brass coated steel fiber and polypropylene fiber are explored in this study. The hysteresis behavior, ductility response, energy dissipation with damping characteristics, crack patterns and damage index of all tested specimens are analyzed and compared with the cyclic response of conventional specimens. The test results indicate that HCC increases load carrying capacity and enhances energy dissipation with increased stiffness retention over conventional specimens. At higher rotation, joint specimens with HCC manifest better damage tolerance capacity over conventional specimens. This investigation implies that the use of HCC in the joint region may be an alternative solution to significantly increase the shear capacity, damage tolerance capacity and member ductility.     

低周反复荷载下型钢再生混凝土短柱抗震性能试验研究

通过8个不同再生粗骨料取代率、轴压比、体积配箍率下的型钢再生混凝土短柱的低周反复加载试验,观察其受力过程及破坏形态,分析了不同设计参数对短柱的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度退化、延性及耗能等力学性能的影响。试验结果表明:型钢再生混凝土短柱的主要破坏形态为剪切斜压破坏;试件荷载-位移滞回曲线基本呈梭形;试件达到峰值荷载后,承载力下降较快、变形小、延性较差;再生粗骨料取代率对试件承载力影响不大,延性耗能随着取代率增大而有所减低;随着轴压比的增大,试件承载力提高但延性耗能降低幅度大;随体积配箍率的增大,试件承载力及延性耗能均相应增大。除轴压比较小的短柱外,其余型钢再生混凝土短柱的延性系数均小于3,表明短柱抗震性能较差。因此,在实际工程中应采取相应的措施以改善短柱抗震性能。     

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱（partially encased concrete composite column）-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明:PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25~0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足"强节点弱构件"的抗震设计要求,在进行工程设计时应予以重视。     

预制ECC管混凝土桥墩拟静力试验研究

该文提出了一种以预制ECC管作为浇筑模板的ECC管混凝土桥墩。为研究该桥墩抗震性能,设计并制作了1个普通钢筋混凝土桥墩试件(RC)和3个预制ECC管混凝土桥墩试件(ECC1~ECC3),其中:试件ECC1为基准试件;试件ECC2在加载过程中减小了轴压比;试件ECC3在塑性铰区预制ECC管内浇筑了ECC。通过拟静力试验得到了上述试件的开裂过程、破坏形态以及水平力-位移滞回曲线等试验结果。通过分析各试件极限承载能力、累计耗能、延性系数、刚度退化以及残余位移等抗震性能指标,对比了预制ECC管混凝土桥墩与普通钢筋混凝土桥墩抗震性能的差别,得到了轴压比和塑性铰区截面形式对预制ECC管混凝土桥墩抗震性能的影响。研究结果表明:墩身外侧ECC管有效防止了塑性铰区混凝土剥落后钢筋屈曲,明显改善了桥墩破坏形态,提升了桥墩变形能力,降低了桥墩的损伤程度;与普通钢筋混凝土桥墩相比,预制ECC管混凝土桥墩的滞回曲线更加饱满,累计滞回耗能更大,具有更好的耗能能力,其峰值荷载和延性系数分别比普通钢筋混凝土桥墩的高出了16.66%和42.15%;对于ECC管混凝土桥墩,当轴压比降低后,ECC管壁出现的裂缝数量减少,其耗能和承载力降低,但延性变形能力增强,刚度退化也有所减缓;塑性铰区采用全截面ECC,即在ECC管内浇筑ECC,能提升预制ECC管混凝土桥墩的耗能能力、承载能力和延性变形能力,但裂缝的发展和分布几乎没影响。