圆钢套管-钢纤维水泥砂浆加固预损RC柱轴压性能研究

圆钢套管-钢纤维水泥砂浆外包加固RC柱是一种新型的加固技术。钢纤维水泥砂浆比普通混凝土砂浆在韧性、抗裂性和延性方面都有明显的提高,并且钢套管加固混凝土柱的强度和延性有很大程度的提高。以预加载普通钢筋混凝土柱峰值荷载的百分比作为柱子受损程度指标：加载极限荷载的60%为一级损伤、80%为二级损伤、100%为三级损伤。总共设计了7根试件,分别以钢套管径厚比、RC损伤程度、预损柱离散性作为影响因素进行轴心受压性能研究。在试验研究的基础上,建立了复合加固钢筋混凝土圆形截面短柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

绕丝加固预损钢筋混凝土柱的抗震性能试验研究

对4根钢筋混凝土柱进行了模拟地震的预损伤、预损伤后绕丝加固和加固后的低周往复荷载破坏试验,研究了绕丝加固地震损伤钢筋混凝土柱的抗震性能。根据试验数据分析了试件的承载力、延性性能、刚度退化及耗能能力。试验结果表明:经过绕丝加固修复后的预损伤试件,其延性性能和极限位移得到了明显提高;钢筋混凝土柱的预损伤程度对预损伤后的加固效果有重要影响。在轻度损伤程度情况下,绕丝加固柱恢复并超过受损前的抗震性能;预损伤越大的柱经绕丝加固后其延性、耗能能力、刚度和承载力越小。     

钢筋锈蚀条件下混凝土柱有效弹性模量试验研究

通过对16根钢筋混凝土柱进行腐蚀与长期荷载共同作用的长期试验,研究构件在不同配筋率、钢筋锈蚀率及加载龄期下有效弹性模量的变化规律,配筋率分别为1%、2%、3%,钢筋锈蚀率分别为0%、10%、20%,加载龄期分别为7d和28d。研究结果表明:配筋率与加载龄期对钢筋混凝土有效弹性模量都有影响,两种影响具有叠加效应,并且这种叠加效应不只是简单的线性叠加;钢筋锈蚀率越大,钢筋混凝土有效弹性模量越小。在试验研究的同时,还提出了考虑配筋率与钢筋锈蚀率的混凝土柱有效弹性模量计算模型,通过模型计算值与试验值的相对误差对比,验证了本文计算模型的有效性和适用性。     

修正的RC剪力墙构件Park-Ang损伤模型

基于Park-Ang 损伤模型,提出了用于钢筋混凝土剪力墙构件的修正损伤模型．通过对已有钢筋混凝土剪力墙试验结果的统计分析,总结了其累积耗能组合系数的影响因素,并拟合出该系数与试件参数：剪跨比、轴压比、配筋率的关系式．修正的损伤模型需满足加载至破坏时损伤指标为1.0 的上界条件,结果表明,根据本文修正的损伤模型计算的钢筋混凝土剪力墙试件损伤指标在统计意义上满足该条件．最后,根据构件性能水准的相关研究,本文将钢筋混凝土剪力墙构件的性能水准划分为：基本运行,生命安全和接近倒塌,分别对应了构件骨架曲线相应关键点：屈服点、峰值点和极限破坏点,根据本文修正损伤模型计算的各水准损伤指标临界值分别为：0.02、0.45 和1.00．     

基于变形和累积耗能的型钢再生混凝土柱地震损伤模型研究

为研究型钢再生混凝土柱地震损伤性能,本文依据17个试件低周反复荷载试验研究结果,将型钢再生混凝土柱划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和防止倒塌五个状态水平;以层间位移角作为该柱抗震性能控制指标,对试验数据进行数理统计分析,确定型钢再生混凝土柱不同性能水平下量化指标取值;结合型钢再生混凝土柱受力特征,对修正的ParkAng损伤模型进行改进,确定构件单调荷载下极限变形计算方法;采用多变量回归方法得到耗能因子的计算式,并分析设计参数对型钢再生混凝土柱耗能能力的影响规律,最终建立型钢再生混凝土柱基于变形和累积耗能的地震损伤模型,结果表明:型钢再生混凝土柱在破坏状态时的损伤指标计算平均值为0.986,接近1.0,离散性较小;故该损伤模型用于评价型钢再生混凝土柱的地震损伤性能是可行的;在此基础上,建立了型钢再生混凝土柱不同状态水平与损伤指数的对应关系,并确定了相应的损伤指数取值。上述结论可为型钢再生混凝土柱的抗震性能设计和地震损伤评估提供参考。     

配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土短柱轴压性能,以混凝土强度、体积配箍率和配箍形式为变化参数设计6个试件进行轴心受压加载试验。试验结果表明,所有试件的破坏形态和荷载-轴向位移曲线相似,配螺旋箍筋的试件变形性能要优于配普通箍筋试件,配矩形螺旋箍筋的试件极限承载力随混凝土强度、体积配箍率的增加而提高。在试验基础上,采用基于叠加理论的计算方法对配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土短柱轴压承载力进行计算,给出了相关设计建议,研究结果可为配矩形螺旋箍筋型钢高强混凝土短柱的工程应用提供科学依据。     

钢筋混凝土柱破坏过程扩展有限元数值模拟

为描述钢筋混凝土柱的破坏过程,分别建立了由三维实体单元和三维杆单元构成的精细化模型以及结合纤维梁单元的纤维梁与实体单元耦合模型。耦合模型中,钢筋混凝土柱下段混凝土和钢筋分别用三维实体单元与三维杆单元建模,通过耦合连接实现精细单元与粗糙单元之间的变形协调。基于混凝土弹塑性本构关系,运用扩展有限元方法模拟钢筋混凝土柱的荷载-位移曲线以及开裂过程,并进行比较。数值模拟与试验结果的比较表明,模拟得到的裂缝位置以及荷载-位移曲线与试验结果吻合较好。扩展有限元具有无需重划网格、无需预设裂纹的优点,能有效地模拟筋混凝土柱的开裂过程。耦合模型具有计算效率高的优势,且能较好地模拟构件的破坏模式。     

CFRP与角钢复合加固钢筋混凝土中长柱的受力分析

通过9根外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土中长柱轴心受压试验,把复合加固柱核心混凝土分成有效约束区和弱约束区,研究了有效约束区和弱约束区混凝土的本构关系.在此基础上,把柱截面划分成若干计算单元,编制了全过程分析程序进行数值模拟计算.研究表明,计算结果与试验结果吻合较好,可为工程应用提供参考.     

HPFRCC梁柱组合件节点核心区力学性能及计算模型研究

为了研究高性能纤维水泥基复合材料(High-PerformanceFiberReinforcedCementitiousComposites,HPFRCC)对框架结构节点核心区力学性能的影响,本文对6个预期损伤部位采用HPFRCC材料的带板梁柱组合件和1个钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)梁柱组合件进行拟静力试验,分析其节点核心区受剪承载能力、变形能力等．研究结果表明,与RC梁柱组合件节点相比,HPFRCC梁柱组合件节点核心区的受剪承载力提高了11.1%;峰值点的剪切变形减小了10.3%,节点核心区剪切变形对层间变形的贡献比率降低了22.7%．柱端弯矩增大系数的取值和翼缘板的宽度取值对HPFRCC节点核心区的剪切变形有显著影响,柱端弯矩增大系数达到1.6或者翼缘板宽度取值为8倍板厚都可以使节点核心区峰值点对应的剪切变形控制在0.01左右．采用BPE(Bayesian Parameter Estimation)方法进行理论分析,分别建立HPFRCC梁柱节点的剪切强度计算模型和剪切变形计算模型,模型分析结果与试验结果符合较好．     

基于改进Drucker-Prager准则的GFRP管约束高强混凝土短柱单轴压缩分析模型

针对玻璃纤维增强聚合物(glass fiber reinforced polymer, GFRP)管约束高强混凝土短柱的受力特点,及传统Drucker-Prager (D-P)准则存在拉剪区偏大的问题,提出了一种改进的D-P型塑性约束高强混凝土短柱单轴压缩分析模型,其考虑GFRP管约束效应相关的混凝土硬化/软化规律和非关联流动准则,以提高GFRP管约束高强混凝土短柱单轴压缩下轴向和环向应力-应变曲线的预测精度。该模型在ANSYS软件中实现了GFRP管约束高强混凝土短柱力学性能的计算模拟,并与试验结果的对比表明：两者的应力-应变曲线吻合较好,提出的分析模型合理可靠。此研究可为GFRP管约束高强混凝土的设计提供理论参考。     

用外包钢筋混凝土法加固RC柱的非线性有限元分析

当今国内外建筑物加固改造业发展非常迅速,建筑业重心也正发生着转变,外包钢筋混凝土加固法是一种广泛应用且经济有效的外固方法,本文结合试验手段。利用非线性有限元方法对用外包钢筋混凝土加固柱正截面承载力进行了分析,分析过程中,采用混凝土Chen-Chen三参数模型和均匀硬化法则,采用了八节点等参混凝土单元,三节点等参钢筋单元,引入了双弹簧联结单元模拟钢筋和混凝土之间的粘结滑移,基于大量试验资料,认为新旧混凝土之间具有有效粘结,可以共同工作,编制了加固柱分析有限元程序,计算结果与试验结果符合较好,并初步探讨了国固时核心柱应力水平,外包混凝土的强度比和厚度比等因素对加固柱承载力的影响,为加固柱研究提供了参考。     

板柱节点抗冲切性能分析的力学转化模型

提出了一种基于力学转化模型的钢筋混凝土板柱节点抗冲切性能分析方法,该方法能够将传统弹性力学的研究问题用结构力学模型解决. 通过OpenSees (Open System for Earthquake Engineering Simulation)计算平台进行建模,根据数值分析和试验结果的对比,确定和验证模型中的关键参数. 结果表明,该数值模型能够很好模拟板柱节点的抗冲切性能,包括载荷-变形响应、刚度变化规律及变形分布规律等,为全面认识板柱节点的工作机理、受力特征及内力分布规律提供新的研究途径,同时为工程设计与实践提供理论指导.     

近爆荷载作用下装配式钢筋混凝土柱抗爆性能及受损加固试验研究

为研究近爆荷载作用下装配式钢筋混凝土（precast concrete,PC）柱的抗爆性能与受损后的加固修复性能,开展了足尺PC柱化爆试验与受损柱加固修复轴压试验研究。共开展了3次化爆试验,获得了PC柱的动力响应与损伤破坏试验数据,分析了PC柱与现浇钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）柱试验结果的差异。近爆荷载作用下,PC柱呈现出局部损伤破坏模式,爆心附近混凝土剥落,出现斜裂缝,装配位置的交界面出现贯穿裂缝,锚浆搭接PC柱比灌浆套筒PC柱的损伤更加严重。两种装配形式的PC柱整体上具有与RC柱相近的抗爆性能,但装配界面削弱了PC柱的整体性与抗剪切能力,是PC柱典型的薄弱位置。轴压试验结果表明,分别采用置换混凝土和置换后外包碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforcement polymer, CFRP)布的方式加固受损的两根PC柱,其轴向承载力均超过了同规格未受损柱的试验承载力和设计承载力。

     

L形柱在反复荷载作用下的非线性分析

在平截面假定的前提下,将钢筋混凝土L形柱划分为两端弹塑性区、中间为弹性区的三分段杆单元模型。将应用于平面剪力墙的多垂直杆单元模型拓展为空间的多垂直杆单元模型,推导了拓展的多垂直杆单元模型单元刚度矩阵,经静力凝聚为三分段杆单元模型刚度矩阵,该单元模型可用于各种截面形式的钢筋混凝土异形柱、剪力墙墙肢和梁的非线性分析,计算工作量较小。讨论了目前垂直杆的轴向拉压滞回模型,提出了轴向拉压滞回曲线考虑骨架曲线下降段的简化处理方法。最后提供了算例,结果表明本文方法计算的滞回轴线与在反复加载下L形柱的试验结果吻合较好。     

外包钢轴压短柱的试验研究与性能分析

本文简要地介绍了外包钢混凝土组合结构的特点和研究意义，并在试验的基础上，对混凝土标号、纵向配筋率及配箍间距对柱的工作性能的影响进行了研究，最后与钢筋混凝土柱进行了对比，发现二者的力学性能基本相同     

钢筋混凝土排架结构的抗爆破坏等级

为了研究钢筋混凝土排架结构在大当量爆炸冲击波下的破坏规律,依据最大TNT当量为3 t的爆炸试验,对排架主体结构的抗爆破坏等级进行数值模拟研究。通过量纲分析得到1/2缩比模型的荷载参数和结构尺寸。基于Abaqus有限元软件,利用CONWEP方法实现爆炸加载,分别计算装药0.5 t爆距33 m和装药3 t爆距33 m两种工况下排架结构的破坏形态,并与试验结果进行对比。进一步通过控制药量和距离,计算不同超压和冲量下缩比模型的破坏形态。研究结果表明,排架的关键破坏特征为中间承重柱的倾覆转动;数值计算与试验破坏形态吻合较好,特征位移和特征转角的最大相对误差分别为5.6%和4.6%。以承重柱的倾覆角作为划分依据,将计算结果分为3种破坏等级,拟合得到的超压-冲量曲线和药量-距离曲线可用于厂房安全距离和仓库容量设计以及意外爆炸下的破坏程度预估。

     

碳纤维布加固钢筋混凝土吊车梁疲劳刚度研究

构件刚度的变化可以较全面地反映构件的整体力学性能。本文以碳纤维加固规范及国内外相关理论研究成果为依据，结合试验研究，通过理论分析的方法，研究了碳纤维布加固损伤钢筋混凝土吊车梁抗弯刚度及在疲劳荷载作用下，构件在整个寿命周期内刚度随时间的变化情况。对比分析数据与试验数据发现：构件刚度的损伤发展有明显的三阶段变形规律；本文理论计算得到的数据与试验数据吻合较好，说明本文给出的关于CFRP加固损伤钢筋混凝土梁的疲劳刖度的理论计算方法可以满足工程设计对精度的要求。     

钢筋混凝土梁振动特性参数与损伤状况关系的数值仿真研究

基于分离式有限元理论,分别建立了存在钢筋混凝土局部松脱等多种形式损伤的钢筋混凝土梁横向弯曲振动力学模型,利用此模型能够计算各种损伤梁的固有频率等振动特性参数。对这些振动特性参数与各种损伤的状况之间的关系进行了数值仿真研究。提出固有频率可以作为钢筋混凝土梁损伤定性辨识的指标;针对不同的损伤形式,位移模态振型、曲率模态振型和剩余模态力向量是对局部损伤位置敏感的振动特性参数,可以利用敏感参数的绝对残差向量进行局部损伤的定位辨识;敏感参数绝对残差向量的范数与损伤程度具有良好的单调性关系,可以作为局部损伤定量辨识的指标。     

钢管高强混凝土叠合柱弯矩—曲率关系的合成模型

本文采用现有高强混凝土及钢管混凝土本构关系,运用合成法编制了计算程序,对钢管高强混凝土叠合柱的截面弯矩－曲率关系进行了全过程分析,并讨论了主要参数对上述关系的影响;经大量回归分析,建立了钢管高强混凝土叠合柱截机弯矩－曲率关系的三折线模型,从而为叠合柱结构的抗震分析奠定了基础。     

异型柱框架柱单元的非线性变形计算方法

本文提出了考虑混凝土“应力－应变”关系下降段和纵筋锚固滑移影响的钢筋混凝土异型（Ｌ、＋、Ｔ）柱非线性变形计算方法，用该方法计算的“Ｍ－ψ”曲线与试验结果符合较好。