配置高强钢筋的混凝土构件受力性能研究

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HTB650和HTHB900级钢筋较普通强度钢筋具有更为良好的力学性能。但目前基本没有此类高强钢筋的应用,尚缺乏其钢筋混凝土构件的试验资料。为了能较好地推广和应用这种新型钢筋,急需对其力学性能进行深入研究,得到完整的技术参数,为HTB650和HTHB900级钢筋的推广及应用提供技术基础。本文针对配有HTB650和HTHB900级钢筋的混凝土性能展开深入的试验研究,具体研究内容如下:1)通过对配有HTB650级钢筋作为受拉纵筋的混凝土梁进行受弯性能试验,研究HTB650级钢筋在梁体受弯过程中的发挥程度,高强钢筋与混凝土协同受力能力,裂缝发展情况及梁体极限荷载;对通用的受弯承载能力极限状态与正常使用极限状态中计算公式在此类钢筋中的适用性进行验证;并对试件进行有限元分析,对比有限元模拟与试验结果。结果表明:配有高强钢筋的混凝土受弯试验梁受力特征和普通钢筋混凝土受弯梁的受力特征基本相同;承载能力极限状态与正常使用极限状态按照现行规范进行计算是可靠的;受弯梁裂缝、荷载-挠度曲线、受拉钢筋应变发展情况的模拟均与试验结果较为符合,箍筋应变发展情况模拟与试验结果有一定差别,但总体发展趋势一致。2)通过对配有HTHB900级钢筋作为箍筋的混凝土梁进行受剪性能试验,研究梁体的破坏形式、裂缝发展情况及梁体极限荷载;对通用的斜截面承载能力计算公式在此类钢筋中的适用性进行验证;并对试件进行有限元分析,对比有限元模拟与试验结果。结果表明:配有高强钢筋的混凝土受剪梁受力特征与普通钢筋混凝土受剪梁的受力特征基本相同;其受剪承载力仍可按现行规范的计算公式进行计算;此次试验试件量偏少,故在进行此类梁抗剪承载力计算时箍筋的屈服强度设计值暂定为360MPa,该取值应用于第六章分析中;受剪梁裂缝、受拉钢筋应变发展情况的模拟均与试验结果较为符合,荷载-挠度曲线、箍筋应变发展情况模拟与试验结果同受弯梁也有一定差别,但总体发展趋势一致。3)通过对配有HTB650级钢筋作为纵筋、HTHB900级钢筋作为箍筋的混凝土柱进行轴心受压试验,研究HTB650级纵筋在试件受压过程中的发挥程度;选取26个箍筋约束混凝土柱在轴压下的试验数据,建立了约束混凝土峰值参数的计算方法,并通过上述高强箍筋约束混凝土柱轴心受压试验进行补充验证;基于计算方法,分析在轴压构件中采用高强箍筋替代普通箍筋对其峰值参数的影响;并对试件进行有限元分析,对比有限元模拟与试验结果。结果表明:HTB650级纵筋基本充分发挥作用;该计算方法的计算结果与试验结果较吻合;高强箍筋能有效地提高素混凝土与普通箍筋约束混凝土轴心受压柱的峰值参数;轴压柱的柱顶位移-轴压曲线、纵筋及箍筋应变发展情况的模拟均与试验结果较为符合,但混凝土应变发展模拟值与试验值出现一定偏差,可能是因为实际中混凝土为非均质的材料的原因。4)通过对配有HTB650级纵筋及HTHB900级箍筋的混凝土柱进行拟动力试验,研究配有高强钢筋结构的抗震性能;并对试件进行有限元分析,对比有限元模拟与试验结果。结果表明:HTB650级纵筋及HTHB900级箍筋能充分发挥其高强作用和提供良好约束效果;在力学性能相似的前提下能节约用钢量;通过模拟单调加载,得到了钢筋混凝土柱力学性能以及荷载-位移曲线,为进一步建立高强钢筋混凝土柱的恢复力模型打下了基础。5)使用高强钢筋对某框架结构进行实际的配筋设计,通过有限元软件进行结构弹塑性分析,得到结构整体的受力及抗震性能,为工程设计提供可靠的依据。
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