“瘦身”箍筋约束混凝土轴心受压试件应力—应变全曲线研究

发布时间：2017-11-02 23:29

  本文关键词：“瘦身”箍筋约束混凝土轴心受压试件应力—应变全曲线研究

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【摘要】：当盘卷的普通钢筋经过调直后伸长率和重量不满足验收规范要求时,该钢筋即为“瘦身”钢筋。与普通钢筋相比,“瘦身”钢筋在冷拉调直后面积减小,屈服强度提高,延性降低。由于“瘦身”钢筋在盘卷钢筋调直过程中产生,直径较小,多用于梁、柱箍筋,且在市场上有一定规模。目前对“瘦身”箍筋约束混凝土应力-应变全曲线的研究很少,对“瘦身”箍筋建筑物的加固也有一定的盲目性。对16根普通箍筋、“瘦身”箍筋(箍筋平均瘦身率为17.9%)约束混凝土试件进行轴向加载试验及有限元分析,试件采用矩形箍筋、矩形菱形复合箍筋两种形式,矩形箍筋体积配箍率在0.69%~1.38%之间,矩形菱形复合箍筋体积配箍率在1.18%~2.36%之间,试验及理论结果表明:(1)“瘦身”箍筋和普通箍筋约束混凝土应力-应变全曲线基本相当,“瘦身”箍筋约束混凝土应力-应变全曲线下降段并不存在明显的降低。(2)“瘦身”箍筋试件和普通箍筋试件的混凝土应力-箍筋应变曲线差别不大,曲线上升段基本上呈线弹性关系,超过峰值应力以后,混凝土应力-箍筋应变曲线下降段都比较平缓,箍筋应变超过1%后,有些试件靠近箍筋弯钩两边的测点出现应变减小现象,同时观测到试验过程中试件箍筋脱钩现象。另外两边箍筋应变继续增长,直到超过箍筋应变量程2%,后续结果无法测量,整个试验过程中未发现箍筋拉断现象。(3)箍筋没有拉断的原因之一是部分试件箍筋脱钩之后,与弯钩相连的两边箍筋出现卸载现象,另外两边箍筋与混凝土产生了粘结滑移。另一原因是,由于本试验的箍筋最小间距是74mm,试验中发现下降段很多混凝土从箍筋间剥离出来,箍筋与混凝土之间形成了空隙,试件后续加载混凝土变形不能对箍筋产生挤压效应。如果采用螺旋箍筋,且箍筋间距较密,混凝土不能从箍筋间剥离出来,有可能导致“瘦身”箍筋拉断。(4)利用有限元软件ABAQUS对试件进行了数值模拟分析,模拟得到的混凝土塑性损伤云图结果与试验最终破坏形态吻合较好;模拟得到的截面竖向应力分布情况与理论的作用机理基本一致。(5)“瘦身”箍筋试件混凝土应力-应变全曲线的试验结果与有限元模拟结果在低配箍率时基本吻合;高配箍率时有限元分析结果的下降段要比试验结果更为平缓。(6)有限元模拟得到的混凝土应力-箍筋应变曲线与试验得出的结果下降段差异较大,试验结果的下降段比较平缓,有限元分析的结果下降段较为陡峭,主要是因为有限元模拟时,未考虑箍筋与混凝土之间的粘结滑移;另外,在混凝土应力的下降段,混凝土不仅仅是简单的弹塑性变形,往往伴随有较大的开裂和脱落,现有的塑性损伤本构模型还不能完全表示出来,还涉及到断裂力学方面的问题。(7)由于试件数量较少,没有办法求出试验结果的均值和方差,考虑到混凝土材料的不均质性、加载的偏心以及测量的误差等因素,试验难以得出统计性的规律。采用有限元软件模拟“瘦身”箍筋和普通箍筋试件混凝土应力-应变曲线,分析表明:箍筋采用矩形时,两者应力-应变曲线下降段较接近;采用菱形矩形复合箍筋时,“瘦身”箍筋试件下降段延性稍好于普通箍筋试件。
【关键词】：“瘦身”箍筋 约束混凝土 应力-应变全曲线 有限元模拟
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU37
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究背景与研究意义11-13
• 1.1.1“瘦身”钢筋应用现状11-12
• 1.1.2“瘦身”钢筋与高强钢筋的比较12-13
• 1.1.3 本文研究的意义13
• 1.2 普通箍筋约束混凝土研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究状况13-15
• 1.2.2 国内研究状况15-16
• 1.3 高强箍筋约束高强混凝土研究现状16-19
• 1.3.1 国外研究状况16-17
• 1.3.2 国内研究状况17-19
• 1.4 本文研究的主要内容19-20
• 第2章 箍筋约束混凝土的力学模型和理论20-27
• 2.1 概述20
• 2.2 箍筋作用机理20-22
• 2.3 箍筋约束混凝土强度的几个主要影响因素22-23
• 2.3.1 配箍率的影响22
• 2.3.2 箍筋屈服强度的影响22
• 2.3.3 箍筋间距的影响22
• 2.3.4 箍筋约束形式的影响22-23
• 2.4 箍筋约束混凝土几种本构模型23-27
• 2.4.1 普通箍筋约束混凝土几种本构模型23-24
• 2.4.2 高强箍筋约束高强混凝土几种本构模型24-27
• 第3章“瘦身”与普通箍筋约束混凝土试件轴心受压试验27-40
• 3.1 试件设计27-28
• 3.2 试件的制作与养护28-31
• 3.3 材料力学性能31-34
• 3.3.1 钢筋31-33
• 3.3.2 混凝土33-34
• 3.4 试验加载准备34-36
• 3.4.1 位移测点布置34-35
• 3.4.2 箍筋应变测点布置35-36
• 3.5 试验加载36-39
• 3.5.1 试验加载装置37
• 3.5.2 加载制度37-38
• 3.5.3 加载程序38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章“瘦身”与普通箍筋约束混凝土试件轴心受压试验结果分析40-57
• 4.1 试验现象和破坏形态40-45
• 4.1.1 试验现象40-43
• 4.1.2 试件破坏形态43-45
• 4.2 试件破坏形态对比分析45-46
• 4.3 箍筋约束混凝土应力-应变全曲线实测结果46-48
• 4.4 混凝土无量纲应力-应变全曲线对比分析48-50
• 4.5 混凝土应力-箍筋应变全曲线对比分析50-52
• 4.6 普通箍筋试验结果与过镇海-张秀琴模型对比分析52-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章“瘦身”与普通箍筋约束混凝土试件轴心受压数值模拟分析57-74
• 5.1 概述57
• 5.2 有限元模型的建立57-60
• 5.2.1 材料的本构模型57-59
• 5.2.2 单元选取、网格划分及边界条件59-60
• 5.3 有限元模拟结果60-65
• 5.3.1 试件受力云图60-64
• 5.3.2 核芯区混凝土应力分析64-65
• 5.4 混凝土应力-应变曲线试验结果与有限元结果分析对比65-69
• 5.4.1 实测混凝土应力-应变曲线与有限元结果对比65-67
• 5.4.2 峰值应力调整后实测“瘦身”箍筋混凝土应力-应变曲线与有限元结果对比67-69
• 5.5 混凝土应力-箍筋应变曲线试验结果与有限元结果分析对比69-71
• 5.6 两种箍筋情况下混凝土应力-应变曲线一般性规律理论对比分析71-72
• 5.7 本章小结72-74
• 第6章 结论与展望74-77
• 6.1 结论74-75
• 6.2 展望75-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-80

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本文编号：1133671