钢筋高强混凝土柱偏心受压性能的尺寸效应试验研究

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钢筋混凝土构件是由混凝土和钢筋两种材料组成的,混凝土材料的尺寸效应必然直接反映到钢筋混凝土构件的力学性能中,另外,钢筋混凝土构件还包含了构件层面的尺寸效应,如钢筋与混凝土的粘结滑移、保护层厚度等,因此研究大尺寸钢筋混凝土构件的尺寸效应非常必要。另一方面,实际工程中所用混凝土强度越来越高,且绝大多数的钢筋混凝土柱均为偏心受压,因此,本文对钢筋高强混凝土柱偏压性能的尺寸效应进行了试验研究。按相似关系设计了3组正方形钢筋高强混凝土偏压柱,共12个试件,其截面几何尺寸分别为200mm3200mm、400mm3400mm、800mm3800mm,加载分为大偏心受压和小偏心受压两种情况。在破坏试验研究基础上,对比分析了其破坏形态、承载力、变形能力及截面应变分布规律等,揭示了其尺寸效应律。并针对试验进行了ABAQUS有限元数值模拟。得到了以下主要结论:(1)初始偏心距为0.6h0的试件均为受拉钢筋先屈服的大偏心受拉破坏,初始偏心距为0.25h0的试件均为压区混凝土被压碎的小偏心受压破坏。相同偏心距条件下不同尺寸的试件,其破坏形态基本相同,未发现明显的尺寸效应影响。(2)钢筋高强混凝土柱偏心受压的极限承载力存在明显的尺寸效应,随着截面尺寸的增大,其极限承载力的安全储备量减小,并且小偏心受压柱的承载力受尺寸效应的影响更为明显。因此,按现行混凝土结构设计规范设计的大尺寸钢筋高强混凝土柱的安全性偏低。(3)钢筋高强混凝土偏压柱的截面应变分布规律没有明显的尺寸效应现象,不同几何尺寸偏压构件均适用平截面假定。即对于初始偏心距为0.6h0和0.25h0的试件,其柱截面实测应变分布均较好的符合现行规范中对偏压构件承载力计算的平截面假定。(4)钢筋高强混凝土偏压柱在极限荷载下的相对曲率值存在尺寸效应,随着试件截面尺寸的增大,相对曲率值逐渐减小,尺寸效应对试件的柱中相对挠度也有影响,大尺寸钢筋混凝土柱的相对侧向挠度比小尺寸试件要小些,说明试件的变形能力随着其几何尺寸的增大而逐渐减弱。(5)使用ABAQUS有限元分析软件对钢筋高强混凝土偏压柱建模并进行破坏过程数值模拟分析表明,大偏心受压构件的极限承载力计算值与试验值吻合较好,小偏心受压构件的计算结果与试验结果误差较大,其计算分析方法有待进一步深入研究。
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