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细晶粒热轧钢筋(HotRolledBarsofFineGrains,简称HRBF筋)是一种综合性能优良的新型钢筋,具有很高的使用价值和广阔的市场前景。随着我国国民经济的迅速发展和对建筑结构质量需求的提高,细晶粒高强钢筋在我国的工程实际中开始得到了一定程度的应用,国内也已开始对细晶粒高强钢筋结构构件受力性能进行了相关研究。但与发达国家相比,相关研究仍较缺乏,加强细晶粒高强钢筋混凝土结构构件的受力性能研究无论从理论分析还是工程应用都是十分必要的。
本论文进行了4根HRBF400级钢筋混凝土梁、4根HRBF500级钢筋混凝土梁的受弯性能试验研究。主要研究内容如下:1)对受弯梁正截面受力进行了分析,基于平截面假定和材料的本构关系,根据条带法,运用计算机语言编程对HRBF筋混凝土梁受弯性能进行数值模拟。2)推导了HRBF筋混凝土梁在裂缝控制条件下的承载力计算公式,提出了构件承载力利用系数的概念,分析了钢筋强度、钢筋直径、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度对承载力利用系数的影响。推导了挠度控制条件下承载力计算公式,分析了高跨比、钢筋强度、混凝土强度、配筋率对承载力利用系数的影响。3)对承载力/裂缝/挠度控制条件进行了综合对比分析,得到了裂缝控制条件下的界限配筋率ps,w、界限钢筋强度fy,w和挠度控制条件下的界限配筋率ps,f、界限钢筋强度fy,f,并验证了其正确性。4)通过对HRBF筋混凝土梁受弯性能进行参数分析,研究了经济配筋率范围内HRBF筋混凝土梁的延性和耗能能力并与普通钢筋混凝土梁进行了对比。5)对同配筋率/承载力下HRBF筋混凝土梁的正截面受弯承载力、配筋、裂缝及挠度性能进行了对比分析。
论文进行了10根HRBF400级钢筋混凝土柱、10根HRBF500级钢筋混凝土柱的受压性能试验研究。主要研究内容如下:1)随着钢筋强度的提高,当配筋率大于界限配筋率时psb时,高强钢筋混凝土受压柱的Nu-Mu相关曲线与普通钢筋混凝土柱Nu-Mu相关曲线相比出现变化,即当实际配筋ps≥Psb时,构件全部发生小偏心受压破坏,本文推导了界限配筋率psb的计算公式。2)推导了HRBF筋混凝土大偏压柱在裂缝控制条件下的受压承载力计算公式,分析了钢筋直径、钢筋强度、配筋率、偏心距、混凝土保护层厚度、混凝土强度等级对构件承载力利用系数的影响。3)给出了简便的四系数法查表计算HRBF筋矩形截面对称配筋混凝土柱的计算方法和系数查取表格,并验证了该方法的准确快捷性。4)对受压柱正截面受力进行了分析,基于平截面假定和材料的本构关系,根据条带法并考虑挠曲效应,运用计算机语言编程对HRBF筋混凝土柱受压性能进行数值模拟,并详细分析了钢筋强度、混凝土强度、配筋率、轴向力偏心距等参数对HRBF筋混凝土柱受压性能和Nu-Mu相关曲线的影响,在参数分析中验证了界限配筋率psb的正确性。
论文还进行了4根HRBF400级钢筋混凝土柱、4根HRBF500级钢筋混凝土柱的压弯低周反复荷载试验研究。主要研究内容如下:1)分析了各HRBF筋混凝土柱的滞回曲线、骨架曲线,求出了各试件的骨架曲线特征值及位移延性系数。2)给出了恢复力模型和求解骨架曲线特征参数的经验公式,将计算的骨架曲线各特征参数理论值与试验实测值进行了对比,两者吻合较好。3)运用有限元软件OpenSees对HRBF筋混凝土柱的压弯低周反复荷载试验进行数值模拟和详细的参数分析。运用OpenSees对单根柱的位移损伤Drs和耗能Ea进行了分析。4)对一榀HRB335级钢筋混凝土框架、HRBF400级钢筋混凝土框架、HRBF500级钢筋混凝土框架分别在7度多遇地震、设防地震、罕遇地震下的抗震性能进行了数值模拟对比分析。