双层高强箍筋约束高强混凝土结构静动力特性及损伤演化规律研究

本课题分别对方形和圆形双层高强箍筋约束高强混凝土结构进行静动力试验，研究内外箍筋的强度、直径、间距、混凝土强度、内外箍筋之间的间距对柱内约束高强混凝土的强度特性和变形特性影响规律；建立双层高强箍筋约束高强混凝土的应力－应变模型；基于理论分析和试验研究，建立双层高强箍筋约束高强混凝土柱的竖向受压承载力计算理论；采用声发射和红外热像仪联合方法 对构件内部和表观微裂缝进行动态检测，揭示竖向荷载作用下双层高强箍筋约束高强混凝土的裂缝扩展损伤演化规律，建立静力约束混凝土的随机损伤本构模型；通过低周反复水平加载试验和理论分析，获得高轴压比的条件下，构件的滞回和骨架曲线、延性和耗能能力；提出双层高强箍筋约束高强混凝土柱的抗剪强度计算方法；揭示构件的损伤演化与刚度退化的规律。

混凝土柱的承载能力和变形能力（延性）对混凝土建筑的性能具有重要的影响。我国目前高层建筑、大跨结构、大跨度高架桥等结构所面临的一个普遍问题就是如何提高钢筋混凝土结构的承载力问题，减小柱子断面尺寸；如何提高钢筋混凝土结构的延性和耗能。为了解决上述难题，本研究提出了一种新型的构件形式，即双层高强箍筋约束高强混凝土柱。通过采用内、外两层高强度箍筋约束核心混凝土，从而极大提高其承载力和延性。.本课题分别对方形和圆形双层普通箍筋、高强箍筋约束混凝土柱进行了试验研究，研究内外箍筋的强度、直径、间距、混凝土强度、内外箍筋之间的间距对柱内约束混凝土的强度特性和变形特性影响规律；建立双层普通箍筋、双层高强箍筋约束混凝土的应力－应变模型，为双层箍筋约束混凝土柱的竖向受压承载力计算理论提供了理论基础和宝贵的试验数据。.在双层箍筋约束混凝土柱中，混凝土处于三种不同的约束状态，即无约束混凝土（即外层箍筋以外的保护层混凝土）， “单约束混凝土”（即内外层箍筋之间的部分）和 “双约束混凝土”（即内层箍筋以内的部分），导致各部分强度和延性性能各不相同；即使在各部分混凝土内部，其约束状况也不尽相同。为了使问题得到简化，本研究提出了“平均等效约束应力”（average effective confinement pressure）的概念，将“单约束混凝土”和“双约束混凝土”视为处于均匀约束状态下。通过对试验数据的分析，提出了核心混凝土强度和应变（包括峰值应变和残余应变）与“平均等效约束应力”之间的关系曲线。进一步提出了一个反映核心混凝土平均强度的应力-应变关系模型和双层箍筋柱的承载力计算公式。另外，采用通用有限元软件ABAQUS建立了一个双层箍筋约束混凝土柱模型，能够较好地预测试验结果。.本项目的研究成果对揭示双层箍筋约束混凝土柱的力学性能具有重要价值。基于普通单层箍筋约束混凝土的约束机理，本项目首次提出了“平均等效约束应力”（average effective confinement pressure）的概念，并在此基础上提出了一个简单实用、精度高的双层箍筋约束混凝土柱应力应变关系模型。对类似问题的研究具有指导和借鉴意义。