钢筋混凝土柱轴心受压性能的尺寸效应研究

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目前,钢筋混凝土结构在我国的土木工程结构中占有极其重要的地位,并且随着材料科学的发展、结构跨度和高度的增加以及结构形式的多样化,使得钢筋混凝土结构的构件尺寸越来越大、承载能力越来越高、受力越来越复杂。由于受试验研究条件和认识水平的限制,对这些受力复杂的大尺寸、高承载的钢筋混凝土结构构件的真实破坏机理以及力学性能的研究还很不足,更不系统,在对这些大尺寸构件的设计中还只能依据和参考基于小尺寸构件研究成果建立起来的设计理论和方法、公式,这实际上是一种没有坚实科学依据的外推,缺乏科学性和合理性,也难以保证其可靠性。对于钢筋混凝土结构构件,其复杂的非线性和非均质性以及构造性使得尺寸效应问题十分复杂,小尺寸的材料和构件破坏试验及其相应的研究结论并不一定具有普遍的指导意义,即以往这些基于小尺寸试件研究结果得出的规范计算公式是否适用于大尺寸构件,是需要研究的重要课题。  本文通过不同尺寸特别是大尺寸钢筋混凝土柱的轴压破坏试验,研究了其破坏机理,得到了大尺寸钢筋混凝土柱的轴压力学性能参数以及覆盖大尺寸柱的尺寸效应规律,对现行基于小试件研究结果的钢筋混凝土柱轴压设计方法进行了评价。  本文共进行了43根不同几何尺寸、不同混凝土强度、不同纵筋配筋率、不同配箍率、不同长细比的钢筋混凝土柱轴心受压性能试验,试件的截面几何尺寸分别为200 mm×200 mm、400 mm×400 mm、600 mm×600 mm、800 mm×800 mm。对比分析了各试件的破坏特征、名义应力-应变曲线、承载力、变形、抗压刚度和钢筋应变,得到如下主要结论:  (1)钢筋混凝土柱轴心受压承载力存在一定的尺寸效应,且峰值荷载后的承载力下降过程尺寸效应明显。按现行《混凝土结构设计规范》中的相关计算公式进行大尺寸轴心受压柱承载力设计计算,其可靠性降低。  (2)纵筋配筋率、配箍率对钢筋混凝土轴心受压承载力的尺寸效应影响不明显;纵筋表面特征对钢筋混凝土轴心受压柱的变形能力没有明显影响;随着配箍率的增大,钢筋混凝土柱轴心受压的变形能力增大。  (3)钢筋混凝土柱的峰值应变大小及其峰值后的性能存在较明显的尺寸效应。  (4)钢筋混凝土柱的轴心抗压刚度尺寸效应不明显。  (5)对于普通混凝土强度的柱,其轴心受压破坏特征存在尺寸效应,大尺寸构件与小尺寸构件破坏发生部位不同。  (6)钢筋高强混凝土柱轴心受压破坏形态的尺寸效应不明显。
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