高强箍筋高强混凝土结构受力机理及其设计理论研究

结合高强高性能材料的推广应用，采用高强钢筋作为箍筋，代替目前混凝土结构构件中的普通强度箍筋，将箍筋的强度提高，直径变细，间距变密，一方面使得箍筋能对混凝土起到有效的约束作用，以改善高强混凝土的脆性，提高其强度和延性，另一方面提高钢筋混凝土构件的受剪承载力，同时还可节省钢材。采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的研究方法，研究高强箍筋约束高强混凝土的受压力学性能和受力机理，建立其受压破坏准则和应力-应变本构模型；研究高强箍筋高强混凝土受弯构件的抗剪性能，提出其抗剪承载力模型和设计计算理论；研究高强箍筋约束高强混凝土短柱、节点的抗剪机理和抗震性能，提出其抗剪承载力模型和设计计算理论；研究高强箍筋高强混凝土压弯构件的滞回性能，建立曲率延性和位移延性之间的关系，提出在满足构件有限延性基础上的轴压比限值和配箍水平，建立依据其延性需求确定其抗震受剪承载力的设计理论，为高强钢筋进一步推广提供技术支撑。

本项目采用试验研究、理论分析、数值模拟相结合的研究方法，研究了高强箍筋约束高强混凝土轴心受压受力性能、破坏机理、破坏形态以及高强箍筋的应力发挥水平及合理取值，分析了高强箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式、混凝土强度、截面尺寸等因素的影响，给出了高强箍筋应力和有效约束力的计算方法，提出了其轴心受压强度和变形的计算方法，建立了高强箍筋约束高强混凝土轴心受压破坏准则和应力-应变本构关系，并与其他本构模型进行了对比分析；同时还研究高强箍筋约束高强混凝土偏心受压受力性能、破坏形态以及影响因素分析，给出了其正截面承载力的计算方法。研究了高强箍筋高强混凝土梁剪切破坏时斜裂缝开展、破坏形态、抗剪性能和变形性能，分析了剪跨比、箍筋强度、配箍率、混凝土强度等因素的影响，以及高强箍筋强度的发挥水平及建议的应力取值，提出了高强箍筋高强混凝土受弯构件抗剪承载力的桁架-拱模型和设计计算方法。研究了高轴压比下高强箍筋约束高强混凝土短柱在水平低周反复荷载作用下的抗剪机理、破坏形态和抗震性能，并与普通强度箍筋短柱进行了对比，分析轴压比、剪跨比、箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式、配箍特征值、混凝土强度等因素对其短柱抗震性能的影响，提出了改善短柱抗震性能的措施和高强箍筋最小配箍率限值，研究了约束混凝土和高强箍筋的抗剪作用以及高强箍筋的应力发挥水平，建立了其受剪承载力模型和设计计算方法，探讨了钢筋混凝土短柱发生剪切粘结破坏条件。研究了高轴压比下高强箍筋约束高强混凝土压弯构件在低周反复荷载作用下的抗震性能，并与普通强度箍筋柱进行了对比，分析轴压比、剪跨比、箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式、混凝土强度等因素的影响，以及高强箍筋的应力发挥水平和不同阶段的应力取值，研究了高强箍筋约束高强混凝土柱塑性铰的性能，提出了塑性铰长度的计算方法以及塑性铰区的抗剪承载力计算方法，建立了高强箍筋约束高强混凝土压弯构件的轴压比限值和配箍水平限值。研究了高强箍筋高强混凝土梁柱节点的破坏过程、破坏机理和抗震性能，并与普通强度箍筋节点进行了对比，分析了箍筋强度、箍筋形式和配箍率等因素的影响，以及高强箍筋强度的发挥水平，基于修正压力场理论，对高强箍筋混凝土框架节点的受剪性能进行了分析，建立了其受剪承载力的设计计算方法。本项目研究成果对工程实际具有重要的参考价值，为高强钢筋的进一步推广应用提供了强大的技术支撑。