600MPa级钢筋作为一种新型高强钢筋,具有明显屈服平台和较好的延性。将600MPa级钢筋应用于混凝土结构中可以节省钢筋用量,解决钢筋密集,降低工程成本,具有很大的经济和社会效益。为了解600MPa级钢筋对混凝土柱受力性能的影响,本文采用试验研究并结合理论分析与数值模拟方法,研究了用600MPa级钢筋作为纵筋和箍筋对混凝土柱轴压性能、偏压性能和抗震性能的影响。以混凝土框架结构模型为例,采用IDA方法研究了600MPa级钢筋对框架结构抗震性能的影响,为600MPa级钢筋的工程应用提供依据。本文的主要研究内容及成果如下:(1)通过配置600MPa级钢筋混凝土柱的轴心受压试验,研究了配箍形式、体积配箍率、箍筋强度、纵筋强度等对试件破坏形态、承载力、变形能力和箍筋约束效应的影响,并在试验研究基础上,对国内外规范有关轴压承载力计算公式进行了比较分析。结果表明:箍筋强约束混凝凝土柱发生延性破坏,而弱约束混凝土柱则表现脆性破坏特征;采用600MPa级箍筋等体积代换普通箍筋可以提高约束混凝土峰值荷载、延性和韧性,但提高幅度与箍筋强度的提高不成比例;井字形复合箍对混凝土约束效果比菱形复合箍好,能更有效的提高约束混凝土峰值后变形能力和韧性;现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中有关轴心受压构件正截面受压承载力设计计算公式可以拓展应用到600MPa级高强钢筋。(2)在轴压试验研究基础上,结合收集到的相关试验数据,对高强箍筋约束混凝土的本构关系和影响因素进行了探讨。采用半理论半经验的方法得到了峰值点时高强箍筋对混凝土有效侧向约束应力及高强箍筋应力的计算公式;基于箍筋有效侧向约束效应的概念,提出了约束混凝土峰值点应力及应变和极限压应变的计算模型;通过对现有箍筋约束混凝土应力-应变曲线模型的修正,对曲线的上升段采用Popovics等提出的表达式,下降段采用直线型,引入参数β控制曲线下降段斜率,提出了500~900MPa级高强箍筋约束混凝土应力-应变曲线模型。(3)通过配置600MPa级钢筋混凝土柱的偏心受压试验,研究了初始偏心距、体积配箍率、箍筋强度、纵筋强度等对试件破坏形态、承载力及变形能力的影响。在此基础上,采用Opensees建立了有限元模型并拓展分析了混凝土强度、偏心率、长细比、钢筋强度对偏压性能的影响,结合试验与有限元结果,对国内外规范有关偏压承载力计算公式进行了比较分析。结果表明:小偏心和大偏心受压柱分别发生受压和受拉破坏;采用600MPa级纵筋等体积代换普通纵筋能明显提高偏心受压柱的承载力和峰值后变形能力;现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中有关偏心受压构件正截面受压承载力设计计算公式可以拓展应用到600MPa级钢筋,600MPa级钢筋的抗压和抗拉强度设计值分别取450MPa和500MPa,并限定混凝土受压区等效矩形应力图高度为x≥2.5a_s’。(4)通过配置600MPa级钢筋混凝土柱的低周反复荷载试验,研究了轴压比、钢筋强度、箍筋间距等对试件破环形态、滞回性能、承载力及延性、耗能性能、刚度及强度退化、粘结性能等的影响。结果表明:配置600MPa级纵筋混凝土柱仍发生弯曲破坏,但纵筋与混凝土间有局部粘结失效,降低了试件的耗能性能和延性,基本不影响承载力;试件滞回曲线总体上呈现较饱满的梭形,具有良好的滞回性能;采用600MPa级钢筋等体积替换普通钢筋,试件的承载力明显提高,延性和耗能能力有所降低,但仍满足抗震设计的要求;现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)拓展应用到600MPa级钢筋混凝土构件抗震设计时,600MPa级纵筋计算锚固长度应满足l_d≤l_a≤l-l_p。(5)基于主拉应力理论和平截面假定,参考规范GB50010-2010中相关公式,考虑轴压比影响,建立了600MPa级钢筋混凝土柱开裂荷载、屈服荷载及峰值荷载计算公式;根据600MPa级钢筋混凝土柱变形组成的定性与定量分析,建立了各变形组成部分在特征点处的计算方法,得到了屈服位移、峰值位移和极限位移的计算公式;采用理论推导和回归分析的方法确定了骨架曲线模型特征点和滞回曲线卸载刚度计算公式,结合反复加载下的路径及滞回规则,建立了600MPa级纵筋混凝土柱的恢复力模型。(6)采用Opensees建立了600MPa级钢筋混凝土柱抗震性能有限元分析模型,在验证模型合理性的基础上拓展分析了混凝土强度、纵筋强度、体积配箍率和箍筋强度对混凝土柱抗震性能的影响,按照《建筑抗震设计规范》设计了一个5层钢筋混凝土框架模型,选取不同地震动,采用IDA方法研究了钢筋强度对框架结构抗震性能的影响。结果表明:采用600MPa级纵筋等体积代换普通纵筋时,混凝土柱的承载力、变形能力和滞回耗能明显增大,框架结构的抗震性能在地震动峰值加速度小于150gal时没有降低;当采用纵筋优化代换时,可以保证混凝土柱在抗震性能不降低的基础上节省钢筋用量,框架结构的抗震性能在地震动峰值加速度小于250gal时没有明显降低,当进入罕遇地震作用(310gal)时,结构的楼层水平位移及层间位移角明显增大,但在可控制的范围内。