高延性混凝土加固RC柱抗震性能与设计方法研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hxhbj2009
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由于混凝土自身的脆性特征,钢筋混凝土柱在高轴压比或高剪应力下易发生脆性破坏,在地震作用下无法耗散足够的能量,从而造成框架结构严重损坏甚至倒塌。为提高钢筋混凝土柱在高轴压比状态下的抗震性能,提出采用具有高韧性、高抗裂性和高耐损伤性能的高延性混凝土(HDC)围套对柱构件进行加固,并对其进行了抗震性能试验研究;对试验结果进行了理论分析,提出了HDC加固柱的承载力设计方法和变形计算模型。主要研究内容和成果如下:(1)进行了HDC试件的四点弯曲试验和双面剪切试验,主要研究纤维掺量、水胶比和粉煤灰掺量对试件破坏形态、承载力和变形能力的影响。试验结果表明,与基体(或混凝土)试件相比,HDC试件的破坏形态具有明显的延性特征,HDC试件在弯曲荷载和剪切荷载作用下均呈现多裂缝开展,荷载-挠度(剪切变形)曲线具有明显的塑性特征,试件表现出良好的弯曲韧性和剪切韧性;借鉴纤维混凝土韧性评价方法,提出了HDC的弯曲韧性和剪切韧性评价方法。(2)完成了7个HDC加固柱、2个钢筋网高性能复合砂浆加固对比柱和4个未加固柱的拟静力试验研究,分析其破坏过程、破坏形态、承载力、变形能力、耗能能力和刚度退化特性。结果表明,采用HDC围套加固,试件的破坏形态得到有效改善,承载力、变形能力和耗能能力均显著提高;HDC围套显著提高了混凝土柱的抗震性能,可将其用于解决工程中框架柱轴压比过高或超限的问题。(3)根据试验结果,建立了HDC加固柱在开裂状态、屈服状态和峰值状态的弯矩计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好;对HDC加固柱的峰值点承载力进行了参数分析,并提出了考虑加固层应变滞后(“二次受力”)影响的HDC加固柱压弯承载力设计公式。(4)根据钢筋混凝土柱的界限受压破坏状态,推算了HDC加固柱的相对界限受压区高度和轴压比限值。结果表明,在考虑加固层应变滞后时,采用HDC加固仍可有效提高加固柱的相对界限受压区高度和轴压比限值;针对轴压比超限的钢筋混凝土柱,给出了HDC围套加固设计方法及建议,可保证加固柱发生大偏心受压破坏。(5)基于桁架-拱模型,考虑HDC材料的应变-硬化特性,以软化抗拉强度表示斜裂缝间HDC桥联作用对短柱抗剪强度的贡献。对于HDC加固柱,将HDC加固柱的加固层等效为箍筋计入桁架机构,将轴力对抗剪的贡献计入拱模型,得到适用于HDC加固柱的抗剪承载力计算公式,通过试验结果验证了其合理性。(6)采用HDC加固后试件抗弯承载力提高,HDC加固柱的截面曲率大幅提高、受拉纵筋充分强化,HDC加固柱的弯曲变形和滑移变形能力显著提高;分别计算HDC加固柱在开裂点、屈服点、峰值点和极限点的弯曲变形、剪切变形和滑移变形,并由各特征点的总变形和对应荷载的计算值得到试件的简化骨架曲线,与试验骨架曲线具有较好的吻合度。
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