HDC与RPC加固混凝土柱受压性能试验研究

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高延性混凝土(High Ductile Concrete,简称HDC)是一种具有高强度和高韧性的水泥基复合材料,受拉时具有多裂缝开展和拉伸应变硬化特征。活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)具有超高强度、低脆性和高抗渗性等特点。为探究HDC与RPC加固受压构件的性能,本文通过试验和数值模拟对加固柱的轴心受压性能与偏心受压性能进行了研究,考虑了不同加固材料和加固方式设计试验,分析了加固层与混凝土界面的工作机理,给出了HDC和RPC加固轴心和偏心受压构件正截面受压承载力计算方法。主要研究内容和成果如下:(1)加固柱轴心受压性能试验研究。通过对4个HDC加固试件、3个RPC加固试件和1个未加固试件进行轴心受压性能试验,研究了加固层材料、加固层受压方式和加固层是否配置钢筋网对加固效果的影响,分析了各试件的破坏形态、荷载-位移曲线和应变发展规律。由试验结果可知:各加固柱的破坏形态均得到改善,HDC加固层的耐损伤能力优于RPC加固层;配置钢筋网的加固层整体性较强;各加固层与混凝土界面具有可靠的粘结强度;直接受压加固层材料力学性能充分发挥,对应的加固试件承载力提高幅度较大。(2)加固柱偏心受压性能试验研究。通过对4个RPC加固试件、2个HDC加固试件和2个未加固对比试件进行偏心受压性能试验,研究了偏心距、加固层材料和加固层是否配置钢筋网对加固效果的影响,分析了各试件的破坏形态、荷载-位移曲线和各材料应变发展规律。试验结果表明:各加固偏压柱的破坏形态得到改善;加固层使偏心受压试件的刚度、承载力和变形能力均有所提高。(3)加固轴压柱与偏压柱的有限元分析。本文采用ABAQUS有限元软件对加固柱的轴心受压与偏心受压性能试验进行数值模拟分析,分析了各试件有限元模型的破坏形态、荷载-位移曲线和应变发展规律等。分析表明:有限元模型能很好地模拟加固柱轴心受压性能试验,各试件模型的承载力、荷载-位移曲线、各部件的应力分布和裂缝开展情况等模拟结果与试验结果较为吻合;通过对比偏心受压试验的模拟结果与试验结果,证明了有限元模型的可靠性;数值模拟完善了试验,为后文承载力计算提供参考。(4)加固轴压柱与偏压柱正截面受压承载力计算。通过分析加固层的工作机理,研究了不同受力状态下加固层与混凝土间界面剪力对加固效果的影响,给出了加固层利用系数和剪力传递系数,从而得出加固柱轴心受压正截面受压承载力计算方法,且承载力计算结果与试验结果和模拟结果较为吻合;在加固轴压柱的研究基础上,给出了偏压柱加固层的利用系数,采用等效矩形应力图形系数简化计算,得出加固偏压柱正截面受压承载力计算方法,将承载力的计算结果与模拟结果和试验结果对比分析可知,该计算方法具有较高的精确性和可靠性。
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