CFRP复材筋与钢筋混合配筋混凝土柱抗震性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:miaoyuan3660346
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纤维增强复合材料筋(Fiber-Reinforced Polymer Bars,以下简称为复材筋)与传统钢筋相比,具有轻质高强、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点,在沿海地区及城市轨道交通工程中有较好的应用前景。由于复材筋较低的弹性模量以及脆性破坏特征,单一配置复材筋的混凝土构件可能出现过大的裂缝宽度和位移延性的降低。混合配筋是指混凝土构件中,同时配置延性较好的普通钢筋和耐腐蚀性好、抗拉强度高的复材筋,作为弹性元件的复材筋与具有弹塑性特性的钢筋混合使用,不仅可以预期提高构件的屈服后刚度,还可利用复材筋的弹性恢复来减小构件的残余变形,进而提高结构的抗震性能和震后的修复性能。与普通钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)构件相比,复材筋与普通钢筋的混和配筋方式为实现混凝土构件具有稳定上升的屈服后刚度,以及减小卸载后的残余变形提供了新的研究思路。目前,针对混合配筋构件的试验及有限元分析研究很少。本文通过7个大比例柱的拟静力试验,对其抗震性能进行了初步探究。在试验基础上,基于OpenSees进行参数扩展分析,研究了混合配筋率、屈服后刚度等参数对其抗震性能的影响规律,确定了合理的混合配筋率。主要研究内容如下:(1)完成了7个足尺方柱(2个RC柱、5个混合配筋柱)的拟静力试验,试验结果表明:保持钢筋配筋率不变并增加FRP筋,混合配筋柱的初始刚度变化不大,其延性有一定程度提高,混和配筋对减小柱的残余位移起到了一定作用;对混配柱塑性铰区采用CFRP进行约束后,混合配筋柱的延性进一步得到提高,承载力达到峰值后无明显退化,直至CFRP复材筋受压破坏。在CFRP的约束作用下,试件的残余位移减小约20%。(2)基于OpenSees的分析结果表明,复材筋与钢筋混和配筋的方式能够提高构件的屈服后刚度,混和配筋柱中配置较少的CFRP复材筋会导致复材筋的过早破坏;CFRP增加率需达到15%后才能实现可用的位移延性,大剪跨比和低轴压比有利于复材筋性能的充分发挥;在低轴压比下,复材筋的加入可有效降低柱构件的残余变形,保持普通钢筋配筋率的同时增加CFRP复材筋是提高位移延性、减小残余变形的有效方法;BFRP复材筋相比CFRP复材筋具有较低抗拉强度、弹性模量和较高极限延伸率,BFRP复材筋与普通钢筋混和配筋柱构件具有更好的位移延性。
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