预应力钢板箍加固高轴压比RC短柱抗震性能研究

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通过9个配箍构造未满足规范要求的RC短柱试件(1个未加固对比试件和8个加固试件)的低周反复加载试验,研究采用横向预应力钢板箍加固RC短柱的抗震性能。试验主要参数为预应力水平α、轴压比nt、箍板特征值η及纵筋配筋率ρs。通过这些参数,主要研究了(a)采用预应力钢板箍约束的高轴压比RC方形截面短柱的抗震性能;(b)箍板特征值对预应力钢板箍约束RC短柱的抗震性能的影响;(c)预应力水平对预应力钢板箍加固短柱的抗震性能的影响,以检验增强横向主动约束的效果;(d)预应力钢板箍加固RC框架短柱的抗剪承载力。通过对裂缝发展、破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、变形能力及耗能性能等进行综合分析,得到如下结论:1)本文建议的加固方法能大幅改善RC短柱的抗震性能。相同约束条件下,试件的位移延性比随着轴压比增大而降低。高轴压比试件(nt=0.56)在α=0.45和η=0.53的箍板约束下,仍能获得7.01的延性比。2)箍板特征值η越大,试件的位移延性比越大。对于相同几何特征和配筋特征的低轴压RC短柱,在合适的预应力水平下,η达到0.35即能保证良好的延性,而高轴压比短柱在η达到0.53甚至更大时,才能有效防止纵筋屈曲,达到良好的变形能力。3)预应力的存在能明显改善钢板箍对试件的约束,增强试件的整体性,提高短柱的抗震性能。随着预应力水平的增大,试件的变形能力增强。对比PC3和PC2(n_t=0.28),预应力水平α由0增大为0.35,延性比由5.19增大到7.40;对比PC9和PC7(n_t=0.56),α由0.35增大为0.45,延性比由5.22增大到7.01。4)当纵筋配筋率由1.34%增加到2.23%时,箍板特征值η=0.35已不能提供足够的抗剪能力,试件发生剪切破坏。试件延性比仅为2.89,变形能力和耗能能力差。其抗剪强度比未加固试件提高了24%。5)试件的累积耗能能力随α和η的增大而提高,随轴压比的增大而降低,但约束较好的高轴压比试件PC7(n_t=0.56,α=0.45和η=0.53)耗能能力仍要好于约束较差的低轴压比试件PC2(n_t=0.28,α=0.35和η=0.35)运用大型通用有限元程序ANSYS,建立合适的有限元模型,对本文试验构件进行了非线性全过程数值模拟。由计算结果与试验结果对比可知,除初始刚度普遍比试验值大以外,曲线整体吻合良好。
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