PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料框架边节点抗震性能试验研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hgs19741022
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结构在地震荷载作用下的性能取决于梁、柱、节点等关键部位的延性,对于传递和分配内力、保证结构整体性的框架节点来说,其受力状态复杂,同时也是框架中最薄弱,最易受损的部位之一。另外工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)是以超高延性为目标而“策划”出来的新型建筑材料,具有多裂缝开展机制和假应变硬化特性,并产生类似于钢材的弹塑性变形能力和耗能能力。用该复合材料代替普通混凝土可提高框架节点的抗震韧性和耐久性。本文基于优化基体配合比,通过PVA纤维和钢纤维的混杂有效抑制微细裂缝和大尺度裂缝的形成和发展,从而对地震荷载作用下框架节点裂缝发展的全过程进行有效的控制,并对提高PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料框架边节点抗震性能具有重要的现实意义。鉴于此,开展PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料框架边节点抗震性能实验和数值模拟研究是非常有必要的。为此本文设置主要内容如下:(1)对纤维增强水泥基复合材料、混杂纤维增强水泥基复合材料的基本力学性能和普通混凝土梁柱节点抗震性能的研究现状进行调研总结。根据普通混凝土框架节点抗震性能的影响因素及混杂纤维增强水泥基复合材料良好的力学特性,选取轴压比、节点核心区配箍率、纤维掺量等因素作为试验变量,设计制作11个框架边节点。(2)进行了9个PVA-钢HyFRCC框架梁柱边节点、1个普通混凝土梁柱边节点、1个单掺PVA(ECC)框架边节点对比试件的拟静力试验,对其破坏形态、承载力、刚度退化、延性性能、耗能能力、梁端塑性铰区转动能力及梁纵筋弯矩-应变等进行深入研究。结果表明:试验边节点最终均发生梁端弯曲破坏,屈服模式符合预设屈服模式,PVA-钢HyFRCC可显著提高边节点在往复荷载作用下的承载力和弹塑性变形能力。PVA纤维和钢纤维掺量分别为1%时,边节点的抗震性能达到最优。增大轴压比,梁端塑性铰外移,塑性性能发挥更加充分,试件的延性性能和耗能能力也得到提高。在减小核心区配箍率的情况下,边节点仍表现出良好的抗震性能,说明PVA-钢HyFRCC可取代部分箍筋,简化结构。(3)利用Open Sees分析软件,建立试验中的PVA-钢HyFRCC框架边节点计算模型,并对其进行非线性分析,通过比较模拟和试验结果发现两者吻合较好,承载力误差在15%以内。接着通过参数分析,研究了梁截面尺寸和梁纵筋配筋率对节点抗震性能的影响,结果表明增加梁截面高度可显著提升PVA-钢HyFRCC框架边节点在往复荷载作用下的承载能力;增加梁纵筋配筋率可以在提高边节点的承载能力的同时提高其弹塑性变形能力。综上所述,开展PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料框架边节点抗震性能试验和数值模拟研究,对PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料框架边节点设计、施工、维修及加固具有重要的理论参考价值和应用前景。
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