PVC-FRP管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点轴压性能研究

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CFRP是一种性能优异的材料,在结构工程中的应用较为广泛。将CFRP条带等间距缠绕在PVC管表面,并在管内配置钢筋笼,最后浇筑混凝土形成PVC-FRP管钢筋混凝土结构。已有研究主要集中于轴压、偏压、抗震和耐久性能方面。本文在已有构件研究的基础上,开展PVC-FRP管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点轴压性能试验研究和理论分析。通过对A组10个“强节点弱柱”试件(包括1个PVC管混凝土强节点弱柱和9个PVC-FRP管混凝土强节点弱柱)和B组8个“强柱弱节点”试件(PVC-FRP管混凝土强柱弱节点)进行轴压性能试验研究,对于A组试件考虑环梁宽度、环梁高度、环梁配筋率、环梁配箍率及CFRP条带间距五个因素,对于B组试件考虑节点环梁宽度、环梁高度、环梁配筋率及环梁配箍率四个因素。分析以上各因素对试件承载力、变形、裂缝和荷载-变形相关曲线的影响规律。在A组试件中,试件破坏形态包括:PVC管混凝土柱鼓屈变形、柱内混凝土压碎和纵筋压曲破坏,破坏前有明显破坏预兆,节点混凝土侧面仅出现一条竖向细微裂缝;CFRP条带被拉断、PVC管开裂和柱纵筋压曲,破坏前有明显破坏预兆。在B组试件中,试件破坏形态为节点区压溃破坏,破坏前有明显破坏预兆。试验研究表明,对于A组试件而言,随着环梁宽度、环梁配筋率或环梁配箍率的增大以及环梁高度或CFRP条带间距的减小,荷载-位移关系曲线的斜率增大;随着CFRP条带间距的减小,试件的极限承载力和变形增大,荷载-位移关系曲线的斜率增大;环梁宽度、环梁高度、环梁配筋率和环梁配箍率对试件的极限承载力无影响。对于B组试件而言,随着环梁宽度、环梁配筋率或环梁配箍率的增大以及环梁高度的减小,荷载-位移关系曲线的斜率增大,试件的承载力和变形增大;随着环梁配筋率的增加,节点的抗裂性能也有所提高。在试验研究的基础上,根据钢管混凝土统一理论,考虑静力平衡条件,推导出PVC-FRP管混凝土柱的轴压承载力计算公式,并给出PVC-FRP管混凝土强节点弱柱承载力设计公式。在局部承压理论和约束混凝土理论的基础上,考虑节点高度影响系数,建立多重环形钢筋约束的节点区轴压承载力计算公式。通过多元回归分析,引入环梁配箍率影响系数,提出考虑环梁箍筋影响的承载力计算公式。在Mander模型的基础上,提出多重环形钢筋约束的节点区应力-应变关系模型,并给出节点区开裂荷载计算公式,结合于峰提出的PVC-FRP管混凝土柱应力-应变关系模型,得出PVC-FRP管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点的荷载-变形关系。合理选用PVC管、CFRP、混凝土和钢筋的应力-应变关系以及单元类型,设置分析步,定义实体间的接触和约束,创建荷载和边界条件,划分网格,建立PVC-FRP管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点的有限元分析模型,分析混凝土强度等级对荷载-位移关系曲线的影响,模型计算结果与试验结果吻合较好。
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