FRP筋混凝土梁柱节点的滞回性能试验及有限元分析

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钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土结构过早损坏,无法达到设计使用年限的原因之一,采用传统的防止锈蚀方法难以达到良好的效果。采用FRP(Fiber Reinforced Polymer)筋替代或部分替代钢筋用于混凝土结构中可以有效的解决钢筋的锈蚀问题,因此开展FRP筋混凝土结构性能研究具有重要的应用价值。目前国内外在FRP筋混凝土结构方面的研究主要集中于构件(如梁、柱)的结构性能研究,而对FRP筋混凝土框架抗震性能的研究相对较少。框架节点是结构在地震耗能中最重要的组成部分,节点一旦失效就会导致整体结构的失效或倒塌,节点的抗震性能研究是框架结构整体抗震性能研究中的一个重要环节,因此,本文在前期进行FRP筋混凝土梁、柱构件结构性能的研究基础上,进一步对FRP筋梁柱节点抗震性能进行研究。本文设计制作了6个1/2缩尺框架梁柱节点试件,构件类型为T型边节点和十字型中节点,配筋分别为普通钢筋、全BFRP(Basalt Fiber Reinforced Polymer)筋以及全GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋。通过低周往复加载试验,记录试件在低周反复荷载作用下变形、开裂、破坏的试验现象和数据,分析不同类型不同配筋的框架梁柱节点的破坏形态、耗能能力、刚度退化以及延性性能等滞回性能。利用数值仿真软件ABAQUS对梁柱节点进行有限元分析,将模拟结果与试验结果进行对比验证,通过改变不同参数进一步探讨不同因素对节点抗震性能的影响。主要研究成果汇总如下:(1)FRP筋强度高、重量轻、耐腐蚀,替换钢筋作为受力筋使用于混凝土结构中,具有良好的受力变形性能和卸载复位性能,可以发挥出其自身优良的材料优势。(2)采用FRP筋与混凝土结合制作的梁柱节点试件,表现出良好的变形和承载性能,即使在加载后期,FRP筋混凝土节点试件的承载力并没有明显降低。其主要的破坏形态发生在节点内侧梁端,主要体现为梁端的弯曲破坏,裂缝开展首先出现内侧梁端,之后向外均匀发展,在整根梁上均匀密布。由于FRP筋的弹性模量低于钢筋,FRP筋混凝土节点试件初始刚度小于钢筋混凝土节点,但是刚度退化速度较缓慢,与钢筋混凝土节点相近。其耗能能力与延性比略低于钢筋混凝土,但具备优良的变形恢复能力,节点的总体抗震性能仍具备一定的优势。(3)通过对现场试验过程、试验现象、试验数据以及整理得出的滞回曲线、骨架曲线等等进行分析研究能够看出,由于FRP筋没有明显的屈服点,所以在整个过程中一直处于弹性阶段,与混凝土之间的协同工作能力较好,应力可以从中均匀向梁外端传递,裂缝分布密且均匀,不像钢筋节点主要集中到梁柱塑性铰区破坏,在一定程度上提高了结构的抗震性能。(4)通过ABAQUS数值仿真有限元分析软件对FRP筋混凝土框架梁柱节点进行模拟分析,并与现场试验结果进行对比,模拟结果与现场试验结果比较吻合,数据模型可用于FRP筋混凝土框架节点抗震性能分析。进而改变参数对FRP筋混凝土梁柱节点进行模拟计算,结果显示框架节点轴压比、梁端配筋率的增加,梁柱节点的承载力都有一定程度的提高。
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