方钢管再生混凝土柱—再生混凝土深受弯梁混合框架结构抗震性能研究

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方钢管再生混凝土结构具有施工方便、外形美观、抗震性能好并能有效解决建筑垃圾问题等优点,与此同时,随着建筑功能要求的不断增多或平面形状不规则,常常在某些部位形成短跨框架梁的情况,通常其计算跨高比在3-6之间,属于深受弯构件的范畴,如高层建筑转换层中的转换梁、纵向内走廊两侧布置柱时形成的大量框架短梁、一些重要的建筑位置如消防疏散通道等部位,这些部位直接关乎着结构的安全,一旦这些地方出现损坏,就极有可能出现不可挽回的人员财产损失。本文在上述背景基础之上,从结构的层面出发,对方钢管再生混凝土柱一再生混凝土深受弯梁混合框架的相关抗震性能进行深入研究,进而为方钢管再生混凝土框架结构的进一步理论研究及推广应用提供相关参考。以再生粗骨料取代率、不同的梁柱线刚度、再生混凝土强度、有无填充墙为变化参数,设计制作了8榀框架进行低周反复加载试验,观察了框架及填充墙体(两榀框架含填充墙)的破坏过程及破坏形态,获取了试件的滞回曲线、骨架曲线及关键部位处的应变变化情况,并对试件的承载能力、变形性能、耗能性能、强度衰减、刚度退化等抗震性能进行了详细地分析,以此来研究各变化参数对该结构抗震性能的影响。试验结果表明:再生粗骨料可以制成再生混凝土填充于方钢管中形成方钢管再生混凝土结构,再生细骨料则可用于制成再生混凝土空心砌块砌筑在方钢管再生混凝土框架中以作为其填充墙,并且以此砌筑而成的再生混凝土空心砌块砌体填充墙可以作为框架的第一道抗震防线;方钢管再生混凝土柱—再生混凝土深受弯梁框架的破坏特征主要呈现出深受弯梁以发生剪切破坏为主,柱底形成明显压弯塑性铰,填充墙发生局压破坏、砌块脱落等特点;按本文的相关设计,可以满足“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的抗震设计要求;与此同时,本文还从结构的层面验证了方钢管再生混凝土柱具有良好的抗震耗能性能,外部钢管能够很好地约束再生混凝土的横向变形。在试验研究的基础之上,基于相关理论模型及国内外相关规范,提出了方钢管再生混凝土柱—再生混凝土深受弯梁框架(分有无填充墙两种情况)的相关抗侧刚度及层间抗剪承载力的计算方法,并在统计分析的基础之上,分别提出了相关修正系数,得到的相关计算值与试验实测值具有很高的吻合度,可为该结构的相关理论计算提供参考。对方钢管再生混凝土柱—再生混凝土深受弯梁框架(分有无填充墙两种情况)的滞回规则、骨架曲线及卸载刚度分别进行研究分析,在此基础之上,分别提出了适用于该框架(无填充墙)的三折线恢复力模型及适用于该框架(有填充墙)的四折线恢复力模型,按本文提出的恢复力模型计算曲线与试验实测的滞回曲线能够较好的吻合,可为该结构在地震作用下的弹塑性反应分析提供参考。基于单参数及双参数的相关损伤评估模型,分别获取了方钢管再生混凝土柱—再生混凝土深受弯梁框架(分有无填充墙两种情况)基于不同损伤评估模型下的损伤指标D,在此基础之上对框架(分有无填充墙两种情况)分别进行损伤评估分析,并拟合出了其滞回耗能Ec的相关计算公式。最后基于性能设计,将该框架结构的性能水准划分为5个档次,并给出了其基于性能的损伤量化指标。利用ABAQUS软件对方钢管再生混凝土柱—再生混凝土深受弯梁框架的抗震性能进行验证分析,得到的相关计算结果和试验结果具有较高的吻合性,说明本文建立的方钢管再生混凝土框架模型的准确性,在此基础之上,对该框架的抗震性能进行拓展分析,以此来研究再生粗骨料取代率、轴压比、钢管强度、柱含钢率、再生混凝土强度等级、纵筋屈服强度、纵筋配筋率对该框架抗震性能的影响;在此基础之上还给出了该框架结构的设计轴压比限值,可为相关的工程设计提供参考。
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