高强箍筋约束混凝土柱及节点受力性能与抗震设计研究

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采用高抗拉强度的箍筋能够增强箍筋对高强混凝土的约束能力,有效克服混凝土的脆性,提高结构的抗震性能,同时可节省材料用量,降低材料生产时污染物的排放。本文的研究对高强混凝土和高强钢筋的推广具有重要意义。通过试验研究、理论分析和数值模拟等方法,分别进行了高强箍筋约束混凝土的轴心受压力学性能、高强箍筋混凝土柱配箍设计方法和高强箍筋RC梁柱节点的抗震性能研究,主要包括以下几方面的内容:通过高强箍筋约束混凝土试件的轴心受压试验得到了高强箍筋约束混凝土应力-应变曲线,在试验数据的基础上分析了箍筋配箍率、有效约束系数和混凝土强度对箍筋应力、约束混凝土强度和变形性能的影响。通过统计分析提出了约束混凝土峰值应力和极限应力时高强箍筋应力的计算公式,在现有模型基础上提出了适用于不同约束水平的高强箍筋约束混凝土轴心受压的本构模型并给出了约束混凝土峰值应力、峰值应变、极限应变和压溃应变的计算公式。最后,对不同的箍筋约束混凝土受压本构模型的损伤演化参数进行了对比分析。通过对高强箍筋混凝土柱曲率延性的数值模拟,建立了约束指标和轴压比与截面曲率延性的关系,给出了基于位移延性需求的箍筋配量设计公式,结合试验数据验证了本文配箍设计公式的合理性,同时与现有设计规范公式的配箍量做了对比分析。最后,对满足我国规范箍筋配置规定的钢筋混凝土柱进行了延性评估分析。通过5个箍筋约束RC梁柱节点在轴压力作用下的低周反复水平加载试验,探讨了节点的破坏形态、抗震性能和箍筋应力水平,分析了箍筋强度、配箍率和箍筋形式对节点受剪承载力和变形性能的影响。试验结果表明:提高箍筋强度并未对节点承载力产生太大影响,但可增强节点的变形能力和延性,同时限制了节点核心区的剪切变形,高强复合箍筋试件比普通箍筋试件具有更好的耗能能力。在现有RC梁柱节点抗剪模型的基础上,考虑节点混凝土的斜压杆传力机制和箍筋抗剪作用,提出了改进的斜压杆模型。采用Opensees程序中的节点单元和纤维模型建立非线性分析模型模拟了高强箍筋RC梁柱节点在往复荷载作用下的力学行为,分析了混凝土强度和轴压比对高强箍筋混凝土梁柱节点受力性能的影响。在改进的斜压杆模型和规范设计公式的基础上提出了高强箍筋RC梁柱节点受剪承载力的计算公式。
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