高延性再生微粉混凝土装配式节点抗震性能研究

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随着城市化进程的加快和建筑业的不断发展,建筑的更新与拆除越发频繁,导致建筑垃圾排放量逐年递增,引起了一系列环境与社会问题。再生混凝土技术的兴起和应用在一定程度上实现了建筑固废循环利用,目前使用再生粗、细骨料制备再生混凝土的相关技术已趋于成熟,而针对再生粉末回收利用的研究还相对较少。高延性再生微粉混凝土(High Ductility Recycled Powder Concrete,HDRPC)是在工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)的基础上,用再生微粉替代部分水泥制成的能够充分利用建筑固废而又具有优异性能的新型建筑材料,具有高延性、高耗能特点,其极限拉伸和压缩应变远高于普通混凝土,复掺纤维能够起到阻裂增韧效果,有效控制裂缝宽度,再生微粉的填充也使得材料内部结构更密实,因此,可以将HDRPC应用于受力复杂部位以改善结构受力性能。装配式建筑具有节能环保、生产高效等优点,代表着未来我国建筑业绿色化、工业化、信息化的发展方向。在装配式混凝土框架结构中,梁柱节点起到连接预制部件、分配传递内力的重要作用,地震作用下,节点处受力极为复杂,易形成薄弱区,而节点的破坏意味着预制梁、柱连接失效,可能会造成建筑整体倒塌,因此,保证装配式节点具有优异的抗震性能,是实现装配式建筑在抗震设防地区推广应用的必要条件。本文以提高节点抗震性能和大量利用再生微粉为原则,将高延性再生微粉混凝土和普通再生微粉混凝土分别用于装配式节点的关键核心区域和一般预制部件,通过试验和数值模拟研究HDRPC装配式节点的抗震性能。主要工作内容及成果如下:(1)梳理总结了装配式混凝土框架节点抗震性能试验与数值模拟研究进展,以及再生微粉应用于混凝土和ECC中的研究现状。(2)改进了再生微粉的制备工艺,提高制备效率;进行了普通再生微粉混凝土抗压试验,根据抗压强度和再生微粉用量确定了其配合比,将该材料应用于制作HDRPC装配式节点的预制部件,以提高环境效益,降低应用成本。(3)设计制作了4个HDRPC装配式节点、1个混凝土装配式节点和1个HDRPC现浇节点,对6个节点试件进行低周往复加载试验,探究不同轴压比、箍筋间距对节点抗震性能的影响,并完善其抗裂、抗剪承载力计算公式。(4)基于有限元软件Open Sees进行HDRPC装配式节点抗震性能数值模拟,探究往复荷载作用下节点损伤情况和轴压比、配筋率等因素对其抗震性能的影响。研究结果表明:(1)HDRPC装配式节点在往复荷载作用下的抗震性能优于现浇节点和混凝土装配式节点,在核心区浇筑HDRPC可以有效防止核心区剪切破坏。(2)灌浆套筒能够实现节点预制梁、柱之间有效可靠的连接,在提高截面刚度和抗弯承载力的同时也提高了节点的延性,并有利于限制钢筋滑移和增加节点后期耗能。(3)随着轴压比的增加,HDRPC装配式节点承载力先上升后下降;HDRPC具有良好的抗剪性能,用于装配式节点可减少核心区箍筋用量。(4)采用现行规范公式计算得到的节点抗剪承载力理论值与试验值吻合较好。(5)采用Open Sees软件模拟得到的结果与试验吻合较好,可以有效反映节点抗震性能并进行参数化分析。
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